WO2022265427A1 - 기포형성 방지 미세유체 칩 및 이의 제조 방법 - Google Patents

기포형성 방지 미세유체 칩 및 이의 제조 방법 Download PDF

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WO2022265427A1
WO2022265427A1 PCT/KR2022/008547 KR2022008547W WO2022265427A1 WO 2022265427 A1 WO2022265427 A1 WO 2022265427A1 KR 2022008547 W KR2022008547 W KR 2022008547W WO 2022265427 A1 WO2022265427 A1 WO 2022265427A1
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WO
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reaction chamber
plate
microfluidic chip
bubble
channel
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/008547
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English (en)
French (fr)
Inventor
변재영
박현규
김성우
장희영
김용희
Original Assignee
주식회사 미코바이오메드
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/42—Low-temperature sample treatment, e.g. cryofixation

Definitions

  • the present application relates to a microfluidic chip preventing bubble formation and a manufacturing method thereof.
  • the microfluidic chip has a function of simultaneously performing various experimental conditions by flowing fluid through the microfluidic channel. Specifically, microchannels are created using a substrate (or chip material) such as plastic, glass, or silicon, and a fluid (eg, liquid sample) is moved through these channels, and then in a plurality of chambers in the microfluidic chip. Mix and react.
  • a substrate or chip material
  • a fluid eg, liquid sample
  • Microfluidic chips not only create cost and time savings in various fields such as pharmaceuticals, bioengineering, medicine, and chemistry, but can also provide high accuracy, efficiency, and reliability. For example, by using a microfluidic chip, the amount of expensive reagents used for cell culture, proliferation, and differentiation can be significantly reduced compared to conventional methods, resulting in significant cost savings. In addition, protein samples or cell samples are used in much smaller amounts than conventional methods, and image analysis can be performed using them, so the amount or consumption of samples and analysis time can be reduced.
  • FIG. 1(a) shows a state in which air bubbles are generated when an empty space not filled with a solution is exposed to a high temperature in a reaction area during a reaction in a conventional PCR chip. In this way, when a large number of bubbles are generated in the reaction region, as shown in FIG. 1(b), the reaction result is displayed irregularly or a large amount of noise occurs.
  • PCR polymerase chain reaction
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a bubble-preventing microfluidic chip and a manufacturing method thereof.
  • an inlet into which a sample solution is introduced a reaction chamber in which a predetermined reaction is performed with respect to the sample solution; an outlet through which a sample solution having a predetermined reaction is discharged; and a channel connecting the inlet, the reaction chamber, and the outlet. It provides an anti-bubble microfluidic chip containing a freeze-dried reagent inside the reaction chamber.
  • the surface of the reaction chamber may be modified through hydrophilic treatment on a lower surface inside the chamber.
  • the channel is connected to the top or side of the reaction chamber, and the channel may be formed at a higher position than the lower surface of the reaction chamber.
  • the reaction may be a PCR reaction.
  • a hydrophilic treatment may be performed such that a contact angle between the lower surface and water is 30° or less.
  • the lyophilized reagent may be disposed while forming a layer at the bottom of the inside of the reaction chamber.
  • the channel may be hydrophobic, and a width of the channel may be narrower than that of the reaction chamber.
  • the microfluidic chip may further include a plurality of dummy chambers, and a plurality of reaction chambers may be arranged side by side between the dummy chambers.
  • the first edition a second plate vertically disposed on top of the first plate; and a third plate spaced apart from the first plate and disposed above the second plate to cover the reaction chamber and the channel.
  • a third plate spaced apart from the first plate and disposed above the second plate to cover the reaction chamber and the channel.
  • an inlet and an outlet are disposed through the third plate, and a channel is disposed between the first plate and the third plate through the second plate, and some of the first plate Forming a lower surface of the reaction chamber, the second plate may be disposed while forming a side surface of the reaction chamber.
  • the first plate and the third plate may be formed of a film.
  • a method for manufacturing a microfluidic chip preventing bubble formation includes manufacturing a microfluidic chip having an inlet, a reaction chamber, an outlet, and a channel connecting them; hydrophilic treatment of a lower surface inside the reaction chamber; disposing a freeze-dried reagent inside the reaction chamber; and covering the reaction chamber and the channel; It provides a method for manufacturing a bubble-preventing microfluidic chip, characterized in that it comprises a.
  • the reagent may be a freeze-dried reagent.
  • Freezing the chip before or after the covering step of the manufacturing method according to an embodiment of the present application may further include.
  • the hydrophilic treatment may include opening the reaction chamber and the channel from the top, covering a patterned masking film to cover an area other than the reaction chamber, and performing a plasma treatment; and removing the masking film; can include
  • the present application has the advantage that there is no need to prepare a solution by separately mixing the sample and the reagent because the lyophilized reagent can be placed therein.
  • the present application has the advantage of precisely measuring and improving the reliability of the measured value because no bubbles are generated in the process of reconstituting the lyophilized reagent.
  • the present application has the advantage that on-site diagnosis is possible because the lyophilized reagent can be placed inside.
  • the present application has the advantage of enabling multi-chamber-based multi-target PCR reactions without an additional solution distributor structure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a microfluidic chip according to an embodiment of the present application.
  • FIG 3 is a plan view of a microfluidic chip according to an embodiment of the present application viewed from top to bottom.
  • Figure 4 shows the distribution of the freeze-drying reagent according to one case and one case where the hydrophilic treatment is not applied to the lower surface of the reaction chamber.
  • FIG. 5 shows the solution distribution after lyophilization when hydrophilic treatment is not performed with plasma on the lower surface of the reaction chamber, and (b) shows the solution distribution after lyophilization when hydrophilic treatment is performed.
  • FIG. 6 shows that bubbles are generated after the solution is introduced when the hydrophilic treatment is not performed with plasma on the lower surface of the reaction chamber, and (b) shows that bubbles are not generated after the solution is introduced when the hydrophilic treatment is performed. that showed
  • Embodiments according to the concept of the present invention can apply various changes and can have various forms, so specific embodiments will be described in detail herein. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to a specific form disclosed, and should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a microfluidic chip 100 according to an embodiment of the present application.
  • 3 is a plan view of the microfluidic chip 100 according to an embodiment of the present application viewed from top to bottom.
  • the microfluidic chip 100 capable of controlling the movement of fluid includes an inlet 210 into which the fluid flows, and a reaction chamber 240 into which a predetermined reaction is performed with respect to the inflow fluid. and an outlet 220 through which fluid is discharged from the reaction chamber 240 .
  • the sample solution may include a sample subject to a predetermined reaction and water.
  • a freeze-dried reagent 310 may be included in the reaction chamber 240 .
  • the sample and water introduced through the inlet 210 may be mixed with the lyophilized reagent 310 in the reaction chamber 240, a predetermined reaction is performed, and then It may flow out through the outlet 220 .
  • the reaction of the microfluidic chip 100 may be a PCR (nucleic acid amplification) reaction.
  • PCR nucleic acid amplification
  • the microfluidic chip 100 may be a PCR chip.
  • the PCR chip includes an inlet 210 into which a sample solution is introduced; a reaction chamber 240 in which a predetermined reaction is performed with respect to the sample solution; an outlet 220 through which a sample solution having a predetermined reaction is discharged; and a channel 260 connecting the inlet 210, the reaction chamber 240, and the outlet 220; can include
  • the inlet 210, the outlet 220, the reaction chamber 240, and the channel 260 may be provided in plural numbers, one inlet 210, one outlet 220, One set of one reaction chamber 240 and one channel 260 may be provided with a plurality of sets.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view comparing a case where hydrophilic treatment is applied to the inside of the reaction chamber 240 of the microfluidic chip 100 according to an embodiment of the present invention and a case where it is not.
  • 5 shows the distribution of the freeze-drying reagent 310 according to one case and one case where the hydrophilic treatment is not applied to the lower surface of the reaction chamber 240.
  • FIG. 6 shows the case in which the hydrophilic treatment is not applied to the lower surface of the reaction chamber 240 and whether or not bubbles are generated according to one case.
  • the reaction chamber 240 may have a surface modified by hydrophilic treatment on a lower surface inside the reaction chamber 240 . That is, by subjecting the lower surface of the inside of the reaction chamber 240 to hydrophilic treatment, the lyophilized reagent 310 placed therein can be homogeneously spread on the lower surface of the inside of the reaction chamber 240 .
  • Freeze-drying may be recommended for PCR reagents for molecular diagnosis to increase the shelf life and ease of storage.
  • the process of restoring the freeze-dried reagent is essential, but it is not suitable to be performed in a chip-based PCR chamber. there is.
  • bubbles may be generated when the lyophilized reagent is reconstituted in a closed space such as a PCR chamber, and the bubbles may hinder stability of the PCR reaction.
  • external force for solution homogenization is essential when restoring freeze-dried reagents, but it is difficult to achieve in a PCR chamber. This is because it is physically difficult to apply an additional external force to the structure for temperature change and optical measurement.
  • the present application has an advantage in that bubbles are not generated when the lyophilized reagent is restored by performing a hydrophilic treatment on the lower surface of the inside of the reaction chamber 240. Therefore, there is an advantage in that the PCR reaction can be more stable and no additional external force is required to remove bubbles or homogenize the solution.
  • the reagent located inside the reaction chamber 240 is freeze-dried inside, and the reagent adheres to the corner space formed by the lower surface and the side surface of the reaction chamber 240. It doesn't work, and it's left empty.
  • the empty space may be filled with air, and when the freeze-dried reagent 310 is restored by contact with water in the sample solution, the air in the empty space forms bubbles.
  • the lower surface of the reaction chamber 240 when the lower surface of the reaction chamber 240 is not treated with a hydrophilic property, the lower surface of the reaction chamber 240 has weak reactivity with the reagent, and thus the force of pulling the reagent on the bottom surface of the chamber may be weakened. Since the pulling force of the reagent from the lower surface of the reaction chamber 240 is weak, the reagent 310 is frozen and dried while agglomerated, and the surface is not flat and uneven, but convex and convex are formed. The irregularities on the surface of the reagent cause bubbles to form while obstructing the flow of the fluid. Specifically, as the sample solution introduced thereafter passes through the surface of the lyophilized reagent 310 having surface irregularities and clumping together, the flow velocity is not constant due to the irregularities, resulting in the formation of bubbles.
  • the reagent located inside the reaction chamber 240 is freeze-dried inside and the reagent is disposed up to the corner space formed by the lower surface and the side surface of the reaction chamber 240.
  • the reagent may be disposed while forming a layer on the lower portion of the inside of the reaction chamber, and may be dried while maintaining the layer even during the freezing process. Therefore, since there is no empty space, no air bubbles are generated.
  • the reagent 310 It can be evenly distributed on the floor surface. Even in the process of freeze-drying, the reagent is frozen while forming a layer by contacting the lower surface inside the chamber while forming an even and flat surface. Since the reagents are formed in layers, there is an advantage in that there is almost no space in which air is filled between the reagent and the chamber wall, which is a cause of bubble generation. In addition, since the flow rate of the sample is constant while the sample solution flows into the chamber, there is an advantage in that bubbles are not generated.
  • the hydrophilic treatment performed on the lower surface of the reaction chamber 240 may be performed in a plasma method.
  • a hydrophilic functional group may be formed on the surface. This may be a variety of materials, but is preferably selected from the group consisting of a carboxyl group (-COOH), an amine group (-NH 2 ), a hydroxyl group (-OH), and a sulfone group (-SH).
  • the treatment of the hydrophilic material may be performed by a method selected from the group consisting of oxygen and argon plasma treatment, corona discharge treatment, and surfactant application, but this is exemplary, and according to an embodiment to which the present invention is applied, the A variety of treatment methods known in the art can be applied.
  • a contact angle between a lower surface of the reaction chamber 240 and water droplets having a modified surface may be 30° or less.
  • the angle between the edge and the lower surface of a water droplet is called a contact angle.
  • the contact angle increases as the hydrophobicity increases, and the contact angle decreases as the hydrophilicity increases.
  • a contact angle between the lower surface of the reaction chamber 240 and water droplets may be 30° or less, more preferably 10° or less.
  • a surface is considered to exhibit hydrophilic properties if it has a contact angle of water droplets less than 45°, and a surface can be considered to exhibit superoleophilic properties if it has a contact angle of water droplets less than 20°, for example less than 10 degrees. there is.
  • the contact angle is 30 ° or less, there is no empty space between the lyophilized reagent 310 and the lower surface of the reaction chamber 240, so air is not filled. There is, and accordingly, there is an advantage that bubbles do not occur.
  • the surface modification through the hydrophilic treatment may be limited to only the lower surface of the inside of the reaction chamber 240.
  • Hydrophilic treatment may be performed on the side surface of the reaction chamber 240, but other than that, the hydrophilic treatment is not applied to the channel 260 connecting the inlet 210, the reaction chamber 240, and the outlet 220.
  • the channel 260 hydrophilic treatment may not be performed or the material constituting the channel 260 itself may be hydrophobic treatment.
  • the channel since the width of the channel is narrow and the width of the reaction chamber is wide, the channel may have a hydrophobic property relative to a hydrophilic reaction chamber. Therefore, since the reagent is hydrophilic, there is an effect that the lyophilized reagent does not move toward the hydrophobic channel while being restored.
  • the freeze-drying reagent 310 when a hydrophilic treatment such as plasma is used, the freeze-drying reagent 310 can be homogeneously spread inside the reaction chamber 240 . If all the channels 260 of the chip are hydrophilic, the freeze-drying reagent 310 moves out of the chamber through all the channels 260 connected to the chamber, and the position of the freeze-drying reagent 310 may become unstable. In addition, a problem may occur in that the channel 260 is blocked so that the solution cannot be introduced or bubbles may be generated due to non-uniform flow. Therefore, it is preferred that the channels are hydrophobic.
  • the channel 260 of the present application may have a relatively hydrophobic property even without hydrophilic treatment due to the structure having a narrow and long width, or the material constituting the channel 260 may be hydrophobic treated. Because of this, the lyophilized reagent 310 can be induced to be located inside the reaction chamber 240, and the non-uniform flow of the reagent can be prevented and the generation of bubbles can be prevented.
  • the fluorescence amplification curve in the PCR data in the case of hydrophilic treatment has a form in which the remaining values except for the two values converge. That is, in the case of hydrophilic treatment, compared to the case where hydrophilic treatment is not performed, light deviation and noise are significantly reduced, and more accurate, stable and reliable PCR detection results can be obtained.
  • the channel 260 may be connected to the top or side of the reaction chamber 240, and the channel 260 is formed at a higher position than the lower surface of the reaction chamber 240. It can be.
  • the channel 260 is connected to the lower part of the reaction chamber 240, and when bubbles are generated, there is a high possibility that the bubbles are mixed together, and it is difficult to control the fluid. ) had the problem of having to be placed at the top.
  • the lyophilized reagent 310 can be stably placed therein. and the fluid flow can be easily controlled. Through the structure of the microfluidic chip 100, it is possible to prevent non-uniform flow of fluid and prevent generation of air bubbles.
  • the channel 260 may be hydrophobic, and a width of the channel 260 may be narrower than that of the reaction chamber 240 .
  • the surface modification through the hydrophilic treatment can be limited to only the lower surface of the inside of the reaction chamber 240, and in addition, the inlet 210, the reaction chamber 240, and the outlet 220 are connected.
  • the hydrophilic treatment is not applied to the channel 260 to be treated.
  • hydrophobic treatment may be performed separately without hydrophilic treatment, or a material having hydrophobic properties may be used.
  • a relatively hydrophobic-barrier structure may be formed by forming the width of the channel 260 relatively narrower than the width of the reaction chamber 240 .
  • the hydrophobic-barrier structure of the present application means that the relatively narrow channel 260 exists as a hydrophobic when the solution flows, and more specifically, the channel 260 forms a hydrophobic barrier structure, so that it is no longer A solution containing water may not advance and clogging may occur. Through this, it is possible to prevent the freeze-dried solution from being indiscriminately moved out of the chamber, and to induce it to be easily located inside the chamber.
  • the width of the reaction chamber 240 may be 1 mm to 10 mm, more preferably 1 mm to 3 mm.
  • the width of the channel 260 connected to the reaction chamber 240 may be 100 ⁇ m to 500 ⁇ m, more preferably 100 ⁇ m to 300 ⁇ m. More specifically, the width of the channel 260 may correspond to 1/30 to 3/10 of the width of the reaction chamber 240 . Due to the structure of such a channel having a small width and a long length, the channel may have relatively hydrophobicity compared to a reaction chamber having hydrophilicity.
  • the freeze-dried reagent 310 may be placed inside the reaction chamber 240, and the generation of air bubbles may be prevented from the beginning through the structure of the microfluidic chip 100 of the present application.
  • reagents are already included in the microfluidic chip 100, there is no need to mix and prepare samples and reagents separately. Since only a sample solution in which water and a sample are mixed is introduced, various processes for a predetermined reaction can be performed simply and conveniently. In addition, the storage period of the PCR reagent can be increased, and the PCR reagent can be easily stored.
  • the microfluidic chip 100 includes a flat first plate 110 and a second plate 110 vertically disposed on top of the first plate 110 to form a channel 260.
  • the inlet 210 and the outlet 220 are disposed through the third plate 130, and the channel passes through the second plate between the first plate 110 and the third plate 130.
  • 260 is disposed, the first plate 110 forms a lower surface of the reaction chamber 240, and the second plate 120 may be disposed while forming a side surface of the reaction chamber 240.
  • the microfluidic chip 100 according to an embodiment of the present invention is implemented as a plate-shaped laminated structure, the manufacturing process can be simplified and the cost can be greatly reduced.
  • the microfluidic chip 100 is used as a PCR chip, there is an advantage in that the heat exchange area with the PCR thermal block is widened.
  • the PCR chip according to an embodiment of the present invention may be implemented with various materials, but is preferably implemented in a thin film shape of a plastic material.
  • the PCR chip according to an embodiment of the present invention can be implemented with a light-transmitting material, and if fluorescence, phosphorescence, luminescence, Raman spectroscopy, surface-enhanced Raman scattering ( Surface Enhanced Raman Scattering), and surface plasmon resonance (Surface Plasmon Resonance), when used for real-time PCR based on optical measurement (Surface Plasmon Resonance), it is preferably implemented with a light-transmitting material.
  • the first plate 110 is implemented in a flat plate shape, and may serve as a bottom support of the microfluidic chip 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the first plate 110 may be attached or attached to the PCR thermal block to receive heat from the PCR thermal block.
  • the first plate 110 may be implemented with various materials, but preferably, polydimethylsiloxane (PDMS), cycloolefin copolymer (cycle olefin copolymer, COC), polymethyl methacrylate ( composed of polymethylmetharcylate (PMMA), polycarbonate (PC), polypropylene carbonate (PPC), polyether sulfone (PES), and polyethylene terephthalate (PET), and combinations thereof It may be a material selected from the group, and according to an embodiment, at least a part of the first plate 110 may be implemented with a light-transmitting material.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • COC cycle olefin copolymer
  • COC cycle olefin copolymer
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PC polycarbonate
  • PPC polypropylene carbonate
  • PES polyether sulfone
  • PET polyethylene terephthalate
  • the surface forming the reaction chamber of the first plate 110 may be treated to have a hydrophilic surface.
  • the hydrophilic material may be a variety of materials, but is preferably selected from the group consisting of a carboxy group (-COOH), an amine group (-NH 2 ), a hydroxyl group (-OH), and a sulfone group (-SH), and , Treatment of the hydrophilic material may be performed according to a method known in the art.
  • the second plate 120 is disposed above the first plate 110, and the reaction chamber 240 of the microfluidic chip 100 according to an embodiment of the present invention ) It may serve to form the side and the channel 260 of the.
  • the second plate 120 may be implemented with various materials, but preferably, polymethylmethacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), cycloolefin copolymer (COC), polyamide (PA), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyphenylene ether (PPE), polystyrene (PS), polyoxymethylene (POM), polyetheretherketone (PEEK), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylchloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polybutyleneterephthalate, PBT), fluorinated ethylenepropylene (FEP), perfluoralkoxyalkoxyalkane (PFA), and combinations thereof.
  • PMMA polymethylmethacrylate
  • PC polycarbonate
  • the thickness of the second plate 120 may vary, but may be selected from 0.01 ⁇ m to 5 mm, preferably 0.01 mm to 5 mm.
  • the width and length of the reaction chamber 240 may vary, but preferably the width of the reaction chamber 240 is selected from 1 mm to 10 mm, more preferably from 1 mm to 3 mm. can The length of the reaction chamber 240 may be selected from 1 mm to 400 mm.
  • the width of the channel 260 may be selected from 100 ⁇ m to 500 ⁇ m, more preferably from 100 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the inner wall of the second plate 120 may be coated with a material such as silane or Bovine Serum Albumin (BSA) to prevent adsorption of DNA and protein. Treatment can be performed according to methods known in the art.
  • BSA Bovine Serum Albumin
  • the third plate 130 is spaced apart from the first plate 110 and disposed on top of the second plate 120, and the channel of the microfluidic chip 100 ( 260) and a cover covering the reaction chamber 240.
  • the third plate 130 may include an inlet 210 formed in one area and an outlet 220 formed in another area on one or more channels 260 formed in the second plate 120 .
  • the third plate 130 may be attached or attached to the PCR thermal block to receive heat from the PCR thermal block.
  • the third plate 130 may be implemented with various materials, but preferably, polydimethylsiloxane (PDMS), cycloolefin copolymer (cycle olefin copolymer, COC), polymethylmethacrylate (polymethylmetharcylate) , PMMA), polycarbonate (PC), polypropylene carbonate (PPC), polyether sulfone (PES), and polyethylene terephthalate (PET), and combinations thereof It may be a material selected from.
  • the inlet 210 and the outlet 220 are provided with separate cover means (not shown), so that the PCR target sample and the PCR reagent are performed in the channel 260. And it can prevent the PCR reagent from leaking secondarily.
  • the cover means may be implemented in various shapes, sizes or materials.
  • the thickness of the third plate 130 may vary, but may be preferably selected from 0.1 mm to 2.0 mm. Also, according to embodiments, at least a portion of the third plate 130 may be implemented with a light-transmitting material.
  • the first plate 110 and the third plate 130 may be formed of a film made of the material described above.
  • bonding can be simplified and the microfluidic chip 100 can be made smaller and lighter.
  • At least a portion of the film may be made of a transparent or opaque material.
  • the film may be bonded to the surface of the substrate.
  • the film may be composed of a first film bonded to the upper surface of the first plate 110 and a second film bonded to the lower surface of the third plate 130, such as the first film and the second film.
  • an adhesive member (not shown) disposed between the third plate 130 and the first plate 110 prevents the risk of fluid leakage between the two substrates and blocks external air. It works.
  • the adhesive member (not shown) is a member having adhesive properties and may be acrylic, silicone, or rubber, but is not particularly limited. When the adhesive member is disposed adjacent to the periphery of the inlet 210 , the outlet 220 and the channel 260 , sealing force may be further increased.
  • the microfluidic chip 100 may include a reaction chamber 240 spaced apart from an inlet 210 and an outlet 220 therein.
  • the reaction chamber 240 may also be provided with 1 or more channels, 2 or more channels, or 4 to 6 channels.
  • the microfluidic chip 100 may further include a dummy chamber.
  • a plurality of dummy chambers 280 may be provided, and a plurality of reaction chambers 240 may be arranged side by side in parallel between the plurality of dummy chambers 280 .
  • reaction chambers 240 are arranged side by side between the dummy chambers 280, there is an advantage in uniformly controlling the heat of the reaction chambers 240 during the PCR reaction.
  • the temperature of the two reaction chambers 240 disposed on both sides may be lower than that of the reaction chamber 240 located in the center.
  • the temperature of the two reaction chambers 240 disposed on both sides may be lower than that of the reaction chamber 240 located in the center due to heat transfer due to the heating of the surrounding plastic. there is.
  • a method of manufacturing a microfluidic chip preventing bubble formation comprising: manufacturing a microfluidic chip having an inlet, a reaction chamber, an outlet, and a channel connecting them; hydrophilic treatment of a lower surface inside the reaction chamber; disposing a reagent inside the reaction chamber; and covering the reaction chamber and the channel; It is possible to provide a method for manufacturing a bubble-preventing microfluidic chip, characterized in that it comprises a.
  • the step of manufacturing a microfluidic chip having an inlet, a reaction chamber, an outlet, and a channel connecting them is formed by forming the inlet 210 and the outlet 220 through mechanical processing.
  • providing a third plate 130 From a portion corresponding to the inlet 210 of the third plate 130 to the outlet 220 of the third plate 130 in a plate material having a size corresponding to the lower surface of the third plate 130 Forming one or more channels 260 through mechanical processing to a corresponding portion and providing a second plate 120 forming a side surface of the reaction chamber 240; providing a first plate 110 by forming a lower surface of the reaction chamber 240 having a size corresponding to that of the lower surface of the second plate 120; It can be manufactured including; bonding the lower surface of the second plate 120 to the upper surface of the first plate 110 through a bonding process.
  • the manufacturing method may include treating the upper surface of the first plate 110 or the lower surface of the reaction chamber 240 with a hydrophilic material through surface treatment; disposing a reagent inside the reaction chamber; and bonding and disposing the third plate on an upper portion of the second plate so as to be spaced apart from the hydrophilic treated first plate on the lower surface of the reaction chamber.
  • the reagent may be a lyophilized reagent. That is, after the freeze-dried reagent is first placed in the reaction chamber, the third plate may be covered.
  • freezing the chip before or after the covering step may further include. After inserting the reagent and freezing the chip, the third plate may be bonded to cover the reaction chamber, or the chip may be frozen after inserting the reagent and bonding the third plate to cover the reaction chamber.
  • freeze-dried reagent is disposed in the reaction chamber, and the process sequence or process is not particularly limited.
  • the inlet 210 and the outlet 220 of the third plate 130, and one or more channels 260 and the reaction chamber 240 of the second plate 120 are injection molded, hot-embossed - It may be formed by a processing method selected from the group consisting of embossing, casting, and laser ablation.
  • the channel 260 may be formed at a higher position than the lower surface of the reaction chamber 240 .
  • hydrophilic material on the surface of the first plate 110 or the lower surface of the reaction chamber 240 may be treated by a method selected from the group consisting of oxygen and argon plasma treatment, corona discharge treatment, and surfactant application, It may be performed according to methods known in the art.
  • the step of implementing the upper surface of the first plate 110 or the lower surface of the reaction chamber 240 with a hydrophilic material through surface treatment is to open the reaction chamber and the channel from the top, and then to the area other than the reaction chamber. Covering the patterned masking film to cover, and plasma processing; and removing the masking film; can include Through the above method, only the lower surface of the reaction chamber 240 can be selectively subjected to hydrophilic treatment.
  • plasma treatment may be performed so that the contact angle between the lower surface of the reaction chamber 240 and water droplets is 30 degrees or less, and this may be performed under conditions of a power of 10 W, a treatment time of 25 to 35 seconds, and a pressure of about 0.5 Torr. .
  • the lower surface of the third plate 130 and the upper surface of the second plate 120, and the lower surface of the second plate 120 and the upper surface of the first plate 110 are thermally bonded, It can be bonded by ultrasonic welding, solvent bonding process and can be performed according to methods known in the art.
  • a double-sided adhesive, a thermoplastic resin, or a thermosetting resin may be applied between the third plate 130 and the second plate 120 and between the second plate 120 and the first plate 110 .

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Abstract

본 출원은 샘플 용액이 유입되는 유입부; 상기 샘플 용액에 대해 소정의 반응이 수행되는 반응 챔버; 소정의 반응이 수행된 샘플 용액이 배출되는 유출부; 및 상기 유입부, 상기 반응 챔버 및 상기 유출부를 연결하는 채널; 을 포함하고, 상기 반응 챔버 내부에 동결 건조된 시약을 포함하는 기포형성 방지 미세유체 칩을 제공한다.

Description

기포형성 방지 미세유체 칩 및 이의 제조 방법
본 출원은 2021년 6월 18일에 한국 특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10-2021-0079210호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 출원은 기포형성 방지 미세유체 칩 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
미세유체 칩은 미세유체 채널을 통해 유체를 흘려보내 여러 가지 실험 조건을 동시에 수행할 수 있는 기능을 가지고 있다. 구체적으로, 플라스틱, 유리, 실리콘 등의 기판(또는 칩 재료)을 이용하여 미세 채널을 만들고, 이러한 채널을 통해 유체(예를 들어, 액체 시료)를 이동시킨 후, 미세유체 칩 내의 복수의 챔버에서 혼합 및 반응하게 할 수 있다. 이와 같이, 종래에 실험실에서 행해지던 실험들을 작은 칩 내에서 수행한다는 점에서, 미세유체 칩은 "랩-온-어-칩"(lab-on-a-chip)이라 불리기도 한다.
미세유체 칩은 제약, 생물공학, 의학, 화학 등의 다양한 분야에서 비용과 시간절감의 효과를 창출해냈을 뿐만 아니라, 높은 정확도와 효율성, 신뢰성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 미세유체 칩을 사용함으로 세포 배양과 증식 및 분화 등에 사용되는 값비싼 시약들의 사용량을 기존의 방법보다 현저히 줄일 수 있어 상당한 비용을 절감할 수 있다. 뿐만 아니라, 단백질 샘플이나 세포 샘플도 기존의 방법보다 훨씬 적은 양이 사용되고 또한 이를 이용하여 영상 분석이 가능하므로, 샘플의 사용량이나 소모량 및 분석시간을 줄일 수 있다.
다만, 미세유체 칩에서 소정의 반응, 예컨대 PCR(polymerase chain reaction) 반응을 수행하는 동안 반응 영역 내에서 용액이 채워지지 않은 빈 공간이 고온에 노출되어 기포가 다수 발생하는 문제가 수반되었다. 이와 같은 기포는 반응영역 내부를 정밀하게 측정하는 것이 어려울 뿐만 아니라, 이러한 기포들이 반응 결과를 왜곡시킴으로써, 신뢰성을 저해하는 문제가 있다. 이와 관련하여, 도 1(a)는 종래의 PCR 칩에서 반응이 이루어지는 동안 반응 영역 내에서 용액이 채워지지 않은 빈 공간이 고온에 노출되어 기포가 발생한 모습을 나타낸다. 이와 같이 반응 영역 내에 기포가 다수 발생하는 경우, 도 1(b)에 도시한 바와 같이, 반응 결과가 불규칙하게 나타내거나 노이즈가 다량 발생하는 문제가 발생한다.
따라서, 상기 기포 발생으로 인한 문제점을 해결할 수 있는 미세유체 칩의 개발이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기포형성 방지 미세유체 칩 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 출원의 일 실시예에서 샘플 용액이 유입되는 유입부; 상기 샘플 용액에 대해 소정의 반응이 수행되는 반응 챔버; 소정의 반응이 수행된 샘플 용액이 배출되는 유출부; 및 상기 유입부, 상기 반응 챔버 및 상기 유출부를 연결하는 채널; 을 포함하고, 상기 반응 챔버 내부에 동결 건조된 시약을 포함하는 기포형성 방지 미세유체 칩을 제공한다.
본 출원의 일 실시예에서 상기 반응 챔버는 챔버 내부의 하면에 친수성 처리를 통해 표면이 개질될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에서 상기 채널은 상기 반응 챔버의 상부 또는 측부에 연결되고, 상기 채널이 상기 반응 챔버의 하면보다 더 높은 위치에 형성될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에서 상기 반응은 PCR 반응일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에서 상기 하면과 물과의 접촉각이 30° 이하가 되도록 친수성 처리될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에서 상기 동결 건조된 시약이 상기 반응 챔버 내부의 하부에 층을 형성하면서 배치될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에서 상기 채널은 소수성일 수 있고, 상기 채널의 폭이 상기 반응 챔버의 폭에 비해 좁을 수 있다.
본 출원의 일 실시예에서 상기 미세유체 칩은, 복수 개의 더미 챔버를 더 포함하고, 상기 더미 챔버 사이에 복수 개의 반응 챔버들이 나란히 배치될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에서 제1 판; 상기 제1 판의 상부에 수직으로 배치되는 제2 판; 및 상기 제1 판과 이격하고, 제2 판의 상부에 배치되어 상기 반응 챔버와 상기 채널을 커버하는 제3 판; 을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에서 상기 제3 판을 관통하여 유입부 및 유출부가 배치되고, 상기 제1 판과 제3 판 사이에 제2 판을 관통하여 채널이 배치되며, 상기 제1 판 중 일부는 반응 챔버의 하면을 형성하고, 상기 제2 판은 반응 챔버의 측면을 형성하면서 배치될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에서 상기 제1 판 및 상기 제3 판은 필름으로 형성될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에서 기포형성 방지 미세유체 칩의 제조방법으로서, 유입부, 반응 챔버, 유출부, 및 이들을 연결하는 채널이 형성된 미세유체 칩을 제조하는 단계; 상기 반응 챔버 내부의 하면을 친수성 처리하는 단계; 상기 반응 챔버의 내부에 동결 건조된 시약을 배치시키는 단계; 및 상기 반응 챔버와 상기 채널을 커버하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 기포형성 방지 미세유체 칩의 제조방법을 제공한다.
본 출원의 일 실시예에서 따른 제조방법 중 상기 시약을 배치시키는 단계에서, 상기 시약은 동결 건조된 시약일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에서 따른 제조방법 중 상기 커버하는 단계 이전 또는 이후에, 상기 칩을 동결시키는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에서 상기 친수성 처리하는 단계는, 상기 반응 챔버와 채널을 상부에서 오픈시킨 후, 상기 반응 챔버를 제외한 영역을 커버하도록 패터닝된 마스킹 필름을 덮고, 플라즈마 처리하는 단계; 및 상기 마스킹 필름을 제거하는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 출원은 동결 건조된 시약을 내부에 위치시킬 수 있으므로 따로 시료와 시약을 혼합하여 용액을 제조할 필요가 없다는 장점이 있다.
또한, 본 출원은 동결 건조된 시약을 복원하는 과정에서 기포를 발생시키지 않으므로 정밀하게 측정하고, 측정값의 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 출원은 기 발생한 기포를 제거하는 것이 아니고 기포의 발생을 처음부터 방지하는 것이므로, 별도의 기포제거 장치나 기포제거부가 필요 없고 보다 간단하고 소형화된 미세유체 칩을 제공할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 출원은 동결 건조된 시약을 내부에 위치시킬 수 있으므로 현장진단이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 출원은 추가적인 용액 분배기 구조 없이도 다중 챔버 기반으로 한 다중 타겟 PCR 반응이 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 PCR 칩의 PCR 반응 결과를 나타낸다.
도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 미세유체 칩의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 미세유체 칩을 위에서 아래로 내려본 평면도를 나타낸 것이다.
도 4는 반응 챔버의 하면에 친수성 처리를 하지 않은 경우와 한 경우에 따른 동결 건조 시약의 분포를 나타낸 것이다.
도 5 중 (a)는 반응 챔버의 하면에 플라즈마로 친수성 처리를 하지 않은 경우의 동결건조 후의 용액 분포를 나타낸 것이고, (b)는 친수성 처리를 한 경우의 동결건조 후의 용액 분포를 나타낸 것이다.
도 6 중 (a)는 반응 챔버의 하면에 플라즈마로 친수성 처리를 하지 않은 경우에 용액 유입 후 기포가 생성된 것을 나타낸 것이고, (b)는 친수성 처리를 한 경우의 용액 유입 후 기포가 생성되지 않은 것을 나타낸 것이다.
도 7 중 (a)는 반응 챔버의 하면에 플라즈마로 친수성 처리를 하지 않은 경우의 PCR 데이터를 나타낸 것이고, (b)는 친수성 처리를 한 경우의 PCR 데이터를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
이하의 특정한 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위하여 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 본 발명에 따른 기포형성 방지 미세유체 칩(100) 및 이의 제조방법의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 미세유체 칩(100)의 단면도를 나타낸 것이다. 도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 미세유체 칩(100)을 위에서 아래로 내려본 평면도를 나타낸 것이다.
도 2 및 3을 참조하면, 유체의 이동을 제어할 수 있는 미세유체 칩(100)으로서, 유체가 유입되는 유입부(210), 유입된 유체에 대해 소정의 반응이 수행되는 반응 챔버(240) 및 반응 챔버(240)로부터 유체가 유출되는 유출부(220)를 포함한다.
상기 샘플 용액은 소정의 반응을 진행되는 대상인 시료와 물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 반응 챔버(240) 내부에 동결 건조된 시약(310)을 포함할 수 있다. 미세유체 칩(100)에서, 유입부(210)를 통해 유입되는 시료와 물은 반응 챔버(240)에서 상기 동결 건조된 시약(310)과 혼합될 수 있고, 소정의 반응이 수행되며, 이 후에 유출부(220)를 통해 유출될 수 있다. 여기서 상기 미세유체 칩(100)의 반응은 PCR(핵산 증폭) 반응일 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로서, 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 다양한 반응이 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 미세유체 칩(100)은 PCR 칩일 수 있다. PCR 칩은 샘플 용액이 유입되는 유입부(210); 상기 샘플 용액에 대해 소정의 반응이 수행되는 반응 챔버(240); 소정의 반응이 수행된 샘플 용액이 배출되는 유출부(220); 및 상기 유입부(210), 상기 반응 챔버(240) 및 상기 유출부(220)를 연결하는 채널(260); 을 포함할 수 있다. 또한, 상기 유입부(210) 및 유출부(220), 반응 챔버(240), 채널(260)은 각각 복수 개로 구비될 수 있으며, 하나의 유입부(210), 하나의 유출부(220), 하나의 반응 챔버(240) 및 하나의 채널(260)이 하나의 세트를 이루어 복수 개의 세트가 구비될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 칩(100)의 반응 챔버(240) 내부에 친수성 처리를 한 경우와 하지 않은 경우를 비교한 단면도를 나타낸 것이다. 도 5은 반응 챔버(240)의 하면에 친수성 처리를 하지 않은 경우와 한 경우에 따른 동결 건조 시약(310)의 분포를 나타낸 것이다. 도 6은 반응 챔버(240)의 하면에 친수성 처리를 하지 않은 경우와 한 경우에 따른 기포 생성 여부를 나타낸 것이다.
도 4 내지 6을 참조하면, 본 출원의 일 실시예에 따라, 상기 반응 챔버(240)는 상기 반응 챔버(240)의 내부의 하면에 친수성 처리를 통해 표면이 개질될 수 있다. 즉, 상기 반응 챔버(240)의 내부의 하면에 친수성 처리를 함으로써 내부에 위치시킨 동결 건조 시약(310)이 상기 반응 챔버(240)의 내부의 하면에 균질하게 퍼질 수 있다.
분자 진단의 PCR 시약은 보존기간의 증대 및 보관의 용이함을 위해 동결건조가 권장될 수 있는데, 이 경우 상기 동결 건조 시약을 복원하는 과정은 필수적이지만 칩 기반 PCR 챔버에서 수행되기에는 적절하지 않다는 문제점이 있다. 그 이유로, PCR 챔버 등의 닫힌 공간에서 동결 건조 시약을 복원할 때 기포가 생성될 수 있으며, 해당 기포가 PCR 반응의 안정을 저해할 수 있기 때문이다. 또한, 동결 건조 시약을 복원할 때 용액 균질화를 위한 외력이 필수적이지만 PCR 챔버에서는 이루어지기 어렵다. 온도변화를 위한 구조, 광학측정을 위한 구조로 추가 외력을 적용하기가 물리적으로 어렵기 때문이다. 또한, 동결 건조 시약이 챔버와 연결된 채널을 통해 챔버 바깥으로 이동하여, 동결건조 위치가 불안정해지고, 불균일한 유동으로 인하여 기포가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
본 출원은 반응 챔버(240)의 내부의 하면에 친수성 처리를 함으로써 동결건조된 시약을 복원할 때 기포가 생성되지 않는 장점이 있다. 따라서, PCR 반응이 보다 안정될 수 있고, 기포를 제거하거나, 용액을 균질화하기 위한 별도의 외력이 필요 없다는 장점이 있다.
상기 반응 챔버(240)의 하면에 친수성 처리를 하지 않은 경우와 친수성 처리를 한 경우에 따른 기포 발생 차이를 이하 상세히 설명한다.
상기 반응 챔버(240)의 하면에 친수성 처리를 하지 않은 경우, 상기 반응 챔버(240) 내부에 위치한 시약이 내부에서 동결 건조되면서 상기 반응 챔버(240)의 하면과 측면이 이루는 구석공간까지 시약이 밀착되지 못하고, 빈 공간으로 남게 된다. 이러한 빈 공간은 공기가 채워질 수 있으며, 상기 동결 건조된 시약(310)이 샘플 용액 내의 물과 접촉하여 복원될 경우, 상기 빈 공간의 공기는 기포를 형성하게 된다.
또한, 상기 반응 챔버(240)의 하면을 친수성 처리하지 않은 경우, 상기 반응 챔버(240)의 하면에서 상기 시약과 반응성이 약하여 챔버 바닥면이 시약을 당기는 힘이 약해질 수 있다. 상기 반응 챔버(240)의 하면에서 시약을 당기는 힘이 약하므로 시약(310)이 동결되면서 뭉치면서 건조되게 되고, 표면이 평평하게 고르지 못하고 올록볼록한 요철을 형성하게 된다. 상기 시약 표면의 요철은 유체의 흐름을 방해하면서 기포를 형성하게 하는 원인이 된다. 구체적으로, 이 후에 유입된 샘플 용액이 표면 요철을 가지면서 뭉쳐있는 동결 건조된 시약(310)의 표면을 지나가면서 요철 때문에 유속이 일정하지 않게 되면서 기포를 형성하는 문제가 발생한다.
상기 반응 챔버(240)의 하면에 친수성 처리를 한 경우, 상기 반응 챔버(240) 내부에 위치한 시약이 내부에서 동결 건조되면서 상기 반응 챔버(240)의 하면과 측면이 이루는 구석공간까지 시약이 배치될 수 있다. 즉, 시약이 상기 반응 챔버 내부의 하부에 층을 형성하면서 배치되고, 동결 과정에서도 층을 유지하면서 건조될 수 있다. 따라서, 빈 공간이 없으므로 기포가 발생하지 않게 된다.
또한, 상기 반응 챔버(240)의 하면을 친수성 처리한 경우, 상기 반응 챔버(240)의 바닥면의 친수성 표면과 시약의 표면이 반응성이 좋으므로 시약을 잡아당기는 힘이 강하게 되어 시약(310)이 바닥면에 골고루게 배치될 수 있다. 시약이 동결 건조되는 과정에서도 고르고 평평한 표면을 형성하면서 챔버 내부의 하면과 접촉하여 층(layer)을 형성하면서 동결되게 된다. 시약이 층을 이루면서 형성되므로 기포 발생 원인인 시약과 챔버 벽면 사이에 공기가 채워지게 되는 공간도 거의 없게 되는 장점이 있다. 또한, 상기 샘플 용액이 챔버 내로 흐르면서 샘플의 유속이 일정하므로 기포를 발생하지 않게 되는 장점이 있다.
본 출원의 일 실시예에 따라, 상기 반응 챔버(240)의 하면에서 수행되는 친수성 처리는 플라즈마 방식으로 진행될 수 있다. 이때, 표면에 친수성을 처리를 하면 표면에 친수성 작용기가 형성될 수 있다. 이는 다양한 물질일 수 있으나, 바람직하게는 카르복시기(-COOH), 아민기(-NH2), 히드록시기(-OH), 및 술폰기(-SH)로 구성된 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 또한, 친수성 물질의 처리는 산소 및 아르곤 플라즈마 처리, 코로나 방전 처리, 및 계면 활성제 도포로 구성된 군으로부터 선택되는 방법에 의해 처리될 수 있으나, 이는 예시적인 것으로서, 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 당해 기술분야에 공지된 다양한 처리 방법이 적용될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따라, 상기 친수성 처리가 이루어진 경우, 표면이 개질된 상기 반응 챔버(240)의 하면과 물방울의 접촉각(contact angle)이 30° 이하일 수 있다. 물방울의 가장자리와 아래쪽 표면 간의 각도를 접촉각(contact angle)이라고 하며, 일반적으로 소수성이 증가할수록 상기 접촉각이 증가하며 친수성이 증가할수록 상기 접촉각이 감소하게 된다. 상기 반응 챔버(240)의 하면과 물방울의 접촉각(contact angle)은 30°이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 10° 이하일 수 있다. 일반적으로, 표면이 45°미만인 물방울의 접촉각을 갖는 경우 친수성 특성을 나타내는 것으로 여겨지고, 표면이 20°미만, 예를 들어 10도 미만인 물방울의 접촉각을 갖는 경우 표면은 초친수성 특성을 나타내는 것으로 여겨질 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따라 상기 접촉각이 30°이하일 경우, 상기 동결 건조된 시약(310)과 상기 반응 챔버(240)의 내부의 하면 사이에 빈 공간이 존재하지 않게 되어 공기가 채워지지 않는 장점이 있고, 이에 따라 기포가 발생하지 않게 되는 장점이 있다.
한편, 본 출원의 일 실시예에 따라, 상기 친수성 처리를 통한 표면 개질은 상기 반응 챔버(240)의 내부의 하면에만 한정하여 진행할 수 있다. 상기 반응 챔버(240)의 측면에도 친수성 처리가 이루어질 수 있으나, 이외에 유입부(210), 반응 챔버(240) 및 유출부(220)를 연결하는 채널(260)에는 친수성 처리를 하지 않는다. 채널(260)의 경우 친수성 처리를 하지 않거나 채널(260)을 이루는 재질 자체에 소수성 처리가 되어 있을 수 있다. 또한, 채널의 폭이 좁고, 반응챔버의 폭이 넓기 때문에 친수성인 반응챔버에 상대적으로 채널이 소수성의 성질을 가질 수 있다. 따라서 시약이 친수성이므로 동결 건조 시약이 복원되면서 소수성인 채널 쪽으로는 이동하지 않게 되는 효과가 있다.
상기 예시 중 하나에 따라, 플라즈마 등 친수성 처리를 이용하면 동결 건조 시약(310)이 균질하게 반응 챔버(240) 내부에 퍼지도록 할 수 있다. 만약 칩의 모든 채널(260)이 친수성이라면 동결 건조 시약(310)이 챔버와 연결된 모든 채널(260)을 통해 챔버 바깥으로 이동하게 되어 동결 건조 시약(310)의 위치가 불안정해질 수 있다. 또한, 상기 채널(260)을 막아 용액 유입이 불가능하거나, 불균일한 유동으로 인하여 기포가 발생할 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, 채널이 소수성인 것이 바람직하다.
본 출원의 상기 채널(260)은 채널의 좁고 긴 폭을 가지는 구조로 인해 친수성 처리를 하지 않더라도 상대적으로 소수성의 성질을 가질 수 있고, 또는 채널(260)을 이루는 재질 자체에 소수성 처리가 되어 있을 수 있기 때문에, 동결 건조 시약(310)이 상기 반응 챔버(240)의 내부에 위치하도록 유도할 수 있으며, 시약의 불균일한 유동을 막고 기포 발생을 방지할 수 있다.
도 7의 (a)는 반응 챔버(240)의 하면에 친수성 처리를 하지 않은 경우의 PCR 데이터이고, (b)는 반응 챔버(240)의 하면에 친수성 처리를 한 경우의 PCR 데이터이다(X축은 cycle, Y축은 형광도임).
도 7을 참조하면, 친수성 처리를 하지 않은 경우의 PCR 데이터에서 형광의 증폭 곡선이 광 편차 및 노이즈가 다량 발생하여 결과가 불규칙하게 나타나는 것을 알 수 있다.
이에 반해, 친수성 처리를 한 경우의 PCR 데이터에서 형광의 증폭 곡선은 두개 값을 제외한 나머지의 값이 수렴하는 형태를 갖는다. 즉, 친수성 처리를 한 경우는 친수성 처리를 하지 않은 경우에 비해 광 편차 및 노이즈가 상당하게 감소되어 보다 정확하고 안정적이며 신뢰성 있는 PCR 검출 결과를 얻을 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따라, 상기 채널(260)은 상기 반응 챔버(240)의 상부 또는 측부에 연결될 수 있고, 상기 채널(260)이 상기 반응 챔버(240)의 하면보다 더 높은 위치에 형성될 수 있다. 종래 미세유체 칩(100)의 경우 반응 챔버(240)의 하부에 채널(260)을 연결하여 기포가 발생할 경우 기포가 함께 섞일 가능성이 크고, 유체의 제어가 어려우며, 기포 제거부를 따로 반응 챔버(240) 상단에 위치시켜야 한다는 문제점을 갖고 있었다.
하지만, 본 출원의 상기 미세유체 칩(100)은 상기 채널(260)이 상기 반응 챔버(240)의 상부에 연결되어 일정 높이를 형성하기 때문에 동결 건조된 시약(310)을 안정적으로 내부에 배치시킬 수 있으며, 유체의 흐름을 쉽게 제어할 수 있다. 이러한 미세유체 칩(100)의 구조를 통해 유체의 불균일한 유동을 막고 기포 발생을 방지할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따라 상기 채널(260)은 소수성일 수 있고, 상기 채널(260)의 폭이 상기 반응 챔버(240)의 폭에 비해 좁을 수 있다. 상기 설명한 바와 같이 상기 친수성 처리를 통한 표면 개질은 상기 반응 챔버(240)의 내부의 하면에만 한정하여 진행할 수 있고, 이 외에 유입부(210), 반응 챔버(240) 및 유출부(220)를 연결하는 채널(260)에는 친수성 처리를 하지 않는다. 채널(260)의 경우 친수성 처리를 하지 않고 따로 소수성 처리를 하거나 소수성 성질을 갖는 재질 자체를 사용할 수 있다.
상기 소수성 처리의 하나의 일 예시로, 상기 반응 챔버(240)의 폭보다 상기 채널(260)의 폭을 상대적으로 좁게 형성함으로써, 상대적인 소수성 배리어(Hydrophobic-barrier) 구조를 형성하게 할 수 있다. 상기 본 출원의 소수성 배리어(Hydrophobic-barrier) 구조란, 용액이 흐를 때 상대적으로 좁은 채널(260)이 소수성으로 존재하게 되는 것을 말하며, 보다 구체적으로 채널(260)이 소수성 배리어 구조를 형성함으로써 더 이상 물을 포함한 용액이 전진하지 못하고 막히는 현상이 발생하게 될 수 있다. 이를 통해 동결 건조 용액이 챔버 밖으로 무분별하게 이동되는 것을 방지하고, 상기 챔버 내부에 용이하게 위치하도록 유도할 수 있다.
구체적으로, 상기 반응 챔버(240)의 폭은 1 mm 내지 10 mm 일 수 있고, 보다 바람직하게는 1 mm 내지 3 mm 일 수 있다. 또한, 상기 반응 챔버(240)와 연결된 채널(260)의 폭은 100 μm 내지 500 μm 일 수 있고, 보다 바람직하게는 100 μm 내지 300 μm 일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 채널(260)의 폭은 상기 반응 챔버(240)의 폭의 1/30 내지 3/10에 해당할 수 있다. 이러한 채널의 작은 폭과 긴 길이를 가지는 구조로 인해 친수성을 가지는 반응 챔버에 비해 채널이 상대적으로 소수성을 가질 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따라, 상기 반응 챔버(240) 내부에 동결 건조된 시약(310)을 위치시킬 수 있으며, 본 출원의 미세유체 칩(100)의 구조를 통해 기포 발생을 처음부터 방지할 수 있다.
미세유체 칩(100) 내부에 이미 시약이 포함되어 있으므로, 시료와 시약을 따로 혼합 제조하여 유입시킬 필요가 없다. 물과 시료가 혼합된 샘플 용액만을 유입시키면 되므로, 소정의 반응을 위한 여러 과정이 간단하고 간편하게 진행될 수 있다. 또한, PCR 시약의 보존 기간을 증대시킬 수 있고, PCR 시약을 용이하게 보관할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따라, 상기 미세유체 칩(100)은 평판 형상의 제1 판(110), 상기 제1 판(110)의 상부에 수직으로 배치되어 채널(260)을 형성하는 제2 판(120), 상기 제1 판(110)과 이격하고, 제2 판(120)의 상부에 배치되어 상기 반응 챔버(240)와 상기 채널(260)을 커버하는 제3 판(130)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제3 판(130)을 관통하여 유입부(210) 및 유출부(220)가 배치하고, 상기 제1 판(110)과 제3 판(130) 사이에 제2 판을 관통하여 채널(260)이 배치되며, 상기 제1 판(110)에 반응 챔버(240)의 하면을 형성하고, 상기 제2 판(120)은 반응 챔버(240)의 측면을 형성하면서 배치될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 칩(100)이 판 형상의 적층 구조로 구현됨으로써 제조 공정이 단순해지고, 비용을 크게 낮출 수 있다. 또한, 상기 미세유체 칩(100)이 PCR 칩으로 사용될 경우, PCR 열 블록과 열 교환 면적이 넓어지는 장점이 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 칩은 다양한 재질로 구현될 수 있으나, 플라스틱 재질의 박막 형상으로 구현되는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 칩은 광 투과성 재질로 구현될 수 있고, 만약 형광(Fluorescence), 인광(Phosphorescence), 발광 (Luminescence), 라만 분광법(Raman Spectroscopy), 표면 강화 라만 산란 (Surface Enhanced Raman Scattering), 및 표면 플라스몬 공명 (Surface Plasmon Resonance)와 같은 광학 측정 기반의 실시간(real-time) PCR 용도로 사용될 경우 광 투과성 재질로 구현되는 것이 바람직하다.
본 출원의 일 실시예에 따라, 상기 제1 판(110)은 평판 형상으로 구현되고, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 칩(100)의 바닥 지지체(support) 역할을 수행할 수 있다. 그리고, 상기 미세유체 칩(100)이 PCR 칩으로 사용될 경우 상기 제1 판(110)은 상기 PCR 열 블록과 접착 또는 부착되어 PCR 열 블록으로부터 열을 공급받는 부분이 될 수 있다. 이때, 상기 제1 판(110)은 다양한 재질로 구현될 수 있으나, 바람직하게는, 폴리디메틸실옥산(polydimethylsiloxane, PDMS), 사이클로올레핀코폴리머(cycle olefin copolymer, COC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetharcylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리프로필렌카보네이트(polypropylene carbonate, PPC), 폴리에테르설폰(polyether sulfone, PES), 및 폴리에틸렌텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 재질일 수 있으며, 실시예에 따라, 제1 판(110)은 적어도 일부가 광 투과성 재질로 구현될 수 있다.
또한, 상기 설명한 바와 같이 제1 판(110) 중 반응 챔버를 형성하는 표면은 친수성 표면을 갖도록 처리될 수 있다. 이때, 친수성 물질은 다양한 물질일 수 있으나, 바람직하게는 카르복시기(-COOH), 아민기(-NH2), 히드록시기(-OH), 및 술폰기(-SH)로 구성된 군으로부터 선택되는 것일 수 있고, 친수성 물질의 처리는 당업계에 공지된 방법에 따라 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따라, 상기 제2 판(120)은 상기 제1 판(110)의 상부에 배치되는 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 칩(100)의 반응 챔버(240)의 측면과 채널(260)을 형성하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 제2 판(120)은 다양한 재질로 구현될 수 있으나, 바람직하게는, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 사이클로올레핀 코폴리머(cycloolefin copolymer, COC), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리페닐렌 에테르(polyphenylene ether, PPE), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene, POM), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK), 폴리테트라프로오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC), 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate, PBT), 불소화에틸렌프로필렌(fluorinated ethylenepropylene, FEP), 퍼플로로알콕시알칸(perfluoralkoxyalkane, PFA), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 열 가소성 수지 또는 열 경화성 수지 재질일 수 있다. 또한, 상기 제2 판(120)의 두께는 다양할 수 있으나, 0.01 ㎛ 내지 5 mm, 바람직하게는 0.01 mm 내지 5 mm에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 반응 챔버(240)의 폭과 길이는 다양할 수 있으나, 바람직하게는 상기 반응 챔버(240)의 폭은 1 mm 내지 10 mm에서 선택되고, 보다 바람직하게는 1 mm 내지 3mm에서 선택될 수 있다. 상기 반응 챔버(240)의 길이는 1 mm 내지 400 mm에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 채널(260)의 폭은 100 ㎛ 내지 500 ㎛, 보다 바람직하게는 100 ㎛ 내지 300 ㎛에서 선택될 수 있다. 상기 제2 판(120)의 내벽은 DNA, 단백질(protein) 흡착을 방지하기 위해 실란(silane) 계열, 보바인 시럼 알부민(Bovine Serum Albumin, BSA) 등의 물질로 코팅할 수 있고, 상기 물질의 처리는 당 업계에 공지된 방법에 따라 수행될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따라, 상기 제3 판(130)은 상기 제1 판(110)과 이격되고, 상기 제2 판(120)의 상부에 배치되어, 미세유체 칩(100)의 채널(260) 및 반응 챔버(240)를 커버하는 덮개 역할을 수행할 수 있다. 상기 제3 판(130)은 상기 제2 판(120)에 형성된 1 이상의 채널(260) 상의 일 영역에 형성된 유입부(210) 및 다른 일 영역에 형성된 유출부(220)를 구비할 수 있다. 그리고, 상기 미세유체 칩(100)이 PCR 칩으로 사용될 경우, 상기 제3 판(130)은 상기 PCR 열 블록과 접착 또는 부착되어 PCR 열 블록으로부터 열을 공급받는 부분이 될 수 있다. 이때, 제3 판(130)은 다양한 재질로 구현될 수 있으나, 바람직하게는, 폴리디메틸실옥산(polydimethylsiloxane, PDMS), 사이클로올레핀코폴리머(cycle olefin copolymer, COC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetharcylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리프로필렌카보네이트(polypropylene carbonate, PPC), 폴리에테르설폰(polyether sulfone, PES), 및 폴리에틸렌텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 재질일 수 있다. 또한, 상기 유입부(210) 및 유출부(220)는 별도의 커버 수단(도시되지 않음)을 구비하여, 상기 채널(260) 내에서 PCR 대상 시료 및 PCR 시약에 대한 PCR이 진행될 때 PCR 대상 시료 및 PCR 시약이 누출되는 것을 2차적으로 방지할 수 있다. 상기 커버 수단은 다양한 형상, 크기 또는 재질로서 구현될 수 있다. 또한, 상기 제3 판(130)의 두께는 다양할 수 있으나, 바람직하게는 0.1 mm 내지 2.0 mm에서 선택될 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 제3 판(130)은 적어도 일부가 광 투과성 재질로 구현될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따라, 상기 제1 판(110) 및 제3 판(130)은 상기 설명한 재질로 이루어진 필름으로 형성될 수 있다. 제1 판(110) 및 제3 판(130)을 필름으로 구현함으로써 접착 작업(bonding)을 간소화하고, 미세유체 칩(100)의 소형화 및 경량화에 도움을 줄 수 있다. 필름은 적어도 일부가 투명 또는 불투명한 재질일 수 있다.
본 출원의 또 다른 실시예에 따라, 필름은 기판의 표면에 접합될 수 있다. 구체적으로 상기 필름은 제1 판(110)의 상부 표면에 접합하는 제1 필름 및 제3 판(130)의 하부 표면에 접합하는 제2 필름으로 구성될 수 있으며, 이와 같은 제1 필름 및 제2 필름이 각각 제1 판(110)의 상부 표면 및 제2 판(120)의 하부 표면에 접합함으로써, 외부 물질에 의한 오염, 손상 등으로부터 미세유체 칩(100)을 보호하고, 이와 동시에 미세유체 칩(100)이 유체의 흐름과 유지 등의 기능을 수행하게 할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에서, 제3 판(130)과 제1 판(110) 사이에 배치된 접착부재(미도시)는 두 개의 기판 사이로 유체가 누수될 위험을 방지하고, 외부 공기를 차단하는 효과가 있다. 상기 접착부재(미도시)는 접착성을 갖는 부재로서 아크릴계, 실리콘계 또는 고무계일 수 있으나, 특별히 제한되지는 않는다. 상기 접착 부재는 유입부(210), 유출부(220) 및 채널(260)의 주변에 인접하여 배치되는 것이 밀봉력을 더 높일 수 있다.
도 1를 참조하면, 상기 미세유체 칩(100)은 내부에 유입부(210) 및 유출부(220)와 이격하여 위치한 반응 챔버(240)를 포함할 수 있다. 상기 채널(260)이 1개 이상, 2개 이상, 4~6개로 구비되면, 반응 챔버(240)도 이에 대응하여 1개 이상, 2개 이상, 4~6개로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 미세유체 칩(100)은 더미(Dummy) 챔버를 더 포함할 수 있다. 상기 더미 챔버(280)는 복수 개로 구비될 수 있고, 상기 복수 개의 더미 챔버(280) 사이에 복수 개의 반응 챔버(240)들이 병렬로 나란히 배치될 수 있다.
더미 챔버(280) 사이에 반응 챔버(240)들이 나란히 배치되기 때문에 PCR 반응 시 반응 챔버(240)들의 열을 균일하게 조절하게 되는 장점이 있다. 예를 들어 4~6개의 반응 챔버(240)가 나란히 배치되는 경우 양쪽 사이드 부에 배치된 2개의 반응 챔버(240)는 중심부에 위치한 반응 챔버(240)보다 온도가 떨어질 수 있는 문제가 있다. PCR 반응 칩의 경우 플라스틱 재료로 형성될 수 있기 때문에 양쪽 사이드 부에 배치된 2개의 반응 챔버(240)는 주변의 플라스틱의 히팅에 의해 열전달이 떨어져 중심부에 위치한 반응 챔버(240)보다 온도가 떨어질 수 있다. 그래서, PCR 반응의 효율이 중앙에 위치한 반응 챔버(240)에 비해 저해될 수 있는 문제점이 있다. 따라서, 양쪽 사이드 부에 배치된 2개의 반응 챔버(240)의 사이드에 위치한 더미 챔버(280)가 가장자리에 위치한 반응 챔버(240)들이 온도가 떨어지는 것을 방지해 주므로, 모든 반응 챔버(240)가 균일한 온도를 유지할 수 있게 하는 효과가 있다.
본 출원의 일 실시예에 따라, 기포형성 방지 미세유체 칩의 제조방법으로서, 유입부, 반응 챔버, 유출부, 및 이들을 연결하는 채널이 형성된 미세유체 칩을 제조하는 단계; 상기 반응 챔버 내부의 하면을 친수성 처리하는 단계; 상기 반응 챔버의 내부에 시약을 배치시키는 단계; 및 상기 반응 챔버와 상기 채널을 커버하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 기포형성 방지 미세유체 칩의 제조방법을 제공할 수 있다.
구체적으로, 유입부, 반응 챔버, 유출부, 및 이들을 연결하는 채널이 형성된 미세유체 칩을 제조하는 단계는, 기계적 가공을 통해 상기 유입부(210) 및 상기 유출부(220)를 형성하여 상기 제3 판(130)을 제공하는 단계; 상기 제3 판(130)의 하부면과 대응되는 크기를 갖는 판재에 상기 제3 판(130)의 유입부(210)와 대응되는 부분으로부터 상기 제3 판(130)의 유출부(220)에 대응되는 부분까지 기계적 가공을 통해 1 이상의 채널(260)을 형성하고, 반응 챔버(240)의 측면을 형성하는 제2 판(120)을 제공하는 단계; 상기 제2 판(120)의 하부 면과 대응되는 크기를 갖는 상기 반응 챔버(240)의 하면을 형성하여 제1 판(110)을 제공하는 단계; 상기 제2 판(120)의 하부 면을 상기 제1 판(110)의 상부 면에 접합 공정을 통해 접합하는 단계;를 포함하여 제조할 수 있다.
상기 제조방법은, 상기 제1 판(110)의 상부 면 또는 상기 반응 챔버(240)의 하면을 표면 처리 가공을 통해 친수성 물질로 처리하는 단계; 상기 반응 챔버의 내부에 시약을 배치시키는 단계; 및 상기 반응 챔버의 하면 부분에 친수성 처리된 상기 제1 판과 이격되도록 제2 판의 상부에 상기 제3 판을 접합시켜 배치시키는 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 배치시키는 단계에서 상기 시약은 동결 건조된 시약일 수 있다. 즉, 동결 건조된 시약을 반응 챔버에 먼저 배치시킨 후에 제3 판을 덮을 수 있다.
상기 커버하는 단계 이전 또는 이후에 상기 칩을 동결시키는 단계; 를 더 포함할 수 있다. 시약을 넣고, 칩을 동결시킨 후에 제3 판을 접합시켜 반응 챔버를 커버할 수도 있고, 시약을 넣고, 제3 판을 접합시켜 반응 챔버를 커버한 후 칩을 동결시킬 수도 있다.
결과적으로 동결 건조된 시약이 반응 챔버에 배치되어 있으면 족하고, 특별히 공정 순서나 공정 과정은 제한되지 않는다.
상기 제3 판(130)의 유입부(210) 및 유출부(220), 및 상기 제2 판(120)의 1 이상의 채널(260) 및 반응 챔버(240)는 사출성형, 핫-엠보싱(hot-embossing), 캐스팅(casting), 및 레이저 어블레이션(laser ablation)으로 구성된 군으로부터 선택되는 가공 방법에 의해 형성될 수 있다. 반응 챔버(240)의 측면을 형성하는 제2 판(120)을 제공하는 단계에서 상기 채널(260)은 상기 반응 챔버(240)의 하면보다 더 높은 위치에 형성되도록 제조할 수 있다.
또한, 상기 제1 판(110) 표면 또는 상기 반응 챔버(240)의 하면의 친수성 물질은 산소 및 아르곤 플라즈마 처리, 코로나 방전 처리, 및 계면 활성제 도포로 구성된 군으로부터 선택되는 방법에 의해 처리될 수 있고 당 업계에 공지된 방법에 따라 수행될 수 있다.
상기 제1 판(110)의 상부 면 또는 상기 반응 챔버(240)의 하면을 표면 처리 가공을 통해 친수성 물질로 구현시키는 단계는 상기 반응 챔버와 채널을 상부에서 오픈시킨 후, 상기 반응 챔버를 제외한 영역을 커버하도록 패터닝된 마스킹 필름을 덮고, 플라즈마 처리하는 단계; 및 상기 마스킹 필름을 제거하는 단계; 를 포함할 수 있다. 상기 방법을 통해 반응 챔버(240)의 하면에만 선택적으로 친수성 처리를 할 수 있다. 일 실시예로 상기 반응 챔버(240)의 하면과 물방울의 접촉각이 30도 이하가 되도록 플라즈마 처리를 할 수 있고, 이는 power 10W, 처리시간 25 내지 35초, 압력 약 0.5 Torr의 조건에서 진행될 수 있다.
또한, 상기 제3 판(130)의 하부 면과 상기 제2 판(120)의 상부 면, 및 상기 제2 판(120)의 하부 면과 상기 제1 판(110)의 상부 면은 열 접합, 초음파 융착, 용매 접합 공정에 의해 접착될 수 있고 당 업계에 공지된 방법에 따라 수행될 수 있다. 상기 제3 판(130)과 제2 판(120)사이 및 상기 제2 판(120)과 제1 판(110) 사이에는 양면 접착제 또는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지가 처리될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 샘플 용액이 유입되는 유입부;
    상기 샘플 용액에 대해 소정의 반응이 수행되는 반응 챔버;
    상기 샘플 용액이 배출되는 유출부; 및
    상기 유입부, 상기 반응 챔버 및 상기 유출부를 연결하는 채널; 을 포함하고,
    상기 반응 챔버 내부에 동결 건조된 시약을 포함하는 기포형성 방지 미세유체 칩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응 챔버는,
    상기 반응 챔버 내부의 하면에 친수성 처리를 통해 표면이 개질되어 있는 것을 특징으로 하는 기포형성 방지 미세유체 칩.
  3. 청구항 1 내지 청구항 2 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 채널은 상기 반응 챔버의 하면보다 더 높은 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 기포형성 방지 미세유체 칩.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응은 PCR 반응인 것을 특징으로 하는 기포형성 방지 미세유체 칩.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 챔버 내부의 하면과 물과의 접촉각이 30° 이하가 되도록 친수성 처리된 것을 특징으로 하는 기포형성 방지 미세유체 칩.
  6. 청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동결 건조된 시약이 상기 반응 챔버의 하부에 층을 형성하면서 배치된 것을 특징으로 하는 기포형성 방지 미세유체 칩.
  7. 청구항 2 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 채널은,
    소수성인 것을 특징으로 하는 기포형성 방지 미세유체 칩.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 채널의 폭이 상기 반응 챔버의 폭에 비해 좁은 것을 특징으로 하는 기포형성 방지 미세유체 칩.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칩은,
    복수 개의 더미 챔버를 더 포함하고,
    상기 더미 챔버 사이에 반응 챔버들이 배치된 것을 특징으로 하는 기포형성 방지 미세유체 칩.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 판;
    상기 제1 판의 상부에 수직으로 배치되는 제2 판; 및
    상기 제1 판과 이격하고, 제2 판의 상부에 배치되어 상기 반응 챔버와 상기 채널을 커버하는 제3 판; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 기포형성 방지 미세유체 칩.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제3 판을 관통하여 유입부 및 유출부가 배치되고,
    상기 제1 판과 제3 판 사이에 제2 판을 관통하여 채널이 배치되며,
    상기 제1 판에 반응 챔버의 하면을 형성하고, 상기 제2 판은 반응 챔버의 측면을 형성하면서 배치되는 것을 특징으로 하는 기포형성 방지 미세유체 칩.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 하나의 기포형성 방지 미세유체 칩의 제조방법으로서,
    유입부, 반응 챔버, 유출부, 및 이들을 연결하는 채널이 형성된 미세유체 칩을 제조하는 단계;
    상기 반응 챔버 내부의 하면을 친수성 처리하는 단계;
    상기 반응 챔버의 내부에 시약을 배치시키는 단계; 및
    상기 반응 챔버와 상기 채널을 커버하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기포형성 방지 미세유체 칩의 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 배치시키는 단계에서,
    상기 시약은 동결 건조된 시약인 것을 특징으로 하는 기포형성 방지 미세유체 칩의 제조방법.
  14. 청구항 12 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버하는 단계 이전 또는 이후에,
    상기 칩을 동결시키는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기포형성 방지 미세유체 칩의 제조방법.
  15. 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 친수성 처리하는 단계는,
    상기 반응 챔버와 채널을 상부에서 오픈시킨 후, 상기 반응 챔버를 제외한 영역을 커버하도록 패터닝된 마스킹 필름을 덮고, 플라즈마 처리하는 단계; 및
    상기 마스킹 필름을 제거하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 기포형성 방지 미세유체 칩의 제조방법.
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