WO2016133321A1 - Microparticle for bioassay and method for manufacturing same - Google Patents

Microparticle for bioassay and method for manufacturing same Download PDF

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WO2016133321A1
WO2016133321A1 PCT/KR2016/001493 KR2016001493W WO2016133321A1 WO 2016133321 A1 WO2016133321 A1 WO 2016133321A1 KR 2016001493 W KR2016001493 W KR 2016001493W WO 2016133321 A1 WO2016133321 A1 WO 2016133321A1
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WO
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encoder pattern
region
encoder
master mold
bioassay
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/001493
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French (fr)
Korean (ko)
Inventor
김상경
정승원
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한국과학기술연구원
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    • B01F33/30Micromixers
    • B01F33/302Micromixers the materials to be mixed flowing in the form of droplets
    • B01F33/3021Micromixers the materials to be mixed flowing in the form of droplets the components to be mixed being combined in a single independent droplet, e.g. these droplets being divided by a non-miscible fluid or consisting of independent droplets
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
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    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
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    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C40B40/04Libraries containing only organic compounds
    • C40B40/06Libraries containing nucleotides or polynucleotides, or derivatives thereof

Definitions

  • the present specification relates to microparticles for a bioassay and a method of manufacturing the same.
  • Molecular diagnostic systems are the next generation of convergence technologies across science and technology, including electronics, physics, chemistry, biology, materials engineering, IT, and NT, and are emerging as innovative technologies for the diagnosis and treatment of diseases.
  • the biochip which is one of the representative fields of molecular diagnostic systems, attaches high density biomolecule probes such as DNA and proteins onto substrates such as glass, silicon, and polymers, and thus targets in the probes and samples. It detects the hybridization with a substance and is usefully used to analyze a very small amount of sample at a high speed.
  • gene information such as gene expression and response patterns, gene defects, and protein distribution can be analyzed to ultimately be used for diagnosis and treatment of human diseases, as well as for new drug development and reagent diagnosis.
  • biochips may be divided into DNA chips or protein chips according to the type of probe, and may be divided into microarray chips attached to a solid substrate and microfluidic chips attached to a microfluidic channel according to the attachment form of the probe.
  • a fluorescent substance or radioactive material for obtaining a signal that can be directly measured by the researchers can be detected. Labeling materials such as substances and magnetic particles are used.
  • One of such multiple analysis techniques is by positional microarrays, and forms genetic probes or code regions specific to X and Y coordinates to analyze genetic information, which is an advantage for ultra high density analysis. have.
  • suspension array suspension array
  • color coding method by a variety of dyes (fluorescent material) each expressing different emission colors (fluorescent material) a large amount of a large amount of The advantage is that the sample can be processed.
  • the planar microarray technique and the color coding scheme have poor reproducibility and are not easy to perform real-time PCR analysis, and thus, it is difficult to accurately recognize and quantify accurate genetic information.
  • the detection information on the genetic information is inaccurate due to the interference and perturbation between the detection information according to the detection signal measuring method according to the labeling material, the direction and sensitivity of the detector, and the like. Is lacking.
  • multi-analysis technology provides a technique for particle-based diagnosis, and the use of small particles can increase the response surface area to increase responsiveness. There is an advantage that can proceed with various assays.
  • Korean Patent Application Publication No. 10-2009-0091117 “Multifunctional Encoded Particles for High Performance Analysis,” flows fluorescently labeled monomers along microfluidic channels, and other adjacent ones. After flowing the probe-lead off monomers along the microfluidic channel, they are polymerized and exposed to the ultraviolet light transmitted through the photomask to form particles having the cord region and the probe region.
  • the above method forms particles intermittently retaining the probe region and the code region by the photomask along the microfluidic channel, so that the loss of material between particles generated by the photolithography process along the microfluidic channel is reduced. There is an uneconomic problem.
  • the particles produced by the above method is impossible to implement the real-time PCR, there is a disadvantage that cannot accurately quantify and recognize the genetic information.
  • the present invention is to solve the above problems, it is possible to manufacture the microparticles for bioassay using the mask patterning process and the spotting and imprinting process, in particular, since the probe region and the encoder region is not separated, real-time PCR application It is an object of the present invention to provide microparticles and methods for their preparation for this possible bioassay.
  • an embodiment of the present invention has a flat three-dimensional shape with a flat bottom surface, and a probe region for quantitatively detecting bio-assay information and an encoder pattern formed on the bottom surface.
  • a microparticle for a bioassay comprising an encoder region for recognizing a kind of bio-assay information, wherein the probe region and the encoder region are superimposed within a substrate.
  • an embodiment of the present invention is to form a photoresist layer on a substrate, a first step of manufacturing a first mold having an embossed encoder pattern made of a photoresist by a mask patterning process, and on the first mold Forming a imprint resin layer and forming a master mold formed of an imprint resin by an imprinting process to form a negative encoder pattern; spotting a solution for bioassay on the negative encoder pattern region formed in the master mold ( spotting to form droplets and curing the droplets formed on the master mold, and then separating them on the master mold to form microparticles having an encoder pattern formed thereon. It provides a method for producing micro particles for a bio assay comprising.
  • the manufacturing method according to an embodiment of the present invention uses a mask patterning process, a spotting and an imprinting process, to form microparticles for a bioassay in which a probe region and an encoder region are not separated in the same substrate and overlapped. Can provide.
  • the microparticles can be applied to real-time PCR has the effect of accurate quantification and recognition for genetic information analysis.
  • the mask patterning process ensures the precision of the encoder pattern (5 ⁇ m or less), and enables encoding of more than 10 9 , enabling detection of various information of ultra-fine samples, spotting only on the negative encoder pattern formed on the master molder. Since the droplets are formed by the process, waste of the probe material can be reduced, thereby reducing the cost.
  • Micro particles according to an embodiment of the present invention is formed in a flat bottom surface, the patterned encoder region is formed to always be horizontal to the bottom surface, it is possible to fix the encoder in a certain direction. As a result, the accuracy of the detection information can be guaranteed, and even with a very small amount of sample, high sensitivity can be detected, thereby improving the reproducibility of the experiment.
  • one embodiment of the present invention can detect whether or not hybridization with the target material from the contrast and the change in the concentration of the encoder pattern even with a normal CCD camera, regardless of the use of the labeling material, and easy to experiment, There is an effect that can reduce the cost for using the labeling material.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a method for preparing microparticles for bioassay according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a view showing a side photograph of the droplet formed on the master mold prepared according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a view showing a photograph (a), a photograph (b), (c), (d) of the micro-particles for the master mold prepared according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a view showing a picture of the microparticles according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a schematic diagram ((a) cross section, (b) bottom view) of the microparticles constituting the composite structure prepared according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention relates to microparticles for multiplexing bioassays that can reduce analysis time and obtain a variety of information at low cost by simultaneously quantifying and recognizing bioassays, particularly DNA, RNA, proteins and the like.
  • the present invention aims to provide microparticles for a bioassay in which a probe region and an encoder region are not separated in the same substrate and overlapped using a mask patterning process and an imprinting process.
  • microparticles for bioassay in a significantly simpler method than the prior art.
  • the probe region and the encoder region are not separated, real-time PCR can be applied, and thus there is an advantage in that accurate quantification and recognition for genetic information analysis is possible.
  • Figure 1 shows a schematic diagram of a method for producing microparticles for bioassay according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 shows a side photograph of the droplet formed on the master mold prepared according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 shows a photograph (a) for the master mold prepared in accordance with an embodiment of the present invention, a photograph (b) for the droplets, a photograph (c), (d) for the microparticles.
  • 4 is a photograph of microparticles according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 5 shows a BF image (a) after PCR, a fluorescence image (b) before and after PCR for microparticles according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 shows a schematic diagram ((a) cross-sectional view, (b) bottom view) of the microparticles constituting the composite structure prepared according to an embodiment of the present invention.
  • a photoresist layer is formed on a substrate, and an embossed encoder pattern made of the photoresist is formed by a mask patterning process.
  • a first step of manufacturing the formed first mold A second step of forming an imprint resin layer on the first mold and fabricating a master mold having imprint resin patterns formed of imprint resin by an imprinting process;
  • the microparticles are used in a device for detecting and analyzing a target nucleic acid in a bioassay, and the micro size of nano ( 10-6 ), micro ( 10-3 ), millimeter ( 10-2 ), etc.
  • the concept includes all of the particles.
  • the microparticle includes a probe region for quantitatively detecting information about a target nucleic acid or a fixed primer reacting with the target nucleic acid, ie, bioassay information, and an encoder region for recognizing a kind thereof.
  • the present invention has a flat three-dimensional shape with a flat bottom surface, and the bio-assay is formed by a probe region for quantitatively detecting bio-assay information and an encoder pattern formed on the bottom surface.
  • assay may include a microparticle for a bioassay, comprising an encoder region for recognizing a kind of information, wherein the probe region and the encoder region overlap each other in a substrate.
  • microparticles may be hemispherical or semi-elliptic.
  • an opaque metal layer or an array of photoresist layers may be formed on the encoder pattern of the microparticles.
  • the microparticle may further include a probe region or an encoder region of another kind, to form a complex structure.
  • microparticles according to an embodiment may further include pores in the particles.
  • a photoresist layer is formed on a substrate and a first mold having an embossed encoder pattern made of a photoresist is formed by a mask patterning process. It may include (step 1, (a)).
  • the substrate may be any flat substrate such as metal, silicon, glass, and polymer, and the area of the substrate may be adjusted according to the size and number of encoder patterns to be formed.
  • the photoresist layer may be coated on the substrate to form an encoder pattern, and the thickness of the photoresist layer may be adjusted in consideration of the size of the recess of the encoder pattern.
  • the photoresist layer may be any resin as long as it is a resin that can be used in a mask patterning process by photolithography.
  • a radiation curable epoxy acrylate, urethane acrylate, polyester acrylate, and a substituent having a refractive index adjusted may be used. More specific examples may use SU-6, SU-7, SU-8, and the like.
  • the photoresist layer is formed on a substrate, and then selectively exposed using a mask on which an encoder pattern is drawn in advance, and then a portion of the photoresist that is not cured by the exposure process is removed through a developing process, and the cured Only the photoresist may form an embossed encoder pattern.
  • the embossed encoder pattern means a pattern corresponding to the final encoder pattern. Since the final encoder pattern is formed by the master mold to be described later, the one having the opposite image is referred to as an embossed encoder pattern.
  • the first mold having the embossed encoder pattern made of the photoresist manufactured by the mask patterning process is guaranteed with precision (5 ⁇ m or less) of the encoder pattern, and capable of encoding more than 10 9 .
  • precision 5 ⁇ m or less
  • An embodiment of the present invention may include forming an imprint resin layer on the first mold, and manufacturing a master mold formed of an imprint resin by an imprinting process to form a negative encoder pattern (second step, ( b) step).
  • the imprint resin layer may be imprinted on the first mold and compressed by using a roller or the like so that the negative encoder pattern of the first mold is imprinted on the imprint resin layer.
  • the imprint resin layer may be photocured to fix the pattern made of the imprint resin.
  • a master mold including the imprint resin is formed to form an engraved encoder pattern (a pattern corresponding to the embossed encoder pattern of the first mold).
  • a photocurable resin may be used for the imprint resin layer.
  • the photocurable resin used in the imprint resin layer may be the same as the resin used in the photosensitive resin layer, or may be a pre-polymer in which a polydimethylsiloxane (PDMS) solution and a curing agent are mixed.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • the method may further include: hydrophilizing a surface of a negative encoder pattern region in the master mold after the second step; Alternatively, the method may further include hydrophobic treatment of the surface of the region except the negative encoder pattern region in the master mold.
  • the hydrophilic treatment is performed on the negative encoder pattern region or the non-spotted negative encoder pattern region is formed by spotting a bioassay solution to be described later when the hydrophobic treatment is performed. It is possible to set it correctly. In this case, droplets can be easily formed without using a spotting device.
  • the hydrophilic treatment may include an oxide layer including at least one of oxide-based materials such as SOG, TEOS, LTO, silicon oxide, titanium oxide, and aluminum oxide using a mask on the negative encoder pattern region. It may be.
  • the hydrophobic treatment may be implemented by any one of deposition of hydrophobic material, coating of hydrophobic material, silanizing treatment, and plasma treatment using a mask in a region other than the negative encoder pattern region. .
  • an embodiment of the present invention may include spotting a solution for bioassay on a negative encoder pattern formed in the master mold to form droplets (step 3, (c )step).
  • droplets may be formed by spotting the bioassay solution only on a region where the negative encoder pattern is formed in the master mold, thereby reducing waste of the bioassay solution (ie, probe material).
  • the bioassay solution may be used without limitation as long as it is formed of a transparent material capable of reading an encoder pattern from the outside.
  • the polymer may include one or more polymers of polyethylene glycol-diacrylate (PEG-DA), polyacrylamide (PA), and agarose.
  • the bioassay solution may be a polymerase chain reaction (PCR) primer other than the polymer, a cyanine-based dye that provides quantitative information of a nucleic acid that is amplified by complementarily binding to a target nucleic acid, EtBr. , TaqMan TM It may further include a fluorescent marker, such as a probe, oligo-nucleotide probe (Molecular Beacon probe) and the like.
  • PCR polymerase chain reaction
  • the bioassay solution may act as a matrix of the microparticles according to the present invention to change the type of the substrate itself or to form primers or probes included in the substrate. This makes it possible to detect information on the kind, size or amount of different kinds of target nucleic acids or immobilized primers reacting with them at the same time.
  • the bottom surface may have a flat three-dimensional shape. Specifically, it may be hemispherical or semi-elliptic.
  • the spotting may use a spotting device capable of fine control with a solenoid valve or the like, and may control the size of the droplet by controlling the spotting time and flow rate.
  • an embodiment of the present invention may include curing the droplets formed on the master mold, and then separating them on the master mold to form micro particles having an encoder pattern formed on a bottom surface thereof. (Step 4).
  • a sacrificial layer may be separately formed therebetween to separate the cured droplets on the master mold.
  • micro particles having a final encoder pattern corresponding to the negative encoder pattern are formed on the bottom surface.
  • the encoder pattern according to an embodiment is generated by a mask patterning process, precision (5 ⁇ m or less) of the encoder pattern is guaranteed, and more than 10 9 encodings are possible. There is an advantage that it is possible to detect a variety of information about the ultra-fine sample.
  • the bottom surface may have a three-dimensional shape with a flat shape.
  • the microparticles may be hemispherical or semi-elliptic.
  • the encoder pattern by the master mold may be imprinted.
  • the detector for the labeling substance is always used in a direction perpendicular to the microparticles, it is possible to ensure the accuracy of the detection information and to detect the high sensitivity even when using a very small amount of sample. To improve the reproducibility of the experiment.
  • microparticles for bioassay in a simpler and more economical manner than in the prior art by using a mask patterning process and a spotting and imprinting process.
  • the microparticles according to the embodiment of the present invention are not separated from the probe region and the encoder region, and thus, real-time PCR can be applied, so that the reaction in the exponential phase can be confirmed in real time with a monitor. The amount of can be accurately quantified.
  • An embodiment of the present invention may further include forming an array of an opaque metal layer or a photoresist layer on the encoder pattern of the microparticles of the fourth step.
  • detection of bioassay information in various manners is possible, not only the detection information by fluorescence can be obtained, but also the detection information by a general bright field can be easily obtained.
  • the photoresist layer may include an epoxy-based negative photoresist, for example, SU-8.
  • the metal layer may include at least one of a conductive metal and a conductive polymer.
  • the metal layer may include a magnetic material.
  • the magnetic material may include, for example, one or more of iron, nickel, cobalt, dynabeads, and bacterial magnetic particles.
  • the roughness processing may be further performed on the encoder pattern of the microparticles of the fourth step, so that light scattering occurs more easily during the detection of fluorescence, so that more accurate information may be detected. have.
  • One embodiment of the present invention may further comprise the step of further forming pores in the microparticles of the fourth step. If more pores are formed, not only the surface of the microparticles is used for amplification and detection, but also the inside can be used to maximize the reactivity.
  • the method for forming pores in the microparticles may include mixing a porogen with a solution for the bioassay and removing the pore copolymer after curing the droplets.
  • the pore copolymer may be polyethylene glycol (PEG), and the pore may include a fluorescent marker that provides quantitative information of the nucleic acid to be amplified.
  • PEG polyethylene glycol
  • a solution for bioassay different from the bioassay of step (c) is spotted on the first droplet and then placed therein. And forming a second droplet to include the first droplet (step (d)).
  • the method may be useful when simultaneously detecting information on the type, size, or amount of two or more types of target nucleic acids or fixed primers reacting with one microparticle.
  • the label material may be different between the first droplet and the second droplet, an encoder pattern may be formed only on the first droplet, or different encoder patterns may be formed on the first droplet and the second droplet, respectively. If necessary, the third droplet can be implemented.
  • the method of reading the encoder pattern of the microparticles manufactured as described above, that is, reading the information of the encoder is not limited, but a CCD camera or the like may be used as an embodiment.
  • the information of the encoder may be read individually for each microparticle, or the encoder information of each of the plurality of microparticles arranged in the array may be simultaneously read.
  • one embodiment of the present invention is a bio-test material, such as primers, target nucleic acid and the like in the solution and the microparticles according to an embodiment of the present invention after the bio assay, and arranged in an array (array)
  • the present invention may provide a method of analyzing a bioassay result by reading an encoder pattern included in each micro particle.
  • the microparticles arranged in the array are bioassayed, and the encoder pattern included in each microparticle. It can provide a method of analyzing the bioassay results by reading the.
  • SU-8 resin (SU-8 3025, Microchem Co., Ltd.) was poured as a photoresist on a silicon substrate and coated under conditions of 500 rpm for 10 seconds and 200 rpm for 30 seconds.
  • An imprint resin layer was formed on the first mold on which the relief encoder pattern was formed.
  • the imprint resin a pre-polymer in which a polydimethylsiloxane (PDMS) solution and a curing agent (trade name: SYLGARD® 184, manufactured by Dow Hitech Silicon) in a 10: 1 mixture was poured onto the first mold.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • SYLGARD® 184 manufactured by Dow Hitech Silicon
  • the gas was removed from the vacuum chamber for 60 minutes, then cured in an oven at 80 ° C. for 90 minutes, and separated from the first mold to prepare a master mold having a negative encoder pattern made of PDMS.
  • the droplets were formed by spotting a solution for bioassay on the negative encoder pattern formed on the master molder.
  • the solution for bioassay was 20% by volume PEG700DA (manufactured by Sigma Aldrich), 40% by volume polyethylene glycol 600 (PEG 600), 5% by volume Darocur 1173 (manufactured by Sigma Aldrich), 0.15% by volume as a photoinitiator. 35 volumes of 3X TE buffer containing tween-20 was used. Then, 5% by volume of EtBr (Interchelator binding to double-stranded nucleic acid and fluorescence with amplification) was further mixed with respect to the total volume of the bioassay solution.
  • PEG700DA manufactured by Sigma Aldrich
  • PEG 600 polyethylene glycol 600
  • Darocur 1173 manufactured by Sigma Aldrich
  • the bioassay solution was spotted only on the negative encoder pattern region formed in the master molder by adjusting the open time of the spotting device to form droplets including the negative encoder pattern region therein.
  • the droplets are cured by irradiation with ultraviolet (UV) light for 6 minutes at 6 to 8 mW / cm 2 , and then released on the master molder to release the microparticles having an encoder pattern formed on the bottom surface thereof. Formed.
  • UV ultraviolet
  • Figure 2 shows a side photograph of the droplet formed on the master mold prepared according to an embodiment of the present invention, it can be seen that the shape of the droplet by spotting shows a flat hemispherical bottom surface.
  • Figure 3 (a) shows a photograph of a master mold manufactured according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 (b), (c) shows a photograph of the droplet formed by spotting the solution for bio assay on the master mold.
  • Figure 3 (d) shows a photograph of the microparticles prepared by curing the droplets, separating the droplets from the master mold.
  • 3 (a) to (c) it was confirmed that a high-precision encoder pattern was formed by a mask patterning process and an imprinting process.
  • Figure 4 shows a photograph of the microparticles formed with various encoder patterns, according to one embodiment of the present invention.
  • the microparticles were formed in a hemispherical shape with a flat bottom surface, so that it was possible to read encoder patterns of all microparticles in a vertically upward direction of the microparticles.
  • Figure 5 is a bright field (BF) image (a) after PCR for the microparticles according to an embodiment of the present invention. This was taken with a CCD camera, and it was confirmed that the encoder pattern could be read.
  • BF bright field

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Abstract

The present invention relates to a microparticle for a bioassay and a method for manufacturing the same, using mask patterning, spotting and imprinting processes, wherein the bioassay has a probe area and an encoder area, which are not separated and overlappingly formed in the same substrate. According to the present invention, real-time PCR can be applied, and accurate quantification and recognition with respect to genetic information analysis is thus possible.

Description

바이오 어세이를 위한 마이크로 입자 및 이의 제조방법 Micro particles for bio assay and method for preparing the same
본 명세서는 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present specification relates to microparticles for a bioassay and a method of manufacturing the same.
분자진단 시스템은 전자공학, 물리학, 화학, 생물학, 재료공학, IT, NT 등 과학기술 전반에 걸친 차세대 융합기술로, 질병의 진단과 치료를 위한 혁신적인 기술로 각광받고 있다.Molecular diagnostic systems are the next generation of convergence technologies across science and technology, including electronics, physics, chemistry, biology, materials engineering, IT, and NT, and are emerging as innovative technologies for the diagnosis and treatment of diseases.
특히, 분자진단 시스템의 대표적인 분야 중 하나인 바이오칩은, 유리, 실리콘, 고분자와 같은 기질 상에 DNA, 단백질 등의 생분자 프로브(probe)를 고밀도로 부착시켜, 상기 프로브와 시료 내 표적(target) 물질과의 혼성화(hybridization) 여부를 검출하여, 극미량의 시료를 초고속으로 분석하는데 유용하게 사용되고 있다.In particular, the biochip, which is one of the representative fields of molecular diagnostic systems, attaches high density biomolecule probes such as DNA and proteins onto substrates such as glass, silicon, and polymers, and thus targets in the probes and samples. It detects the hybridization with a substance and is usefully used to analyze a very small amount of sample at a high speed.
이에 의해 유전자 발현 및 반응 양상, 유전자 결함, 단백질 분포 등의 유전자 정보를 분석해내어, 궁극적으로 인간의 질병의 진단과 치료에 활용될 뿐만 아니라, 신약개발, 시약진단 등에 활용될 수 있도록 하는 것이다.As a result, gene information such as gene expression and response patterns, gene defects, and protein distribution can be analyzed to ultimately be used for diagnosis and treatment of human diseases, as well as for new drug development and reagent diagnosis.
이러한 바이오칩은 프로브의 종류에 따라 DNA칩이나 단백질칩 등으로 나누고, 프로브의 부착형태에 따라 고체 기질 상에 부착된 마이크로어레이칩과 미세유체채널 상에 부착된 미세유체칩으로 나눌 수 있다.Such biochips may be divided into DNA chips or protein chips according to the type of probe, and may be divided into microarray chips attached to a solid substrate and microfluidic chips attached to a microfluidic channel according to the attachment form of the probe.
특히, 상기 바이오칩을 이용하여 DNA, RNA, 단백질 등을 동시에 정량함으로써, 분석시간을 줄이고, 적은 비용으로 다양한 정보를 얻는 것, 즉, 다중(multiplexing) 분석 기술에 대한 연구가 활발하다. 또한, 극미량 시료를 이용한 분석을 통한 비용절감에 대한 관심이 증대되고 있는 실정이다.In particular, by using the biochip to quantify DNA, RNA, protein and the like at the same time, reducing the analysis time, obtaining a variety of information at a low cost, that is, research on multiplexing analysis technology is active. In addition, there is a growing interest in cost reduction through analysis using a trace amount sample.
일반적으로, 상기 프로브와 시료 내 표적(target) 물질과의 혼성화(hybridization) 여부를 검출할 때, 검출 분자에 대한 선택적 혼성화 여부를 검출하기 위하여, 연구자들이 직접 측정 가능한 신호를 얻기 위한 형광 물질, 방사성 물질, 자기입자 등의 표지 물질을 사용하게 된다.In general, when detecting hybridization between the probe and a target substance in a sample, in order to detect whether the hybridization is selective for the detection molecule, a fluorescent substance or radioactive material for obtaining a signal that can be directly measured by the researchers can be detected. Labeling materials such as substances and magnetic particles are used.
그러나, 이러한 표지 물질은 일반적으로 가격이 비싸기 때문에 극미량 분석을 통한 비용절감에 대한 연구자들의 관심은, 극미량 시료를 이용하면서 동시에 여러가지 정보를 얻을 수 있는 다중 분석 기술에 집중되고 있다.However, since such labeling materials are generally expensive, researchers' interest in reducing costs through trace analysis has focused on multiple analysis techniques that can obtain various information while using trace samples.
이러한 다중 분석 기술 중 하나로, 평면 마이크로어레이(positional microarray)에 의한 것으로, X, Y 좌표에 특정하게 생체 프로브 또는 코드 영역을 형성하여 유전자 정보를 분석하는 것이 있으며, 이는 초고밀도 분석에 용이한 장점이 있다.One of such multiple analysis techniques is by positional microarrays, and forms genetic probes or code regions specific to X and Y coordinates to analyze genetic information, which is an advantage for ultra high density analysis. have.
또한, 다중 분석 기술로, 서스펜션어레이(suspension array)에 의한 것으로, 각각 다른 방출색(emission colors)을 발현하는 다양한 염색액(형광물질)에 의한 칼라 코딩(color coding) 방식에 의한 것으로 많은 양의 샘플을 처리할 수 있는 장점이 있다.In addition, as a multi-analysis technique, by a suspension array (suspension array), a color coding method by a variety of dyes (fluorescent material) each expressing different emission colors (fluorescent material) a large amount of a large amount of The advantage is that the sample can be processed.
그러나, 상기의 평면 마이크로어레이 기술이나 칼라 코딩 방식은 그 재현성(reproducing)이 떨어지며, 실시간 PCR 분석이 용이하지 않아, 정확한 유전자 정보의 인식과 정량이 어려운 단점이 있다. 또한, 표지 물질에 따른 검출 신호 측정방법이나, 검출기의 방향, 감도 등에 따라서, 검출 정보 간의 간섭과 교란 등에 의해 유전자 정보에 대한 검출정보가 부정확하여, 극미량의 시료를 이용한 고감도의 검출을 위한 방안으로는 부족한 면이 있다.However, the planar microarray technique and the color coding scheme have poor reproducibility and are not easy to perform real-time PCR analysis, and thus, it is difficult to accurately recognize and quantify accurate genetic information. In addition, the detection information on the genetic information is inaccurate due to the interference and perturbation between the detection information according to the detection signal measuring method according to the labeling material, the direction and sensitivity of the detector, and the like. Is lacking.
또한, 다중 분석 기술로, 입자 기반의 진단에 대한 기술이 나와 있으며, 크기가 작은 입자를 이용할 경우 반응 표면적을 넓힐 수 있어 반응성을 높일 수 있으며, 각 입자들을 각기 다른 타겟의 플랫폼으로 이용하여 적은 시료를 가지고도 다양한 어세이를 진행할 수 있는 장점이 있다.In addition, multi-analysis technology provides a technique for particle-based diagnosis, and the use of small particles can increase the response surface area to increase responsiveness. There is an advantage that can proceed with various assays.
이러한 입자 기반의 진단 기술로, 대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 10-2009-0091117호 "고성능 분석을 위한 다중기능성 인코딩된 입자"는, 마이크로 유동 채널을 따라서 형광 표지된 모노머를 흘려보내고, 인접된 다른 마이크로 유동 채널을 따라서 프로브-리드오프 모노머를 흘려보낸 후, 이들을 중합하여 포토마스크를 통하여 전달된 자외선에 노출시켜 코드 영역과 프로브 영역을 보유하는 입자를 형성하도록 하는 것이다.With this particle-based diagnostic technology, Korean Patent Application Publication No. 10-2009-0091117, "Multifunctional Encoded Particles for High Performance Analysis," flows fluorescently labeled monomers along microfluidic channels, and other adjacent ones. After flowing the probe-lead off monomers along the microfluidic channel, they are polymerized and exposed to the ultraviolet light transmitted through the photomask to form particles having the cord region and the probe region.
그러나, 상기 기술은 프로브 영역과 코드 영역이 분리되어 있어서, 인식과 정량의 구분이 용이하지 않으며, 포토마스크를 이용하여야 하므로, 해상도가 떨어져, 분해능(resolution)에 한계가 있어 정밀한 코드 영역의 형성이 용이하지 않은 단점이 있다.However, in the above technique, since the probe region and the code region are separated, it is not easy to distinguish between recognition and quantification, and a photomask must be used. Therefore, resolution is limited and resolution is limited, so that the formation of a precise code region is possible. There is a disadvantage that is not easy.
또한, 상기의 방법은 마이크로 유체 채널을 따라 단속적으로 포토마스크에 의해 프로브 영역 및 코드 영역을 보유하는 입자를 형성하게 되므로, 마이크로 유체 채널을 따라 포토리소그래피 공정에 의해 생성된 입자 사이에 재료의 손실이 발생하게 되어 비경제적인 문제점이 있다.In addition, the above method forms particles intermittently retaining the probe region and the code region by the photomask along the microfluidic channel, so that the loss of material between particles generated by the photolithography process along the microfluidic channel is reduced. There is an uneconomic problem.
또한, 상기의 방법에 의해 제조된 입자는 실시간 PCR 구현이 불가능하여, 유전자 정보에 대한 정확한 정량 및 인식이 불가능한 단점이 있다.In addition, the particles produced by the above method is impossible to implement the real-time PCR, there is a disadvantage that cannot accurately quantify and recognize the genetic information.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마스크 패터닝 공정과 스팟팅 및 임프린팅 공정을 이용하여 바이오 어세이용 마이크로 입자의 제조가 가능하며, 특히 프로브 영역과 인코더 영역이 분리되어 있지 않아, 실시간 PCR 적용이 가능한 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, it is possible to manufacture the microparticles for bioassay using the mask patterning process and the spotting and imprinting process, in particular, since the probe region and the encoder region is not separated, real-time PCR application It is an object of the present invention to provide microparticles and methods for their preparation for this possible bioassay.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 바닥면이 평편한 입체적 형상을 가지며, 바이오 어세이(bio-assay) 정보를 정량 검출하기 위한 프로브 영역 및 상기 바닥면에 형성된 인코더 패턴에 의해 바이오 어세이(bio-assay) 정보의 종류를 인식하기 위한 인코더 영역을 포함하고, 상기 프로브 영역과 상기 인코더 영역이 기질 내에서 중첩적으로 위치한, 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자를 제공한다.In order to achieve the above object, an embodiment of the present invention has a flat three-dimensional shape with a flat bottom surface, and a probe region for quantitatively detecting bio-assay information and an encoder pattern formed on the bottom surface. Provided is a microparticle for a bioassay, comprising an encoder region for recognizing a kind of bio-assay information, wherein the probe region and the encoder region are superimposed within a substrate.
또한, 본 발명의 일 실시예는 기판 상에 감광수지층을 형성하고, 마스크 패터닝 공정에 의해 감광수지로 이루어진 양각 인코더 패턴이 형성된 제1몰드를 제작하는 제1단계와, 상기 제1몰드 상에 임프린트 레진층을 형성하고, 임프린팅 공정에 의해 임프린트 레진으로 이루어져 음각 인코더 패턴이 형성된 마스터 몰드를 제작하는 제2단계와, 상기 마스터 몰드에 형성된 음각 인코더 패턴 영역 상에 바이오 어세이용 용액을 스팟팅(spotting)하여 액적(droplet)을 형성하는 제3단계 및 상기 마스터 몰드 상에 형성된 액적을 경화한 후, 상기 마스터 몰드 상에서 이를 분리하여, 바닥면에 인코더 패턴이 형성된 마이크로 입자를 형성하는 제4단계를 포함하는 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자의 제조방법을 제공한다.In addition, an embodiment of the present invention is to form a photoresist layer on a substrate, a first step of manufacturing a first mold having an embossed encoder pattern made of a photoresist by a mask patterning process, and on the first mold Forming a imprint resin layer and forming a master mold formed of an imprint resin by an imprinting process to form a negative encoder pattern; spotting a solution for bioassay on the negative encoder pattern region formed in the master mold ( spotting to form droplets and curing the droplets formed on the master mold, and then separating them on the master mold to form microparticles having an encoder pattern formed thereon. It provides a method for producing micro particles for a bio assay comprising.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법은 마스크 패터닝 공정과 스팟팅 및 임프린팅 공정을 이용하여, 동일한 기질 내에 프로브 영역과 인코더 영역이 분리되어 있지 않고 중첩적으로 형성된 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자를 제공할 수 있다. 상기 마이크로 입자는 실시간 PCR 적용이 가능하여 유전자 정보 분석에 대한 정확한 정량 및 인식이 가능한 효과가 있다.The manufacturing method according to an embodiment of the present invention uses a mask patterning process, a spotting and an imprinting process, to form microparticles for a bioassay in which a probe region and an encoder region are not separated in the same substrate and overlapped. Can provide. The microparticles can be applied to real-time PCR has the effect of accurate quantification and recognition for genetic information analysis.
또한, 마스크 패터닝 공정에 의해 인코더 패턴의 정밀성(5㎛ 이하)이 보장되고, 109개 이상의 인코딩이 가능하여 극미세 시료의 다양한 정보 검출이 가능하며, 마스터 몰더에 형성된 음각 인코더 패턴 상에만 스팟팅 공정에 의해 액적이 형성되므로, 프로브 재료의 낭비를 줄일 수 있어 비용이 절감되는 효과가 있다.In addition, the mask patterning process ensures the precision of the encoder pattern (5 µm or less), and enables encoding of more than 10 9 , enabling detection of various information of ultra-fine samples, spotting only on the negative encoder pattern formed on the master molder. Since the droplets are formed by the process, waste of the probe material can be reduced, thereby reducing the cost.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 입자는 바닥면이 평편한 형태로 형성되어, 패턴화된 인코더 영역이 바닥면에 대해 항상 수평을 향하도록 형성되어, 일정 방향으로의 인코더의 고정화가 가능하다. 이로써 검출 정보의 정확성을 보장할 수 있으며, 극미량의 시료를 이용하더라도 고감도의 검출이 가능하여 실험의 재현성을 향상시키는 효과가 있다.Micro particles according to an embodiment of the present invention is formed in a flat bottom surface, the patterned encoder region is formed to always be horizontal to the bottom surface, it is possible to fix the encoder in a certain direction. As a result, the accuracy of the detection information can be guaranteed, and even with a very small amount of sample, high sensitivity can be detected, thereby improving the reproducibility of the experiment.
또한, 본 발명의 일 실시예는 표지 물질의 사용 여부, 종류에 상관없이 일반 CCD 카메라로도 인코더 패턴에 대한 명암, 농도 변화로부터 표적 물질과의 혼성화 여부를 검출할 수 있어, 실험이 용이하며, 표지 물질 사용에 대한 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.In addition, one embodiment of the present invention can detect whether or not hybridization with the target material from the contrast and the change in the concentration of the encoder pattern even with a normal CCD camera, regardless of the use of the labeling material, and easy to experiment, There is an effect that can reduce the cost for using the labeling material.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자의 제조방법에 대한 모식도이다.1 is a schematic diagram of a method for preparing microparticles for bioassay according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 마스터 몰드 상에 형성된 액적에 대한 측면 사진을 나타낸 도이다.Figure 2 is a view showing a side photograph of the droplet formed on the master mold prepared according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 마스터 몰드에 대한 사진(a), 마이크로 입자에 대한 사진(b),(c),(d)을 나타낸 도이다.Figure 3 is a view showing a photograph (a), a photograph (b), (c), (d) of the micro-particles for the master mold prepared according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예들에 따른 마이크로 입자의 사진을 나타낸 도이다.Figure 4 is a view showing a picture of the microparticles according to one embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 입자에 대한 PCR 이후의 BF 이미지(a), PCR 이전과 이후의 형광(fluorescence) 이미지(b),(c)를 나타낸 도이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a BF image (a) after PCR, and a fluorescence image (b) before and after PCR for microparticles according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 복합 구조체를 이루는 마이크로 입자에 대한 모식도((a)단면, (b)저면도)를 나타낸 도이다.6 is a view showing a schematic diagram ((a) cross section, (b) bottom view) of the microparticles constituting the composite structure prepared according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 바이오 어세이 특히, DNA, RNA, 단백질 등을 동시에 정량 및 인식함으로써, 분석시간을 줄이고, 적은 비용으로 다양한 정보를 얻을 수 있는 다중(multiplexing) 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자에 관한 것이다. 본 발명은 마스크 패터닝 공정과 임프린팅 공정을 이용하여, 동일한 기질 내에 프로브 영역과 인코더 영역이 분리되어 있지 않고 중첩적으로 형성된 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자를 제공하고자 하는 것이다.The present invention relates to microparticles for multiplexing bioassays that can reduce analysis time and obtain a variety of information at low cost by simultaneously quantifying and recognizing bioassays, particularly DNA, RNA, proteins and the like. The present invention aims to provide microparticles for a bioassay in which a probe region and an encoder region are not separated in the same substrate and overlapped using a mask patterning process and an imprinting process.
본 발명에 따르면 종래 기술에 비해 현저히 간단한 방법으로 바이오 어세이용 마이크로 입자의 제조가 가능하다. 특히 프로브 영역과 인코더 영역이 분리되어 있지 않아, 실시간 PCR 적용이 가능하여 유전자 정보 분석에 대한 정확한 정량 및 인식이 가능한 장점이 있다.According to the present invention, it is possible to prepare microparticles for bioassay in a significantly simpler method than the prior art. In particular, since the probe region and the encoder region are not separated, real-time PCR can be applied, and thus there is an advantage in that accurate quantification and recognition for genetic information analysis is possible.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail for the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자의 제조방법에 대한 모식도를 나타낸 것이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 마스터 몰드 상에 형성된 액적에 대한 측면 사진을 나타낸 것이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 마스터 몰드에 대한 사진(a), 액적에 대한 사진(b), 마이크로 입자에 대한 사진(c),(d)을 나타낸 것이다. 도 4는 다양한 일 실시예들에 따른 마이크로 입자에 대한 사진을 나타낸 것이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 입자에 대한 PCR 이후의 BF 이미지(a), PCR 이전과 이후의 형광(fluorescence) 이미지(b),(c)를 나타낸 것이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 복합 구조체를 이루는 마이크로 입자에 대한 모식도((a)단면도, (b)저면도))를 나타낸 것이다.Figure 1 shows a schematic diagram of a method for producing microparticles for bioassay according to an embodiment of the present invention. Figure 2 shows a side photograph of the droplet formed on the master mold prepared according to an embodiment of the present invention. Figure 3 shows a photograph (a) for the master mold prepared in accordance with an embodiment of the present invention, a photograph (b) for the droplets, a photograph (c), (d) for the microparticles. 4 is a photograph of microparticles according to various embodiments of the present disclosure. FIG. 5 shows a BF image (a) after PCR, a fluorescence image (b) before and after PCR for microparticles according to an embodiment of the present invention. Figure 6 shows a schematic diagram ((a) cross-sectional view, (b) bottom view) of the microparticles constituting the composite structure prepared according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자의 제조방법은 기판 상에 감광수지층을 형성하고, 마스크 패터닝 공정에 의해 감광수지로 이루어진 양각 인코더 패턴이 형성된 제1몰드를 제작하는 제1단계; 상기 제1몰드 상에 임프린트 레진층을 형성하고, 임프린팅 공정에 의해 임프린트 레진으로 이루어져 음각 인코더 패턴이 형성된 마스터 몰드를 제작하는 제2단계; 상기 마스터 몰드에 형성된 음각 인코더 패턴 상에 바이오 어세이용 용액을 스팟팅(spotting)하여 액적(droplet)을 형성하는 제3단계; 및 상기 마스터 몰드상에 형성된 액적을 경화한 후, 상기 마스터 몰드 상에서 이를 분리하여, 바닥면에 인코더 패턴이 형성된 마이크로 입자를 형성하는 제4단계를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, in the method of manufacturing microparticles for bioassay according to an embodiment of the present invention, a photoresist layer is formed on a substrate, and an embossed encoder pattern made of the photoresist is formed by a mask patterning process. A first step of manufacturing the formed first mold; A second step of forming an imprint resin layer on the first mold and fabricating a master mold having imprint resin patterns formed of imprint resin by an imprinting process; A third step of spotting a solution for bioassay on a negative encoder pattern formed in the master mold to form droplets; And curing the droplets formed on the master mold, and then separating them on the master mold to form micro particles having an encoder pattern formed on a bottom surface thereof.
본 명세서에서, 상기 마이크로 입자는 바이오 어세이에서 표적 핵산을 검출하고 분석하기 위한 장치에 사용되는 것으로, 나노(10-6), 마이크로(10-3), 밀리(10-2) 등의 미소 크기의 입자를 모두 포함하는 개념이다. 일 실시예로서 상기 마이크로 입자는 표적 핵산 또는 이와 반응하는 고정 프라이머의 양에 대한 정보 즉, 바이오 어세이 정보를 정량 검출하기 위한 프로브 영역과, 종류를 인식하기 위한 인코더 영역을 포함한다.In the present specification, the microparticles are used in a device for detecting and analyzing a target nucleic acid in a bioassay, and the micro size of nano ( 10-6 ), micro ( 10-3 ), millimeter ( 10-2 ), etc. The concept includes all of the particles. In one embodiment, the microparticle includes a probe region for quantitatively detecting information about a target nucleic acid or a fixed primer reacting with the target nucleic acid, ie, bioassay information, and an encoder region for recognizing a kind thereof.
일 실시예로서, 본 발명은 바닥면이 평편한 입체적 형상을 가지며, 바이오 어세이(bio-assay) 정보를 정량 검출하기 위한 프로브 영역 및 상기 바닥면에 형성된 인코더 패턴에 의해 바이오 어세이(bio-assay) 정보의 종류를 인식하기 위한 인코더 영역을 포함하고, 상기 프로브 영역과 상기 인코더 영역이 기질 내에서 중첩적으로 위치한, 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자를 제공할 수 있다.In one embodiment, the present invention has a flat three-dimensional shape with a flat bottom surface, and the bio-assay is formed by a probe region for quantitatively detecting bio-assay information and an encoder pattern formed on the bottom surface. assay) may include a microparticle for a bioassay, comprising an encoder region for recognizing a kind of information, wherein the probe region and the encoder region overlap each other in a substrate.
일 실시예에 따른 상기 마이크로 입자는 반구형 또는 반타원형일 수 있다. 또한, 일 실시예로서 상기 마이크로 입자의 인코더 패턴 상에 불투명한 금속층 또는 감광수지층의 배열이 형성된 것 일 수 있다.The microparticles according to one embodiment may be hemispherical or semi-elliptic. In addition, as an embodiment, an opaque metal layer or an array of photoresist layers may be formed on the encoder pattern of the microparticles.
일 실시예로서 상기 마이크로 입자는 그 외부에 다른 종류의 프로브 영역 또는 인코더 영역이 더 포함되어 복합 구조체를 이루는 것일 수 있다. In an embodiment, the microparticle may further include a probe region or an encoder region of another kind, to form a complex structure.
또한, 일 실시예에 따른 상기 마이크로 입자는 입자 내에 기공을 더 포함할 수 있다.In addition, the microparticles according to an embodiment may further include pores in the particles.
본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자의 제조방법은, 기판 상에 감광수지층을 형성하고, 마스크 패터닝 공정에 의해 감광수지로 이루어진 양각 인코더 패턴이 형성된 제1몰드를 제작하는 것을 포함할 수 있다(제1단계, (a)단계).In the method of manufacturing microparticles for bioassay according to an embodiment of the present invention, a photoresist layer is formed on a substrate and a first mold having an embossed encoder pattern made of a photoresist is formed by a mask patterning process. It may include (step 1, (a)).
일 실시예로서 상기 기판은 금속, 실리콘, 유리 및 폴리머 등과 같이 평면기판으로 사용할 수 있는 것이면 어떠한 것이라도 무방하며, 형성될 인코더 패턴의 크기 및 갯수에 따라 기판의 면적을 조절할 수 있다.In one embodiment, the substrate may be any flat substrate such as metal, silicon, glass, and polymer, and the area of the substrate may be adjusted according to the size and number of encoder patterns to be formed.
일 실시예에 따르면 상기 기판 상에는 인코더 패턴을 형성하기 위해서 감광수지층을 코팅하여 형성할 수 있으며, 감광수지층의 두께는 인코더 패턴의 오목부의 크기를 고려하여 조절할 수 있다.According to an embodiment, the photoresist layer may be coated on the substrate to form an encoder pattern, and the thickness of the photoresist layer may be adjusted in consideration of the size of the recess of the encoder pattern.
일 실시예로서 상기 감광수지층은 포토리소그래피에 의한 마스크 패터닝 공정에 사용할 수 있는 수지라면 어떠한 수지도 사용할 수 있다. 예를 들어, 방사선 경화형 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 폴리에스터 아크릴레이트 및 굴절율을 조절한 치환체 등을 사용할 수 있다. 보다 구체적인 예시로는 SU-6, SU-7, SU-8 등을 사용할 수 있다.In one embodiment, the photoresist layer may be any resin as long as it is a resin that can be used in a mask patterning process by photolithography. For example, a radiation curable epoxy acrylate, urethane acrylate, polyester acrylate, and a substituent having a refractive index adjusted may be used. More specific examples may use SU-6, SU-7, SU-8, and the like.
일 실시예로서 기판 상에 상기 감광수지층을 형성하고 나서, 인코더 패턴이 미리 그려져 있는 마스크를 이용해 선택적으로 노광 후, 현상 공정을 거쳐 노광 공정에 의해 경화되지 않은 감광수지 부분은 제거하고, 경화된 감광수지만 남아 이루어진 양각 인코더 패턴을 형성할 수 있다.In one embodiment, the photoresist layer is formed on a substrate, and then selectively exposed using a mask on which an encoder pattern is drawn in advance, and then a portion of the photoresist that is not cured by the exposure process is removed through a developing process, and the cured Only the photoresist may form an embossed encoder pattern.
본 명세서에서 양각 인코더 패턴이라 함은 최종 인코더 패턴에 대응되는 패턴을 의미하는 것이다. 후술할 마스터 몰드에 의해 최종 인코더 패턴이 형성되게 되므로, 이와는 반대의 상을 가지는 것을 양각 인코더 패턴이라고 한다.In the present specification, the embossed encoder pattern means a pattern corresponding to the final encoder pattern. Since the final encoder pattern is formed by the master mold to be described later, the one having the opposite image is referred to as an embossed encoder pattern.
상기 일 실시예들에 따라 마스크 패터닝 공정에 의해 제조된 감광수지로 이루어진 양각 인코더 패턴이 형성된 제1몰드는 인코더 패턴의 정밀성(5㎛ 이하)이 보장되고, 109개 이상의 인코딩이 가능하다. 후술할 공정에서 마스터 몰더에 형성된 음각 인코더 패턴 상에만 스팟팅 공정에 의해 액적이 형성되므로, 프로브 재료의 낭비를 줄일 수 있어 비용을 절감시킬 수 있다.According to the exemplary embodiments, the first mold having the embossed encoder pattern made of the photoresist manufactured by the mask patterning process is guaranteed with precision (5 μm or less) of the encoder pattern, and capable of encoding more than 10 9 . In the process to be described later, since droplets are formed by the spotting process only on the intaglio encoder pattern formed on the master molder, waste of the probe material may be reduced, thereby reducing costs.
본 발명의 일 실시예는 상기 제1몰드 상에 임프린트 레진층을 형성하고, 임프린팅 공정에 의해 임프린트 레진으로 이루어져 음각 인코더 패턴이 형성된 마스터 몰드를 제조하는 것을 포함할 수 있다(제2단계, (b)단계).An embodiment of the present invention may include forming an imprint resin layer on the first mold, and manufacturing a master mold formed of an imprint resin by an imprinting process to form a negative encoder pattern (second step, ( b) step).
일 실시예에 따르면 상기 임프린트 레진층을 임프린트 레진을 상기 제1몰드 상에 부어 롤러 등으로 압착하여 상기 제1몰드의 음각 인코더 패턴이 상기 임프린트 레진층에 임프린트되도록 할 수 있다.According to an embodiment, the imprint resin layer may be imprinted on the first mold and compressed by using a roller or the like so that the negative encoder pattern of the first mold is imprinted on the imprint resin layer.
일 실시예에 따르면 임프린팅 후 상기 임프린트 레진층을 광경화시켜 임프린트 레진으로 이루어진 패턴이 고정되도록 할 수 있다. 이를 필오프하면 상기 임프린트 레진으로 이루어져 음각 인코더 패턴(상기 제1몰드의 양각 인코더 패턴에 대응되는 패턴)이 형성된 마스터 몰드가 제조된다.According to an embodiment, after imprinting, the imprint resin layer may be photocured to fix the pattern made of the imprint resin. When peeling this off, a master mold including the imprint resin is formed to form an engraved encoder pattern (a pattern corresponding to the embossed encoder pattern of the first mold).
이러한 광경화를 위해서는 일 실시예로서 광경화형 수지를 임프린트 레진층에 사용할 수 있다. 상기 임프린트 레진층에 사용되는 광경화형 수지는 상기 감광수지층에 사용되는 수지와 동일한 것을 사용하거나, 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 용액과 경화제를 혼합한 프레-폴리머 등을 사용할 수 있다.For this photocuring, as an example, a photocurable resin may be used for the imprint resin layer. The photocurable resin used in the imprint resin layer may be the same as the resin used in the photosensitive resin layer, or may be a pre-polymer in which a polydimethylsiloxane (PDMS) solution and a curing agent are mixed.
일 실시예에 따른 상기 제조방법은, 상기 제2단계 후에 상기 마스터 몰드에서 음각 인코더 패턴 영역의 표면을 친수성 처리하는 단계; 또는 상기 마스터 몰드에서 음각 인코더 패턴 영역을 제외한 영역의 표면을 소수성 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to one or more exemplary embodiments, the method may further include: hydrophilizing a surface of a negative encoder pattern region in the master mold after the second step; Alternatively, the method may further include hydrophobic treatment of the surface of the region except the negative encoder pattern region in the master mold.
상기 일 실시예에 따르면 음각 인코더 패턴 영역 상에는 친수성 처리를 하거나, 스팟팅되지 않는 음각 인코더 패턴 영역 이외의 영역은 소수성 처리를 수행하면 후술할 바이오 어세이용 용액이 스팟팅되어 형성되어, 스팟팅될 영역을 정확하게 설정하는 것이 가능하다. 이 경우, 스팟팅 장치를 이용하지 않고도 용이하게 액적을 형성할 수 있다.According to the exemplary embodiment, the hydrophilic treatment is performed on the negative encoder pattern region or the non-spotted negative encoder pattern region is formed by spotting a bioassay solution to be described later when the hydrophobic treatment is performed. It is possible to set it correctly. In this case, droplets can be easily formed without using a spotting device.
일 실시예로서 상기 친수성 처리는 상기 음각 인코더 패턴 영역 상에 마스크를 이용하여, SOG, TEOS, LTO, 실리콘옥사이드, 티타늄옥사이드, 알루미늄옥사이드와 같은 옥사이드 계열 물질 중의 적어도 어느 하나를 포함하여 산화막층을 형성하는 것일 수 있다. 일 실시예로서 상기 소수성 처리는 음각 인코더 패턴 영역 이외의 영역에 마스크를 이용하여 소수성물질의 증착, 소수성물질의 코팅, 실라나이징 처리 및 플라즈마 처리 중 어느 하나의 방법에 의해 구현되도록 하는 것일 수 있다.In an embodiment, the hydrophilic treatment may include an oxide layer including at least one of oxide-based materials such as SOG, TEOS, LTO, silicon oxide, titanium oxide, and aluminum oxide using a mask on the negative encoder pattern region. It may be. In an embodiment, the hydrophobic treatment may be implemented by any one of deposition of hydrophobic material, coating of hydrophobic material, silanizing treatment, and plasma treatment using a mask in a region other than the negative encoder pattern region. .
그 다음, 본 발명의 일 실시예는 상기 마스터 몰드에 형성된 음각 인코더 패턴 상에 바이오 어세이용 용액을 스팟팅(spotting)하여 액적(droplet)을 형성하는 것을 포함할 수 있다(제3단계, (c)단계).Next, an embodiment of the present invention may include spotting a solution for bioassay on a negative encoder pattern formed in the master mold to form droplets (step 3, (c )step).
상기 일 실시예에 따르면 마스터 몰드에서 음각 인코더 패턴이 형성된 영역 상에만 바이오 어세이용 용액을 스팟팅하여 액적을 형성할 수 있어, 바이오 어세이용 용액(즉, 프로브 재료)의 낭비를 줄일 수 있다.According to the exemplary embodiment, droplets may be formed by spotting the bioassay solution only on a region where the negative encoder pattern is formed in the master mold, thereby reducing waste of the bioassay solution (ie, probe material).
일 실시예로서 상기 바이오 어세이용 용액은, 외부에서 인코더 패턴을 판독할 수 있는 투명한 재료로 형성된 것이면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜-디아크릴레이트(Polyethylene Glycol-Diacrylate, PEG-DA), 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide, PA) 및 아가로스(agarose) 중 하나 이상의 폴리머를 포함할 수 있다.In one embodiment, the bioassay solution may be used without limitation as long as it is formed of a transparent material capable of reading an encoder pattern from the outside. For example, the polymer may include one or more polymers of polyethylene glycol-diacrylate (PEG-DA), polyacrylamide (PA), and agarose.
또한, 일 실시예로서 상기 바이오 어세이용 용액은 상기 폴리머 이외에 중합효소 연쇄반응(PCR) 프라이머, 표적 핵산과 상보적으로 결합하여 증폭되는 핵산의 정량적 정보를 제공하는 시아닌(cyanine) 계열의 염색약, EtBr, TaqManTM probe, 올리고핵산 프로브(oligo-nucleotide probe; Molecular Beacon probe) 등을 예로 들 수 있는 형광표식인자 등을 더 포함할 수 있다.In addition, in one embodiment, the bioassay solution may be a polymerase chain reaction (PCR) primer other than the polymer, a cyanine-based dye that provides quantitative information of a nucleic acid that is amplified by complementarily binding to a target nucleic acid, EtBr. , TaqMan TM It may further include a fluorescent marker, such as a probe, oligo-nucleotide probe (Molecular Beacon probe) and the like.
본 발명의 일 실시예에서 상기 바이오 어세이용 용액은 본 발명에 따른 마이크로 입자의 기질(matrix)로 작용하여 기질 자체의 종류를 달리하거나, 기질에 포함되는 프라이머나 프로브 등을 달리 형성할 수 있다. 이로써, 동시에 여러 종류의 표적 핵산 또는 이와 반응하는 고정된 프라이머의 종류, 크기 또는 양에 대한 정보의 검출이 가능하다.In one embodiment of the present invention, the bioassay solution may act as a matrix of the microparticles according to the present invention to change the type of the substrate itself or to form primers or probes included in the substrate. This makes it possible to detect information on the kind, size or amount of different kinds of target nucleic acids or immobilized primers reacting with them at the same time.
본 발명의 일 실시예로서, 상기 액적의 모양은 마스터 몰드 상에 스팟팅(spotting)되므로, 바닥면이 평편한 입체적 형상을 띄는 것일 수 있다. 구체적으로 반구형 또는 반타원형 등일 수 있다.As an embodiment of the present invention, since the droplet is spotted on the master mold, the bottom surface may have a flat three-dimensional shape. Specifically, it may be hemispherical or semi-elliptic.
일 실시예에서, 상기 스팟팅은 솔레노이드 밸브 등으로 미세 제어가 가능한 스팟팅 장치를 이용할 수 있으며, 스팟팅 시간과 유량을 제어함으로써 액적의 크기를 제어할 수 있다.In one embodiment, the spotting may use a spotting device capable of fine control with a solenoid valve or the like, and may control the size of the droplet by controlling the spotting time and flow rate.
다음으로, 본 발명의 일 실시예는 상기 마스터 몰드 상에 형성된 액적을 경화한 후, 상기 마스터 몰드 상에서 이를 분리(releasing)하여, 바닥면에 인코더 패턴이 형성된 마이크로 입자를 형성하는 것을 포함할 수 있다(제4단계).Next, an embodiment of the present invention may include curing the droplets formed on the master mold, and then separating them on the master mold to form micro particles having an encoder pattern formed on a bottom surface thereof. (Step 4).
일 실시예로서 상기 마스터 몰드 상에서 경화된 액적의 분리를 위해 그 사이에 희생층을 별도로 형성할 수 있다. 마스터 몰드에서 필오프 방식으로 경화된 액적을 분리(releasing)하면, 바닥면에 음각 인코더 패턴에 대응되는 최종적인 인코더 패턴이 형성된 마이크로 입자가 형성된다.As an example, a sacrificial layer may be separately formed therebetween to separate the cured droplets on the master mold. When the droplets cured in the peel-off method are separated from the master mold, micro particles having a final encoder pattern corresponding to the negative encoder pattern are formed on the bottom surface.
일 실시예에 따른 상기 인코더 패턴은 마스크 패터닝 공정에 의해 생성되므로, 인코더 패턴의 정밀성(5㎛ 이하)이 보장되고, 109개 이상의 인코딩이 가능하다. 극미세 시료에 대한 다양한 정보의 검출이 가능한 장점이 있다.Since the encoder pattern according to an embodiment is generated by a mask patterning process, precision (5 μm or less) of the encoder pattern is guaranteed, and more than 10 9 encodings are possible. There is an advantage that it is possible to detect a variety of information about the ultra-fine sample.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 입자는 스팟팅에 의해 액적의 형태로 투하되어 경화되게 되므로, 바닥면이 평편한 형태의 입체적 형상을 가질 수 있다. 예를 들어 상기 마이크로 입자는 반구형 또는 반타원형일 수 있다. 상기 평편한 바닥면에는 마스터 몰드에 의한 인코더 패턴이 임프린팅되어 나타날 수 있다.Since the micro particles according to an embodiment of the present invention are dropped into a droplet form by spotting and hardened, the bottom surface may have a three-dimensional shape with a flat shape. For example, the microparticles may be hemispherical or semi-elliptic. On the flat bottom surface, the encoder pattern by the master mold may be imprinted.
일 실시예에 따른 상기 마이크로 입자는 무게 중심이 항상 바닥면이 수평인 상태를 유지할 수 있다. 즉, 인코더 패턴이 형성된 바닥면이 지면에 닿거나, 그 반대로 뒤집어지도록 배열될 수 있어, 인코더 패턴은 항상 지면에 대해서 수평으로 인식될 수 있다.According to an embodiment, the microparticles may maintain a state in which the center of gravity is always horizontal. That is, the bottom surface on which the encoder pattern is formed may be arranged to be in contact with the ground or vice versa, so that the encoder pattern can always be recognized horizontally with respect to the ground.
따라서, 본 발명의 일 실시예는 상기 마이크로 입자에 대해서 항상 수직한 방향으로 표지 물질에 대한 검출기를 사용하면 되므로, 검출 정보의 정확성을 보장할 수 있으며, 극미량의 시료를 이용하더라도 고감도의 검출이 가능하는 등 실험의 재현성을 향상시키게 된다. Therefore, in one embodiment of the present invention, since the detector for the labeling substance is always used in a direction perpendicular to the microparticles, it is possible to ensure the accuracy of the detection information and to detect the high sensitivity even when using a very small amount of sample. To improve the reproducibility of the experiment.
또한, 일 실시예에 따른 상기 형태의 마이크로 입자는 바이오 어세이 정보를 정량 검출하기 위한 프로브 영역과 상기 바닥면에 형성된 인코더 패턴에 의해 바이오 어세이 정보의 종류를 인식하기 위한 인코더 영역이 기질 내에서 분리되어 있지 않고 중첩적으로 형성되므로, 인코더 패턴의 인식으로 정량과 인식이 동시에 검출 가능한 장점이 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the microparticles of the present invention may include a probe region for quantitatively detecting bioassay information and an encoder region for recognizing the type of bioassay information by an encoder pattern formed on the bottom surface. Since it is not separated but formed in a superimposed manner, there is an advantage in that quantification and recognition can be simultaneously detected by recognition of an encoder pattern.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면 마스크 패터닝 공정과 스팟팅 및 임프린팅 공정을 이용하여 종래 기술에 비해 간단하고 경제적인 방법으로 바이오 어세이용 마이크로 입자의 제조가 가능하다. 특히 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 입자는 프로브 영역과 인코더 영역이 분리되어 있지 않아, 실시간 PCR 적용이 가능하여 지수기(exponential phase)에서의 반응을 모니터로 실시간으로 확인할 수 있어 표적 핵산의 최초의 양을 정확하게 정량할 수 있다.That is, according to an embodiment of the present invention, it is possible to manufacture microparticles for bioassay in a simpler and more economical manner than in the prior art by using a mask patterning process and a spotting and imprinting process. In particular, the microparticles according to the embodiment of the present invention are not separated from the probe region and the encoder region, and thus, real-time PCR can be applied, so that the reaction in the exponential phase can be confirmed in real time with a monitor. The amount of can be accurately quantified.
본 발명의 일 실시예는 상기 제4단계의 마이크로 입자의 인코더 패턴 상에 불투명한 금속층 또는 감광수지층의 배열을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 이 경우 다양한 방식의 바이오 어세이 정보에 대한 검출이 가능하므로, 형광에 의한 검출 정보를 획득하는 것뿐만 아니라, 일반적인 bright field에 의한 검출 정보도 용이하게 획득할 수 있다.An embodiment of the present invention may further include forming an array of an opaque metal layer or a photoresist layer on the encoder pattern of the microparticles of the fourth step. In this case, since detection of bioassay information in various manners is possible, not only the detection information by fluorescence can be obtained, but also the detection information by a general bright field can be easily obtained.
구체적으로, 일 실시예로서 상기 감광수지층은 에폭시 베이스의 네거티브 감광수지(epoxy-based negative photoresist)를 포함할 수 있으며, 그 예로 SU-8를 들 수 있다. 상기 금속층은 일 실시예로서 전도성 금속 및 전도성 고분자 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 금속층은 자성물질을 포함할 수도 있다. 상기 자성 물질은 예를 들어 철, 니켈, 코발트, 다이나비드(Dynabeads) 및 박테리얼 마그네틱 파티클(Bacterial magnetic particle) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.Specifically, as an embodiment, the photoresist layer may include an epoxy-based negative photoresist, for example, SU-8. As an example, the metal layer may include at least one of a conductive metal and a conductive polymer. The metal layer may include a magnetic material. The magnetic material may include, for example, one or more of iron, nickel, cobalt, dynabeads, and bacterial magnetic particles.
또한, 일 실시예로서 상기 제4단계의 마이크로 입자의 인코더 패턴에 거칠기(roughness) 가공을 더 수행하여, 형광 검출 시 빛의 산란이 더욱 잘 일어나도록 하여, 더욱 정확한 정보를 검출할 수 있도록 할 수 있다.In addition, as an embodiment, the roughness processing may be further performed on the encoder pattern of the microparticles of the fourth step, so that light scattering occurs more easily during the detection of fluorescence, so that more accurate information may be detected. have.
본 발명의 일 실시예는 상기 제4단계의 상기 마이크로 입자 내에 기공을 더 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 기공을 더 형성하면, 마이크로 입자의 표면만이 증폭 및 검출에 사용되는 것이 아니라 내부까지 이용할 수 있어 반응성을 극대화할 수 있다.One embodiment of the present invention may further comprise the step of further forming pores in the microparticles of the fourth step. If more pores are formed, not only the surface of the microparticles is used for amplification and detection, but also the inside can be used to maximize the reactivity.
일 실시예로서 상기 마이크로 입자 내의 기공 형성방법은, 상기 바이오 어세이용 용액에 기공유도중합체(porogen)를 혼합하여, 액적의 경화 후 이 기공유도중합체의 제거하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the method for forming pores in the microparticles may include mixing a porogen with a solution for the bioassay and removing the pore copolymer after curing the droplets.
예를 들어 상기 기공유도중합체는 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol; PEG)을 사용할 수 있으며, 상기 기공에는 증폭되는 핵산의 정량적 정보를 제공하는 형광표식인자 등을 포함할 수 있다.For example, the pore copolymer may be polyethylene glycol (PEG), and the pore may include a fluorescent marker that provides quantitative information of the nucleic acid to be amplified.
본 발명의 다른 일 실시예는, 상기 마스터 몰더 상에 형성된 액적을 경화한 후, 상기 액적 상에 또 다른 액적을 형성하는 방법을 제공할 수 있다. 본 명세서에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 편의상 내부에 포함된 액적을 제1액적이라 하고, 외부에 형성된 액적을 제2액적이라고 한다.Another embodiment of the present invention may provide a method of forming another droplet on the droplet after curing the droplet formed on the master molder. In the present specification, as illustrated in FIG. 6, a droplet contained inside is referred to as a first droplet, and a droplet formed outside is referred to as a second droplet.
일 실시예에 따른 상기 방법은 상기 마스터 몰더 상에 형성된 제1액적을 경화한 후, 상기 (c)단계의 바이오 어세이용과는 다른 바이오 어세이용 용액을 상기 제1액적 상에 스팟팅하여 내부에 제1액적이 포함되도록 제2액적으로 형성하는 단계를 포함할 수 있다((d)단계).According to an embodiment of the present disclosure, after curing the first droplet formed on the master molder, a solution for bioassay different from the bioassay of step (c) is spotted on the first droplet and then placed therein. And forming a second droplet to include the first droplet (step (d)).
그리고, 일 실시예로서 상기 제2액적으로 경화한 후, 상기 마스터 몰드 상에서 제1액적 및 제2액적으로 이루어진 복합 구조체를 분리하여, 바닥면에 인코더 패턴이 형성된 복합 마이크로 입자를 형성하는 단계를 포함할 수 있다((e)단계).And, after curing the second droplet as an embodiment, separating the composite structure consisting of the first droplet and the second droplet on the master mold, to form a composite micro particles having an encoder pattern formed on the bottom surface (Step (e)).
상기 방법은 하나의 마이크로 입자에서 두 종류 이상의 표적 핵산 또는 이와 반응하는 고정된 프라이머의 종류, 크기 또는 양에 대한 정보를 동시에 검출하고자 하는 경우 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 제1액적 및 제2액적 간의 표지물질을 달리하거나, 제1액적에만 인코더 패턴이 형성되거나, 제1액적 및 제2액적에 각각 다른 인코더 패턴이 형성될 수도 있다. 필요에 의해 제3액적의 구현도 가능하다.The method may be useful when simultaneously detecting information on the type, size, or amount of two or more types of target nucleic acids or fixed primers reacting with one microparticle. In addition, the label material may be different between the first droplet and the second droplet, an encoder pattern may be formed only on the first droplet, or different encoder patterns may be formed on the first droplet and the second droplet, respectively. If necessary, the third droplet can be implemented.
상기와 같이 제조된 마이크로 입자의 인코더 패턴의 판독하는, 즉 인코더의 정보를 읽는 방법은 제한되지 않으나, 일 실시예로서 CCD 카메라 등을 이용할 수 있다. 또한, 일 실시예로서 각 마이크로 입자마다 개별적으로 인코더의 정보를 판독하거나, 어레이에 배열된 복수개의 각 마이크로 입자의 인코더 정보를 동시에 판독할 수도 있다.The method of reading the encoder pattern of the microparticles manufactured as described above, that is, reading the information of the encoder is not limited, but a CCD camera or the like may be used as an embodiment. In addition, as an embodiment, the information of the encoder may be read individually for each microparticle, or the encoder information of each of the plurality of microparticles arranged in the array may be simultaneously read.
또한, 본 발명의 일 실시예는 용액에 프라이머, 표적 핵산 등의 바이오 실험물질과 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 입자를 넣은 후 바이오 어세이를 진행하고, 이를 어레이(array)에 배열한 후, 각 마이크로 입자에 포함된 인코더 패턴을 판독하여 바이오 어세이 결과를 분석하는 방법을 제공할 수 있다.In addition, one embodiment of the present invention is a bio-test material, such as primers, target nucleic acid and the like in the solution and the microparticles according to an embodiment of the present invention after the bio assay, and arranged in an array (array) The present invention may provide a method of analyzing a bioassay result by reading an encoder pattern included in each micro particle.
또는, 어레이에 프라이머, 표적 핵산 등의 바이오 실험물질과 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 입자들을 배열한 후, 상기 어레이에 배열된 마이크로 입자를 바이오 어세이하여, 각 마이크로 입자에 포함된 인코더 패턴을 판독하여 바이오 어세이 결과를 분석하는 방법을 제공할 수 있다.Alternatively, after arranging bio experiments such as primers and target nucleic acids and microparticles according to an embodiment of the present invention, the microparticles arranged in the array are bioassayed, and the encoder pattern included in each microparticle. It can provide a method of analyzing the bioassay results by reading the.
이하에서는 본 발명의 일 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to an embodiment of the present invention. These examples are only for illustrating the present invention, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.
먼저, 실리콘 기판 상에 감광수지로서 SU-8 수지(SU-8 3025, Microchem 사)를 붓고 10초간 500rpm, 30초간 200rpm의 조건으로 코팅하였다.First, SU-8 resin (SU-8 3025, Microchem Co., Ltd.) was poured as a photoresist on a silicon substrate and coated under conditions of 500 rpm for 10 seconds and 200 rpm for 30 seconds.
그 다음, 95℃의 핫플레이트에서 15분 동안 소프트 베이크를 수행한 후, 인코더 패턴이 미리 그려져 있는 마스크를 이용해 선택적으로 250mJ UV 노광을 진행하였다. 노광 후 65℃의 핫플레이트에서 1분 95℃의 핫플레이트에서 5분간 베이크(bake)를 진행한 다음, SU-8 현상액(developer)(Microchem 사)을 이용해 노광되지 않은 SU-8을 제거해주는 현상작업을 수행하였다. 그 다음, 다시 200℃의 핫플레이트에서 5분간 베이크를 진행하였다.Then, after 15 minutes soft bake on a hot plate at 95 ° C., selective 250 mJ UV exposure was performed using a mask on which an encoder pattern was drawn in advance. After exposure, bake for 5 minutes on a hot plate at 65 ° C for 1 minute and then remove the unexposed SU-8 using a SU-8 developer (Microchem). Work was performed. Then, baking was performed for 5 minutes on a hot plate at 200 ° C.
이에 의해 실리콘 기판상에 양각 인코더 패턴이 형성된 제1몰드를 제작하였다.As a result, a first mold having a relief encoder pattern formed on a silicon substrate was fabricated.
그리고, 상기 양각 인코더 패턴이 형성된 제1몰드 상에 임프린트 레진층을 형성하였다. 임프린트 레진으로는 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 용액과 경화제(제품명: SYLGARD® 184, 제조사: 다우하이텍실리콘)를 10:1로 혼합한 프레-폴리머를 제1몰드 상에 부었다.An imprint resin layer was formed on the first mold on which the relief encoder pattern was formed. As the imprint resin, a pre-polymer in which a polydimethylsiloxane (PDMS) solution and a curing agent (trade name: SYLGARD® 184, manufactured by Dow Hitech Silicon) in a 10: 1 mixture was poured onto the first mold.
진공 챔버에서 60분간 가스를 제거한 다음 80℃의 오븐에 90분간 경화시키고, 제1몰드로부터 분리하여 PDMS로 이루어진 음각 인코더 패턴이 형성된 마스터 몰드를 제작하였다.The gas was removed from the vacuum chamber for 60 minutes, then cured in an oven at 80 ° C. for 90 minutes, and separated from the first mold to prepare a master mold having a negative encoder pattern made of PDMS.
그리고, 상기 마스터 몰더에 형성된 음각 인코더 패턴 상에 바이오 어세이용 용액을 스팟팅(spotting)하여 액적(droplet)을 형성하였다.The droplets were formed by spotting a solution for bioassay on the negative encoder pattern formed on the master molder.
상기 바이오 어세이용 용액은 용액 총 부피에 대하여 PEG700DA(제조사: Sigma Aldrich) 20 부피%, 폴리에틸렌글리콜 600(PEG 600) 40부피%, 광개시제로 Darocur 1173(제조사: Sigma Aldrich) 5부피%, 0.15부피%의 트윈(tween)-20을 포함하는 3X TE 버퍼 35 부피%로 사용하였다. 그리고 상기 바이오 어세이용 용액 총 부피에 대해 5부피%의 EtBr(이중가닥 핵산에 결합하여 증폭과 함께 형광을 나타내는 시약(Interchelator))을 더 혼합하였다.The solution for bioassay was 20% by volume PEG700DA (manufactured by Sigma Aldrich), 40% by volume polyethylene glycol 600 (PEG 600), 5% by volume Darocur 1173 (manufactured by Sigma Aldrich), 0.15% by volume as a photoinitiator. 35 volumes of 3X TE buffer containing tween-20 was used. Then, 5% by volume of EtBr (Interchelator binding to double-stranded nucleic acid and fluorescence with amplification) was further mixed with respect to the total volume of the bioassay solution.
상기 바이오 어세이용 용액을 스팟팅 장치의 오픈타임(open time)을 조절하여 상기 마스터 몰더에 형성된 음각 인코더 패턴 영역 상에만 스팟팅하여, 음각 인코더 패턴 영역을 내부에 포함하는 액적을 형성하였다.The bioassay solution was spotted only on the negative encoder pattern region formed in the master molder by adjusting the open time of the spotting device to form droplets including the negative encoder pattern region therein.
그리고, 상기 액적을 6~8mW/cm2로 20분 동안 자외선(UV)을 조사하여 고형화(curing)한 후, 상기 마스터 몰더 상에서 이를 분리(release)하여, 바닥면에 인코더 패턴이 형성된 마이크로 입자를 형성하였다.The droplets are cured by irradiation with ultraviolet (UV) light for 6 minutes at 6 to 8 mW / cm 2 , and then released on the master molder to release the microparticles having an encoder pattern formed on the bottom surface thereof. Formed.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 마스터 몰드 상에 형성된 액적에 대한 측면 사진을 나타낸 것으로, 스팟팅에 의해 액적의 형태가 바닥면이 평편한 반구형을 나타냄을 알 수 있다.Figure 2 shows a side photograph of the droplet formed on the master mold prepared according to an embodiment of the present invention, it can be seen that the shape of the droplet by spotting shows a flat hemispherical bottom surface.
도 3(a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 마스터 몰드에 대한 사진을 나타낸 것이다. 도 3(b),(c)는 상기 마스터 몰드 상에 바이오 어세이용 용액을 스팟팅하여 형성한 액적에 대한 사진을 나타낸 것이다. 도 3(d)는 상기 액적을 경화하고, 상기 마스터 몰드로부터 액적을 분리하여 제조된 마이크로 입자에 대한 사진을 나타낸 것이다. 상기 도 3(a) 내지 (c)를 통하여, 마스크 패터닝 공정 및 임프린팅 공정에 의해 고정밀도의 인코더 패턴이 형성됨을 확인할 수 있었다.Figure 3 (a) shows a photograph of a master mold manufactured according to an embodiment of the present invention. Figure 3 (b), (c) shows a photograph of the droplet formed by spotting the solution for bio assay on the master mold. Figure 3 (d) shows a photograph of the microparticles prepared by curing the droplets, separating the droplets from the master mold. 3 (a) to (c), it was confirmed that a high-precision encoder pattern was formed by a mask patterning process and an imprinting process.
도 4는 본 발명의 일 실시예들에 따라, 다양한 인코더 패턴이 형성된 마이크로 입자에 대한 사진을 나타낸 것이다. 일 실시예에 따른 상기 마이크로 입자들은 바닥면이 평편한 반구형 형태로 형성되어, 마이크로 입자의 수직 상방향에서 모든 마이크로 입자의 인코더 패턴의 판독이 가능함을 알 수 있었다.Figure 4 shows a photograph of the microparticles formed with various encoder patterns, according to one embodiment of the present invention. According to one embodiment, the microparticles were formed in a hemispherical shape with a flat bottom surface, so that it was possible to read encoder patterns of all microparticles in a vertically upward direction of the microparticles.
도 5(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 입자에 대한 PCR 이후의 BF(bright field) 이미지(a)이다. 이는, CCD 카메라로 촬영한 것으로서, 인코더 패턴의 판독이 가능함을 확인할 수 있었다.Figure 5 (a) is a bright field (BF) image (a) after PCR for the microparticles according to an embodiment of the present invention. This was taken with a CCD camera, and it was confirmed that the encoder pattern could be read.
도 5(b) 및 (c)는 PCR 이전과 이후의 형광(fluorescence) 이미지를 나타낸 것으로서, PCR 싸이클이 증가할수록 형광의 색이 밝아짐과 동시에 인코더 패턴이 더욱 뚜렷해짐을 확인할 수 있었다.5 (b) and (c) show fluorescence images before and after PCR. As the PCR cycle increases, the color of fluorescence becomes brighter and the encoder pattern becomes clearer.

Claims (12)

  1. 바닥면이 평편한 입체적 형상을 가지며,The bottom surface has a flat three-dimensional shape,
    바이오 어세이(bio-assay) 정보를 정량 검출하기 위한 프로브 영역; 및A probe region for quantitatively detecting bio-assay information; And
    상기 바닥면에 형성된 인코더 패턴에 의해 바이오 어세이(bio-assay) 정보의 종류를 인식하기 위한 인코더 영역을 포함하고,An encoder region for recognizing a type of bio-assay information by an encoder pattern formed on the bottom surface,
    상기 프로브 영역과 상기 인코더 영역이 기질 내에서 중첩적으로 위치한, 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자.Wherein said probe region and said encoder region are superimposed within a substrate.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 입자는 반구형 또는 반타원형인, 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자.The microparticle of claim 1, wherein the microparticles are hemispherical or semi-elliptic.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 입자의 인코더 패턴 상에 불투명한 금속층 또는 감광수지층의 배열이 형성된, 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자.The microparticle of claim 1, wherein an array of opaque metal layers or photoresist layers is formed on the encoder pattern of the microparticles.
  4. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 입자는 그 외부에 다른 종류의 프로브 영역 또는 인코더 영역이 더 포함되어 복합 구조체를 이루는 것인, 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자.The microparticle of claim 1, wherein the microparticle further includes a probe region or an encoder region of another kind, to form a complex structure.
  5. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 입자 내에 기공을 더 포함하는, 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자.The microparticle of claim 1, further comprising pores in the microparticle.
  6. 기판상에 감광수지층을 형성하고, 마스크 패터닝 공정에 의해 감광수지로 이루어진 양각 인코더 패턴이 형성된 제1몰드를 제작하는 제1단계;Forming a photoresist layer on the substrate and manufacturing a first mold having an embossed encoder pattern made of the photoresist by a mask patterning process;
    상기 제1몰드 상에 임프린트 레진층을 형성하고, 임프린팅 공정에 의해 임프린트 레진으로 이루어져 음각 인코더 패턴이 형성된 마스터 몰드를 제작하는 제2단계;A second step of forming an imprint resin layer on the first mold and fabricating a master mold having imprint resin patterns formed of imprint resin by an imprinting process;
    상기 마스터 몰드에 형성된 음각 인코더 패턴 영역 상에 바이오 어세이용 용액을 스팟팅(spotting)하여 액적(droplet)을 형성하는 제3단계; 및 Spotting a solution for bioassay on a negative encoder pattern region formed in the master mold to form droplets; And
    상기 마스터 몰드 상에 형성된 액적을 경화한 후, 상기 마스터 몰드 상에서 이를 분리하여, 바닥면에 인코더 패턴이 형성된 마이크로 입자를 형성하는 제4단계;Curing the droplets formed on the master mold and then separating them on the master mold to form micro particles having an encoder pattern formed on a bottom surface thereof;
    를 포함하는 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자의 제조방법.Method for producing micro particles for a bio assay comprising a.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2단계 후에,The method of claim 6, wherein after the second step,
    상기 마스터 몰드에서 음각 인코더 패턴 영역의 표면을 친수성 처리하는 단계; 또는Hydrophilizing the surface of the negative encoder pattern region in the master mold; or
    상기 마스터 몰드에서 음각 인코더 패턴 영역을 제외한 영역의 표면을 소수성 처리하는 단계;Hydrophobic treatment of the surface of the master mold except for the negative encoder pattern region;
    를 더 포함하는 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자의 제조방법.Method for producing micro particles for a bio assay further comprising.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제3단계의 액적(droplet)은 바닥면이 평편한 입체적 형상을 띄는 것인 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자의 제조방법.The method of claim 6, wherein the droplet of the third step has a flat three-dimensional shape with a flat bottom surface.
  9. 제6항에 있어서, 상기 제3단계의 액적(droplet)은 반구형 또는 반타원형인 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자의 제조방법.7. The method of claim 6, wherein the droplet of the third step is hemispherical or semi-elliptical.
  10. 제6항에 있어서, 상기 제4단계의 상기 마이크로 입자 내에 기공을 형성하는 것을 더 포함하는, 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자의 제조방법.The method of claim 6, further comprising forming pores in the microparticles of the fourth step.
  11. 제6항에 있어서, 상기 제4단계의 마이크로 입자의 인코더 패턴 상에 불투명한 금속층 또는 감광수지층의 배열을 형성하는 것을 더 포함하는, 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자의 제조방법.7. The method of claim 6, further comprising forming an array of opaque metal layers or photoresist layers on the encoder pattern of the microparticles of the fourth step.
  12. 기판 상에 감광수지층을 형성하고, 마스크 패터닝 공정에 의해 감광수지로 이루어진 양각 인코더 패턴이 형성된 제1몰드를 제작하는 (a)단계;Forming a photoresist layer on the substrate and manufacturing a first mold having an embossed encoder pattern made of the photoresist by a mask patterning process;
    상기 제1몰드 상에 임프린트 레진층을 형성하고, 임프린팅 공정에 의해 임프린트 레진으로 이루어져 음각 인코더 패턴이 형성된 마스터 몰드를 제작하는 (b)단계;(B) forming an imprint resin layer on the first mold and fabricating a master mold having imprint resin patterns formed of imprint resin by an imprinting process;
    상기 마스터 몰드에 형성된 음각 인코더 패턴 영역 상에 바이오 어세이용 용액을 스팟팅(spotting)하여 제1액적(droplet)을 형성하는 (c)단계;(C) spotting a solution for bioassay on the negative encoder pattern region formed in the master mold to form a first droplet;
    상기 마스터 몰드 상에 형성된 제1액적을 경화한 후, 상기 (c)단계의 바이오 어세이용 용액과는 다른 바이오 어세이용 용액을 상기 제1액적 상에 스팟팅하여 내부에 제1액적이 포함되도록 제2액적을 형성하는 (d)단계; 및After curing the first liquid droplets formed on the master mold, a bioassay solution different from the bioassay solution of step (c) is spotted on the first droplets so that the first droplets are contained therein. (D) forming two droplets; And
    상기 제2액적을 경화한 후, 상기 마스터 몰드 상에서 제1액적 및 제2액적으로 이루어진 복합 구조체를 분리하여, 바닥면에 인코더 패턴이 형성된 복합 마이크로 입자를 형성하는 (e)단계를 포함하는 바이오 어세이를 위한 마이크로 입자의 제조방법.After curing the second droplet, separating the composite structure consisting of the first droplet and the second droplet on the master mold to form a composite microparticle having an encoder pattern formed on the bottom surface (e) Method for preparing micro particles for sage.
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