KR20240012129A - Optofluidic Biochip for Controlling Fluid based on Optics and Methods of Manufacturing and Fluid Control Thereof - Google Patents
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Abstract
개시된 실시예는 유체 상태의 적어도 하나의 원료 샘플이 공급될 수 있는 다수의 포트와 다수의 포트를 연결하는 유로 채널이 형성되는 기판 및 유로 채널의 하부면과 동일한 높이에 형성되는 금속 구조체를 포함하고, 금속 구조체는 다수의 포트 중 적어도 하나의 포트가 형성된 영역으로 인가되는 광 또는 전류 중 하나에 의해 열을 발생하여 해당 포트에서의 유체의 증발량이 조절함으로써 유체의 흐름이 제어되도록 하여, 유체의 증발량의 변화를 기반으로 유체의 흐름을 국소적으로 미세하게 제어할 수 있으며, 조사되는 광의 파장이나 세기를 조절하여 유체의 흐름을 더욱 정밀하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 광 마스크를 활용하여 단일 광으로도 다수의 포트에 대한 유체 흐름을 국소적으로 정밀 제어할 수 있는 바이오칩 및 이의 제조와 유체 제어 방법을 제공한다.The disclosed embodiment includes a substrate on which a plurality of ports through which at least one raw material sample in a fluid state can be supplied and a flow channel connecting the plurality of ports are formed, and a metal structure formed at the same height as the lower surface of the flow channel, , the metal structure generates heat by either light or current applied to the area where at least one port among the plurality of ports is formed, thereby controlling the flow of fluid by controlling the evaporation amount of the fluid at the port, thereby controlling the evaporation amount of the fluid. Based on the change, the flow of fluid can be finely controlled locally, and the flow of fluid can be controlled more precisely by adjusting the wavelength or intensity of the irradiated light. In addition, by using a light mask, it is possible to control the flow of fluid with a single light. Also provides a biochip capable of locally and precisely controlling fluid flow to multiple ports, as well as a method for manufacturing the same and controlling the fluid.
Description
개시되는 실시예들은 바이오칩 및 이의 제조와 유체 제어 방법에 관한 것으로, 광학 기반 유체 제어 바이오칩 및 이의 제조와 유체 제어 방법에 관한 것이다.The disclosed embodiments relate to a biochip and its manufacturing and fluid control method, and to an optical-based fluid control biochip and its manufacturing and fluid control method.
바이오칩은 기존에 실험실에서 여러가지 장비를 이용하여서만 진행할 수 있었던 여러 실험과 검사를 작은 칩사이즈에서 수행할 수 있도록 고안된 것으로 소량의 물질을 갖고 빠른 속도로 이용할 수 있다는 장점이 있어 최근에 많은 분야에서 활용되고 있다. 특히, 신속 항원 검사, 특이적인 질병을 파악할 수 있는 진단 키트 형태의 바이오칩이 많이 보급되어 사용되고 있고, 현재도 바이오칩에 대한 연구와 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.Biochips are designed to allow various experiments and tests that could previously only be performed using various equipment in a laboratory to be performed in a small chip size. They have the advantage of being able to be used at high speeds with a small amount of material, so they have recently been used in many fields. It is becoming. In particular, biochips in the form of rapid antigen tests and diagnostic kits that can identify specific diseases are widely distributed and used, and research and development on biochips are currently being conducted continuously.
현재 바이오칩은 처음 유체를 주입할 때의 압력을 이용하여 유체가 바이오칩의 주요 위치에 도달할 때까지 밀어내는 방식으로 제어하거나, 외부에서 펌프 압력을 이용해 유체를 밀어내는 방법, 중력을 통해 칩 전체를 움직여 유체를 움직이는 방법 등을 이용하여 바이오칩 내의 유체의 흐름을 제어하는 방식을 사용하고 있다. 그러나 이러한 방법은 바이오칩에서 유체의 흐름을 국소적으로 제어하기 어렵다는 한계가 있다.Currently, biochips are controlled by using the pressure when the fluid is first injected to push the fluid until it reaches the main location of the biochip, or by using an external pump pressure to push the fluid, or by using gravity to move the entire chip. A method of controlling the flow of fluid within a biochip is used, such as by moving the fluid. However, this method has the limitation that it is difficult to locally control the flow of fluid in the biochip.
개시되는 실시예들은 광을 이용하여 유체의 흐름을 국소적으로 미세 조절할 수 있는 바이오칩 및 이의 제조와 유체 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.The purpose of the disclosed embodiments is to provide a biochip capable of locally finely controlling the flow of fluid using light, and a method for manufacturing the same and controlling the fluid.
개시되는 실시예들은 바이오칩의 각 포트에 금속층을 형성하고, 형성된 금속층에 광을 조사하여 발생하는 유체의 증발량의 변화를 기반으로 정밀하게 유체의 흐름을 제어할 수 있는 바이오칩 및 이의 제조와 유체 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.The disclosed embodiments include a biochip that forms a metal layer on each port of the biochip and precisely controls the flow of fluid based on changes in the amount of fluid evaporation that occur by irradiating light to the formed metal layer, and a method for manufacturing and controlling the fluid. The purpose is to provide.
개시되는 실시예들은 광 마스크를 활용하여 단일 광으로도 다수의 포트에 대한 유체 흐름을 제어할 수 있는 바이오칩 및 이의 제조와 유체 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.The purpose of the disclosed embodiments is to provide a biochip capable of controlling fluid flow to multiple ports with a single light using an optical mask, and a method for manufacturing the same and controlling the fluid.
실시예에 따른 바이오칩은 유체 상태의 적어도 하나의 원료 샘플이 공급될 수 있는 다수의 포트와 상기 다수의 포트를 연결하는 유로 채널이 형성되는 기판; 및 상기 유로 채널의 하부면과 동일한 높이에 형성되는 금속 구조체를 포함하고, 상기 금속 구조체는 상기 다수의 포트 중 적어도 하나의 포트가 형성된 영역으로 인가되는 광 또는 전류 중 하나에 의해 열을 발생하여 해당 포트에서의 유체의 증발량이 조절함으로써 유체의 흐름이 제어되도록 한다.A biochip according to an embodiment includes a substrate having a plurality of ports through which at least one raw material sample in a fluid state can be supplied and a flow channel connecting the plurality of ports; and a metal structure formed at the same height as the lower surface of the flow channel, wherein the metal structure generates heat by either light or current applied to the area where at least one port among the plurality of ports is formed. The flow of fluid is controlled by controlling the amount of fluid evaporation in the port.
상기 금속 구조체는 적어도 하나의 포트가 형성된 영역으로 광이 조사되면 광열 효과에 의한 열을 발생하여 해당 포트에서의 유체의 증발량을 조절할 수 있다.When light is irradiated to an area where at least one port is formed, the metal structure generates heat through a photothermal effect, thereby controlling the amount of evaporation of fluid in the port.
상기 금속 구조체는 상기 적어도 하나의 포트가 형성된 영역 각각으로 조사되는 광의 세기 또는 파장에 따라 발생하는 열이 조절되어 상기 유체가 흐르는 속도를 조절할 수 있다.The metal structure may adjust the speed at which the fluid flows by adjusting the heat generated according to the intensity or wavelength of light irradiated to each area where the at least one port is formed.
상기 바이오칩은 단일 광원에서 조사되는 광이 상기 다수의 포트 중 지정된 적어도 하나의 포트로만 조사되도록 적어도 하나의 홀이 형성된 광 마스크를 더 포함할 수 있다.The biochip may further include an optical mask in which at least one hole is formed so that light emitted from a single light source is emitted only to at least one designated port among the plurality of ports.
상기 광 마스크는 상기 단일 광원에서 조사된 단일 파장 및 단일 세기의 광이 각 포트에 서로 다른 세기로 인가되도록, 상기 적어도 하나의 홀의 크기 및 패턴이 상이하게 형성될 수 있다.The optical mask may have different sizes and patterns of the at least one hole so that light of a single wavelength and single intensity emitted from the single light source is applied to each port at different intensities.
상기 광 마스크는 상기 단일 광원에서 조사된 광이 각 포트에 서로 다른 세기 또는 파장으로 인가되도록 상기 적어도 하나의 홀이 유리, 렌즈 또는 위상 전이 필터 중 하나로 채워져 형성될 수 있다.The optical mask may be formed by filling the at least one hole with one of glass, a lens, or a phase shift filter so that light emitted from the single light source is applied to each port at different intensities or wavelengths.
상기 금속 구조체는 상기 유로 채널의 하부면과 동일한 높이에서 상기 기판의 전체 영역에 형성될 수 있다.The metal structure may be formed on the entire area of the substrate at the same height as the lower surface of the flow channel.
상기 금속 구조체는 서로 이격된 상기 다수의 포트 각각의 위치에 배치되는 다수의 개별 금속체로 형성될 수 있다.The metal structure may be formed of a plurality of individual metal bodies disposed at each position of the plurality of ports spaced apart from each other.
상기 금속 구조체는 다수의 개별 금속체 중 적어도 하나의 개별 금속체에 전류가 인가되면 줄열 효과에 의한 열을 발생하여, 대응하는 포트에서의 유체의 증발량을 조절할 수 있다.The metal structure generates heat due to the Joule heat effect when a current is applied to at least one individual metal body among a plurality of individual metal bodies, thereby controlling the amount of evaporation of fluid in the corresponding port.
상기 바이오칩은 상기 다수의 포트 중 상기 유체가 공급된 포트의 위치에서 상기 금속 구조체가 열을 발생하면, 공급된 상기 유체가 상기 유로 채널을 통해 다른 포트로 흘러 전달되고, 상기 유체가 공급되지 않은 포트의 위치에서 상기 금속 구조체가 열을 발생하면, 다른 포트에서 전달되는 유체의 흐름을 억제할 수 있다.The biochip operates when the metal structure generates heat at the location of the port to which the fluid is supplied among the plurality of ports, the supplied fluid flows and is transferred to another port through the flow channel, and the port to which the fluid is not supplied flows. If the metal structure generates heat at the position, the flow of fluid transmitted from other ports can be suppressed.
상기 바이오칩은 상기 다수의 포트가 매트릭스 형태로 배열되고, 상기 유로 채널은 매트릭스 형태로 배열된 상기 다수의 포트 중 서로 인접하여 배치된 포트를 모두 연결하도록 형성될 수 있다.The biochip may have the plurality of ports arranged in a matrix form, and the flow channel may be formed to connect all of the ports arranged adjacent to each other among the plurality of ports arranged in the matrix form.
상기 금속 구조체는 금속이 도포되거나, 미리 제작된 금속판이 부착되는 방식 또는 상기 기판의 일부 영역에 금속의 나노 파티클이 포함되어 구현될 수 있다.The metal structure may be implemented by applying metal, attaching a pre-fabricated metal plate, or containing metal nanoparticles in some areas of the substrate.
실시예에 따른 바이오칩의 제조 방법은 기판에 유체 상태의 적어도 하나의 원료 샘플이 공급될 수 있는 다수의 포트를 서로 이격하여 형성하는 단계; 기판에서 상기 다수의 포트를 연결하는 유로 채널을 형성하는 단계; 및 상기 유로 채널의 하부면과 동일한 높이에 상기 다수의 포트 중 적어도 하나의 포트가 형성된 영역으로 인가되는 광 또는 전류 중 하나에 의해 열을 발생하여 해당 포트에서의 유체의 증발량이 조절함으로써 유체의 흐름이 제어되도록 하는 금속 구조체를 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a biochip according to an embodiment includes forming a plurality of ports spaced apart from each other on a substrate through which at least one raw material sample in a fluid state can be supplied; forming a flow channel connecting the plurality of ports on a substrate; and heat is generated by either light or current applied to the area where at least one of the plurality of ports is formed at the same height as the lower surface of the flow channel, thereby controlling the amount of evaporation of the fluid in the port, thereby controlling the flow of fluid. and forming a metal structure that allows this to be controlled.
실시예에 따른 바이오칩의 유체 제어 방법은 다수의 포트와 상기 다수의 포트를 연결하는 유로 채널이 형성되며, 상기 유로 채널의 하부면과 동일한 높이에 형성되는 금속 구조체를 포함하는 바이오칩의 유체 제어 방법에 있어서, 상기 다수의 포트 중 적어도 하나의 포트로 유체 상태의 적어도 하나의 원료 샘플을 공급하는 단계; 및 상기 원료 샘플이 상기 유로 채널을 통해 전달되어야 하는 경로에 따라 선택되는 포트가 형성된 영역을 통해 상기 금속 구조체로 광 또는 전류를 인가하여 상기 금속 구조체가 발생하는 열에 의해 해당 포트에서의 유체의 증발량이 조절되도록 함으로써 유체의 흐름을 제어하는 단계를 포함한다.The fluid control method of a biochip according to an embodiment includes a plurality of ports and a flow channel connecting the plurality of ports, and a metal structure formed at the same height as the lower surface of the flow channel. Supplying at least one raw material sample in a fluid state to at least one port among the plurality of ports; And by applying light or current to the metal structure through an area where a port selected according to the path through which the raw material sample should be transmitted through the flow channel is formed, the amount of fluid evaporated from the port is increased by heat generated by the metal structure. and controlling the flow of fluid by regulating it.
따라서, 실시예에 따른 바이오칩 및 이의 제조와 유체 제어 방법은 바이오칩의 각 포트에 금속층을 형성하고, 형성된 금속층에 광을 조사하여 발생하는 유체의 증발량의 변화를 기반으로 유체의 흐름을 국소적으로 미세하게 제어할 수 있다. 또한 조사되는 광의 파장이나 세기를 조절하여 유체의 흐름을 더욱 정밀하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 광 마스크를 활용하여 단일 광으로도 다수의 포트에 대한 유체 흐름을 국소적으로 정밀 제어할 수 있도록 한다.Therefore, the biochip and its manufacturing and fluid control method according to the embodiment form a metal layer at each port of the biochip, and locally finely control the flow of fluid based on the change in the amount of fluid evaporation that occurs by irradiating light to the formed metal layer. can be controlled properly. In addition, not only can the flow of fluid be controlled more precisely by adjusting the wavelength or intensity of the irradiated light, but also the fluid flow for multiple ports can be controlled locally and precisely with a single light by using an optical mask. .
도 1은 바이오칩에서 유체의 증발량 차이에 따라 유체의 흐름이 유도되는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 광을 이용하여 유체의 증발량 차이를 유도함으로써 유체의 흐름을 제어하는 바이오칩 구성과 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 실시예의 바이오칩을 이용하여 물질의 합성 및 검사를 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 바이오칩의 구성을 나타낸다.
도 6은 도 5의 광 마스크의 다른 예를 나타낸다.
도 7은 실시예에 따른 바이오칩의 제조와 유체 제어 방법을 나타낸다.Figure 1 is a diagram to explain the concept in which fluid flow is induced according to differences in the evaporation amount of fluid in a biochip.
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration and operation of a biochip that controls the flow of fluid by inducing a difference in the evaporation amount of fluid using light according to an embodiment.
Figures 3 and 4 are diagrams for explaining a method of synthesizing and testing materials using the biochip of an example.
Figure 5 shows the configuration of a biochip according to another embodiment.
Figure 6 shows another example of the photo mask of Figure 5.
Figure 7 shows a biochip manufacturing and fluid control method according to an embodiment.
이하, 도면을 참조하여 일 실시예의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of one embodiment will be described with reference to the drawings. The detailed description below is provided to provide a comprehensive understanding of the methods, devices and/or systems described herein. However, this is only an example and the present invention is not limited thereto.
일 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 일 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 일 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In describing one embodiment, if it is determined that a detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of an embodiment, the detailed description will be omitted. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification. The terminology used in the detailed description is intended to describe only one embodiment and should in no way be limiting. Unless explicitly stated otherwise, singular forms include plural meanings. In this description, expressions such as “comprising” or “comprising” are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, and one or more than those described. It should not be construed to exclude the existence or possibility of any other characteristic, number, step, operation, element, or part or combination thereof. In addition, terms such as "... unit", "... unit", "module", and "block" used in the specification refer to a unit that processes at least one function or operation, which is hardware, software, or hardware. and software.
도 1은 바이오칩에서 유체의 증발량 차이에 따라 유체의 흐름이 유도되는 개념을 설명하기 위한 도면이다.Figure 1 is a diagram to explain the concept in which fluid flow is induced according to differences in the evaporation amount of fluid in a biochip.
도 1은 바이오칩(10)의 단면도를 나타내었다. 도 1에서 바이오칩(10)은 상부 기판(11)과 하부 기판(12)로 구분될 수 있다. 상부 기판(11)에는 유체(16)가 공급되는 다수의 포트(P1, P2)가 서로 이격되어 형성된다. 그리고 상부 기판(11) 또는 하부 기판(12)에는 다수의 포트(P1, P2) 중 적어도 하나의 포트로 공급된 유체(16)가 다른 포트로 이동하는 경로인 유로 채널(13)이 형성될 수 있다. 여기서 유로 채널(13)은 상부 기판(11)이나 하부 기판(12) 중 적어도 하나의 홈 형태로 형성되고, 상부 기판(11)과 하부 기판(12)이 결합되어 유체가 흐르는 경로로 형성될 수 있다. 즉 도 1에서는 예로서 유로 채널(13)이 상부 기판(11)에 형성된 것으로 도시하였으나, 유로 채널(13)은 하부 기판(12)에 형성될 수도 있다.Figure 1 shows a cross-sectional view of the biochip 10. In FIG. 1, the biochip 10 can be divided into an upper substrate 11 and a lower substrate 12. A plurality of ports P1 and P2 through which the fluid 16 is supplied are formed on the upper substrate 11 and spaced apart from each other. In addition, a flow channel 13 may be formed in the upper substrate 11 or the lower substrate 12, which is a path through which the fluid 16 supplied to at least one port among the plurality of ports P1 and P2 moves to another port. there is. Here, the flow channel 13 is formed in the shape of a groove in at least one of the upper substrate 11 or the lower substrate 12, and the upper substrate 11 and the lower substrate 12 are combined to form a path through which fluid flows. there is. That is, in FIG. 1 , as an example, the flow channel 13 is shown as being formed in the upper substrate 11, but the flow channel 13 may also be formed in the lower substrate 12.
여기서 상부 기판(11)과 하부 기판(12)은 포트로 공급되는 유체(16)와 반응을 일으키지 않는 각종 플라스틱이나 아크릴 소재로 구현될 수 있으며, 투명한 소재로 구현될 수 있다.Here, the upper substrate 11 and the lower substrate 12 may be made of various plastic or acrylic materials that do not react with the fluid 16 supplied to the port, and may be made of transparent materials.
그리고 도 1에서는 다수의 포트(P1, P2)와 유로 채널(13)을 형성하기 용이하도록 상부 기판(11)과 하부 기판(12)이 개별적으로 제조되어 서로 결합된 일반적인 바이오칩(10)을 도시하였으나, 경우에 따라서 바이오칩(10)은 상부 기판(11)과 하부 기판(12)이 구분되지 않는 단일 기판 상에 구현될 수도 있다.In Figure 1, a general biochip 10 is shown in which the upper substrate 11 and the lower substrate 12 are individually manufactured and connected to each other to facilitate forming a plurality of ports (P1, P2) and flow channels 13. , In some cases, the biochip 10 may be implemented on a single substrate in which the upper substrate 11 and the lower substrate 12 are not distinguished.
도 1과 같이 바이오칩(10)이 구현되어 2개의 포트(P1, P2)가 유로 채널(13)을 통해 서로 연결되고, 유체(16)가 공급되어 제1 포트(P1)에 상대적으로 큰 크기의 유체 방울이 형성되고, 제2 포트(P2)에 상대적으로 작은 크기의 유체 방울이 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 포트(P1, P2)에 형성된 서로 다른 크기의 유체 방울에는 표면 장력(surface tension)에 의해 서로 다른 크기의 압력이 인가된다. 도 1의 (a)의 경우, 큰 크기로 인해 큰 곡률 반경을 갖는 제1 포트(P1)에 형성된 유체 방울에는 상대적으로 작은 압력이 인가되는 반면, 작은 크기로 인해 작은 곡률 반경을 갖는 제2 포트(P2)에 형성된 유체 방울에는 상대적으로 큰 압력이 인가된다. 따라서 제2 포트(P2)의 유체 방울이 제1 포트(P1)의 유체 방울보다 더 작은 크기로 형성됨에도 불구하고, 유체(16)는 유로 채널(13)을 통해 제2 포트(P2)에서 제1 포트(P1) 방향으로 흐르게 된다.As shown in FIG. 1, the biochip 10 is implemented so that the two ports (P1, P2) are connected to each other through the flow channel 13, and the fluid 16 is supplied to the first port (P1) in a relatively large size. Fluid droplets may be formed, and relatively small-sized fluid droplets may be formed in the second port (P2). In this case, pressures of different sizes are applied to fluid droplets of different sizes formed in the first and second ports (P1, P2) due to surface tension. In the case of Figure 1(a), a relatively small pressure is applied to the fluid droplet formed in the first port P1, which has a large radius of curvature due to its large size, while the second port has a small radius of curvature due to its small size. A relatively large pressure is applied to the fluid droplet formed in (P2). Therefore, even though the fluid droplets in the second port (P2) are formed in a smaller size than the fluid droplets in the first port (P1), the fluid 16 flows from the second port (P2) through the flow channel 13 to the first port (P1). It flows in the direction of port (P1).
그러나 상대적으로 큰 크기를 갖는 제1 포트(P1)의 유체 방울은 큰 표면 면적으로 인해 빠르게 유체(16)가 증발되는 반면, 제2 포트(P2)의 유체 방울은 상대적으로 작은 표면 면적에 의해 유체(16)가 느리게 증발된다. 다만, 제2 포트(P2)에서는 유체(16)가 제1 포트(P1)으로 흐르게 됨에 따라 증발로 인한 유체 방울 크기 축소보다 유체(16)의 흐름에 의한 유체 방울 크기 축소가 더 크게 발생하게 된다. 따라서 도 1의 (a)와 같은 제1 포트(P1) 방향으로의 유체(16)의 흐름은 제1 및 제2 포트(P1, P2)에 형성된 유체 방울의 곡률 반경이 동일해져 표면 장력에 의한 압력이 평형을 이룰때까지 일정 기간동안만 발생하게 된다.However, while the fluid droplets in the first port (P1), which have a relatively large size, quickly evaporate the fluid (16) due to their large surface area, the fluid droplets in the second port (P2) have a relatively small surface area. (16) evaporates slowly. However, as the fluid 16 flows from the second port P2 to the first port P1, the reduction in the size of the fluid droplets due to the flow of the fluid 16 occurs more significantly than the reduction in the size of the fluid droplets due to evaporation. . Therefore, the flow of fluid 16 in the direction of the first port P1, as shown in (a) of FIG. 1, is caused by surface tension because the radii of curvature of the fluid droplets formed in the first and second ports P1 and P2 are the same. It only occurs for a certain period of time until the pressure is equalized.
이후, 제1 포트(P1)의 유체 방울은 큰 표면 면적에 따라 증발량이 많아 유체 방울의 크기가 빠르게 작아지는 반면, 제2 포트(P2)의 유체 방울은 작은 표면 면적에 따라 증발량이 작아 유체 방울의 크기가 상대적으로 느리게 작아진다. 그러므로, 제1 포트(P1)에서는 유체 방울의 크기가 작아짐에 따라 곡률 반경이 점차 작아져 가해지는 압력이 점차 증가하고, 반대로 제2 포트(P2)는 곡률 반경이 점차 커져 가해지는 압력이 점차 감소하게 된다. 이로 인해 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 유체(16)는 유로 채널(13)을 통해 제1 포트(P1)에서 제2 포트(P2) 방향으로 흐르게 된다.Thereafter, the size of the fluid droplets in the first port (P1) quickly decreases due to the large evaporation amount due to the large surface area, while the fluid droplets in the second port (P2) have a small evaporation amount due to the small surface area, causing the fluid droplets to drop. The size of decreases relatively slowly. Therefore, as the size of the fluid droplet decreases in the first port (P1), the radius of curvature gradually decreases and the pressure applied gradually increases, and on the contrary, the radius of curvature gradually increases in the second port (P2) and the applied pressure gradually decreases. I do it. As a result, as shown in (b) of FIG. 1, the fluid 16 flows from the first port P1 to the second port P2 through the flow channel 13.
따라서 바이오칩(10)은 다수의 포트(P1, P2)에서 발생되는 유체 증발량에 따라 유체(16)의 흐름이 국소적으로 제어될 수 있다. 다만 도 1은 포트(P1, P2)로 공급된 자연 증발에 의존하여 유체(16)의 흐름이 발생된 것이므로, 사용자가 원하는 방향으로 유체(16)가 흐르도록 제어하는 것이라고 볼 수 없다. 특히 유체(16)가 흐르는 속도를 조절할 수 없다. 따라서 도 1의 바이오칩(10)은 물질의 합성 및 검사 등에 활용하기 매우 어렵다.Accordingly, the biochip 10 can locally control the flow of the fluid 16 according to the amount of fluid evaporation generated from the plurality of ports P1 and P2. However, since the flow of fluid 16 in Figure 1 is generated depending on natural evaporation supplied to the ports P1 and P2, it cannot be seen as controlling the fluid 16 to flow in the direction desired by the user. In particular, the speed at which the fluid 16 flows cannot be controlled. Therefore, it is very difficult to use the biochip 10 of FIG. 1 for material synthesis and testing.
도 2는 일 실시예에 따른 광을 이용하여 유체의 증발량 차이를 유도함으로써 유체의 흐름을 제어하는 바이오칩 구성과 동작을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration and operation of a biochip that controls the flow of fluid by inducing a difference in the evaporation amount of fluid using light according to an embodiment.
도 2에서도 바이오칩(20)의 단면도를 도시하였다. 도 2의 (a)를 참조하면, 실시예에 따른 바이오칩(20) 또한 도 1의 바이오칩(10)과 마찬가지로, 상부 기판(21)과 하부 기판(21)을 구비하고, 상부 기판(21)에는 다수의 포트(P1, P2)가 형성되며, 상부 기판(21) 또는 하부 기판(22)에는 유로 채널(23)이 형성된다. 다만 실시예의 바이오칩(20)은 도 1의 바이오칩(10)과 달리 유로 채널(23)의 하부면에서 다수의 포트(P1, P2)이 형성된 위치 각각에 각 포트(P1, P2)에 대응하는 다수의 금속 구조체(24, 25)가 형성된다. 여기서 금속 구조체((MP1, MP2), (MP3, MP4))는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 금속판 형태나 도 2의 (b)와 같이 규칙적 또는 불규칙적인 패턴을 갖도록 형성될 수 있으며, 나노 스케일 또는 그 이상 스케일 크기를 갖도록 구현될 수 있다. 금속 구조체((MP1, MP2), (MP3, MP4))는 금속을 도포하는 방식으로 구현되거나, 나노 스케일로 구조화되어 제작된 금속판(금속 레이어) 또는 나노 패턴으로 제조되어 부착되는 방식으로 구현될 수도 있으며, 경우에 따라서는 하부 기판(22)에 나노 파티클 금속이 포함되는 형태로 구현될 수도 있다.Figure 2 also shows a cross-sectional view of the biochip 20. Referring to (a) of FIG. 2, the biochip 20 according to the embodiment also has an upper substrate 21 and a lower substrate 21, similar to the biochip 10 of FIG. 1, and the upper substrate 21 has A plurality of ports P1 and P2 are formed, and a flow channel 23 is formed in the upper substrate 21 or the lower substrate 22. However, unlike the biochip 10 of FIG. 1, the biochip 20 of the embodiment has a plurality of ports (P1, P2) corresponding to each port (P1, P2) at each position where the plurality of ports (P1, P2) are formed on the lower surface of the flow channel 23. The metal structures 24 and 25 are formed. Here, the metal structures ((MP1, MP2), (MP3, MP4)) may be formed in the form of a metal plate as shown in (a) of FIG. 2 or have a regular or irregular pattern as shown in (b) of FIG. 2. , it can be implemented to have a nanoscale or larger scale size. The metal structure ((MP1, MP2), (MP3, MP4)) may be implemented by applying metal, or may be implemented by manufacturing and attaching a nano-scale structured metal plate (metal layer) or nano-pattern. In some cases, the lower substrate 22 may be implemented with nanoparticle metal.
다수의 금속 구조체((MP1, MP2), (MP3, MP4)) 각각은 광이 인가되면 광열 효과를 유발할 수 있는 금, 은, 백금, 알루미늄 또는 구리 등과 같은 다양한 금속으로 구현될 수 있다.Each of the plurality of metal structures ((MP1, MP2), (MP3, MP4)) may be implemented with various metals such as gold, silver, platinum, aluminum, or copper, which can cause a photothermal effect when light is applied.
이와 같은 구조를 갖는 실시예의 바이오칩(20)에서는 유로 채널(23)을 통한 유체(26)의 흐름을 제어하기 위해 다수의 금속 구조체(MP1, MP2) 중 적어도 하나의 금속 구조체 광(L1, L2)을 조사한다.In the biochip 20 of the embodiment having such a structure, at least one metal structure light (L1, L2) among the plurality of metal structures (MP1, MP2) is used to control the flow of the fluid 26 through the flow channel 23. investigate.
도 2의 (a)에서 제1 포트(P1)에 대응하는 제1 금속 구조체(MP1)에 제1 광(L1)을 인가하는 경우, 제1 광(L1)이 인가된 제1 금속 구조체(MP1)는 광열 효과로 인해 열을 발생하고, 광열 효과에 의해 발생된 열은 제1 포트(P1)에 형성된 유체 방울의 증발 속도를 향상시키게 된다. 따라서 제1 포트(P1)에 형성된 유체 방울은 더 빠르게 곡률 반경이 작아지게 되고, 표면 장력에 의한 압력을 더 크게 받게 된다. 그 결과, 유로 채널(23)을 통해 제1 포트(P1)에서 제2 포트(P2)로 흐르는 유체(26)의 이동 속도가 빨라지게 된다.When applying the first light L1 to the first metal structure MP1 corresponding to the first port P1 in (a) of FIG. 2, the first metal structure MP1 to which the first light L1 is applied ) generates heat due to the photothermal effect, and the heat generated by the photothermal effect improves the evaporation rate of the fluid droplets formed in the first port (P1). Accordingly, the radius of curvature of the fluid droplet formed in the first port (P1) becomes smaller faster and is subjected to greater pressure due to surface tension. As a result, the movement speed of the fluid 26 flowing from the first port (P1) to the second port (P2) through the flow channel 23 increases.
그에 반해, 제2 포트(P2)에 대응하는 위치에 형성된 제2 금속 구조체(MP2)에 제2 광(L2)을 인가하는 경우, 제2 금속 구조체(MP2)가 발열하게 되어 제2 포트(P2)의 유체(26)가 증발하게 되지만, 제1 포트(P1)의 유체 방울이 더 큰 표면 면적을 가져 큰 자연 증발량을 가지므로, 유체(26)는 제1 포트(P1)에서 제2 포트(P2)로 흐르지 않거나 흐르더라도 매우 미미한 양으로만 흐르게 된다. 즉 제2 금속 구조체(MP2)에 제2 광(L2)을 인가하게 되면 자연 증발로 인해 제1 포트(P1)에서 제2 포트(P2)로 유체(26)가 흐르는 것을 억제할 수 있다.On the other hand, when the second light L2 is applied to the second metal structure MP2 formed at a position corresponding to the second port P2, the second metal structure MP2 generates heat and the second port P2 ) of the fluid 26 is evaporated, but since the fluid droplets in the first port (P1) have a larger surface area and have a large natural evaporation amount, the fluid 26 is evaporated from the first port (P1) to the second port (P2). ), or if it does flow, it only flows in a very small amount. That is, when the second light L2 is applied to the second metal structure MP2, flow of the fluid 26 from the first port P1 to the second port P2 due to natural evaporation can be suppressed.
이때 제1 및 제2 광(L1, L2)의 파장 또는 세기를 조절하여 유체(26)의 흐름 속도를 정밀하게 제어할 수 있다. 금속 구조체(MP1, MP2)는 인가되는 광(L1, L2)의 세기 또는 파장에 따라 상이하게 열을 발생시킬 수 있다. 금속 구조체(MP1, MP2)는 광의 세기가 강해질수록 더 많은 열을 발생시킬 수 있으며, 금속에 매칭되는 파장의 광이 인가될수록 더 많은 열을 발생시킬 수 있다. 그러므로, 금속 구조체(MP1, MP2)에 더 강한 세기의 광을 인가하거나, 금속 구조체(MP1, MP2)로 구현된 금속의 종류에 매칭되는 파장의 광을 인가하면 유체(26)의 증발량을 증가시킬 수 있으며, 이에 유체(26)가 흐르는 속도를 더욱 빠르게 하거나 느리게 할 수 있을 뿐만 아니라, 유체(26)가 흐르는 방향을 전환할 수도 있다. 즉 광(L1, L2)의 세기 및 파장을 이용하여 유체(26)의 흐름을 미세하게 제어할 수 있다.At this time, the flow speed of the fluid 26 can be precisely controlled by adjusting the wavelength or intensity of the first and second lights L1 and L2. The metal structures MP1 and MP2 may generate heat differently depending on the intensity or wavelength of the applied light L1 and L2. The metal structures MP1 and MP2 can generate more heat as the intensity of light becomes stronger, and as light with a matching wavelength is applied to the metal, more heat can be generated. Therefore, applying light of a stronger intensity to the metal structures (MP1, MP2) or applying light of a wavelength matching the type of metal implemented by the metal structures (MP1, MP2) will increase the amount of evaporation of the fluid 26. This allows not only the speed at which the fluid 26 flows to be faster or slower, but also the direction in which the fluid 26 flows can be changed. That is, the flow of the fluid 26 can be finely controlled using the intensity and wavelength of the light L1 and L2.
금속 구조체(MP1, MP2)로 조사되는 제1 및 제2 광(L1, L2)은 광원(미도시)으로부터 조사될 수 있으며, 광원은 일 예로 레이저 모듈(미도시)구현될 수 있으며, 이 경우 제1 및 제2 광(L1, L2)은 레이저 광일 수 있다. 그리고 실시예에서 제1 및 제2 금속 구조체(MP1, MP2)에는 독립적으로 광(L1, L2)이 인가될 수 있어야 하므로, 각 금속 구조체(MP1, MP2)로 광(L1, L2)을 조사하는 광원 또한 다수개로 구비될 수 있으며, 일 예로 광원은 포트(P1, P2)의 개수에 대응하는 개수로 구비될 수 있다.The first and second lights (L1, L2) irradiated to the metal structures (MP1, MP2) may be irradiated from a light source (not shown), and the light source may be implemented as a laser module (not shown), in this case. The first and second lights L1 and L2 may be laser lights. And in the embodiment, since the light (L1, L2) must be independently applied to the first and second metal structures (MP1, MP2), the light (L1, L2) is irradiated to each metal structure (MP1, MP2). A plurality of light sources may also be provided. For example, a number of light sources may be provided corresponding to the number of ports P1 and P2.
도 2의 (a)에서는 바이오칩(20)에서 2개의 포트(P1, P2) 사이에만 유로 채널(23)이 형성되어 있어, 유체(26)가 제1 포트(P1)와 제2 포트(P2) 사이로만 흐를 수 있었다. 그러나 바이오칩(20)에는 다수의 포트가 형성될 수 있으며, 이에 유로 채널(23)은 다수의 포트를 연결하도록 형성될 수 있다. 도 2의 (b)에서는 유로 채널(23)이 제1 및 제2 포트(P1, P2) 이외에 다수의 포트를 연결하도록 형성된 경우를 가정하였다. 이 경우, 제1 및 제2 금속 구조체(MP3, MP4) 중 제1 금속 구조체(MP3)에 제1 광(L1)을 인가하면, 유체(26)는 유로 채널(23)을 따라 제2 포트(P2) 뿐만 아니라 다른 포트(미도시)로도 흐르게 된다. 즉 유체(26)는 제1 포트(P1)에서 유로 채널(23)에 의해 형성된 모든 이동 경로를 따라 흐르게 된다. 이 경우에도 만일 제2 금속 구조체(MP4)에 제2 광(L2)이 인가되고 있다면, 유체(26)는 제2 포트(P2) 방향으로는 흐르지 않고 다른 포트 방향으로만 흐를 수 있다. 또한 제2 포트(P2)에 제2 광(L2)을 인가하고, 제1 포트(P1)에는 제1 광(L1)을 인가하지 않는 경우에도 제1 포트(P1)로 공급된 유체는 제2 포트(P2) 방향으로는 흐르지 않고 다른 포트 방향으로만 흐를 수 있다.In Figure 2 (a), the flow channel 23 is formed only between the two ports (P1 and P2) in the biochip 20, so that the fluid 26 flows through the first port (P1) and the second port (P2). It could only flow between them. However, multiple ports may be formed in the biochip 20, and the flow channel 23 may be formed to connect multiple ports. In (b) of FIG. 2, it is assumed that the flow channel 23 is formed to connect a plurality of ports in addition to the first and second ports P1 and P2. In this case, when the first light L1 is applied to the first metal structure MP3 among the first and second metal structures MP3 and MP4, the fluid 26 flows through the second port ( P2) as well as other ports (not shown). That is, the fluid 26 flows along all movement paths formed by the flow channel 23 in the first port P1. In this case as well, if the second light L2 is applied to the second metal structure MP4, the fluid 26 may not flow in the direction of the second port P2 but may only flow in the other port direction. In addition, even when the second light (L2) is applied to the second port (P2) and the first light (L1) is not applied to the first port (P1), the fluid supplied to the first port (P1) is It does not flow in the direction of port (P2), but can only flow in the direction of other ports.
그리고 도 2의 (b)에서는 제1 및 제2 금속 구조체(MP3, MP4)가 나노 패턴으로 형성된 경우를 가정하여 도시하였으나, 도 2의 (a)와 같이 금속판 형태로 구현되어도 무방하다.In Figure 2(b), it is assumed that the first and second metal structures MP3 and MP4 are formed in nanopatterns, but they may also be implemented in the form of a metal plate as shown in Figure 2(a).
따라서 실시예의 바이오칩(20)에서는 유로 채널(23)에서 다수의 포트(P1, P2) 각각에 대응하는 위치에 다수의 금속 구조체(24)가 형성되고, 형성된 다수의 금속 구조체(24) 중 적어도 하나의 금속 구조체에 독립적으로 광(L1, L2)을 조사하여 국소적으로 유체의 흐름을 제어할 수 있을 뿐만 아니라 조사되는 광의 세기나 파장을 조절하여 유체의 흐름 방향이나 속도까지 미세하게 조절할 수 있다.Accordingly, in the biochip 20 of the embodiment, a plurality of metal structures 24 are formed at positions corresponding to each of the plurality of ports P1 and P2 in the flow channel 23, and at least one of the plurality of metal structures 24 formed Not only can the flow of fluid be controlled locally by radiating light (L1, L2) independently to the metal structure, but also the direction and speed of fluid flow can be finely adjusted by adjusting the intensity or wavelength of the irradiated light.
상기에서는 다수의 금속 구조체(MP1 ~ MP4)에 광을 인가하여 광열 효과로 인해 발생되는 열을 이용하여 유체(26)를 증발시킴으로써 유체(26)의 흐름을 제어하는 것으로 설명하였다. 그러나 다른 실시예로 바이오칩(20)은 다수의 금속 구조체(MP1 ~ MP4) 각각으로 광이 아닌 직접 열을 인가하여 유체(26)의 흐름을 제어할 수도 있으며, 다수의 금속 구조체(MP1 ~ MP4)에 전류가 흐르도록 하여, 줄열 효과로 발생되는 열을 이용하여 유체(26)의 흐름을 제어하도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 흐르는 전류의 세기에 따라 유체(26)의 증발량이 가변되어 유체(26)의 흐름이 제어될 수 있다.In the above, it was explained that the flow of the fluid 26 is controlled by applying light to a plurality of metal structures (MP1 to MP4) and evaporating the fluid 26 using heat generated due to the photothermal effect. However, in another embodiment, the biochip 20 may control the flow of the fluid 26 by applying heat directly rather than light to each of the plurality of metal structures (MP1 to MP4). It may be configured to control the flow of the fluid 26 by allowing a current to flow through it, using the heat generated by the Joule heat effect. In this case, the amount of evaporation of the fluid 26 varies depending on the intensity of the flowing current, so that the flow of the fluid 26 can be controlled.
도 3 및 도 4는 실시예의 바이오칩을 이용하여 물질의 합성 및 검사를 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.Figures 3 and 4 are diagrams for explaining a method of synthesizing and testing materials using the biochip of an example.
도 3의 바이오칩(30)은 상부 기판(31)과 하부 기판(32)을 포함한다. 그리고 상부 기판(31)에 6개의 포트(P11, P12, P21, P22, P31, P32)와 하나의 타겟 포트(TP)가 형성된 경우를 도시하였다. 여기서 6개의 포트(P11, P12, P21, P22, P31, P32)는 3 X 2 매트릭스 형태로 배치되어 있으며, 타겟 포트(TP)는 별도로 배치되어 있다. 그리고 유로 채널(33)은 6개의 포트(P11, P12, P21, P22, P31, P32)를 행단위로 2개씩의 포트((P11, P12), (P21, P22), (P31, P32))를 연결하고, 타겟 포트(TP)에는 공통으로 연결된다. 여기서 6개의 포트(P11, P12, P21, P22, P31, P32)는 합성 물질을 생성하기 위한 물질이나 각종 검사를 수행하기 위한 시료 등과 같은 원료 샘플이 유체 상태로 공급되고, 광이 인가됨에 따라 유로 채널(33)을 통해 흐르는 유체의 흐름을 제어하기 위해 형성된다. 그리고 타겟 포트(TP)는 바이오칩(30)을 이용하여 물질의 합성, 반응, 실험, 검사, 측정 등을 수행하고자 할 때, 원료 샘플로부터 생성되는 합성 물질이나 검체 등의 타겟 샘플이 수집되는 포트이다.The biochip 30 of FIG. 3 includes an upper substrate 31 and a lower substrate 32. Also, a case where six ports (P11, P12, P21, P22, P31, P32) and one target port (TP) are formed on the upper substrate 31 is shown. Here, six ports (P11, P12, P21, P22, P31, P32) are arranged in a 3 x 2 matrix, and the target port (TP) is arranged separately. And the Euro Channel 33 has 6 ports (P11, P12, P21, P22, P31, P32) and 2 ports ((P11, P12), (P21, P22), (P31, P32)) per row. connection, and is commonly connected to the target port (TP). Here, the six ports (P11, P12, P21, P22, P31, P32) supply raw material samples, such as materials for producing synthetic materials or samples for performing various tests, in a fluid state, and flow through them as light is applied. It is formed to control the flow of fluid flowing through the channel 33. The target port (TP) is a port where target samples such as synthetic materials or specimens generated from raw material samples are collected when synthesizing, reacting, experimenting, testing, or measuring materials using the biochip 30. .
한편, 도 2에서는 금속 구조체(MP1 ~ MP4)가 각각 대응하는 포트(P1, P2)의 위치에 형성되는 것으로 설명하였다. 그러나 도 3에서는 상부 기판(31)과 하부 기판(32) 사이에 배치되는 금속층 형태의 금속 구조체(34)가 형성된 경우를 도시하였다. 상기한 바와 같이, 실시예에서는 다수의 광원을 이용하여 개별 포트(P11, P12, P21, P22, P31, P32) 위치에 서로 다른 세기 및 파장의 광을 인가할 수 있다. 따라서 도 2와 같이 금속 구조체(MP1 ~ MP4)가 각 포트(P1, P2)에 대응하는 위치에만 형성되지 않고, 도 3과 같이, 금속 구조체(34)가 상부 기판(31)과 하부 기판(32) 사이의 전체 영역에 금속층 형태로 형성될 지라도, 금속 구조체(34)에서 각 포트(P11, P12, P21, P22, P31, P32)의 영역에만 세기나 파장이 조절된 광을 국부적으로 조사함으로써, 유체의 흐름을 정밀하게 제어할 수 있다.Meanwhile, in FIG. 2, it is explained that the metal structures MP1 to MP4 are formed at the positions of the corresponding ports P1 and P2, respectively. However, FIG. 3 shows a case where a metal structure 34 in the form of a metal layer disposed between the upper substrate 31 and the lower substrate 32 is formed. As described above, in the embodiment, light of different intensities and wavelengths may be applied to individual ports (P11, P12, P21, P22, P31, and P32) using multiple light sources. Therefore, as shown in FIG. 2, the metal structures (MP1 to MP4) are not formed only at positions corresponding to each port (P1, P2), but as shown in FIG. 3, the metal structures 34 are formed on the upper substrate 31 and the lower substrate 32. ) Even though it is formed in the form of a metal layer in the entire area between the two, by locally irradiating light with the intensity or wavelength adjusted only to the area of each port (P11, P12, P21, P22, P31, P32) in the metal structure 34, The flow of fluid can be precisely controlled.
그리고 금속 구조체(34)를 개별 포트(P11, P12, P21, P22, P31, P32) 각각의 위치에 구분하여 형성하지 않고, 도 3과 같이 전체 영역에 해당하는 금속 판으로 형성하는 경우, 바이오칩(30)의 제조 공정이 간략화됨에 따라 제조 비용과 시간을 저감시킬 수 있다.In addition, when the metal structure 34 is not formed separately at each position of the individual ports (P11, P12, P21, P22, P31, and P32) but is formed as a metal plate corresponding to the entire area as shown in FIG. 3, the biochip ( 30) As the manufacturing process is simplified, manufacturing cost and time can be reduced.
도 3과 같은 구조의 바이오칩(30)에서는 6개의 포트(P11, P12, P21, P22, P31, P32) 중 제1 열을 따라 배치된 3개의 포트(P11, P21, P31) 중 적어도 하나를 통해 서로 다른 원료 샘플(M1 ~ M3)이 공급될 수 있다. 그리고 타겟 포트(TP)에서 획득하고자 하는 타겟 샘플(TM)에 따라 3개의 포트(P11, P21, P31) 중 적어도 하나의 포트로 공급된 원료 샘플(M1 ~ M3)을 타겟 포트(TP)로 이동시킬 수 있어야 한다.In the biochip 30 having the same structure as Figure 3, through at least one of the three ports (P11, P21, P31) arranged along the first row among the six ports (P11, P12, P21, P22, P31, P32). Different raw material samples (M1 to M3) may be supplied. Then, move the raw material samples (M1 to M3) supplied to at least one of the three ports (P11, P21, P31) to the target port (TP) depending on the target sample (TM) to be obtained from the target port (TP). You should be able to do it.
도 3에서는 3개의 포트(P11, P21, P31)로 서로 다른 3가지 원료 샘플(M1 ~ M3)이 공급되고, 이중 제11 포트(P11)와 제31 포트(P31)에 공급된 제1 및 제3 원료 샘플(M1, M3)을 이용하여 타겟 샘플(TM)을 획득하고자 하는 경우를 가정하여 도시하였다. 이 경우, 제11 포트(P11)와 제31 포트(P31)에 공급된 제1 및 제3 원료 샘플(M1, M3)은 유로 채널(33)을 통해 타겟 포트(TP)로 이동되어야 하는 반면, 제21 포트(P21)로 공급된 제2 원료 샘플(M2)은 타겟 포트(TP)로 이동되지 않아야 한다.In Figure 3, three different raw material samples (M1 to M3) are supplied to three ports (P11, P21, and P31), and among them, the first and second raw material samples are supplied to the 11th port (P11) and the 31st port (P31). 3 The illustration assumes that a target sample (TM) is to be obtained using raw material samples (M1, M3). In this case, the first and third raw material samples (M1, M3) supplied to the 11th port (P11) and the 31st port (P31) must be moved to the target port (TP) through the flow channel 33, The second raw material sample (M2) supplied to the 21st port (P21) should not be moved to the target port (TP).
이에 실시예에서는 제11 포트(P11)와 제31 포트(P31)로는 각각 제1 및 제3 광(L1, L3)를 인가하고, 제22 포트(P22)로는 제2 광(L2)을 인가한다. 제11 포트(P11)와 제31 포트(P31)로 각각 제1 및 제3 광(L1, L3)이 인가되지만, 제12 포트(P12)와 제32 포트(P32)로는 광이 인가되지 않으므로, 제11 포트(P11)와 제31 포트(P31)로 공급된 제1 및 제3 원료 샘플(M1, M3)은 유로 채널(33)을 통해 타겟 포트(TP)로 전달된다. 반면, 제2 행에서는 제22 포트(P22)로 제2 광(L2)이 인가되므로, 제21 포트(P21)로 공급된 제2 원료 샘플(M2)은 타겟 포트(TP)로 전달되지 않는다. 따라서 타겟 포트(TP)에는 제11 포트(P11)와 제31 포트(P31)로 공급된 제1 및 제3 원료 샘플(M1, M3)이 합성되어 타겟 샘플(TM)이 획득된다. 이때, 제11 포트(P11)와 제31 포트(P31)로 인가되는 제1 및 제3 광(L1, L3)의 세기 및 파장에 따라 유체의 흐름이 조절되어 타겟 포트(TP)에서 획득되는 타겟 샘플(TM)에 포함되는 제1 및 제3 원료 샘플(M1, M3)의 비율이 상이하게 조절될 수 있다.Accordingly, in the embodiment, the first and third lights (L1, L3) are applied to the 11th port (P11) and the 31st port (P31), respectively, and the second light (L2) is applied to the 22nd port (P22). . Since the first and third lights (L1, L3) are applied to the 11th port (P11) and the 31st port (P31), respectively, but the light is not applied to the 12th port (P12) and the 32nd port (P32), The first and third raw material samples (M1, M3) supplied to the 11th port (P11) and the 31st port (P31) are delivered to the target port (TP) through the flow channel 33. On the other hand, since the second light L2 is applied to the 22nd port P22 in the second row, the second raw material sample M2 supplied to the 21st port P21 is not delivered to the target port TP. Accordingly, the first and third raw material samples (M1, M3) supplied to the 11th port (P11) and the 31st port (P31) are synthesized at the target port (TP) to obtain the target sample (TM). At this time, the flow of fluid is adjusted according to the intensity and wavelength of the first and third lights (L1, L3) applied to the 11th port (P11) and the 31st port (P31), and the target obtained at the target port (TP) The ratio of the first and third raw material samples M1 and M3 included in the sample TM may be adjusted differently.
다른 예로서, 제2 및 제3 원료 샘플(M2, M3)을 기반으로 타겟 샘플(TM)을 획득하고자 하는 경우에는 제12 포트(P12)와 제21 포트(P21) 및 제31 포트(P31)로 각각 광(L1, L2, L3)를 인가하여 타겟 포트(TP)에서 타겟 샘플(TM)을 획득할 수도 있다.As another example, when it is desired to obtain a target sample (TM) based on the second and third raw material samples (M2, M3), the 12th port (P12), the 21st port (P21), and the 31st port (P31) The target sample (TM) may be obtained from the target port (TP) by applying light (L1, L2, L3), respectively.
즉 실시예의 바이오칩(30)은 다수의 포트(P11, P12, P21, P22, P31, P32) 각각에 광을 인가하는지 여부와 인가되는 광의 세기 및 파장을 조절하여 타겟 포트(TP)에서 획득되는 타겟 샘플(TM)을 구성하는 원료 샘플(M1 ~ M3)의 종류와 비율을 정밀하게 조절할 수 있다.That is, the biochip 30 of the embodiment determines whether light is applied to each of the plurality of ports (P11, P12, P21, P22, P31, and P32) and adjusts the intensity and wavelength of the applied light to obtain a target at the target port (TP). The type and ratio of the raw material samples (M1 to M3) that make up the sample (TM) can be precisely controlled.
그리고 도 4에서도 바이오칩(40)은 상부 기판(41)과 하부 기판(42) 및 상부 기판(41)과 하부 기판(42) 사이의 전체 영역에 금속판 형태로 형성된 금속 구조체(44)를 포함한다. 다만 도 4에서는 바이오칩(40)이 3 X 3 형태로 배열된 9개의 포트((P11, P12, P13), (P21, P22, P23), (P31, P32, P33))과 2개의 타겟 포트(TP1, TP2)를 포함하는 경우를 도시하였다.Also in FIG. 4 , the biochip 40 includes an upper substrate 41 and a lower substrate 42 and a metal structure 44 formed in the form of a metal plate in the entire area between the upper substrate 41 and the lower substrate 42. However, in Figure 4, the biochip 40 has 9 ports ((P11, P12, P13), (P21, P22, P23), (P31, P32, P33)) arranged in a 3 x 3 shape and 2 target ports ( A case including TP1 and TP2) is shown.
도 4와 같이 구성된 바이오칩(40)에서는 9개의 포트((P11, P12, P13), (P21, P22, P23), (P31, P32, P33)) 중 가운데 제2 열에 위치하는 3개의 포트(P12, P22, P32) 각각에 원료 샘플(M1, M2, M3)이 공급될 수 있다. 그리고 제2 타겟 포트(TP2)에는 제1 및 제2 원료 샘플(M1, M2)을 합성하여 제2 타겟 샘플(TM2)을 획득하고, 제1 타겟 포트(TP1)에는 제2 및 제3 원료 샘플(M2, M3)을 합성하여 제1 타겟 샘플(TM1)을 획득하는 경우를 가정한다.In the biochip 40 configured as shown in FIG. 4, among the nine ports ((P11, P12, P13), (P21, P22, P23), (P31, P32, P33), three ports (P12) are located in the second row in the middle. , P22, and P32), raw material samples (M1, M2, M3) may be supplied to each. And, the first and second raw material samples (M1, M2) are synthesized to obtain a second target sample (TM2) in the second target port (TP2), and the second and third raw material samples are obtained in the first target port (TP1). Assume that the first target sample (TM1) is obtained by combining (M2, M3).
이 경우, 제1 원료 샘플(M1)은 제2 타겟 포트(TP2)로만 전달되고, 제3 원료 샘플(M3)은 제1 타겟 포트(TP1)로만 전달되어야 하는 반면, 제2 원료 샘플(M2)은 제1 및 제2 타겟 포트(TP1, TP2) 모두로 전달되어야 한다.In this case, the first raw material sample (M1) must be delivered only to the second target port (TP2), the third raw material sample (M3) must be delivered only to the first target port (TP1), while the second raw material sample (M2) must be delivered only to the first target port (TP1). must be delivered to both the first and second target ports (TP1 and TP2).
이에 도 4에서는 제11 포트(P11)와 제22 포트(P22) 및 제33 포트(P33)에 각각 광(L1 ~ L3)을 인가한다. 제1 행에서는 제11 포트(P11)로만 제1 광(L1)이 인가되므로, 제12 포트(P12)에 공급된 제1 원료 샘플(M1)은 제13 포트(P13)를 거쳐 제2 타겟 포트(TP2)로 전달된다. 그리고 제3 행에서는 제33 포트(P33)로만 제3 광(L3)이 인가되므로, 제32 포트(P32)에 공급된 제3 원료 샘플(M3)은 제31 포트(P31)를 거쳐 제1 타겟 포트(TP1)로 전달된다. 그러나 제2 행에서는 제2 원료 샘플(M2)이 공급된 제22 포트(P22)에 제2 광(L2)이 인가되므로, 제2 원료 샘플(M2)은 제1 및 제2 타겟 포트(TP1, TP2) 모두로 전달된다. 따라서 제1 타겟 포트(TP1)에는 제2 및 제3 원료 샘플(M2, M3)이 합성된 제1 타겟 샘플(TM1)이 획득될 수 있으며, 제2 타겟 포트(TP2)에는 제1 및 제2 원료 샘플(M1, M2)이 합성된 제2 타겟 샘플(TM2)이 획득될 수 있다.Accordingly, in FIG. 4, light L1 to L3 is applied to the 11th port P11, the 22nd port P22, and the 33rd port P33, respectively. Since the first light L1 is applied only to the 11th port P11 in the first row, the first raw material sample M1 supplied to the 12th port P12 passes through the 13th port P13 to the second target port. It is delivered to (TP2). And in the third row, since the third light (L3) is applied only to the 33rd port (P33), the third raw material sample (M3) supplied to the 32nd port (P32) is transmitted to the first target through the 31st port (P31). It is delivered to port (TP1). However, in the second row, since the second light L2 is applied to the 22nd port P22 to which the second raw material sample M2 is supplied, the second raw material sample M2 is supplied to the first and second target ports TP1, TP2) is passed on to all. Therefore, the first target sample (TM1) obtained by synthesizing the second and third raw material samples (M2, M3) can be obtained in the first target port (TP1), and the first and second raw material samples (M2, M3) can be obtained in the second target port (TP2). A second target sample (TM2) obtained by synthesizing the raw material samples (M1 and M2) may be obtained.
이 경우에도 제1 내지 제3 광의 세기 또는 파장 중 적어도 하나를 조절하여 제1 및 제2 타겟 포트(TP1, TP2)로 전달되는 제1 내지 제3 원료 샘플(M1 ~ M3)의 속도를 조절할 수 있다.In this case, the speed of the first to third raw material samples (M1 to M3) delivered to the first and second target ports (TP1 and TP2) can be adjusted by adjusting at least one of the intensity or wavelength of the first to third light. there is.
따라서 도 4의 바이오칩(40)은 서로 다른 2개의 타겟 샘플(TM1, TM2)를 동시에 획득할 수 있다.Therefore, the biochip 40 of FIG. 4 can simultaneously acquire two different target samples (TM1 and TM2).
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 실시예의 바이오칩(30, 40)은 공급하는 원료 샘플의 개수와 획득하고자 하는 타겟 샘플의 개수 및 타겟 샘플에 포함되어야 하는 원료 샘플의 구성 등에 따라 형성되어야 하는 포트와 타겟 포트의 개수 및 위치가 다양하게 조절될 수 있으며, 형성되는 포트와 타겟 포트의 개수 및 위치에 따라 유로 채널 또한 다양한 형태로 형성될 수 있다.As shown in FIGS. 3 and 4, the biochips 30 and 40 of the embodiment must be formed according to the number of raw material samples supplied, the number of target samples to be obtained, and the composition of the raw material samples to be included in the target samples. The number and positions of ports and target ports can be adjusted in various ways, and flow channels can also be formed in various forms depending on the number and positions of ports and target ports.
도 5는 다른 실시예에 따른 바이오칩의 구성을 나타낸다.Figure 5 shows the configuration of a biochip according to another embodiment.
도 5에서도 바이오칩(50)은 상부 기판(51)과 하부 기판(52) 및 상부 기판(51)과 하부 기판(52) 사이에 형성된 금속 구조체(54)를 포함한다. 그리고 도 5의 바이오칩(50)에서는 도 3 및 도 4의 바이오칩(30, 40)의 포트 구성을 확장하여 포트와 타겟 포트를 별도로 구분하지 않고, 다수의 포트(P)가 매트릭스 형태로 배열되어 형성된다. 또한 유로 채널(53)은 인접한 모든 포트를 서로 연결하도록 구성된다. 도 5에서와 같이, 바이오칩(50)에서 다수의 포트(P)가 매트릭스 형태로 배열되고, 유로 채널(53)이 인접한 포트를 모두 서로 연결하도록 구성되면, 원료 샘플이 공급되는 포트와 원료 샘플을 전달하는 포트 및 타겟 포트가 별도로 지정되지 않으므로, 매우 다양한 조합으로 다수의 타겟 샘플을 획득할 수 있다. 또한 바이오칩을 도 3 및 도 4와 같이 용도에 따라 별도로 제조하지 않고서도 다양한 용도에 따라 범용적으로 사용할 수 있도록 한다.Also in FIG. 5 , the biochip 50 includes an upper substrate 51 and a lower substrate 52 and a metal structure 54 formed between the upper substrate 51 and the lower substrate 52. In the biochip 50 of FIG. 5, the port configuration of the biochips 30 and 40 of FIGS. 3 and 4 is expanded to form a plurality of ports (P) arranged in a matrix form without separate ports and target ports. do. Additionally, the flow channel 53 is configured to connect all adjacent ports to each other. As shown in FIG. 5, when a plurality of ports P in the biochip 50 are arranged in a matrix form and the flow channel 53 is configured to connect all adjacent ports to each other, the port through which the raw material sample is supplied and the raw material sample are connected to each other. Since the forwarding port and target port are not separately specified, multiple target samples can be obtained in a variety of combinations. In addition, as shown in FIGS. 3 and 4, the biochip can be used universally for various purposes without having to manufacture it separately according to the purpose.
다만 도 5의 바이오칩(50)의 경우 포트의 수가 매우 많으므로, 다수의 포트 각각을 구분하여 개별적으로 광을 조사하고자 하는 경우, 매우 많은 개수의 광원이 요구될 뿐만 아니라 각각의 광원을 조절하는 것 또한 용이하지 않다.However, in the case of the biochip 50 of FIG. 5, the number of ports is very large, so if it is desired to distinguish each of the multiple ports and irradiate light individually, not only a very large number of light sources are required, but also it is necessary to control each light source. Also, it is not easy.
이러한 문제를 해소하기 위해 도 5에서는 바이오칩(50)에 광 마스크(57)가 더 구비된다. 광 마스크(57)는 하나의 단일 광(L)이 바이오칩(50)으로 조사되더라도, 원료 샘플이 지정된 타겟 포트로 전달될 수 있도록 광이 지정된 포트로만 조사될 수 있도록 다수의 홀(58)이 형성되고, 홀(58)이 형성되지 않은 나머지 영역에서는 광(L)을 차단한다. 즉 광 마스크(57)는 형성된 다수의 홀(58)을 이용하여 단일 광(L)으로도 원료 샘플이 유로 채널을 통해 타겟 포트로 전달되도록 하는 전달 경로를 지정할 수 있다.To solve this problem, in FIG. 5, the biochip 50 is further provided with a light mask 57. The light mask 57 is formed with a plurality of holes 58 so that even if a single light L is irradiated to the biochip 50, the light can be irradiated only to the designated port so that the raw material sample can be delivered to the designated target port. And the light L is blocked in the remaining area where the hole 58 is not formed. That is, the optical mask 57 can use the plurality of holes 58 formed to designate a delivery path so that the raw material sample is delivered to the target port through the flow channel even with a single light L.
따라서 다수의 광원이 필요하지 않도록 하여 바이오칩을 이용한 물질의 합성, 반응, 실험, 검사, 측정 등을 저비용으로 더욱 편리하게 수행할 수 있도록 하며, 도 5와 같이 범용적으로 이용할 수 있도록 제조된 바이오칩에서 동일한 작업을 다양한 장소나 시간에서 용이하게 반복하여 수행할 수 있도록 할 수 있다. 즉 마스크(57)에 형성된 홀(58)의 패턴만 알고 있다면 사용자나 장소에 무관하게 동일한 타겟 샘플을 획득할 수 있다. 그러므로 다수가 함께 수행하는 공동 작업에서 매우 높은 효율성을 제공할 수 있다.Therefore, by eliminating the need for multiple light sources, material synthesis, reaction, experimentation, inspection, and measurement using biochips can be performed more conveniently at low cost. In the biochip manufactured for general use as shown in Figure 5, The same task can be easily performed repeatedly in various places or times. That is, as long as the pattern of the hole 58 formed in the mask 57 is known, the same target sample can be obtained regardless of the user or location. Therefore, it can provide very high efficiency in collaborative tasks performed by many people together.
그러나 도 3 및 도 4의 바이오칩(30, 40)에 대해서도 다수의 광원(L1 ~ L3)를 이용하지 않고 단일 광원을 이용해야 하는 경우가 발생할 수 있으며, 이 경우에도 광 마스크(57)는 유용하게 활용될 수 있다.However, for the biochips 30 and 40 of FIGS. 3 and 4, there may be cases where a single light source must be used instead of multiple light sources (L1 to L3), and even in this case, the light mask 57 is useful. It can be utilized.
도 6은 도 5의 광 마스크의 다른 예를 나타낸다.Figure 6 shows another example of the photo mask of Figure 5.
도 5에서 광 마스크(57)는 단순히 원료 샘플이 전달되어야 하는 경로에 따른 포트 위치에 광이 조사되도록 다수의 홀이 형성되었다. 다만 도 5와 같은 광 마스크(57)의 경우, 다수의 홀(58)을 이용하여 원료 샘플이 전달되는 경로는 조절할 수 있는 반면, 홀(58)의 크기가 모두 동일하여 원료 샘플이 전달되는 속도를 조절하기 어렵다. 이에 도 6에서는 광 마스크(60)에 다양한 형태의 홀(61 ~ 65)가 형성됨으로써, 각 홀(61 ~ 65)을 통해 포트(P)로 조사되는 광(L)의 세기 및 파장을 조절할 수 있도록 하였다. 도 6에 도시된 바와 같이, 광 마스크(60)에는 홀(61, 62)이 서로 다른 크기로 형성되거나, 홀(63, 64)이 다양한 패턴에 따라 일부 영역만이 개방된 형태로 형성될 수도 있다. 또한 홀(65)이 단순히 마스크(60)를 관통하여 개방된 형태로 형성되지 않고, 유리나 렌즈 또는 위상 전이 필터 등과 같은 광이 투과할 수 있는 다른 물질로 채워진 형태로 형성될 수도 있다.In Figure 5, the optical mask 57 is simply formed with a plurality of holes so that light is irradiated to port positions along the path through which the raw material sample must be delivered. However, in the case of the optical mask 57 as shown in FIG. 5, the path through which the raw material sample is delivered can be adjusted by using a plurality of holes 58, while the size of the holes 58 are all the same, so the speed at which the raw material sample is delivered is limited. difficult to control. Accordingly, in FIG. 6, holes 61 to 65 of various shapes are formed in the optical mask 60, so that the intensity and wavelength of the light L irradiated to the port P through each hole 61 to 65 can be adjusted. It was allowed to happen. As shown in FIG. 6, the holes 61 and 62 may be formed in different sizes in the light mask 60, or the holes 63 and 64 may be formed in a form in which only some areas are open according to various patterns. there is. Additionally, the hole 65 may not be formed as an open structure that simply passes through the mask 60, but may be filled with another material that allows light to pass through, such as glass, a lens, or a phase shift filter.
이와 같이 광 마스크(60)에서 다수의 홀(61 ~ 65)이 다양한 형태 및 물질로 채워져 형성되는 경우, 홀(61 ~ 65)을 통과하는 광은 서로 다른 세기 및 파장을 가질 수 있게 되며, 따라서 각 원료 샘플이 전달되는 속도가 서로 상이해질 수 있다.In this way, when the plurality of holes 61 to 65 in the optical mask 60 are filled with various shapes and materials, the light passing through the holes 61 to 65 may have different intensities and wavelengths, and thus The speed at which each raw material sample is delivered may be different.
도 7은 실시예에 따른 바이오칩의 제조와 유체 제어 방법을 나타낸다.Figure 7 shows a biochip manufacturing and fluid control method according to an embodiment.
도 7을 참조하면, 바이오칩의 제조와 유체 제어 방법은 바이오칩 제조 단계(70)와 유체 제어 단계(80)로 크게 구분될 수 있다. 바이오칩 제조 단계(70)에서는 우선 상부 기판 및 하부 기판에 포트와 유로 채널을 형성한다(71). 여기서 포트(타겟 포트 포함)의 개수와 위치 및 포트를 연결하는 유로 채널의 패턴은 유체 상태의 원료 샘플의 개수와 타겟 샘플의 개수 및 각 타겟 샘플을 획득하기 위해 합성되는 원료 샘플의 개수 등에 따라 다양하게 조절될 수 있다. 경우에 따라서는 도 5에서와 같이, 다수의 포트(P)가 매트릭스 형태로 배치되고, 유로 채널(53)은 인접하여 배치된 모든 포트(P)가 서로 연결되도록 형성될 수도 있다.Referring to FIG. 7, the biochip manufacturing and fluid control method can be broadly divided into a biochip manufacturing step 70 and a fluid control step 80. In the biochip manufacturing step (70), ports and flow channels are first formed on the upper and lower substrates (71). Here, the number and location of ports (including target ports) and the pattern of the flow channel connecting the ports vary depending on the number of raw material samples in fluid state, the number of target samples, and the number of raw material samples synthesized to obtain each target sample. can be adjusted accordingly. In some cases, as shown in FIG. 5, a plurality of ports (P) may be arranged in a matrix form, and the flow channel 53 may be formed so that all ports (P) arranged adjacently are connected to each other.
다수의 포트와 유로 채널이 형성되면, 금속 구조체를 형성한다(72). 여기서 금속 구조체는 도 2에서와 같이, 유로 채널에서 다수의 포트 각각에 대응하는 위치에 금속판이나 지정된 패턴으로 형성될 수 있으나, 도 3 내지 도 5에서와 같이, 상부 기판과 하부 기판 사이에 배치되는 금속층 형태로 형성될 수도 있다.When multiple ports and flow channels are formed, a metal structure is formed (72). Here, the metal structure may be formed as a metal plate or a designated pattern at a position corresponding to each of a plurality of ports in the flow channel, as shown in FIG. 2, but as shown in FIGS. 3 to 5, the metal structure may be formed between the upper substrate and the lower substrate. It may be formed in the form of a metal layer.
금속 구조체가 형성되면, 상부 기판과 하부 기판을 결합한다(73). 그리고 각 포트에 광을 조사할 광원을 결정한다(74). 이때 다수의 광원을 이용하여 다수의 포트 각각에 개별적으로 서로 다른 파장 또는 세기의 광을 조사하거나, 단일 광을 이용하여 바이오칩 전체에 동일한 광을 조사하도록 결정할 수 있다.Once the metal structure is formed, the upper and lower substrates are combined (73). Then, the light source that will irradiate light to each port is determined (74). At this time, it may be decided to use multiple light sources to individually radiate light of different wavelengths or intensities to each of the multiple ports, or to irradiate the same light to the entire biochip using a single light.
이에 단일 광원을 이용하도록 결정되었는지 판별한다(75). 만일 다수의 포트 각각에 개별적으로 광을 조사하기 위해 다수의 광원을 이용하는 경우, 상부 기판과 하부 기판이 결합되어 곧바로 바이오칩이 획득된다. 그러나 단일 광원을 이용하는 것으로 결정되었다면, 단일 광원으로도 서로 다른 포트로 공급되는 다수의 원료 샘플이 유로 채널을 통해 적어도 하나의 타겟 포트로 전달되도록 광이 조사되어야 하는 포트와 광이 조사되지 않아야 하는 포트를 구분하기 위한 다수의 홀이 형성된 광 마스크를 제작한다(76). 이때 마스크에 형성되는 다수의 홀은 각 포트로 조사되는 광의 세기나 파장을 조절하기 위해 다양한 크기나 패턴으로 형성될 수도 있으며, 홀에 유리나 렌즈 또는 위상 전이 필터와 같은 다른 물질이 채워질 수도 있다.Accordingly, it is determined whether a decision has been made to use a single light source (75). If multiple light sources are used to individually irradiate light to each of multiple ports, a biochip is immediately obtained by combining the upper and lower substrates. However, if it is decided to use a single light source, even with a single light source, multiple raw material samples supplied to different ports can be delivered to at least one target port through the flow channel, ports to which light should be irradiated and ports to which light should not be irradiated. An optical mask with multiple holes for distinguishing is manufactured (76). At this time, multiple holes formed in the mask may be formed in various sizes or patterns to control the intensity or wavelength of light irradiated to each port, and the holes may be filled with other materials such as glass, lenses, or phase shift filters.
그리고 제작된 광 마스크를 결합된 상부 기판과 하부 기판에서 단일 광이 조사될 방향에 결합하여 바이오칩을 제조한다(77).Then, a biochip is manufactured by combining the fabricated optical mask in the direction in which a single light will be irradiated from the combined upper and lower substrates (77).
한편, 유체 제어 단계(80)에서는 적어도 하나의 원료 샘플을 바이오칩에 형성된 다수의 포트 중 적어도 하나의 포트에 공급한다(81). 그리고 바이오칩의 다수의 포트 중 적어도 하나의 포트로 광을 조사한다(82). 이때 광은 포트로 공급된 적어도 하나의 원료 샘플이 금속 구조체의 광열 효과에 의해 증발됨으로써 발생되는 유체의 흐름에 따라 지정된 타겟 포트로 이동될 수 있도록 일부 포트에만 조사될 수 있다. 또한 유체의 흐름 속도를 조절하기 위해, 각 포트에 조사되는 광의 세기나 파장은 서로 상이할 수 있다. 이때 만일 다수의 광원을 이용하지 않고 단일 광원을 이용하는 경우에는 광 마스크에 형성된 홀의 패턴이나 홀에 채워진 물질에 의해 각 포트에 조사되는 광의 세기나 파장이 조절될 수 있다.Meanwhile, in the fluid control step (80), at least one raw material sample is supplied to at least one port among a plurality of ports formed on the biochip (81). Then, light is irradiated to at least one port among the multiple ports of the biochip (82). At this time, light may be irradiated only to some ports so that at least one raw material sample supplied to the port can be moved to a designated target port according to the flow of fluid generated by evaporation by the photothermal effect of the metal structure. Additionally, in order to control the flow speed of fluid, the intensity or wavelength of light irradiated to each port may be different. At this time, if a single light source is used instead of multiple light sources, the intensity or wavelength of light irradiated to each port can be adjusted by the pattern of holes formed in the light mask or the material filled in the holes.
그리고 각 포트로 조사된 광에 의해 원료 샘플이 타겟 포트로 전달되어 합성되면, 타겟 포트에서 합성된 타겟 샘플을 획득한다(83).Then, when the raw material sample is delivered to the target port by light irradiated to each port and synthesized, the synthesized target sample is obtained at the target port (83).
여기서는 광원을 결정하는 단계(74)에서 광 마스크를 결합하는 단계(77)가 바이오칩을 제조하는 단계(70)에 포함되는 것으로 설명하였으나, 바이오칩은 상부 기판과 하부 기판을 결합하는 단계(73)만으로 구현될 수도 있다. 이 경우, 타겟 샘플을 획득하기 위해 유체 흐름을 제어하고자 하는 사용자가 사용할 광원을 결정하고, 결정된 광원에 따라 개별적으로 광 마스크를 제조할 수도 있으며, 이에 광원을 결정하는 단계(74)에서 광 마스크를 결합하는 단계(77)는 유체 제어 단계(80)에 포함될 수도 있다.Here, it has been explained that the step 77 of determining the light source and the step 77 of combining the light mask are included in the step 70 of manufacturing the biochip. However, the biochip only requires the step 73 of combining the upper and lower substrates. It may be implemented. In this case, a user who wishes to control the fluid flow to obtain a target sample may determine the light source to be used, and may individually manufacture a light mask according to the determined light source. Accordingly, in step 74 of determining the light source, the light mask may be manufactured. The coupling step 77 may also be included in the fluid control step 80.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described in detail through representative embodiments above, those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached claims.
Claims (20)
상기 유로 채널의 하부면과 동일한 높이에 형성되는 금속 구조체를 포함하고,
상기 금속 구조체는
상기 다수의 포트 중 적어도 하나의 포트가 형성된 영역으로 인가되는 광 또는 전류 중 하나에 의해 열을 발생하여 해당 포트에서의 유체의 증발량이 조절함으로써 유체의 흐름이 제어되도록 하는 바이오칩.A substrate having a plurality of ports through which at least one raw material sample in a fluid state can be supplied and a flow channel connecting the plurality of ports; and
It includes a metal structure formed at the same height as the lower surface of the flow channel,
The metal structure is
A biochip that generates heat by either light or current applied to an area where at least one of the plurality of ports is formed, thereby controlling the flow of fluid by controlling the amount of fluid evaporation from the port.
적어도 하나의 포트가 형성된 영역으로 광이 조사되면 광열 효과에 의한 열을 발생하여 해당 포트에서의 유체의 증발량을 조절하는 바이오칩.The method of claim 1, wherein the metal structure is
A biochip that generates heat through the photothermal effect when light is irradiated to an area where at least one port is formed, thereby controlling the amount of fluid evaporation from the port.
상기 적어도 하나의 포트가 형성된 영역 각각으로 조사되는 광의 세기 또는 파장에 따라 발생하는 열이 조절되어 상기 유체가 흐르는 속도를 조절할 수 있는 바이오칩.The method of claim 2, wherein the metal structure is
A biochip capable of controlling the speed at which the fluid flows by adjusting the heat generated according to the intensity or wavelength of light irradiated to each area where the at least one port is formed.
단일 광원에서 조사되는 광이 상기 다수의 포트 중 지정된 적어도 하나의 포트로만 조사되도록 적어도 하나의 홀이 형성된 광 마스크를 더 포함하는 바이오칩.The method of claim 1, wherein the biochip is
The biochip further includes an optical mask having at least one hole formed so that light emitted from a single light source is emitted only to at least one designated port among the plurality of ports.
상기 단일 광원에서 조사된 단일 파장 및 단일 세기의 광이 각 포트에 서로 다른 세기로 인가되도록, 상기 적어도 하나의 홀의 크기 및 패턴이 상이하게 형성되는 바이오칩.The method of claim 4, wherein the photo mask is
A biochip wherein the at least one hole is formed in different sizes and patterns so that light of a single wavelength and single intensity emitted from the single light source is applied to each port at different intensities.
상기 단일 광원에서 조사된 광이 각 포트에 서로 다른 세기 또는 파장으로 인가되도록 상기 적어도 하나의 홀이 유리, 렌즈 또는 위상 전이 필터 중 하나로 채워져 형성되는 바이오칩.The method of claim 4, wherein the photo mask is
A biochip formed by filling the at least one hole with one of glass, a lens, or a phase shift filter so that light emitted from the single light source is applied to each port at different intensities or wavelengths.
상기 유로 채널의 하부면과 동일한 높이에서 상기 기판의 전체 영역에 형성되는 바이오칩.The method of claim 1, wherein the metal structure is
A biochip formed on the entire area of the substrate at the same height as the lower surface of the flow channel.
서로 이격된 상기 다수의 포트 각각의 위치에 배치되는 다수의 개별 금속체로 형성되는 바이오칩.The method of claim 1, wherein the metal structure is
A biochip formed of a plurality of individual metal bodies disposed at each of the plurality of ports spaced apart from each other.
다수의 개별 금속체 중 적어도 하나의 개별 금속체에 전류가 인가되면 줄열 효과에 의한 열을 발생하여, 대응하는 포트에서의 유체의 증발량을 조절하는 바이오칩.The method of claim 8, wherein the metal structure is
A biochip that generates heat by the Joule heat effect when a current is applied to at least one individual metal body among a plurality of individual metal bodies, thereby controlling the amount of fluid evaporation from the corresponding port.
상기 다수의 포트 중 상기 유체가 공급된 포트의 위치에서 상기 금속 구조체가 열을 발생하면, 공급된 상기 유체가 상기 유로 채널을 통해 다른 포트로 흘러 전달되고,
상기 유체가 공급되지 않은 포트의 위치에서 상기 금속 구조체가 열을 발생하면, 다른 포트에서 전달되는 유체의 흐름을 억제하는 바이오칩.The method of claim 1, wherein the biochip is
When the metal structure generates heat at the location of the port to which the fluid is supplied among the plurality of ports, the supplied fluid flows and is transferred to another port through the flow channel,
A biochip that inhibits the flow of fluid from other ports when the metal structure generates heat at a port to which the fluid is not supplied.
상기 다수의 포트가 매트릭스 형태로 배열되고, 상기 유로 채널은 매트릭스 형태로 배열된 상기 다수의 포트 중 서로 인접하여 배치된 포트를 모두 연결하도록 형성되는 바이오칩.The method of claim 1, wherein the biochip is
A biochip wherein the plurality of ports are arranged in a matrix form, and the flow channel is formed to connect all ports arranged adjacent to each other among the plurality of ports arranged in a matrix form.
금속이 도포되거나, 미리 제작된 금속판이 부착되는 방식 또는 상기 기판의 일부 영역에 금속의 나노 파티클이 포함되어 구현되는 바이오칩.The method of claim 1, wherein the metal structure is
A biochip implemented by applying metal, attaching a pre-fabricated metal plate, or containing metal nanoparticles in some areas of the substrate.
기판에서 상기 다수의 포트를 연결하는 유로 채널을 형성하는 단계; 및
상기 유로 채널의 하부면과 동일한 높이에 상기 다수의 포트 중 적어도 하나의 포트가 형성된 영역으로 인가되는 광 또는 전류 중 하나에 의해 열을 발생하여 해당 포트에서의 유체의 증발량이 조절함으로써 유체의 흐름이 제어되도록 하는 금속 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 바이오칩의 제조 방법.forming a plurality of ports spaced apart from each other through which at least one raw material sample in a fluid state can be supplied to the substrate;
forming a flow channel connecting the plurality of ports on a substrate; and
Heat is generated by either light or current applied to the area where at least one of the plurality of ports is formed at the same height as the lower surface of the flow channel, thereby controlling the amount of evaporation of the fluid in the port, thereby improving the flow of the fluid. A method of manufacturing a biochip comprising forming a metal structure to be controlled.
단일 광원에서 조사되는 광이 상기 다수의 포트 중 지정된 적어도 하나의 포트를 통해 상기 금속 구조체로 조사되도록 하기 위한 적어도 하나의 홀이 형성된 광 마스크를 결합하는 단계를 더 포함하는 바이오칩의 제조 방법.The method of claim 13, wherein the method of manufacturing the biochip is
The method of manufacturing a biochip further comprising combining an optical mask having at least one hole so that light emitted from a single light source is emitted to the metal structure through at least one designated port among the plurality of ports.
상기 단일 광원에서 조사된 단일 파장 및 단일 세기의 광이 각 포트에 서로 다른 세기로 인가되도록, 상기 적어도 하나의 홀의 크기 및 패턴이 상이하게 형성하고,
적어도 하나의 홀이 형성된 상기 광 마스크를 상기 광이 조사되는 방향에 결합하는 바이오칩의 제조 방법.15. The method of claim 14, wherein combining the photo masks comprises:
The at least one hole is formed to have different sizes and patterns so that light of a single wavelength and single intensity emitted from the single light source is applied to each port at different intensities,
A method of manufacturing a biochip, wherein the optical mask having at least one hole is coupled to a direction in which the light is irradiated.
상기 단일 광원에서 조사된 광이 각 포트에 서로 다른 세기 또는 파장으로 인가되도록 상기 적어도 하나의 홀을 형성하고,
형성된 상기 적어도 하나의 홀에 유리, 렌즈 또는 위상 전이 필터 중 하나로 채우며,
적어도 하나의 홀이 형성된 상기 광 마스크를 상기 광이 조사되는 방향에 결합하는 바이오칩의 제조 방법.16. The method of claim 15, wherein combining the photo masks comprises:
Forming the at least one hole so that light emitted from the single light source is applied to each port at different intensities or wavelengths,
Filling the at least one formed hole with one of glass, a lens, or a phase shift filter,
A method of manufacturing a biochip, wherein the optical mask having at least one hole is coupled to a direction in which the light is irradiated.
상기 다수의 포트 중 적어도 하나의 포트로 유체 상태의 적어도 하나의 원료 샘플을 공급하는 단계; 및
상기 원료 샘플이 상기 유로 채널을 통해 전달되어야 하는 경로에 따라 선택되는 포트가 형성된 영역을 통해 상기 금속 구조체로 광 또는 전류를 인가하여 상기 금속 구조체가 발생하는 열에 의해 해당 포트에서의 유체의 증발량이 조절되도록 함으로써 유체의 흐름을 제어하는 단계를 포함하는 바이오칩의 유체 제어 방법.In the fluid control method of a biochip, including a plurality of ports and a flow channel connecting the plurality of ports, and a metal structure formed at the same height as the lower surface of the flow channel,
supplying at least one raw material sample in a fluid state to at least one port among the plurality of ports; and
By applying light or current to the metal structure through an area where a port selected according to the path through which the raw material sample should be transmitted through the flow channel is formed, the amount of fluid evaporation from the port is controlled by the heat generated by the metal structure. A fluid control method for a biochip comprising controlling the flow of fluid by
상기 적어도 하나의 포트가 형성된 영역 각각으로 조사되는 광의 세기 또는 파장을 조절하여 상기 유체가 흐르는 속도를 조절하는 바이오칩의 유체 제어 방법.The method of claim 17, wherein controlling the flow of the fluid
A fluid control method for a biochip that adjusts the speed at which the fluid flows by adjusting the intensity or wavelength of light irradiated to each area where the at least one port is formed.
단일 광원에서 조사되는 광이 상기 다수의 포트 중 지정된 적어도 하나의 포트로만 조사되도록 적어도 하나의 홀이 형성된 광 마스크를 상기 광이 조사되는 방향에 배치하는 바이오칩의 유체 제어 방법.The method of claim 17, wherein controlling the flow of the fluid
A fluid control method for a biochip, wherein an optical mask having at least one hole is disposed in a direction in which the light is irradiated so that the light irradiated from a single light source is irradiated only to at least one designated port among the plurality of ports.
상기 단일 광원에서 조사된 단일 파장 및 단일 세기의 광이 각 포트에 서로 다른 세기 또는 파장으로 인가되도록, 상기 적어도 하나의 홀의 크기 및 패턴이 상이하게 형성되거나,
상기 적어도 하나의 홀이 유리, 렌즈 또는 위상 전이 필터 중 하나로 채워져 형성되는 바이오칩의 유체 제어 방법.The method of claim 19, wherein the photo mask is
The size and pattern of the at least one hole are formed to be different so that light of a single wavelength and single intensity emitted from the single light source is applied to each port at different intensities or wavelengths, or
A fluid control method for a biochip, wherein the at least one hole is filled with one of glass, a lens, or a phase shift filter.
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