KR20120056442A - A microfluidic chip for analysis of biological fluid - Google Patents
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Abstract
미세유체제어 칩이 제공된다. 미세유체제어 칩은 기판의 상면의 제 1 부분을 리세스하여 형성되며, 생체 시료가 주입되는 시료 유입부, 기판의 상면의 제 2 부분을 리세스하여 형성되며, 생체 시료와 반응하는 반응 시료가 제공된 시료 반응부, 기판의 상면의 제 3 부분을 리세스하여 형성되며, 생체 시료와 반응 시료를 배출시키는 시료 배출부, 시료 유입부와 시료 반응부를 연결하는 제 1 미세유체채널, 시료 반응부와 시료 배출부를 연결하는 제 2 미세유체채널 및 제 1 및 제 2 미세유체채널들 각각에 부착되어 시료를 유동시키는 멤브레인을 포함한다. A microfluidic control chip is provided. The microfluidic control chip is formed by recessing a first portion of the upper surface of the substrate, and is formed by recessing a second portion of the upper surface of the substrate, the sample inlet portion into which the biological sample is injected, and a reaction sample reacting with the biological sample. A sample reaction portion provided by recessing the third portion of the upper surface of the substrate, a sample discharge portion for discharging the biological sample and the reaction sample, a first microfluidic channel connecting the sample inlet portion and the sample reaction portion, and a sample reaction portion; A second microfluidic channel connecting the sample outlet and a membrane attached to each of the first and second microfluidic channels to flow the sample.
Description
본 발명은 생체 시료 분석용 미세유체제어 칩에 관한 것으로서, 생체 시료와 반응 시료 간의 반응성 및 분석 효율성이 향상된 미세유체제어 칩에 관한 것이다. The present invention relates to a microfluidic control chip for biological sample analysis, and more particularly to a microfluidic control chip having improved reactivity and analysis efficiency between a biological sample and a reaction sample.
최근 실험자의 개입을 최소화하면서 혈액 내에서 특정 질병의 바이오 마커(bio-marker) 검출 등의 생화학적 반응을 칩 상에서 일체형으로 해결하려는 랩온어칩 (Lab-on-a-chip) 형태의 미세유체제어 칩이 연구되고 있다. 또한, 혈액이나 기타 체액 내의 특정 단백질을 분석하여 질병을 진단하는 연구가 활발하게 이루어지고 있으며, 상기와 같은 특정 단백질을 측정하고 분석하기 위한 미세유체제어 기반의 바이오 칩이 연구 개발되고 있다. 나아가, 현장에서 즉각 진료가 가능하도록 실시간으로 진료 기록, 처방, 검사 결과, 투약 기록 등 임상 정보를 등록 및 조회할 수 있는 차세대 의료 기술이 개발되고 있는며, 이 중 하나로 POC(Point of care) 진단 기술이 연구되고 있다.Microfluidic control in the form of a lab-on-a-chip that integrates biochemical reactions such as bio-marker detection of a specific disease in the blood with minimal involvement by the experimenter Chips are being researched. In addition, researches for diagnosing diseases by analyzing specific proteins in blood or other body fluids have been actively conducted, and microfluidic control-based biochips for measuring and analyzing such specific proteins have been researched and developed. Furthermore, next-generation medical technologies are being developed that can register and view clinical information such as medical records, prescriptions, test results, and medication records in real time for immediate medical treatment on the spot. One of these is the point of care (POC) diagnosis. Technology is being researched.
한편, 미세유체제어 칩은 검출하고자 하는 단백질 및 세포에 특이적으로 결합할 수 있는 항체를 이용하여 샌드위치 면역반응의 형태로 이루어지는데, 상기 방법의 경우 미세유체제어가 쉽지 않고, 항원/항체간 친화도에 의해 면역반응이 비효율적으로 일어나는 등의 문제가 발생하여 정확성과 재현성이 떨어지는 문제점들을 가지고 있다.On the other hand, the microfluidic control chip is in the form of a sandwich immune response using an antibody that can specifically bind to the protein and cells to be detected. In this method, microfluidic control is not easy, and antigen / antibody affinity is achieved. Problems such as an inefficient immune response occurs by the diagram has a problem of inferior accuracy and reproducibility.
본원 발명이 해결하고자 하는 과제는 생체 시료와 반응 시료 간의 반응성 및 분석 효율성이 향상된 미세유체제어 칩을 제공하는데 있다. The problem to be solved by the present invention is to provide a microfluidic control chip with improved reactivity and analysis efficiency between the biological sample and the reaction sample.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체제어 칩은 기판의 상면의 제 1 부분을 리세스하여 형성되며, 생체 시료가 주입되는 시료 유입부, 기판의 상면의 제 2 부분을 리세스하여 형성되며, 생체 시료와 반응하는 반응 시료가 제공된 시료 반응부, 기판의 상면의 제 3 부분을 리세스하여 형성되며, 생체 시료와 반응 시료를 배출시키는 시료 배출부, 시료 유입부와 시료 반응부를 연결하는 제 1 미세유체채널, 시료 반응부와 시료 배출부를 연결하는 제 2 미세유체채널 및 제 1 및 제 2 미세유체채널들 각각에 부착되어 시료를 유동시키는 멤브레인을 포함한다. In order to achieve the above object, the microfluidic control chip according to an embodiment of the present invention is formed by recessing a first portion of an upper surface of a substrate, and includes a sample inlet through which a biological sample is injected and an upper surface of the substrate. A sample reaction part is formed by recessing two portions and is provided by recessing a third portion of the upper surface of the substrate provided with a reaction sample that reacts with the biological sample, and a sample discharge part for discharging the biological sample and the reaction sample, and a sample inflow. And a first microfluidic channel connecting the sample and the sample reaction part, a second microfluidic channel connecting the sample reaction part and the sample outlet, and a membrane attached to each of the first and second microfluidic channels to flow the sample.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체제어 칩에 따르면, 플레이트에 홈들을 형성하여 시료 유입부, 시료 반응부 및 시료 배출부를 형성하고, 시료 유입부, 시료 반응부 및 시료 배출부를 연결하는 미세유체채널들에 멤브레인을 부착함으로써 시료를 원활하게 유동시킬 수 있다.According to a microfluidic control chip according to an embodiment of the present invention, microfluids are formed by forming grooves in a plate to form a sample inlet, a sample reaction part, and a sample outlet part, and connect the sample inlet part, the sample reaction part, and the sample outlet part. The sample can be smoothly flowed by attaching a membrane to the channels.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체제어 칩을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a microfluidic control chip according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent by reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms 'comprises' and / or 'comprising' mean that the stated element, step, operation and / or element does not imply the presence of one or more other elements, steps, operations and / Or additions.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.In addition, the embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional and / or plan views, which are ideal exemplary views of the present invention. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content. Accordingly, the regions illustrated in the figures have schematic attributes, and the shape of the regions illustrated in the figures is intended to illustrate a particular form of region of the device and not to limit the scope of the invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체제어 칩은 혈액 내 단백질을 검출하는데 이용될 수 있으며, 보다 상세하게는 심혈관 질환 또는 암 등의 환자의 혈액 내에 존재하는 질병 관련 단백질 및 세포를 분석하는데 이용될 수 있다. The microfluidic control chip according to an embodiment of the present invention may be used to detect proteins in blood, and more particularly, to analyze disease-related proteins and cells present in the blood of a patient such as cardiovascular disease or cancer. Can be.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체제어 칩의 플레이트에 홈을 만들어서 간단히 제작될 수 있으며 단백질 칩, 미세 생화학 분석시스템, 미세 생화학 반응기 등의 다양한 랩온어칩에 응용될 수 있다.The microfluidic control chip according to an embodiment of the present invention can be produced simply by making a groove on the plate, and can be applied to various lab-on-a-chip such as protein chips, microbiochemical analysis systems, microbiochemical reactors, and the like.
또한, 본 발명의 실시예들에서는 특정 단백질을 검출하기 위해, 샌드위치 면역 분석법(sandwich immuno-assay)이 이용될 수 있다. In addition, in the embodiments of the present invention, sandwich immuno-assay may be used to detect a specific protein.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체제어 칩은 상에서 혈중 단백질이나 세포를 검출할 때, 유체제어를 원활하게 하고 면역 반응의 효율을 높이기 위해 플레이트에 홈들이 형성된다. 또한, 홈들은 미세유체채널을 통해 연결되며, 미세유체채널에는 멤브레인이 부착되어 유체가 홈으로 흘러가는 것이 용이할 수 있다. In the microfluidic control chip according to an embodiment of the present invention, when detecting proteins or cells in the blood, grooves are formed in the plate to facilitate fluid control and increase the efficiency of the immune response. In addition, the grooves may be connected through the microfluidic channel, and the membrane may be attached to the microfluidic channel to facilitate fluid flow into the groove.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체제어 칩을 나타내는 도면이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체제어 칩에 대해 상세히 설명한다. 1 is a view showing a microfluidic control chip according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a microfluidic control chip according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 미세유체제어 칩(100)은 하부 및 상부 플레이트들(110, 150), 시료 유입부(120), 시료 반응부(130), 시료 배출부(140), 제 1 및 제 2 미세유체채널들(125, 135)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the
미세유체제어 칩(100)은 하부 플레이트(110) 및 상부 플레이트(150)를 결합하여 제작될 수 있다. 하부 및 상부 플레이트들(110, 150)은 빛이 투과할 수 있도록 투명한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하부 및 상부 플레이트들(110, 150)은 플라스틱, 유리 또는 석영 기판일 수 있다. 또한, 하부 및 상부 플레이트들(110, 150)로 티타늄 산화물(TiO2), 탄탈륨 산화물(Ta2O5) 또는 알루미늄 산화물(Al2O3), SiN 등과 같은 고굴절률(high index of refraction)의 기판이 사용될 수 있다. 또한, 하부 및 상부 플레이트들(110, 150)은 PDMS(polydimethylsiloxane), PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), COC(cyclic Olefin copolymer), PA(polyamide), PE(polyethylene), PP(polypropylene), PPE(polyphenylene ether), PS(polystyrene), POM(polyoxymethylene), PEEK(polyetheretherketone), PTFE(polytetrafluoroethylene), PVC(polyvinylchloride), PVDF(polyvinylidene fluoride), PBT(polybutyleneterephthalate), FEP(fluorinated ethylenepropylene), PFA(perfluoralkoxyalkane) 등의 폴리머로 이루어질 수 있다. The
하부 플레이트(110)에는 시료 유입부(120), 시료 반응부(130) 및 시료 배출부(140)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 시료 유입부(120), 시료 반응부(130) 및 시료 배출부(140)는 하부 플레이트(110)에 홈들을 형성함으로써 각각 형성될 수 있다. The
이러한, 시료 유입부(120), 시료 반응부(130) 및 시료 배출부(140)는 포토 리소그래피 공정, 전자빔 리소그래피 공정, 또는 스탬프를 이용하여 나노 패턴을 전사시키는 임프린트(imprint) 공정에 의해 형성될 수 있다. 또한, 홈들을 갖는 하부 플레이트(110)는 사출 성형으로 형성될 수 있다. 일 실시예에서는, 하부 플레이트(110)에 3개의 홈들이 형성되는 것으로 설명하였으나, 홈의 개수는 검출하고자 하는 단백질의 수에 따라 더 늘어날 수 있다.The
시료 유입부(120)와 시료 반응부(130)는 제 1 미세 유체 채널(125)을 통해 연결되며, 시료 반응부(130)와 시료 배출부(140)는 제 2 미세 유체 채널(135)을 통해 연결된다. 제 1 미세유체채널(micro fluidic channel, 125)은 시료 유입부(120)에서 시료 반응부(130)로 시료를 이동시킨다. 제 2 미세유체채널(135)은 시료 반응부(130)에서 시료 배출부(140)로 시료를 이동시킨다. The
제 1 및 제 2 미세유체채널들(125, 135)은 서로 소정 간격 이격된 하부 및 상부 플레이트들(110, 150)에 의해 형성된다. 이 때, 하부 및 상부 플레이트들(110, 150) 사이의 간격(h)은 모세관력(capillarity force)이 충분히 작용할 수 있도록 조절된다. 이에 따라, 시료는 모세관력에 의해 제 1 및 제 2 미세유체채널들(125, 135)을 통과할 수 있다. 나아가, 제 1 및 제 2 미세유체채널들(125, 135)에는 멤브레인(127, 137)이 부착되어 생체 시료와 같은 유체의 흐름을 원활히 할 수 있다. 멤브레인(127, 137)은 시료 유입부(120) 또는 시료 반응부(130)의 시료를 시료 반응부(130) 또는 시료 배출부(140)로 유동시킬 수 있다. The first and second
멤브레인(127, 137)은 예를 들어, NC(nitrocellulose) 멤브레인, 나일론 또는 정렬된 나노 튜브(aligned nanotube)가 이용될 수 있다. 그리고, 멤브레인(127, 137)은 미세 구멍들이 형성되어 시료 반응부(130)의 프로브 물질들과 면역 반응하는 단백질들만을 통과시키는 마이크로 종이 필터(micro paper filter)일 수 있다. 마이크로 종이 필터는 체액에 포함된 단백질들의 크기 시료 유입부(120)로 유입되는 체액의 양에 따라 마이크로 종이 필터의 두께 및 미세 구멍의 크기들이 달라질 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(127, 137)은 수십 ~ 수백 ㎛의 두께와 포어 크기(pore size)를 가질 수 있다.
제 1 및 제 2 미세유체채널들(125, 135)에 멤브레인(127, 137)을 부착함에 따라, 제 1 및 제 2 미세유체채널들(125, 135)에서 모세관력이 약하더라도 시료가 멤브레인(127, 137)을 따라 흐를 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 미세유체채널들(125, 135)은 시료가 원활히 이동될 수 있도록 친수성 표면 처리될 수도 있다.As the
본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체제어 칩(100)에서, 시료 유입부(110)에 주입되는 시료는 생체로부터 얻어진 체액일 수 있다. 체액은 예를 들어, 혈액, 소변 및 타액 등일 수 있으며, 체액에는 검출하고자 하는 타겟 물질뿐만 아니라, 감지(probe) 물질들과 결합하지 않는 비특이성(nonspecific) 분자들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 체액은 수 많은 타겟 물질들을 포함할 수 있으며, 타겟 물질들 중 진단 대상이 되는 특정 타겟 물질을 정확하고 신속하게 검출하기 위해, 체액으로부터 불필요한 타겟 물질들을 제거하는 과정이 필요하다. 예를 들어, 혈액은 수많은 혈구 및 혈장들을 포함하며, 지방, 대사산물, 수분, 효소, 항원, 항체 및 각종 세포와 같은 단백질 성분을 포함한다. 그리고, 검출하고자 하는 특정 타겟 물질은 주로 혈장에 존재한다. 즉, 타겟 물질은 예를 들어, 단백질, 핵산, 바이러스, 세포, 유기 분자 및 무기 분자들을 포함하며, 단백질 분자의 경우, 항원, 항체, 기질 단백질, 효소, 조효소 등 어떠한 바이오 분자라도 가능하다. 그리고 핵산의 경우, DNA, RNA, PNA, LNA 또는 그들의 혼성체일 수 있다.In the
시료가 유입되는 시료 유입부(110)에는 형광체로 표지된 단백질들이 제공될 수 있다. 시료 유입부(120)에서, 항원에 대한 형광 물질 표지는 라벨링 키트를 이용할 수 있다.The
시료 반응부(130)에는 진단하고자 하는 질병 또는 증상이 갖는 특정 타겟 물질들(예를 들어, 항원)과 반응 또는 결합하는 감지(probe) 물질들(예를 들어, 항체)이 고정화(immobilization)된다. 감지 물질들은, 검출하고자 하는 타겟(target) 물질에 따라 단백질, 세포, 바이러스, 핵산, 유기 분자 또는 무기 분자일 수 있으며, 단백질의 경우, 항원, 항체, 기질 단백질, 효소, 조효소 등 어떠한 타겟 물질이라도 가능하다. 그리고 핵산의 경우, DNA, RNA, PNA, LNA 또는 그들의 혼성체일 수 있다. 그리고, 감지 물질들은 시료 반응부(130)에 직접 혹은 중간 매개체 분자로서 유기 분자를 사용하여 고정될 수 있다. 또한, 시료 반응부(130)에 활성기가 유도될 수 있으며, 예를 들어, 금 나노 입자들의 표면에, 카르복실기(-COOH), 티올기(-SH), 수산기(-OH), 실란기, 아민기 또는 에폭시기와 같은 활성기들이 유도될 수 있다. The
또한, 시료 반응부(130)에는, O2 플라즈마 처리 후 3-Aminopropyltriethyoxysilane(APTES)로 아민기를 도입하고, N-(ε-Maleimidocaproyloxy)Sulfosuccinimide Ester(Sulfo-EMCS)를 매개로 하여 항체를 고정화할 수 있다. 상기 형광 물질 표지나 항체의 고정은 그 설명을 위해 간단히 기술하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.In addition, after the O 2 plasma treatment, the
시료 배출부(140)에는 세척 용액이 저장될 수 있으며, 시료 유임부(120) 및 시료 반응부(130)보다 보다 깊고 넓게 형성될 수 있다. The
미세유체제어 칩(100)에서 시료 분석이 끝난 후에는 PBS 등의 세척 용액을 공급하여, 시료 유입부(120), 시료 반응부(130) 및 시료 배출부(140) 및 제 1 및 제 2 미세유체채널들(125, 135)을 세척한다. 세척 후, 시료 반응부(130)에서 면역 반응의 결과를 형광 신호로 측정할 수 있다. 즉, 항체 또는 항원에 표지된 형광체(fluorophore)의 흡수파장(absorption wavelength)을 갖는 입사광을 바이오 물질들을 포함하는 시료(sample)에 조사할 때, 형광체로부터 발생되는 형광을 이용하여 특정 단백질을 검출 및 분석할 수 있다.After the sample analysis is completed in the
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention belongs may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. You will understand that. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and not restrictive in every respect.
Claims (1)
상기 기판 상면의 제 2 부분을 리세스하여 형성되며, 상기 생체 시료와 반응하는 반응 시료가 제공된 시료 반응부;
상기 기판 상면의 제 3 부분을 리세스하여 형성되며, 상기 생체 시료와 상기 반응 시료를 배출시키는 시료 배출부;
상기 시료 유입부와 상기 시료 반응부를 연결하는 제 1 미세유체채널;
상기 시료 반응부와 상기 시료 배출부를 연결하는 제 2 미세유체채널; 및
상기 제 1 및 제 2 미세유체채널들 각각에 부착되어, 시료를 유동시키는 멤브레인을 포함하는 미세유체제어 칩.
A sample inlet formed by recessing a first portion of an upper surface of the substrate, into which a biological sample is injected;
A sample reaction part formed by recessing a second portion of the upper surface of the substrate and provided with a reaction sample reacting with the biological sample;
A sample discharge part formed by recessing a third portion of the upper surface of the substrate and discharging the biological sample and the reaction sample;
A first microfluidic channel connecting the sample inlet and the sample reaction part;
A second microfluidic channel connecting the sample reaction part and the sample discharge part; And
And a membrane attached to each of the first and second microfluidic channels to flow a sample.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20101125 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |