WO2013165133A1 - 졸겔 칩 제작을 위한 개선된 졸 조성물 분주용 노즐 및 이를 함유하는 졸겔 칩 제조용 장치 - Google Patents

졸겔 칩 제작을 위한 개선된 졸 조성물 분주용 노즐 및 이를 함유하는 졸겔 칩 제조용 장치 Download PDF

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sol composition
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조민정
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    • B01J2219/00603—Making arrays on substantially continuous surfaces
    • B01J2219/00659—Two-dimensional arrays

Definitions

  • the present invention relates to an improved sol composition dispensing nozzle for sol gel chip manufacturing and a sol gel chip manufacturing apparatus containing the same, and more particularly, a sol composition which improves dispensing of the sol composition by modifying the inner and outer surfaces of the nozzle differently.
  • Biochip is a combination of material technologies such as NT and its contents and application areas, BT and IT technology that analyzes results and analyzes large amounts of results. Nanotechnology (NT), Biotechnology (Biotechnology) , BT), and Information Technology IT.
  • Biochip is a high-density microarraying of various kinds of biomaterials on the surface of a solid support of unit area, and the detailed technology of biochips is a technique for immobilizing a biomaterial and a technology for making a solid support biocompatible. It is a product that integrates the technology of finely arranging biomaterials, an assay for conducting various biological reactions on a chip made, a technology for detecting the result of reaction, protein engineering to make an immobilized biomaterial, and a genetic recombination technology.
  • a representative protein chip among biochips is a highly integrated microarray of various kinds of proteins on the surface of a solid-phase support having a unit area. Using a protein chip, a small amount of samples can easily perform large-scale experiments for various purposes, such as disease diagnosis, high-efficiency screening (HTS), and enzyme activity measurement.
  • HTS high-efficiency screening
  • This research focuses on providing a way to maintain the activity of a protein while simultaneously immobilizing a protein chip surface, such as PerkinElmer's HydrogelTM coated slides, Prolinx Versalinx chip and Zyomyx biochip PDC chip.
  • a protein chip surface such as PerkinElmer's HydrogelTM coated slides, Prolinx Versalinx chip and Zyomyx biochip PDC chip.
  • hydrogel-coated slides are a technique using three-dimensional polyacrylamide gel, which uses optically flat silane-treated Swiss glass as a base support material, and puts a surface-modified acrylamide polymer on it. The binding force and structural stability of the will be improved. At this time, the protein is immobilized by forming a covalent bond with the functional group of the polyacrylamide gel.
  • Prosars Versalink chips form a self assembly monolayer of biotin derivatized poly (L-lysine) -g-poly (ethylene glycol) on the TiO3 surface and fix the protein on the formed surface.
  • biotin derivatized poly (L-lysine) -g-poly (ethylene glycol) on the TiO3 surface and fix the protein on the formed surface.
  • L-lysine poly(L-lysine) -g-poly (ethylene glycol)
  • ethylene glycol ethylene glycol
  • the sol-gel process has been used to make microstructures through microfabrication. In particular, instead of chemically attaching biomolecules to inorganic materials, the sol-gel process forms a binding network through a gentle process. It has been widely used to immobilize biomolecules in a method other than covalent bonds (Gill I. and Ballesteros A., Trends Biotechnol ., 18: 282, 2000). Many biomolecules, including enzymes, have been immobilized in bulk sol-gel matrices and used for the production of biocatalysts and biosensors (Reetz et al., Adv. Mater . 9: 943, 1997).
  • sol-gel due to the transparent optical properties of the sol-gel, it is also used for optical color development (Edminston et al., J. Coll. Interf. Sci., 163: 395, 1994). It is also known that biomolecules are not only chemically stabilized but also thermally highly immobilized upon sol-gel (Dave et al., Anal. Chem., 66: 1120, 1994).
  • the sol-gel reaction is used not only for fixing but also for forming and patterning microstructures on a solid support.
  • the patterning method is to form a mold in a sol state, which is a liquid phase by using hydrodynamics, to gel it, and then to remove the mold to form a pattern.
  • MIMIC Micro-moduling in-capillaries
  • MIMIC Micro-moduling in-capillaries
  • the activity of the protein is influenced by various factors such as pH, it is important to set the conditions for maintaining the activity by adding the protein from the sol state in the sol-gel process.
  • techniques such as pre-mixing proteins and sol together using various mild conditions such as neutral pH and patterning proteins (Kim et al., Biotechnol. Bioeng. 73: 331, 2001) have been published.
  • pH the sol-gel process is rapidly progressed to become a gel, and there are problems such as cracking or opacity depending on the selection of the additive.
  • the sol mixture containing the biomaterial can be integrated on the chip substrate in the form of spots, and a sol-gel reaction that gels the sol mixture can occur on the chip substrate.
  • the sol-gel matrix can be immobilized on the chip substrate.
  • the prior patent has a biochip, in which a gel-like spot in which a biomaterial is encapsulated and encapsulated and encapsulated in a pore therein is integrated and fixed on a chip substrate, unlike a conventional biochip in which a biomaterial is fixed by a covalent bond on a surface of a chip substrate. Provided.
  • sol-gel solution differs from other proteins and other buffer solutions, and gels over time. It was difficult to obtain a uniform and stable solution drop due to the property of Therefore, it was required to improve the nozzle (Capillary) used in the conventional non-contact arrayer to be suitable for dispensing the sol-gel solution.
  • the present inventors have made diligent efforts to develop a new sol-gel chip production equipment that improves the above-mentioned problems.
  • the sol-gel solution of the sol-gel solution when the internal and external properties of the nozzles used in the conventional non-contact type arrayer is adjusted and sized It was confirmed that dispensing was improved, and the present invention was completed.
  • An object of the present invention is to provide a new sol gel chip production equipment and a sol gel chip manufacturing method using the same that improves the problem when dispensing the sol gel solution during sol gel chip manufacturing.
  • the present invention provides a sol composition dispensing nozzle for sol gel chip manufacturing, the outside of the nozzle is coated with a hydrophobic material, the inside of the nozzle is coated with a sol composition friendly material A sol composition dispensing nozzle is provided.
  • the present invention also provides an apparatus for dispensing a sol composition for preparing a sol gel chip including the nozzle.
  • the present invention also provides a sol-gel chip manufacturing apparatus comprising the nozzle.
  • the present invention also provides a sol gel chip manufacturing method comprising the step of dispensing the sol composition on the chip with the nozzle.
  • the present invention also provides a sol gel chip manufacturing method characterized in that solution drops of a sol composition dispensed at the same time in two or more nozzles are in contact with each other before they reach the chip and then mixed and touch the chip surface. .
  • the present invention also provides for simultaneously dispensing a drop of biological material that interacts with the sol composition and the target biological material at two or more nozzles, respectively, while the droplets are mixed in contact with each other before they reach the chip. It provides a sol-gel chip manufacturing method characterized in that the contact with the surface.
  • 1 is a photograph of a clogged nozzle by a gelled solgel solution.
  • Figure 2 is to confirm the appearance of the solution (Drop) when dispensing the sol-gel solution using a conventional nozzle.
  • Figure 3 is a schematic diagram showing the appearance of the inner and outer surface properties for improving the dispensing and dispensing of the droplets according to the nozzle condition.
  • Figure 4 shows the appearance of the solution (Drop) when dispensing the sol-gel solution using the improved nozzle according to the present invention.
  • FIG. 5 is a photograph showing a sol-gel chip manufactured by using the apparatus using the nozzle before the improvement and the apparatus using the improved nozzle according to the present invention, respectively.
  • FIG. 6 is a photograph of a conventional nozzle, and a nozzle having a reduced size of a nozzle opening by heating and grinding, the uppermost conventional nozzle, the lowermost nozzle after heating the glass tube for 20 to 40 seconds, and the center using sandpaper after heating. To perform the grinding.
  • FIG. 7A is a droplet ejection photograph performed by applying a nozzle before reducing an opening
  • 7B is a droplet ejection photograph performed using a nozzle according to the present invention
  • 7C is a result of spotting using a nozzle before reducing an opening
  • 7D is a result of spotting by reducing the size of the opening.
  • 8 is a photograph of a nozzle state after dispensing 100,000 drop or more
  • 8A is a sol composition dispensing photograph of the nozzle according to the present invention
  • 8B is a photograph dispensing using a conventional nozzle unmodified.
  • 9 is a table in which the result of dispensing the nozzle is converted into daily productivity.
  • FIG. 10 is a dispensing photograph according to the flying drop-on-drop process according to the present invention.
  • the present invention in one aspect, relates to an improved sol composition dispensing nozzle for sol gel chip fabrication.
  • the sol composition dispensing nozzle for preparing a sol gel chip according to the present invention improves dispensing by modifying the inner and outer surface properties of the nozzle differently.
  • the nozzle is clogged by the gelled sol composition, that is, the sol-gel solution, as shown in FIG.
  • the sol composition for the sol-gel reaction is different from the general protein or other buffer solution and has a gelling property, it is very difficult to obtain a uniform and stable solution drop (drop).
  • the sol composition dispensing nozzle for preparing the sol gel chip according to the present invention is characterized in that the outside of the nozzle dispensing the sol composition is coated with hydrophobicity, and the inside of the nozzle is coated.
  • the interior of the nozzle is characterized in that the coating so that the sol composition can flow down, preferably, it may be characterized in that the coating with a sol composition friendly material.
  • the coating of a material friendly to the sol composition inside the nozzle may be characterized in that the interior of the nozzle is modified to one selected from the group consisting of a hydroxyl group, an amine group, an aldehyde group, a carboxyl group, and a combination thereof. .
  • the surface inside the nozzle was surface treated using an oxygen plasma apparatus under vacuum, or surface treated using a nitrogen atmospheric pressure plasma apparatus to be modified into a sol-friendly material. That is, the density of hydroxyl (-OH) on the nozzle inner surface was increased by performing oxygen plasma treatment.
  • the outer surface of the nozzle is characterized in that it is coated with a hydrophobic material (hydrophobic material) unlike the inside.
  • the outer surface of the nozzle is hydrophobically modified to prevent water or sol-gel solution from getting wet.
  • the material for modifying the outer surface of the nozzle may be any material that can modify the outer surface of the nozzle hydrophobic, and is not limited, for example, Teflon (Teflon), PTFE (polytetrafluoroethylene), ETFE (Ethylene Fluoro Ethylene ), PCTFE (PolyChloro Tri-Fluoroethylene), Cytop, Teflon AF and the like can be used.
  • Teflon-based process gas (C4F8 or CHF3) using a hydrophobic coating using a plasma in a vacuum equipment.
  • the size of the nozzle is characterized in that compared with the conventional. The inventors found that decreasing the size of the nozzle increases the force and speed at which the sol-gel solution is dispensed.
  • the sol composition dispensed using the nozzle in the present invention is any gel sol composition which has a property of gelling and can fix a sol-gel matrix containing a biomaterial including a protein on a chip substrate in the form of a spot.
  • the solution drop (drop) is not well formed as shown in FIG. 2, but when it is modified as shown in FIG. It was confirmed that the drop was well formed (FIG. 4). That is, the sol-gel chip manufacturing apparatus using the improved sol composition dispensing nozzle according to the present invention, it was confirmed that the dispensing is improved so that the sol composition flows well by modifying the inside and outside of the nozzle as compared to the conventional. Accordingly, the present invention relates to a device for dispensing a sol composition for producing a sol-gel chip comprising the nozzle, and a sol-gel chip manufacturing apparatus including the nozzle.
  • the present invention relates to a sol-gel chip manufacturing method comprising the step of dispensing the sol composition on the chip with a nozzle according to the present invention and a sol-gel chip produced thereby.
  • the device for manufacturing a sol-gel chip according to the present invention is a biosensor that has been previously developed, that is, a sol-based biomaterial such as a metal surface including gold as well as a polymer, a semiconductor surface including silicon, a transparent polymer surface, and a glass surface including a mirror. It can be used to fix by gel reaction.
  • a sol-based biomaterial such as a metal surface including gold as well as a polymer, a semiconductor surface including silicon, a transparent polymer surface, and a glass surface including a mirror. It can be used to fix by gel reaction.
  • the sol-gel chip manufacturing method using the nozzle according to the present invention may be characterized by dispensing the sol composition using two or more nozzles.
  • the solution drops (sol) of the sol composition dispensed at the same time at the two or more nozzles may be characterized in that in contact with each other before contact on the chip and then touch the chip surface.
  • the sol composition is dispensed using two or more nozzles, and any one of the two or more nozzles may be characterized in that the biological material interacting with the target biological material is dispensed, preferably, in the two or more nozzles. Simultaneously, droplets of biological material interacting with the dispensed sol composition and the target biological material are contacted with each other prior to contacting the chip and then mixed and contacted with the chip surface.
  • the biological material interacting with the target biological material may be, for example, nucleic acids, proteins, peptides, small molecule materials and cells, but is not limited thereto.
  • the flying drop-on-drop method which allows the solution dispensed from each nozzle to be mixed in the air before reaching the chip, does not need to change the surface of the chip, further increases the yield, and lowers the defect rate, thereby enabling the production of a stable diagnostic chip. It was confirmed.
  • the nozzles used were then coated to be sol-gel friendly inside and the outer surface of the nozzles was hydrophobically modified.
  • Teflon-based process gas C4F8 or CHF3 (Sigma, USA) using a plasma in the vacuum equipment to modify the outer surface of the nozzle hydrophobic, and then the inside of the nozzle using the oxygen plasma equipment under vacuum surface Surface treatment by using a nitrogen atmosphere plasma equipment or by modifying the material to a sol composition friendly.
  • the sol-gel chip manufacturing apparatus using the improved sol composition dispensing nozzle according to the present invention it was confirmed that the dispensing is improved so that the sol composition flows well by modifying the inside and outside of the nozzle as compared to the conventional.
  • the sol-gel chip is prepared by using the conventional sol composition dispensing nozzle and the improved sol composition dispensing nozzle according to the present invention. Prepared as.
  • Example 1 the sol composition of Example 1 was dispensed three times on a chip by using a nozzle used for dispensing the sol composition as it is to prepare a conventional sol gel chip. At the same time, only the nozzles in the apparatus were changed to nozzles improved according to the invention as in Example 1 to dispense the same sol composition at the same location on the chip.
  • the sol-gel chip produced using the sol-gel chip manufacturing apparatus using the improved nozzle according to the present invention was very uniformly aligned spots on the chip and the spot size was also constant (Fig. 5) 1).
  • the sol-gel chips (2 to 4 of FIG. 5) manufactured using the sol-gel chip manufacturing apparatus using a conventional nozzle may have small spots (2 in FIG. 5) as if they were spread on the sol-gel chip slab, or are not well aligned. (Fig. 5 3), the spot size was not constant (Fig. 5 4).
  • the nozzle according to the present invention has been shown to increase the reproducibility of the spot, which shows that the modification of the nozzle according to the present invention plays an important role in increasing the reproducibility of the product for production.
  • the sol-gel chip manufactured by using the improved sol-gel chip manufacturing apparatus according to the present invention enables the production of uniform and well-aligned sol-gel chips.
  • the opening size of the nozzle modified as in Example 1 was reduced as follows to compare with the conventional nozzle.
  • the modified nozzle as in Example 1 was fixed vertically, and heated to the lighter flame end for 20 to 40 seconds to reduce the size of the opening.
  • the size of the inner diameter is controlled by the heating time.
  • the inner diameter after heating was 77 micrometers ( ⁇ m) and the outer diameter was about 467 micrometers ( ⁇ m).
  • the upper part is the nozzle before the opening is reduced (the modified nozzle of Example 1)
  • the lower part is the size of the nozzle after heating the glass tube for 20 to 40 seconds
  • the center is using sandpaper after heating. To perform the grinding.
  • the nozzle before the opening reduction showed large droplets at a voltage of 102 V, a pulse of 47 ⁇ s, and a frequency of 500 Hz.
  • the nozzle according to the invention of 7B showed much finer droplets than conventional equipment at 141V voltage, pulse 46 ⁇ s and frequency 500 Hz, and the size of the spot can be spotted on the chip much smaller by reducing the size of the nozzle. It was confirmed. 7C shows spotting using a nozzle before reducing the opening, and 7D shows spotting by reducing the size of the opening.
  • the present inventors measured the volume of the optimal size dispensed through the above repeated experiments, and confirmed that the minimum size, that is, less than about 77 micrometer ( ⁇ m) size, was not dispensed, and the size of the opening was 77 ⁇ m to 0.77 mm. Set to.
  • Example 4 Confirmation of the life of the nozzle and the effect of increasing the sol-gel chip production according to the present invention
  • the modified nozzle according to the present invention of FIG. 8A was still normally dispensed with the sol composition. It was confirmed that the conventional nozzles that were not dispensed anymore. That is, it could be confirmed that the nozzle according to the present invention was prevented from clogging and extended in life.
  • the nozzle of one nozzle using the two nozzles of the third embodiment of the present invention is used.
  • the sol-gel solution, and the other nozzle to the biological material such as antigens and antibodies are dispensed at the same time, at this time, as shown in Figure 10 by adjusting the angle of the two nozzles droplets dispensed from the two nozzles are mixed with each other in the air surface To fall on.
  • the sol-gel chip manufacturing apparatus using the improved sol composition dispensing nozzle according to the present invention has improved the dispensing so that the sol composition can flow down by modifying the inside and the outside of the nozzle as compared to the prior art and when dispensing the sol composition
  • the sol composition was hardened in the nozzle to significantly reduce the clogging of the nozzle, thereby extending the life of the nozzle, and increasing the force and speed at which the sol gel solution was dispensed to facilitate dispensing, thereby enabling automated and mass production of the sol gel chip.
  • it is possible to produce a uniform and well-aligned sol-gel chips compared to the prior art is useful.

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Abstract

본 발명은 졸겔 칩 제작을 위한 개선된 졸 조성물 분주용 노즐 및 이를 함유하는 졸겔 칩 제작 장치에 대한 것으로, 보다 상세하게는 노즐의 내부와 외부 표면을 다르게 개질하여 졸 조성물의 분주를 개선시킨 졸 조성물 분주용 노즐 및 이를 함유하는 졸겔 칩 제조용 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 개선된 졸 조성물 분주용 노즐을 이용한 졸겔 칩 제작장치는, 종래에 비하여 노즐의 내외부를 개질시켜 졸 조성물이 잘 흘러내릴 수 있도록 분주가 개선되었고 졸 조성물의 분주 시 졸 조성물이 노즐 안에서 굳어져 노즐을 막는 일이 현저히 감소되었으며, 졸겔 용액이 분주되는 힘과 속도를 증가시켜 분주가 용이하도록 함으로써 졸겔 칩의 자동화 및 대량생산을 가능하게 하였다. 아울러, 본 발명에 따른 장치를 이용함으로써, 종래에 비하여 균일하고 잘 정렬된 졸겔 칩의 생산이 가능하여 진바 유용하다.

Description

졸겔 칩 제작을 위한 개선된 졸 조성물 분주용 노즐 및 이를 함유하는 졸겔 칩 제조용 장치
본 발명은 졸겔 칩 제작을 위한 개선된 졸 조성물 분주용 노즐 및 이를 함유하는 졸겔 칩 제작 장치에 대한 것으로, 보다 상세하게는 노즐의 내부와 외부 표면을 다르게 개질하여 졸 조성물의 분주를 개선시킨 졸 조성물 분주용 노즐 및 이를 함유하는 졸겔 칩 제조용 장치에 관한 것이다.
바이오칩은 NT 등의 물질기술과 그 기술의 컨텐츠 및 응용분야인 BT와 결과를 해석하고 많은 양의 결과를 분석하는 IT기술의 합하여서 만들어진 기술로서, 나노테크놀로지(Nanotechnology, NT), 바이오테크놀로지 (Biotechnology, BT), 정보테크놀로지(Informationtechnology IT)가 융합된 대표적인 예이다.
바이오칩은 다양한 종류의 생체 물질을 단위면적의 고체상 지지체의 표면에 고집적 미세배열(High-Density Microarraying)한 것으로서, 바이오칩의 세부 기술로는 생체 물질을 고정화시키는 기술, 고체상 지지체를 생체물질 친화적으로 만드는 기술, 생체 물질을 미세 배열하는 기술, 만들어진 칩상에서 여러 가지 생체 반응을 실시하는 에세이 기술, 반응되어진 결과를 감지하는 기술, 고정화 대상인 생체 물질을 만드는 단백질 공학, 유전자 재조합 기술 등이 집적된 산물이다.
바이오칩 중 대표적인 단백질 칩은 다양한 종류의 단백질을 단위 면적의 고체상 지지체의 표면에 고집적 미세배열(intense microarray)한 것이다. 단백질 칩을 이용하면, 소량의 시료로 질병의 진단, 고효율 스크리닝(HTS), 효소활성측정 등의 여러 목적의 실험을 대규모로 손쉽게 실시할 수 있다.
한편, 이미 상용화된 DNA 칩과 같은 원리와 기술요소를 도입하여 단백질 칩을 제작하려는 노력이 행해지고 있다. 일반적으로, 상용화된 DNA 칩의 대부분은 코팅 물질로 표면을 전 처리한 유리판 위에 DNA를 고정화시켜 제작한 것들이다. DNA 칩의 제작에 사용되는 방법과 유사한 방법으로 단백질 칩을 제조하는 경우, 즉 코팅 물질로 표면을 전처리한 유리판 위에 단백질을 고정화하여 단백질 칩을 제조하는 경우는 고정되는 표적 단백질의 물리화학적 특성 차이로 인해 다양한 문제들이 발생하고 있다.
초기의 단백질 칩은 표면 처리된 유리판 위에 단백질을 그대로 부착시킨 후 간단한 결합 분석(binding assay)을 수행하는 것이었으나, 고정화된 단백질의 활성 여부에 따라 실제 작동 여부가 좌우되어, 본래의 목적을 달성하는데 어려움이 많았다 (MacBeath and Schreiber, Science, 289:1760, 2000). 이러한 문제점은 전술한 바와 같이 단백질이 갖는 고유의 물리화학적 특성 차이로 인하여 발생되는 단백질의 변성 혹은 불활성화, 분해 등으로 부터 야기되는 것이다. 이러한 문제점을 극복하고자, DNA와는 구별되는 단백질의 특성에 부합하는 단백질 부착표면 처리 기술 및 단백질 고정 물질 등에 대한 연구가 이루어지고 있다.
이러한 연구는 단백질 칩 표면 상에 고정 반응을 일으키면서 동시에 단백질의 활성을 유지하려는 방법을 제공하는데 초점이 맞추어진 것으로서, 예컨대 퍼킨엘머(PerkinElmer)의 히드로겔(Hydrogel)TM 코팅 슬라이드, 프로링스(Prolinx)의 버사링스(Versalinx) 칩 및 지오믹스(Zyomyx)의 바이오칩인 PDC 칩 등을 들 수 있다.
특히, 히드로겔 코팅 슬라이드는 3차원 폴리아크릴아미드 겔을 이용한 기술로서, 광학적으로 평평한 실란처리된 스위스(Swiss) 유리를 기본 지지물질로 사용하고, 그 위에 표면을 변형시킨 아크릴아미드 중합체를 올려놓아서 단백질의 결합력 및 구조적 안정성을 향상시킨 것이다. 이때 단백질은 폴리아크릴아마이드 겔의 작용기와 공유결합을 형성하여 고정화 되어 있다.
또한, 프로링스의 버사링크 칩은 TiO3 표면 위에 비오틴 유도체화된 폴리(L-리신)-g-폴리(에틸렌 글리콜)의 자기조립단층(self assembly monolayer)을 형성하고, 상기 형성된 표면에 단백질을 고정하여 단백질의 활성을 증가시킨 것이다. 이 방법들은 3차원 미세구조를 만들어, 변형된 표면에 단백질을 공유결합 등으로 고정하여 스팟상의 단백질의 활성을 유지하는데 도움을 주려는 것이다. 이러한 방법 이외에 미세가공을 이용한 마이크로웰 형태의 칩을 만들어, 용액 상태의 칩을 제작하기도 한다.
한편, 졸-겔 (sol-gel)공정은 미세가공을 통해 미세구조를 만드는데 이용되어 온 기술로서, 특히 무기 물질에 생체분자들을 화학적으로 부착시키는 대신 온화한 공정을 통해 결합 망을 형성하여 이 결합 망 안에 생체 분자들을 공유결합 이외의 방법으로 고정화하는데 많이 이용되어 온 기술이다 (Gill I. and Ballesteros A., Trends Biotechnol., 18:282, 2000). 효소를 비롯한 많은 생체 분자들이 괴상 졸-겔 매트릭스 안에 고정되어 생체 촉매나 바이오센서의 제작에도 이용되고 있다 (Reetz et al., Adv. Mater. 9:943, 1997). 특히, 졸-겔의 투명한 광학적 성질 때문에 광학적 발색 검출에도 이용되고 있다 (Edminston et al., J. Coll. Interf. Sci., 163:395,1994). 또한, 생체 분자는 졸-겔에 고정화되면 화학적으로 안정화될 뿐만 아니라 열적으로도 매우 안정화된다고 알려져 있다 (Dave et al., Anal. Chem., 66:1120, 1994).
바이오센서의 경우 졸-겔 반응은 단순한 고정뿐만 아니라 고체 지지체 위에 미세구조를 형성하여 패턴화(patterning)하는 방법으로 이용되고 있다. 이때 패턴화 방법은 유체역학을 이용하여 액체상인 졸(sol) 상태에서 몰드로 모양을 만들어서 겔화시킨 후 몰드를 떼내어 패턴을 만드는 것이다. 예컨대, 모세관내 마이크로-모듈링(Micro-moduling in-capillaries; MIMIC) 기법(Kim et al., J. Ferment. Bioeng. 82:239, 1995; Marzolin et al., Adv. Mater. 10:571, 1998; Schuller et al., Appl. Optics, 38:5799, 1999)으로 지칭되는 기술은 중시(mesoscopic) 실리카를 패턴화하는 기술로서, 이 기술은 미시 유체 공학의 기본적인 패턴화에 이용될 수 있다.
그러나, 단백질의 활성은 pH 등의 여러 인자에 의해 영향을 받기 때문에, 졸-겔 과정에서는 솔 상태에서부터 단백질을 첨가하여 활성을 유지하는 조건을 설정하는 것이 중요하다. 이를 위해 중성 pH 등 여러 가지 온화한 조건을 이용하여 단백질과 솔을 함께 미리 섞어주어 단백질을 패턴화하는 등의 기술(Kim et al., Biotechnol. Bioeng. 73:331, 2001)이 발표되고 있지만, 중성 pH에서는 졸-겔 과정이 급격히 진행되어 겔로 될 뿐만 아니라 첨가제의 선택에 따라서 균열이 생기거나 불투명하게 되는 등의 문제점이 있었다.
본 발명자의 선행 특허출원(대한민국 특허공개 10-2004-0024510)에서는 위와 같은 단백질칩의 단점을 보안한 졸-겔 반응을 이용하여 생산된 바이오칩, 상기 바이오칩의 제조 방법, 및 상기 바이오칩의 사용 방법을 제공하였다. 종래에는 단백질을 비롯한 생체물질이 포함된 졸-겔 매트릭스를 스팟 형태로 칩 기질 상에 고정시킬 수 있는 기술이 존재하지 않았기 때문에, 생체물질이 고정된 졸-겔 매트릭스를 스팟 형태로 집적한 바이오칩이 존재하지 아니하였다. 상기 선행특허는 칩 기질을 특유의 코팅성분으로 표면처리하는 기술을 개발함으로써, 칩 기질상에서의 졸-겔 반응을 이용하여 생산된 바이오칩을 처음으로 제공할 수 있게 되었다.
상기 선행특허에 따른 칩 기질 표면처리 기술에 의하면, 생체 물질이 함유된 솔 혼합물을 스팟 형태로 칩 기질상에 집적할 수 있고, 상기 솔 혼합물을 겔화시키는 졸-겔 반응이 칩 기질 상에서 일어날 수 있으며, 졸-겔 매트릭스를 칩 기질 상에 고정화시킬 수 있다. 특히 상기 선행특허는 칩 기질 표면에 생체물질이 공유결합에 의해 고정된 종래 바이오칩과 달리, 생체 물질이 내부의 포어에 포집되어 캡슐화되어 있는 젤 형태의 스팟이 칩 기질상에 집적 및 고정된 바이오칩을 제공하였다.
그러나, 이러한 졸겔 칩의 생산에 있어 비접촉 방식 (non-contact type)으로 칩 표면에 분주하여 졸겔칩을 생산할 때, 솔 젤 용액이 일반 단백질이나 기타 버퍼 용액과 성질이 다르고, 시간이 지남에 따라 겔화되는 성질이 있어 균일하고, 안정된 용액 방울 (drop)을 얻기가 어려웠다. 따라서, 기존 비접촉 방식의 어레이어에서 사용되는 노즐 (Capillary)을 개선하여 졸겔 용액의 분주에 적합하도록 하는 것이 요구되었다.
이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 개선시킨 새로운 졸겔 칩의 생산 장비를 개발하기 위하여 예의 노력한 결과, 기존 비접촉 방식의 어레이어에서 사용되는 노즐의 내부 및 외부 성질을 개선하고 크기를 조정하는 경우 졸겔 용액의 분주가 개선됨을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 배경기술 부분에 기재된 상기 정보는 오직 본 발명의 배경에 대한 이해를 향상시키기 위한 것이며, 이에 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 있어 이미 알려진 선행기술을 형성하는 정보를 포함하지 않을 수 있다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 졸겔 칩 제조 시 졸겔 용액의 분주 시 문제점을 개선시킨 새로운 졸겔 칩 생산 장비 및 이를 이용한 졸겔 칩 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 졸겔 칩 제작을 위한 졸 조성물 분주용 노즐에 있어서, 상기 노즐의 외부는 소수성 물질로 코팅되어 있고, 노즐의 내부는 졸 조성물에 친화적인 물질로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 졸 조성물 분주용 노즐을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 노즐을 포함하는 졸겔 칩 제작을 위한 졸 조성물 분주용 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 노즐을 포함하는 졸겔 칩 제작장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 노즐로 졸 조성물을 칩 상에 분주하는 단계를 포함하는 졸겔 칩 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 둘 이상의 상기 노즐에서 동시에 분주된 졸 조성물의 용액 방울(drop)들이 칩 상에 닿기 전 서로 접촉되어 혼합된 후 칩 표면에 닿도록 하는 것을 특징으로 하는 졸겔 칩 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 둘 이상의 상기 노즐에서 각각 졸 조성물 및 표적 생물학적 물질과 상호작용하는 생물학적 물질의 용액방울(drop)을 동시에 분되하되 분주된 용액방울들이 칩 상에 닿기 전 서로 접촉되어 혼합된 후 칩 표면에 닿도록 하는 것을 특징으로 하는 졸겔 칩 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 특징 및 구현예는 다음의 상세한 설명 및 첨부된 특허청구범위로부터 더욱 명백해 질 것이다.
도 1은 겔화된 졸겔 용액에 의해 막힌 노즐 (clogged nozzle)의 사진이다.
도 2는 종래 노즐을 이용하여 졸겔 용액을 분주 시 용액 방울 (Drop)의 모습을 확인한 것이다.
도 3은 노즐 상태에 따른 용액 방울의 분주 모습 및 분주 개선을 위한 내?외부 표면 성질 개질을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 개선된 노즐을 이용하여 졸겔 용액을 분주 시 용액 방울 (Drop)의 모습을 확인한 것이다.
도 5는 개선 전 노즐을 이용한 장치 및 본 발명에 따른 개선시킨 노즐을 이용한 장치를 이용하여 제작한 졸겔칩을 각각 나타내는 사진이다.
도 6은 종래 노즐, 및 가열 및 그라인딩에 의하여 노즐 개구부의 크기를 감소시킨 노즐에 대한 사진으로, 최상단은 종래 노즐, 최하단은 유리관을 20 내지 40초 가열한 후의 노즐, 중앙은 가열 후 사포를 이용하여 그라인딩을 수행한 노즐이다.
도 7A은 개구부를 감소시키기 전의 노즐을 적용하여 수행한 액적 분사 사진이고, 7B는 본 발명에 따른 노즐을 이용하여 수행한 액적 분사 사진이고, 7C는 개구부 감소시키기 전의 노즐을 이용하여 스팟팅한 결과이고, 7D는 개구부의 크기를 감소시켜 스팟팅한 결과 사진이다.
도 8은 100,000 drop 이상을 분주한 후의 노즐 상태를 촬영한 사진으로 8A는 본 발명에 따른 노즐의 졸 조성물 분주사진이고, 8B는 개질되지 않은 종래 노즐을 이용하여 분주하는 사진이다.
도 9는 노즐의 분주 결과를 일당 생산성으로 환산한 표이다.
도 10은 본 발명에 따른 Flying drop-on-drop 공정에 따른 분주 사진이다.
발명의 상세한 설명 및 바람직한 구현예
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 발명은 일 관점에서, 졸겔 칩 제작을 위한 개선된 졸 조성물 분주용 노즐에 관한 것이다. 본 발명에 따른 졸겔 칩 제작을 위한 졸 조성물 분주용 노즐은 노즐의 내부와 외부 표면 성질을 서로 다르게 개질하여 분주를 개선시켰다.
졸겔 칩 제작을 위하여 비접촉 방식으로 졸 조성물을 칩 표면에 분주하는 경우 시간이 지남에 따라 겔화하는 성질이 있는 졸 조성물의 특성상 도 1과 같이 겔화된 졸 조성물, 즉 졸겔 용액에 의하여 노즐이 막히게 된다. 아울러, 졸-겔 반응을 위한 졸 조성물은 일반 단백질이나 기타 버퍼 용액과 성질이 다르고 겔화하는 성질이 있어 균일하고 안정된 용액 방울 (drop)을 얻기가 매우 어려웠다.
이에 본 발명에 따른 졸겔 칩 제작을 위한 졸 조성물 분주용 노즐은, 졸 조성물을 분주하는 노즐의 외부는 소수성으로 코팅시키고, 상기 노즐의 내부는 코팅시킨 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 노즐의 내부는 졸 조성물이 잘 흘러내릴 수 있도록 코팅되는 것을 특징으로 하는데, 바람직하게는 졸 조성물 친화적 물질로 코팅되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 노즐 내부의 졸 조성물에 친화적인 물질로의 코팅은 수산기, 아민기, 알데하이드기, 카르복실기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종으로 노즐의 내부가 개질된 것임을 특징으로 할 수 있다.
이를 위하여, 질소, 산소, 일산화탄소, 이산화탄소, 암모니아, 메탄, 에세틸렌, 벤젠가스 및 이들의 혼합가스로 구성된 군에서 선택된 적어도 1종의 기체의 플라즈마 이온을 상기 노즐 내부의 표면에 주입시킴으로써 개질된 것임을 특징으로 할 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에서는 노즐 내부의 표면을 진공하에서 산소 플라즈마 장비를 이용하여 표면처리하거나, 질소 상압플라즈마 장비를 이용하여 표면처리함으로써 졸 조성물에 친화적인 물질로 개질하였다. 즉, 산소 플라즈마 처리를 수행함으로써 노즐 내부 표면의 수산기 (-OH)의 밀도를 증가시켰다.
한편, 상기 노즐의 외부 표면은 그 내부와 달리 소수성 물질 (hydrophobic material)로 코팅되는 것을 특징으로 한다. 노즐의 외부 표면은 소수성으로 개질됨으로써 물이나 졸겔 용액이 잘 묻지 않도록 된다. 이때, 상기 노즐의 외부 표면을 개질시키는 물질은 노즐의 외부 표면을 소수성으로 개질시킬 수 있는 물질이면 어느 것이나 가능하며 제한되지 않으며, 예시적으로 테프론(Teflon), PTFE(polytetrafluoroethylene), ETFE(Ethylene FluoroEthylene), PCTFE (PolyChloro Tri-Fluoroethylene), Cytop, Teflon AF 등의 물질을 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 테프론 계열 공정가스 (C4F8 또는 CHF3)을 이용하여 진공장비에서 플라즈마를 이용하여 소수성으로 코팅하였다.
아울러, 상기 노즐의 크기는 종래에 비하여 감소됨을 특징으로 한다. 본 발명자들은 상기 노즐의 크기를 감소시키는 경우 졸겔 용액이 분주되는 힘과 속도가 증가됨을 확인하였다.
본 발명에서 상기 노즐을 이용하여 분주되는 졸 조성물은, 겔화되는 성질이 있는 것으로 단백질을 비롯한 생체물질이 포함된 졸-겔 매트릭스를 스팟 형태로 칩 기질 상에 고정시킬 수 있는 졸 조성물이면 어느 것이든 제한되지 않으나, 테트라메틸오르토실리케이트 (TMOS), 테트라에틸오르토실리케이트 (TEOS), 메틸트리메톡시실란 (MTMOS), 에틸트리에톡시실란 (ETrEOS), 트리메톡시실란 (TMS), 메틸트리메톡시실리케이트 (MTMS) 및 3-아미노프로필트리메톡시실리케이트(3-ATMS)로 구성된 군에서 선택된 어느 하나 이상의 실리케이트 단량체, 폴리 글리세릴 실리케이트 (PGS), 다이글리세릴 실란(DGS), 3-글리시드옥시 프로필 트리 메톡시 실란(GPTMOS), (N-트리에톡시실릴프로필)-O-폴리에틸렌 옥사이드 우레탄(PEOU), 글리세롤 및 분자량 100~10,000의 폴리에틸렌글리콜(PEG)로 구성된 군에서 선택된 어느 하나 이상의 첨가제를 버퍼에 여러 비율로 혼합한 졸 조성물임을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 본 발명의 방법에 따라 개선시키기 전의 노즐을 이용하는 경우 도 2와 같이 용액 방울 (drop)이 잘 형성되지 않았으나, 이를 도 3과 같이 개질시키는 경우 졸 조성물의 분주 시 용액 방울 (drop)이 잘 형성됨을 확인할 수 있었다 (도 4). 즉, 본 발명에 따른 개선된 졸 조성물 분주용 노즐을 이용한 졸겔 칩 제작장치는, 종래에 비하여 노즐의 내외부를 개질시켜 졸 조성물이 잘 흘러내릴 수 있도록 분주가 개선되었음을 확인할 수 있었다. 이에 본 발명은 다른 관점에서, 상기 노즐을 포함하는 졸겔 칩 제작을 위한 졸 조성물 분주용 장치 및 상기 노즐을 포함하는 졸겔 칩 제작장치에 관한 것이다.
본 발명은 다른 관점에서, 상기 본 발명에 따른 노즐로 졸 조성물을 칩 상에 분주하는 단계를 포함하는 졸겔 칩 제작방법 및 이에 의하여 제작된 졸겔 칩에 관한 것이다.
본 발명에 따른 졸겔 칩 제작용 장치는 기존에 개발된 바이오센서, 즉, 고분자뿐만 아니라 금을 포함한 금속 표면, 실리콘을 포함한 반도체 표면, 투명한 고분자 표면, 거울을 포함함 유리표면 등에 생체 물질을 졸-겔 반응에 의하여 고정시키기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 개선 전 및 개선 후 노즐을 이용하여 제작된 졸겔 칩의 스팟을 촬영한 사진 (도 5)에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 개선된 졸겔 칩 제작장치를 이용하여 제작된 졸겔 칩은 종래에 비하여 균일하고 잘 정렬된 졸겔 칩의 생산을 가능하게 함을 확인할 수 있었다.
한편, 본 발명에 따른 노즐을 이용한 졸겔 칩 제조방법은, 둘 이상의 노즐을 이용하여 졸 조성물을 분주하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 둘 이상의 노즐에서 동시에 분주된 졸 조성물의 용액 방울(drop)들이 칩 상에 닿기 전 서로 접촉되어 혼합된 후 칩 표면에 닿도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
아울러, 둘 이상의 노즐을 이용하여 졸 조성물을 분주하되, 상기 둘 이상의 노즐 중 어느 하나에서는 표적 생물학적 물질과 상호작용하는 생물학적 물질이 분주되는 것을 특징으로 할 수 있는데, 바람직하게는, 상기 둘 이상의 노즐에서 동시에 분주된 졸 조성물 및 표적 생물학적 물질과 상호작용하는 생물학적 물질의 용액방울(drop)들은 칩 상에 닿기 전 서로 접촉되어 혼합된 후 칩 표면에 닿도록 하는 것을 특징으로 한다.
이때, 표적 생물학적 물질과 상호작용하는 생물학적 물질은 예시로, 핵산, 단백질, 펩타이드, 저분자 물질 및 세포 등을 사용할 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.
상기 칩 상에 닿기 전 각 노즐에서 분주된 용액이 공중에서 혼합되도록 하는 flying drop-on-drop 방식은 칩 표면의 변경이 필요없고, 생산량을 더욱 늘리면서 불량률은 더욱 낮추어 안정적인 진단 칩의 생산이 가능하게 함을 확인하였다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1. 종래 노즐 및 본 발명에 따른 노즐 이용 시 분주 형태의 확인
본 발명에 따른 개선된 졸 조성물 분주용 노즐의 효과를 확인하기 위하여, 종래 졸 조성물 분주용 노즐과 본 발명에 따른 개선된 졸 조성물 분주용 노즐의 효과를 다음과 같이 비교하였다. 졸 조성물로는 SolB tm 키트 (피씨엘사, 한국)를 사용하였다.
먼저, 종래 졸겔 칩 제작을 위하여 졸 조성물 분주에 사용되는 노즐 (노즐형 유리관 사용, 외경 1mm, 내경 0.78mm) 을 그대로 이용한 경우 노즐에서 분주되는 용액방울의 모습 및 위치를 촬영하여 도 2에 나타내었다. 이때, 용액 방울이 잘 형성되지 않고 있음을 확인할 수 있다.
그 다음, 상기 사용된 노즐을 그 내부는 졸겔 친화적이도록 코팅하고, 상기 노즐의 외부 표면은 소수성으로 개질시켰다. 즉, 테프론 계열 공정가스 (C4F8 또는 CHF3) (Sigma, USA)을 이용하여 진공장비에서 플라즈마를 이용하여 노즐의 외부 표면을 소수성으로 개질시킨 후, 노즐의 내부는 표면을 진공하에서 산소 플라즈마 장비를 이용하여 표면처리하거나, 질소 상압플라즈마 장비를 이용하여 표면처리함으로써 졸 조성물에 친화적인 물질로 개질하였다.
이처럼 개질시킨 노즐을 이용하여 동일한 졸 조성물 분주 시 노즐에서 분주되는 용액방울의 모습 및 위치를 측정한 결과, 도 4에 나타난 바와 같이, 종래 개질시키기 전의 용액 방울에 비하여 일정한 속도 및 모습으로 용액 방울 (Drop)이 잘 형성되고 있음을 확인할 수 있었다.
즉, 본 발명에 따른 개선된 졸 조성물 분주용 노즐을 이용한 졸겔 칩 제작장치는, 종래에 비하여 노즐의 내외부를 개질시켜 졸 조성물이 잘 흘러내릴 수 있도록 분주가 개선되었음을 확인할 수 있었다.
실시예 2: 졸겔 칩의 제조
본 발명에 따른 졸 조성물 분주용 노즐 및 이를 이용한 졸겔 칩 제작장치의 효과를 확인하기 위하여, 종래 졸 조성물 분주용 노즐과 본 발명에 따른 개선된 졸 조성물 분주용 노즐을 이용하여 각각 졸겔 칩을 다음과 같이 제조하였다.
먼저, 종래 졸겔 칩 제작을 위하여 졸 조성물 분주에 사용되는 노즐을 그대로 이용하여 실시예 1의 졸 조성물을 칩상에 3회 분주하였다. 이와 동시에 상기 장치에서 노즐만 실시예 1과 같이 본 발명에 따라 개선된 노즐로 변경하여 동일한 졸 조성물을 칩 상의 동일 위치에 분주하였다.
그 결과, 도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 개선된 노즐을 이용한 졸겔 칩 제작장치를 이용하여 제작된 졸겔 칩은 칩 상에 스팟이 매우 균일하게 정렬되었으며 스팟의 크기도 일정하게 나타났다 (도 5의 1). 이와 달리 종래 노즐을 이용한 졸겔 칩 제작장치를 이용하여 제작된 졸겔 칩들 (도 5의 2 내지 4)은 졸겔 칩 주편에 퍼진 듯 작은 스팟이 찍히거나 (도 5의 2), 위치가 잘 정렬되지 않거나 (도 5의 3), 스팟의 크기가 일정하지 않은 것 (도 5의 4)로 나타났다.
즉, 본 발명에 따른 노즐은 스팟의 재현성을 증가시키는 것으로 나타났는데, 이는 생산을 위한 제품의 재현성 증가에 본 발명에 따른 노즐의 개질이 중요한 역할을 수행함을 보여준다.
결국, 본 발명에 따른 개선된 졸겔 칩 제작장치를 이용하여 제작된 졸겔 칩은 종래에 비하여 균일하고 잘 정렬된 졸겔 칩의 생산을 가능하게 함을 확인할 수 있었다.
실시예 3: 노즐 개구부 사이즈 변화에 따른 분주 형태의 확인
노즐의 개구부 크기 감소에 따른 영향을 분석하기 위하여, 실시예 1과 같이 개질한 노즐의 개구부 사이즈를 하기와 같이 감소시켜 종래 노즐과 대비하였다.
먼저 실시예 1과 같이 개질한 노즐을 수직으로 고정시키고, 라이터 불꽃 끝 부분으로 20 내지 40초 가열하여 개구부의 사이즈를 감소시켰다. 상기 가열시간으로 내경의 크기는 조절된다. 가열 후 내경의 사이즈는 77 마이크로미터(㎛)이고 외경의 사이즈는 약 467 마이크로미터(㎛)이었다.
도 6의 사진에서, 위쪽은 개구부를 감소시키기 전의 노즐(실시예 1의 개질된 노즐)이고, 가장 아래쪽은 유리관을 20 내지 40초 가열한 후의 노즐의 크기를 나타내며, 중앙은 가열 후 사포를 이용하여 그라인딩을 수행한 노즐이다.
상기 종래 노즐과 중앙의 가열 후 사포로 그라인딩을 수행한 노즐의 액적 분사사진을 비교한 결과, 도 7A와 같이 개구부 감소 전의 노즐은 전압 102V, 펄스 47 μs, 주파수 500Hz에서 큰 액적을 보임에 반하여, 7B의 본 발명에 따른 노즐은 141V 전압, 펄스 46 μs, 주파수 500Hz에서 종래 장비에 비하여 훨씬 미세한 크기의 액적을 보였고, 노즐의 크기를 감소시킴으로서 스팟의 크기를 훨씬 더 작게 칩 상에 스팟화할 수 있음을 확인하였다. 도 7C는 개구부를 감소시키기 전의 노즐을 이용하여 스팟화한 것이고, 7D는 개구부의 크기를 감소시켜 스팟화한 것을 나타낸다. 즉, 본 발명에 따른 장비를 이용하여 스팟의 크기를 감소시켜 스팟팅할 수 있는바 더 다양한 용도의 칩으로 응용될 수 있다. 아울러, 개구부의 크기를 감소시켜 졸겔 용액이 분주되는 힘과 속도가 증가됨을 확인하였다.
본 발명자들은 상기와 같은 반복실험을 통하여 최적 사이즈의 분주되는 부피를 측정하고, 최소 사이즈, 즉 약 77마이크로미터(㎛)사이즈 이하에서는 분주되지 않음을 확인하고, 개구부의 크기를 77㎛ 내지 0.77 mm로 설정하였다.
실시예 4: 본 발명에 따른 노즐의 수명 및 졸겔 칩 생산량 증대 효과의 확인
실시예 1의 종래 노즐과 본 발명에 따른 개질된 노즐의 효과를 비교하기 위하여, 추가적으로 다음의 실험을 수행하였다.
상기 두 노즐을 이용하여 동시에 실시예 1의 졸 조성물을 각각 100,000 drop 이상을 분주한 그 결과, 도 8A의 본 발명에 따른 개질된 노즐의 경우 여전히 정상적으로 졸 조성물을 분주하고 있었으나, 도 8B의 개질되지 않은 종래 노즐의 경우 더 이상 분주하고 있지 않음을 확인할 수 있었다. 즉, 본 발명에 따른 노즐은 막힘현상이 방지되어 수명이 연장되었음을 확인할 수 있었다.
추가로, 그 결과를 도 9와 같이 일당 생산성으로 환산한 경우, 종래 코팅되지 않은 노즐 (portals 2)을 사용한 경우 단백질 스팟팅을 위한 반응시간이 19.2분으로 하루에 대략 50개의 플레이트만 생산할 수 있었음에 반하여, 노즐의 내외부를 개질함으로써 (protals 4) 단백질의 스팟팅을 위한 반응시간이 9.6분으로 크게 감소하여 하루에 대략 100개의 플레이트의 생산이 가능하여 졌으며, 추가로 실시예 3과 같이 개구부의 크기를 감소시킴(protals 8)으로써 반응속도가 4.8분으로 더욱 빨라져 하루에 대략 200개의 플레이트의 가능할 정도로 현저한 생산량의 향상을 가져왔다.
실시예 5: 졸겔 칩 생산 최적화를 위한 공정의 개발
본 발명에 따른 노즐을 이용하여 10초/플레이트 이하의 생산량을 확립할 수 있도록, 즉 최적화된 졸겔 칩 제조방법을 제공하기 위하여, 하기와 같이 새로운 공정 (Flying drop-on-drop)을 개발하였다.
종래 칩 상에 순차적으로 졸 조성물의 drop이 떨어지도록 하여 칩 (플레이트 또는 슬라이드) 표면상에서 혼합이 이루어지는 Drop on Drop 공정과 달리, 본 발명에 따른 실시예 3의 2개 노즐을 이용하여 하나의 노즐에서는 졸-겔 용액을, 다른 하나의 노즐에서는 항원, 항체 등 생물학적 물질이 동시에 분주되도록 하되 이때, 도 10과 같이 두 노즐의 각도를 조절하여 두 개의 노즐에서 분주되는 용액방울이 공중에서 서로 만나 혼합되어 표면에 떨어지도록 하였다.
이로써 칩 표면의 변경이 필요없고, 생산량을 더욱 늘리면서 불량률은 낮추어 안정적이 진단 칩의 생산이 가능함을 확인하였다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 개선된 졸 조성물 분주용 노즐을 이용한 졸겔 칩 제작장치는, 종래에 비하여 노즐의 내외부를 개질시켜 졸 조성물이 잘 흘러내릴 수 있도록 분주가 개선되었고 졸 조성물의 분주 시 졸 조성물이 노즐 안에서 굳어져 노즐을 막는 일이 현저히 감소시켜 노즐의 수명을 연장하였으며, 졸겔 용액이 분주되는 힘과 속도를 증가시켜 분주가 용이하도록 함으로써 졸겔 칩의 자동화 및 대량생산을 가능하게 하였다. 아울러, 본 발명에 따른 장치를 이용함으로써, 종래에 비하여 균일하고 잘 정렬된 졸겔 칩의 생산이 가능하여 진바 유용하다.
이상으로 본 발명의 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (13)

  1. 졸겔 칩 제작을 위한 졸 조성물 분주용 노즐에 있어서, 상기 노즐의 외부는 소수성 물질로 코팅되어 있고, 노즐의 내부는 졸 조성물에 친화적인 물질로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 졸 조성물 분주용 노즐.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소수성 물질은 테프론 (Teflon), PTFE (polytetrafluoroethylene), PCTFE (PolyChloro Tri-Fluoroethylene) 및 Cytop로 구성되는 군에서 선택된 것임을 특징으로 하는 노즐.
  3. 제1항에 있어서, 상기 노즐 내부의 졸 조성물에 친화적인 물질로의 코팅은 수산기, 아민기, 알데하이드기, 카르복실기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종으로 노즐의 내부가 개질된 것임을 특징으로 하는 노즐.
  4. 제3항에 있어서, 질소, 산소, 일산화탄소, 이산화탄소, 암모니아, 메탄, 에세틸렌, 벤젠가스 및 이들의 혼합가스로 구성된 군에서 선택된 적어도 1종의 기체의 플라즈마 이온을 상기 노즐 내부의 표면에 주입시킴으로써 개질된 것임을 특징으로 하는 노즐.
  5. 제1항에 있어서, 상기 노즐의 크기를 감소시킨 것을 특징으로 하는 노즐.
  6. 제5항에 있어서, 상기 노즐의 개구부의 크기를 77 ㎛ 내지 0.77 mm로 감소시킨 것을 특징으로 하는 노즐.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 노즐을 포함하는 졸겔 칩 제작을 위한 졸 조성물 분주용 장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 노즐을 포함하는 졸겔 칩 제작장치.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 노즐로 졸 조성물을 칩 상에 분주하는 단계를 포함하는 졸겔 칩 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 둘 이상의 노즐을 이용하여 졸 조성물을 분주하는 것을 특징으로 하는 졸겔 칩 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 둘 이상의 노즐에서 동시에 분주된 졸 조성물의 용액 방울(drop)들이 칩 상에 닿기 전 서로 접촉되어 혼합된 후 칩 표면에 닿도록 하는 것을 특징으로 하는 졸겔 칩 제조방법.
  12. 제9항에 있어서, 둘 이상의 노즐을 이용하여 졸 조성물을 분주하되, 상기 둘 이상의 노즐 중 어느 하나에서는 표적 생물학적 물질과 상호작용하는 생물학적 물질이 분주되는 것을 특징으로 하는 졸겔 칩 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 둘 이상의 노즐에서 동시에 분주된 졸 조성물 및 표적 생물학적 물질과 상호작용하는 생물학적 물질의 용액방울(drop)들은 칩 상에 닿기 전 서로 접촉되어 혼합된 후 칩 표면에 닿도록 하는 것을 특징으로 하는 졸겔 칩 제조방법.
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