JP7458098B2 - 流体分析用チップ - Google Patents

Description

本発明は，流体分析用チップに係り，より詳細には，ＯＣＡフィルムを用いて上板と下板とを接合させて簡単な構造で製造することができ，内部高さと形状を様々な要求に合わせて精密に制御して適用可能であり，従来よりも接合力が増加して信頼性を向上させることができる流体分析用チップに関する。

一般に，流体試料の分析は，化学及びバイオテクノロジー分野の他にも，患者から採取した血液，体液の分析による診断分野などで広範囲に用いられている。近年，このような流体試料の分析をより簡便かつ効率的に行うために，小型化された様々な種類の分析及び診断装備及び技術が開発されている。

特に，Lab-on-a-chip技術は，試料の分離，精製，混合，標識化，分析及び洗浄など，実験室で行われる様々な実験過程を，微小流体力学技術などを利用して小さいサイズのチップ上で実現する技術をいう。Lab-on-a-chipの設計には，微小流体力学（micro-fluidics），微小流体操作システム（micro-LHS）関連技術が主に用いられる。また，微小流体力学及び微小流体操作システムを実現するチップ構造物を製作するにあたり，半導体回路設計技術を利用して微小チャネルをチップの内部に形成させたチップが市販されている。

このようなLab-on-a-chip技術に関連して，ＤＮＡ抽出から解析までのプロセスをチップ上で一度に実施することができる，携帯可能な個人識別用ＤＮＡ解析装置まで開発されているなど，産業各分野でその活用が盛んに行われている。

また，体外診断（In vitro diagnostics）分野においても，病院や研究室で行われる血液，体液などの複雑な精密検査を現場で個人が直接容易に行うことができる携帯用診断ツール，すなわちＰＯＣＴ（point of care testing）分野に関する研究も盛んに行われている。

ＰＯＣＴは，救急室，手術室又は一般家庭などの診療現場で簡便に病気を診断することができる現場診断技術をいい，高齢化及び福祉社会に備えて，その必要性と需要が増え続ける分野でもある。現在は，血糖測定用診断ツールが市場の主流を占めているが，ＰＯＣＴに対する実質的な要求が増大しつつ，乳酸，コレステロール，尿素及び感染性病原菌などの様々な生体物質を分析する診断ツールに対する需要も急速に増加している傾向である。

このような分析又は診断技術は，一般に，各種流体試料をチップの内部に形成された微小チャネルを介して移動させながら，流体とチップの内部に固定化された抗体タンパク質又はその他の各種試料との反応の有無を様々な探知方法で検出し，分析することにより行われる。したがって，微小チャネルが形成されたチップの内部を移動する流体の動きを制御することは，小型化チップを用いて迅速かつ正確な分析結果を得る上で最も核心的な技術要素である。

チップの内部に形成された微小チャネルを介して流体が移動するようにするための駆動力を提供するため，小型モータを使用するか，或いは毛細管現象を利用した方法が用いられている。毛細管力を主な駆動力として用いるチップの場合には，チャネルを介して流れる流体は不規則で不均一な移動パターンを有する。特に，チャネルの極端に低くなる或いは狭くなる場合に多く観察される。このような現象は，チャネルの上下内壁又は左右内壁と流体との相互作用が互いに異なるために発生し，これは，流体試料に微量存在する分析対象物質の検出及び分析に大きな障害要因となる。

また，数十マイクロ未満サイズの微小な閉鎖チャネルを製造する際に，チャネルの角部分を損失なく一定に加工することは容易ではなく，これは，量産の際に規格や品質管理などに問題を引き起こすおそれがある。又は，このようなチャネル構造の微小誤差は，流体の流れを妨げて一貫性のない分析結果をもたらすおそれがある。

かかる問題点を解決するために，２００７年７月２３日付で出願された韓国特許出願第１０－２００７－００７３６５９号では，チャネルの一対の内壁にチャネルよりもさらに深く陥没した拡張部を隣接させることにより，チャネルを通過する流体が他の一対の内壁とのみ相互作用するようにする技術を提示している（当社の韓国特許第１０－０８７８２２９号参照）。

ウォールフリーチャネル（wall-free channel）は，チャネルを通過する流体の移動パターンが均一に形成されるので，気泡の発生が減少し，再延性が確保されるうえ，流体中に存在する分析象物質から信号検出を容易に行うことができる。また，微小なサイズのチャネルを基板に実現するにあたり，チャネルの各角部分の損失や変形のおそれなく製作することができるので，製品の量産及び品質管理が容易である（当社の韓国特許第１０－０９００５１１号を参照）。

一方，前述したＰＯＣＴ用又はLab-on-a-chip用に用いられる流体分析用チップは，ポリカーボネート（ＰＣ），ポリスチレン（ＰＳ），ポリプロピレン（ＰＰ），ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエチレン誘導体（ＰＥ derivatives），ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ），又はアクリル系のプラスチック種類の材質からなり，使い捨てに使用される。

一般に，流体分析用チップは，上板と下板とを接合して製造されるが，接合された上板と下板との間に，試料が流動して反応する所定の高さの微小チャネルと様々な微小構造物が備えられる。

ところが，このような従来の流体分析用チップは，上板と下板との接合面にボンディング物質である有機溶媒を注入することができるように注入孔を作らなければならず，有機溶媒の拡散が可能な追加のチャネルを製造しなければならないので，構造が複雑であり，加工の際に発生する公差によって組立完成度が低下するという問題点がある。

また，有機溶媒の拡散が不均一である場合，精密な内部高さの実現が難しく，実質接合面の減少により接合力が低下して安定的な製品信頼性を確保することが難しいという問題点がある。

また，分析対象である検体の組成物的特性によりプレートとの接触角が低い場合には，ウォールフリーチャネルで漏水が発生する可能性があるため，様々なチャネル高さを実現して，それぞれの特性に合う流体分析用チップを製造して適用しなければならないが，従来の有機溶剤接合チップでは，このように多様に設計変更して適用することが容易ではない。

したがって，かかる問題点を解決することにより，ＯＣＡフィルムを用いて上板と下板とを接合させて簡単な構造で製造することができ，内部高さと形状を様々な要求に合わせて精密に制御して適用可能であり，従来よりも接合力が増加して信頼性を向上させることができる流体分析用チップの必要性が台頭している。

本発明の実施形態は，有機溶媒の注入及び拡散のための複雑な構造物を除去し，ＯＣＡフィルムを用いて簡単な構造で流体分析用チップを接合させようとする。

また，流体分析用チップの内部微小チャネルの高さを様々な要求に合わせて精密に制御して適用することにより，分析の正確性を高めようとする。

また，従来よりも広い面積の接合面の接合を介して強い接合力を実現することにより，製品の信頼性を確保しようとする。

また，流体注入の際に発生する静水圧を，流体貯蔵部を介して解消することにより，流体の流動流速を制御し，サンプルバッファと均一な速度で反応させようとする。

また，微小チャネル上で毛細管力と抵抗の比が注入初期に非常に大きいため，流体の速度が非常に大きい状態から始まり，流体の濡れた長さが増加するにつれて急激に減少する現象を防止することにより，安定的な流体駆動を実現しようとする。

また，分析検体の組成物の特性上，プレートとの接触角が低い場合，ウォールフリーチャネル側で発生するおそれのある漏水現象を防止しようとする。

また，上板と下板の構造変化なしにＯＣＡフィルムの形状と厚さを変更するだけでチャネルの高さと形状を変えることができるようにすることにより，少ない費用で製品の変更が可能であり，適用対象に合わせた設計自由度を確保しようとする。

本発明の一態様によれば，第１プレート；前記第１プレートと接合する第２プレート；前記第１プレートと前記第２プレートとの間に介在して前記第１プレートと前記第２プレートとを接合させるＯＣＡフィルム（Optically clear adhesive film）；及び前記第１プレートと前記第２プレートとの間に一定空間を持つように形成され，分析対象流体が投入されて流動する微小チャネル部と，を含み，前記微小チャネル部の少なくとも一部の形状と高さは，前記ＯＣＡフィルムの形状と厚さによって決定されることを特徴とする，流体分析用チップが提供できる。

前記微小チャネル部は，少なくとも一部が，側壁が開放された（wall-free）構造で構成されることができる。

前記ＯＣＡフィルムは，前記第１プレート及び前記第２プレートと接触して結合させる接合部と，前記接合部の内側に貫通形成され，前記微小チャネル部の少なくとも一部の形状を決定するチャネル形成部と，を含んでなることができる。

前記微小チャネル部は，前記流体が注入されて一時的に収容される前処理部と，前記前処理部に収容された流体が移動して抗原－抗体反応が行われるチャネル部と，前記チャネル部を通過した残留流体が収容されるウォッシング部と，を含んでなることができる。

前記前処理部は，前記流体が注入される検体注入部と，前記検体注入部よりも高く形成されて段差を有する第１バッファ部と，を含んでなることができる。

前記前処理部は，前記検体注入部から分岐し，前記第１バッファ部よりも低い高さで形成されて前記流体が先に充填される流体貯蔵部をさらに含むことができる。

前記流体貯蔵部の高さは，前記ＯＣＡフィルムの厚さによって決定されることができる。

前記流体貯蔵部の形状は，前記チャネル形成部の形状によって決定されることができる。

前記流体貯蔵部は，前記検体注入部から分岐して一定長さ延長された後，前記チャネル部の方向に一定長さ延設されることができる。

前記流体貯蔵部は，端部に形成される流体貯蔵部貫通孔を含んでなることができる。

前記流体貯蔵部は，分岐する方向に突出するマージン部を含んでなることができる。

前記前処理部は，前記第１バッファ部よりも小さい体積を有するように第１バッファ部と一定間隔離隔して設けられる第２バッファ部と，前記流体内の分析対象物質が識別物質と反応するように前記第１バッファ部と前記第２バッファ部との間に設けられる第１コンジュゲート部と，をさらに含んでなることができる。

本発明による流体分析用チップは，前記第１コンジュゲート部と前記第２バッファ部の両側部に形成される漏水防止孔をさらに含んでなることができる。

前記第１コンジュゲート部は，多数のフィラーを含んでなることができる。

前記ＯＣＡフィルムの厚さを変更することにより，前記微小チャネル部の高さを変更することができる。

前記ＯＣＡフィルムの積層される数を変更することにより，前記微小チャネル部の高さを変更することができる。

互いに同一の厚さ又は互いに異なる厚さを有する前記ＯＣＡフィルムを組み合わせて積層することにより，前記微小チャネル部の高さを変更することができる。

本発明の実施形態は，有機溶媒の注入及び拡散のための複雑な構造物を除去し，ＯＣＡフィルムを用いて簡単な構造で流体分析用チップを接合させることができる。

また，流体分析用チップの内部微小チャネルの高さを様々な要求に合わせて精密に制御して適用することにより，分析の正確性を高めることができる。

また，従来よりも広い面積の接合面の接合を介して強い接合力を実現することにより，製品の信頼性を確保することができる。

また，流体注入の際に発生する静水圧を，流体貯蔵部を介して解消することにより，流体の流速を制御し，サンプルバッファと均一な速度で反応させることができる。

また，微小チャネル上で毛細管力と抵抗の比が注入初期に非常に大きいため，流体の速度が非常に大きい状態から始まり，流体の濡れた長さが増加するにつれて急激に減少する現象を防止することにより，安定的な流体駆動を実現することができる。

また，分析検体の組成物の特性上，プレートとの接触角が低い場合，ウォールフリーチャネル側で発生するおそれのある漏水現象を防止することができる。

また，上板と下板の構造変化なしにＯＣＡフィルムの形状と厚さを変更するだけでチャネルの高さと形状を変えることができるようにすることにより，少ない費用で製品変更が可能であり，適用対象に合わせた設計自由度を確保することができる。

本発明の一実施形態による流体分析用チップの分解斜視図である。 本発明の一実施形態による流体分析用チップの第１プレートとＯＣＡフィルムとが接合された状態を下部から見た平面図である。 本発明の一実施形態による流体分析用チップのＯＣＡフィルムを示す平面図である。 本発明の一実施形態による流体分析用チップの微小チャネル部の段差構造を示す構成図である。 本発明の一実施形態による流体分析用チップのＯＣＡフィルムの厚さ変更によって微小チャネル部の高さが変更される例を示す部分断面図である。 本発明の一実施形態による流体分析用チップの流体貯蔵部が除去された変形例を示す平面図である。 本発明の一実施形態による流体分析用チップの第１バッファ部と第１コンジュケート部とを連結するチャネルが変形適用された状態を示す平面図である。 本発明の一実施形態による流体分析用チップの流体貯蔵部にマージン部が追加された変形例を示す平面図である。 本発明の一実施形態による流体分析用チップの時間経過に伴う流体駆動状態を撮影した画像である。 従来の有機溶剤接合流体分析用チップに３次蒸留水を注入した後，チャネルの漏水有無を観察した画像である。 従来の有機溶剤接合流体分析用チップにVitamin D溶液を注入した後，チャネルの漏水有無を観察した画像である。 本発明による流体分析用チップにVitamin D溶液を注入した後，チャネルの漏水有無を観察した画像である。

以下，添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。しかし，本発明は，ここで説明される実施形態に限定されず，他の形態で具体化されてもよい。むしろ，ここで紹介される実施形態は，開示された内容が徹底かつ完全となるように，かつ当業者に本発明の思想が十分に伝達されるようにするために提供されるものである。明細書全体にわたって，同一の参照番号は同一の構成要素を示す。

図１は，本発明の一実施形態による流体分析用チップの分解斜視図，図２は，本発明の一実施形態による流体分析用チップの第１プレートとＯＣＡフィルムとが接合された状態を下方から見た平面図，図３は，本発明の一実施形態による流体分析用チップのＯＣＡフィルムを示す平面図，図４は，本発明の一実施形態による流体分析用チップの微小チャネル部の段差構造を示す構成図，図５は，本発明の一実施形態による流体分析用チップのＯＣＡフィルムの厚さ変更によって微小チャネル部の高さが変更される例を示す部分断面図である。

図１乃至図５を参照すると，本発明の一実施形態による流体分析用チップ１０は，大きく，第１プレート１００；前記第１プレート１００と接合する第２プレート２００；前記第１プレート１００と前記第２プレート２００との間に介在して前記第１プレート１００と前記第２プレート２００とを接合するＯＣＡ（optically clear adhesive）フィルム；及び前記第１プレート１００と前記第２プレート２００との間に一定空間を持つように形成され，分析対象流体が投入されて流動する微小チャネル部１０１；を含むことができる。

また，前記微小チャネル部１０１の少なくとも一部の形状と高さは，前記ＯＣＡフィルム３００の形状と厚さによって決定されることができる。

前記第１プレート１００と前記第２プレート２００は，前記ＯＣＡフィルム３００によって接合して流体分析用チップ１０の外形をなし，それらの間に流体が投入されて流動し，特定の部分で所望の抗原－抗体反応が起こり得るように微小空間からなる微小チャネル部１０１が形成される。

前記ＯＣＡフィルム（optically clear adhesive film）３００は，光学用接着素材であって，透明な両面テープタイプからなる。光学用接着素材は，ＯＣＡ以外にも，ＯＣＲ（optically clear resin）又はＬＯＣＡ（liquid optically clear adhesive）と呼ばれる透明な液体タイプの光学用接着剤があるが，本実施例では，光学用液体タイプの接着剤の代わりにＯＣＡフィルム３００を適用する。

ここで，optically clearという用語は，素材自体の透過度が９０％以上になることを意味するものであり，非常に透明な状態を指す。光学用接着素材として使われる高分子は，アクリル（acryl）系，シリコーン（silicone）系，ウレタン（urethane）系などがあるが，非常に優れた透明性を有しながら設計が容易であり，ＵＶ（ultraviolet）による高速硬化が可能であるうえ，経済面でも利点を持つアクリル系高分子が最も多く使われる。

従来は，接合剤として有機溶剤などの液状タイプの接着剤が適用されたが，この場合，液状の接着剤を注入するための注入孔と共に注入された接着剤を接合面に拡散させるために微小な拡散チャネルを別途設けなければならないので，加工が難しく，加工費用も増加し，接着面積が小さいため，接着力も相対的に小さいという問題点があった。

しかし，本発明では，接合剤としてＯＣＡフィルム３００を適用するため，精密加工が必要な接合に関連する構造物を除去することにより簡単な構造で接合を行うことができ，このような精密加工中に発生しうる公差を除去することができ，従来よりも広い面積の接合によって接合力を増加させることにより，製品の安定性と信頼性を確保することができるという利点がある。

前記ＯＣＡフィルム３００は，図３に示すように，前記第１プレート１００及び第２プレート２００と接触して結合させる接合部３１０と，前記接合部３１０の内側に貫通形成され，前記微小チャネル部１０１の少なくとも一部の形状を決定するチャネル形成部３２０と，を含んでなることができる。

上述したように，前記ＯＣＡフィルム３００の接合部３１０は，両面テープのように上下両面が接着性を帯びるため，それぞれ第１プレート１００及び第２プレート２００と接触して接合させる役割を果たす。

また，前記接合部３１０の内側には，微小チャネル部１０１の形状と同一又は類似の形状を有するようにチャネル形成部３２０が貫通形成されることができる。ここで，前記チャネル形成部３２０が微小チャネル部１０１の形状を決定するというのは，チャネル形成部３２０の厚さ方向の壁が微小チャネル部１０１の側壁を成すことを意味する。

すなわち，前記ＯＣＡフィルム３００は，第１プレート１００と第２プレート２００とを接合させる役割だけでなく，第１プレート１００と第２プレート２００との間に形成される微小チャネルの一部又は全ての側壁を形成する役割を果たすことにより，微小チャネル部１０１の形状を決定する。

前記ＯＣＡフィルム３００は，前記微小チャネル部１０１の形状だけでなく，チャネルの高さも決定することができる。図５に示すように，前記ＯＣＡフィルム３００の厚さのみを変更することにより，前記微小チャネル部１０１のチャネル高さを容易に調節することができる。すなわち，図５（ａ）に示すように，ＯＣＡフィルム３００の厚さを薄くすると，それにより微小チャネル部１０１の高さは小さくなる。そして，図５（ｂ）に示すように，ＯＣＡフィルム３００の厚さを大きくすると，それにより微小チャネル部１０１の高さは大きくなる。

また，前記ＯＣＡフィルム３００の積層される数を変更することにより，前記微小チャネル部１０１の高さを変更することができる。このとき，互いに同一の厚さ又は互いに異なる厚さを有する前記ＯＣＡフィルム３００を組み合わせて積層することにより，前記微小チャネル部１０１の高さを変更することができる。

例えば，１００μmのチャネル高さが設計目標である場合，厚さ１００μmのＯＣＡフィルム３００を適用して高さを実現することができ，それぞれ厚さ５０μmのＯＣＡフィルム３００を２つ積層して実現することも可能である。その他にも，４０μmの２つと２０μmの１つとを組み合わせて所望の設計高さを実現することも可能である。

このように，ＯＣＡフィルム３００を接合剤として適用することにより，微小チャネルの複雑な形状を簡単に所望のとおりに容易に設計適用することができ，特に微小チャネルの安定的な駆動に関連するチャネル高さを所望のとおりに容易に実現することができるという利点がある。

一方，前記微小チャネル部１０１は，前記流体が注入されて一時的に収容される前処理部１１０と，前記前処理部１１０に収容された流体が移動して抗原－抗体反応が行われるチャネル部１２０と，前記チャネル部１２０を通過した残留流体が収容されるウォッシング部１３０と，を含んでなることができる。

前記前処理部１１０は，検体注入口１１０ｂを介して注入された流体がチャネル部１２０側に円滑に移動することができるように設けられるものであり，検体注入口１１０ｂに隣接して設けられる検体注入部１１０ａと，検体注入部１１０ａに対して段差を持つように設けられ，流体が収容される第１バッファ部１１１と，を含んでなることができる。図４に示すように，前記第１バッファ部１１１は，前記検体注入部１１０ａよりも高く形成されるように段差を有し，流体がチャネル部１２０側へ速い速度で流れないようにバッファとして機能する。

ここで，前記前処理部１１０は，前記検体注入部１１０ａから分岐し，前記第１バッファ部１１１よりも低い高さで形成され，前記流体が先に充填される流体貯蔵部１１９をさらに含んでなることができる。

前記流体貯蔵部１１９は，流体が注入されたとき，第１バッファ部１１１よりも相対的に高さが低い流体貯蔵部１１９側に流体が先に充填され，その後，第１バッファ部１１１に充填された後，チャネル部１２０側へ流れるようにする。このように流体貯蔵部１１９をさらに設計することにより，流体の流速をより緩やかに調節することができ，チャネル部１２０での抗原－抗体反応がうまく行われるようにすることができる。

例えば，本実施形態において，前記検体注入部１１０ａの高さは１２０μm，流体貯蔵部１１９の高さは３００μm，第１バッファ部１１１の高さは７００μmであって，流体が注入されると，流体貯蔵部１１９側に流体が先に充填され，その後，第１バッファ部１１１へ流れるのである。

従来のチップの場合は，検体注入口に流体が連続的に流入する方式であり，この過程で静水圧による駆動力が発生して第１バッファ部の容積を超えることにより効果的にバッファリングできないという問題があった。

しかし，本発明による流体分析用チップ１０は，流体の注入時に流体貯蔵部１１９に流体が完全に注入されて静水圧を最小化することができるため，静水圧が十分に除去された状態で毛細管力（capillary force）のみで流体の速度が制御されるので，安定的な流体駆動が可能である。そして，流体貯蔵部１１９に注入された流体は，静水圧が最小化された状態でサンプルバッファ（sample buffer）と均一な速度で反応することにより反応性効率が増加するという利点がある。

ここで，前記流体貯蔵部１１９の高さは，前記ＯＣＡフィルム３００の厚さによって決定され，前記流体貯蔵部１１９の形状は，前記チャネル形成部３２０の形状によって決定されることができる。すなわち，前記チャネル形成部３２０の外形をなす側壁が前記流体貯蔵部１１９の側壁をなすのである。したがって，ＯＣＡフィルム３００の厚さを変更することにより，流体貯蔵部１１９の高さを容易に変更可能であり，流体貯蔵部１１９に対応する部分のチャネル形成部３２０の形状を変更することにより流体貯蔵部１１９の形状は自由に変更可能である。

本実施形態において，前記流体貯蔵部１１９は，前記検体注入部１１０ａから分岐して一定長さ延長された後，前記チャネル部１２０の方向に一定長延設されることができる。このように流体貯蔵部１１９を形成することにより，空間活用度を高めることができ，流体貯蔵部１１９の容積を相対的に大きく形成することができる。また，流体貯蔵部１１９に貯蔵される流体がチャネル部１２０の方向に流れてから再び抜け出すときは，逆方向に流れて検体注入部１１０ａを介して第１バッファ部１１１とチャネル部１２０側へ流れるので，より緩やかに流体駆動速度を調節することができるという利点がある。

ここで，前記流体貯蔵部１１９は，端部に形成された流体貯蔵部貫通孔１１９ａを含んでなることができる。前記流体貯蔵部貫通孔１１９ａは，流体に混入した空気を排出し，流体が流体貯蔵部１１９の端部まで流れて十分に充填されるようにする役割を果たす。

前述したように，注入された流体は，前記流体貯蔵部１１９に先に充填され，その後に第１バッファ部１１１に充填された後，チャネル部１２０側に流れる。

ここで，前記前処理部１１０は，第１バッファ部１１１を経て移動した流体内の分析対象物質が識別物質と反応するように設けられる第１コンジュゲート部１１２と，第１バッファ部１１１から一定間隔離隔し，第１バッファ部１１１よりも小さい体積を持つように設けられる第２バッファ部１１４と，をさらに含んでなることができる。

そして，本実施形態において，前記第１バッファ部１１１と前記第１コンジュゲート部１１２とを連結する連結チャネル１１３が備えられ，前記前処理部１１０の中で検体注入部１１０ａ，流体貯蔵部１１９，第１バッファ部１１１及び連結チャネル１１３までＯＣＡフィルム３００が側壁を形成してガイドする。

前述したように，前記検体注入部１１０ａ，第１バッファ部１１１，連結チャネル１１３，第１コンジュゲート部１１２，及び第２バッファ部１１４は，それぞれ第１プレート１００と第２プレート２００とが相互結合されて生成されるチャンバである微小チャネル部１０１の一部を成し，より具体的には，微小チャネル部１０１の前処理部１１０を形成する。

そして，検体注入部１１０ａは，検体注入口１１０ｂを介して注入された流体が一時的に貯蔵された後，流体貯蔵部１１９及び第１バッファ部１１１側へ移動することができるように設けられる構成であり，上面から下方向に突設される多数の注入部フィラー１１０ｃを備える。ここで，上面とは，微小チャネル部１０１を基準に定義されるものであり，第１プレート１００の下面を意味する。このような上面に関連する定義は，以下においても同様に適用される。

前記注入部フィラー１１０ｃは，検体注入口１１０ｂに隣接した位置で検体注入部１１０ａの上面から突出するように相互一定間隔離隔して多数個が設けられる構成である。注入部フィラー１１０ｃは，検体注入口１１０ｂ側に隣接した部分の表面積を増加させることにより，検体注入口１１０ｂを介して注入される流体と，検体注入口１１０ｂの下側に塗布されたサンプルバッファとのミキシング効果を増加させる。

前記第１バッファ部１１１は，前述したように，検体注入部１１０ａを介して流体貯蔵部１１９に流れ込んで一時貯蔵された流体がさらに流れ出たとき，一時的に収容されることにより流体の一定量を貯蔵して，チャネル部１２０に流入する流体の量を調節する構成である。

前記第１バッファ部１１１には，側壁に沿って移動する流体の流速を遅延させ，流体に発生しうるバブル（bubble）を抑制する一対の第１バッファ部貫通孔１１１ａが形成される。図２に示すように，第１バッファ部貫通孔１１１ａは，第１バッファ部１１１の上面の左右側をそれぞれ貫通するように一対が形成されることができる。

前記流体貯蔵部１１９から流れ出て検体注入部１１０ａを介して第１バッファ部１１１側へ移動する流体のプロファイルは，第１バッファ部１１１の中央領域に向かってフロントヘッド（front head）を有するように流入することが好ましい。すなわち，検体注入部１１０ａから第１バッファ部１１１側へ移動する流体の両端部は，ＯＣＡフィルム３００が形成する側壁に沿って移動するが，このように壁面に沿って移動する流体両端部の流速を遅延させることにより，流体のプロファイルが第１バッファ部１１１の中央領域に向かってフロントヘッドを有するように再調整する必要性が生じる。このとき，第１バッファ部貫通孔１１１ａは，外部から流入する空気によって側壁に沿って移動する流体両端部の流速を遅延させることにより，上記の目的を達成することができるようにする。

さらに，本発明による流体分析用チップ１０は，外部動力の提供なしに構造的特徴による毛細管力によって流体が移動するが，このように外部動力なしに一定空間を流体が満たすと，閉鎖された構造物の角部分に気泡が発生する可能性があり，気泡は，流体が貯蔵できる体積を減少させるだけでなく，流体の流れを妨害する。第１バッファ部貫通孔１１１ａは，このような気泡の発生を抑制するとともに，気泡が発生しても，外部からの流入空気によって発生した気泡を除去する役割を果たす。

図２に示すように，前記第１バッファ部１１１は，上面から下方向に突出する多数の第１バッファ部フィラー１１１ｂをさらに含む。第１バッファ部フィラー１１１ｂは，第１バッファ部１１１の上面から下方向に突出するように相互一定間隔離隔して多数個が設けられる構成である。第１バッファ部フィラー１１１ｂは，第１バッファ部１１１の表面積を増加させることにより，流体とサンプルバッファとのミキシング効果を増加させ，第１バッファ部１１１から第１コンジュゲート部１１２側へ移動する流体の流動に方向性を与えることにより，流体の効果的な流動を図る役割を果たす。

前記第１コンジュゲート部１１２は，第１バッファ部１１１を経て移動した流体中の分析対象物質が識別物質と反応するように設けられる部分である。検体注入口１１０ｂを介して注入された流体中の分析対象物質は，反応がよく起こり得る環境が造成されるように検体注入口１１０ｂが形成された位置に対応する箇所の第２プレート２００の上面に塗布されるサンプルバッファと一次的に反応し，第１コンジュゲート部１１２を経て，第２プレート２００の上面に塗布された識別物質と反応する。

前記第１コンジュゲート部１１２の上面には，多数の第１コンジュゲート部フィラー１１２ａが備えられ，流体中の分析対象物質と識別物質とのミキシング効果を増大させることができる。

一方，第１コンジュゲート部１１２は，一端部の上面から相互対称となるようにそれぞれ突出して設けられる一対の第１コンジュゲート部トンネル壁１１２ｂを備える。前記第１コンジュゲート部トンネル壁１１２ｂは，流体が一方向にのみ流れることができるように流体の流れを集中させる役割を果たす。

すなわち，前記第１コンジュゲート部トンネル壁１１２ｂがない場合，流体は，毛細管力が相対的に大きい角部分に沿って先に流れるので，チャネル部１２０に流入する流体の流動が不安定になり，この場合，チャネル部１２０における反応性に不安定な影響を及ぼすという問題が発生するおそれがある。

かかる問題の発生を防止するために，前記第１コンジュゲート部トンネル壁１１２ｂは，第１コンジュゲート部１１２の上面の両端部から下方向に突出する柱状の構造物からなり，前記第１コンジュゲート部１１２から流出する流体の方向性を中央に集中させる。

前記第２バッファ部１１４は，第１コンジュゲート部１１２に連結され，第１コンジュゲート部１１２を経た流体が識別物質ともう一度結合できるように設けられる構成である。前記第１コンジュゲート部１１２側に流入した流体中の分析対象物質は，一次的に第１コンジュゲート部１１２内で識別物質と反応するが，その一部は，識別物質と反応していない状態で第１コンジュゲート部１１２から流出する。したがって，流体の移動に伴って洗い流された識別物質と，識別物質と反応していない分析対象物質とをもう一度混合させる必要性が存在し，この役割を第２バッファ部１１４が担当する。すなわち，前記第２バッファ部１１４は，識別物質と反応することができる流体の量をできる限りの範囲内で増加させるように設けられ，流体分析用チップ１０の信頼度を向上させるのに役立つ。

一方，第２バッファ部１１４は，上面から突出する多数の第２バッファ部フィラー１１４ａと，一対の第２バッファ部ガイド１１４ｂと，を含む。

前記第２バッファ部フィラー１１４ａは，相互一定間隔離隔するように第２バッファ部１１４の上面から突出する構成である。第２バッファ部フィラー１１４ａがない場合，第１コンジュゲート部１１２から第２バッファ部１１４側に流入する流体は，直線的な層流（laminar flow）の形状を有する。この場合，第２バッファ部１１４のミキシング効果が低下するという問題点が生じる。第２バッファ部フィラー１１４ａは，このような層流形状の流体の流れを妨げ，第２バッファ部１１４の表面積を増加させることにより，識別物質と流体が第２バッファ部１１４で十分に反応することができる時間を与える。第２バッファ部フィラー１１４ａは，第１プレート１００と第２プレート２００とが結合される場合，第２プレート２００の上面に密着又は隣接する程度の高さを有する。

前記第２バッファ部ガイド１１４ｂは，第２バッファ部１１４の上面の中央領域から相互対称となるように下方向にそれぞれ突出するように設けられる構成である。第２バッファ部ガイド１１４ｂがない場合，流体は，チャネル部１２０の始点に先に当接する方向に方向性をもって流れるが，この場合，流体の流れがチャネル部１２０の中央に集中しなければ，チャネル部１２０内で流体が円滑に抗原－抗体反応などの特異反応を円滑に行うことができないという問題が生じる可能性がある。第２バッファ部ガイド１１４ｂは，流体のフロントヘッド（Front head）部分がチャネル部１２０の中央に先に当接することができるように流体の流れを調節し，これによりチャネル部１２０内で流体がスムーズに特異反応を行うことができるように役立つ。第２バッファ部フィラー１１４ａと同様に，第２バッファ部ガイド１１４ｂは，第１プレート１００と第２プレート２００との結合の際に第２プレート２００の上面に密着又は隣接する程度の高さを持つ。

一方，前記第１コンジュゲート部１１２と第２バッファ部１１４の両側面に隣接するように一対の漏水防止孔１１５が穿設される。前記漏水防止孔１１５は，第１コンジュゲート部１１２と第２バッファ部１１４の両側面に隣接した位置で第１プレート１００を貫通するように一対が形成される。

本実施形態のチャネル部１２０は，後述するウォールフリー（wall-free）形態で設けられるので，第２バッファ部１１４を介してチャネル部１２０に流入する流体は，このようなチャネル部１２０のウォールフリー区間の始点から外部に漏れるおそれがあるという問題点がある。前記漏水防止孔１１５は，チャネル部１２０のウォールフリー区間の始点から外部の空気を流入させることにより，チャネル部１２０の始点を通る流体が同じ空気圧を受けるようにして，流体の安定的な流れを誘導するだけでなく，流体が外部に漏れるのを防止する。

一方，前記チャネル部１２０は，前処理部１１０に収容された流体が移動し，抗原－抗体反応などの特異反応を行う構成であって，ウォールフリー（Wall-free）形態で実現される。このようなウォールフリー形態のチャネル部１２０は，本出願人の以前の出願（韓国特許第１０－０９０５９５４号，韓国特許第１０－０９００５１１号，韓国特許第１０－０８７８２２９号及び米国特許出願第１２／６６７，３７１号）に詳細に記載されているので，詳細な説明は省略する。

前記チャネル部１２０の終点に隣接した流体分析用チップ１０の一端部には，チャネル部１２０を通過した流体が収容されるウォッシング部１３０が設けられる。

前記ウォッシング部１３０は，チャネル部１２０に固定された分析対象物質以外の物質が収容できる空間を提供する部分である。毛細管力によってチャネル部１２０に沿って流れる流体のうち，分析対象物質以外の物質は，分析の精度を低下させる一種のノイズとみなすことができ，ウォッシング部１３０は，このようなノイズが収容できる空間を提供することにより，流体分析用チップ１０の分析力を高めることができるようにする。

ここで，前記ウォッシング部１３０は，多数のウォッシング部フィラー１３０ａと，ウォッシング部１３０の末端に設けられたウォッシング部貫通孔１３０ｂと，を含む。

前記ウォッシング部フィラー１３０ａは，ウォッシングチャネル１３１の大部分にわたって形成されるものであり，ウォッシング部１３０の上面，すなわち，第１プレート１００の下面から下方向に突出するように多数個が備えられる。また，ウォッシング部フィラー１３０ａは，ウォッシング部１３０の末端に行くほどより稠密に形成されるが，これは，毛細管力の増加によって流体が十分にウォッシング部１３０の末端へ移動することができるようにするためである。すなわち，本実施形態の流体は，純粋に毛細管力によってのみ動くが，このような毛細管力は，流体分析用チップ１０の一端から流体分析用チップ１０の他端に行くほど弱くなるので，ウォッシング部フィラー１３０ａは，これを補完するために備えられる。ウォッシング部フィラー１３０ａは，流体が当接しうる表面積を広めることにより，弱くなった毛細管力を補強する。

前記ウォッシング部貫通孔１３０ｂは，流体がウォッシング部１３０に進行することができるように，ウォッシング部１３０内の圧力及び空気の流れを作る。

図６は本発明の一実施形態による流体分析用チップの流体貯蔵部が除去された変形例を示す平面図，図７は本発明の一実施形態による流体分析用チップの第１バッファ部と第１コンジュゲート部とを連結するチャネルが変更適用された状態を示す平面図，図８は本発明の一実施形態による流体分析用チップの流体貯蔵部にマージン部が追加された変形例を示す平面図，図９は本発明の一実施形態による流体分析用チップの時間経過に伴う流体駆動状態を撮影した画像である。

次に，図１乃至図９を参照して本発明の変形例と使用例を説明する。

まず，図６に示すように，流体貯蔵部１１９が削除できる。例えば，相対的に粘性が高い流体の場合，第１バッファ部１１１の容積のみで十分に流速を下げることができるので，流体貯蔵部１１９を除外させたのである。

このとき，第１プレート１００や第２プレート２００の構造を変更することなく，ＯＣＡフィルム３００のチャネル形成部３２０の形状のみを流体貯蔵部１１９がないように変形させることにより，容易に設計変更することができる。すなわち，第１プレート１００や第２プレート２００の構造を変更する必要がないので，射出金型を新たに加工して適用することなく，ＯＣＡフィルム３００の変更のみで上述の変形実施が可能である。

図７は，連結チャネル１１３の幅を減らした変形例である。この場合にも，第１プレート１００や第２プレート２００の構造変更なしにＯＣＡフィルム３００の変更のみで第１バッファ部１１１と第１コンジュゲート部１１２とを連結する連結チャネル１１３の幅を変更した。粘性の小さい流体の場合，流速を十分に下げる必要があるので，上述した設計変更を適用することができる。

図８は，流体貯蔵部１１９から分岐する方向に突出するマージン部１１９ｂを適用した実施形態である。このようにマージン部１１９ｂを備えることにより，流体貯蔵部１１９の容積を増加させ，流体の流路を大きくして流速を効果的に減少させることができる。そして，このようにマージン部１１９ｂを追加する場合でも，ＯＣＡフィルム３００の形状のみを変更することにより適用可能である。

次に，図９を参照して，本発明の一実施形態による流体分析用チップ１０の使用例を説明する。

まず，分析対象となる流体は，検体注入口１１０ｂを介して注入され，注入後１０秒程度に流体が流体貯蔵部１１９に先に充填される。このとき，流体内の分析対象物質は，検体注入口１１０ｂに対応する箇所の第２プレート２００の上面に塗布されたサンプルバッファと一次的に反応するが，このような反応は，流体が投入されたとき，又は再び流体貯蔵部１１９から検体注入部１１０ａ側に流れ出て行われることができる。サンプルバッファは，流体に含まれている分析対象物質が，第１コンジュゲート部１１２が形成された領域に対応する箇所の第２プレート２００の上面に塗布された識別物質，及びチャネル部１２０に塗布された反応物質とスムーズに反応することができるように役立つ役割を果たす。

注入後１分程度が過ぎたとき，流体貯蔵部１１９から流れ出た流体は，第１バッファ部１１１を満たし，チャネル部１２０側に流れていることを確認することができる。サンプルバッファと反応した流体は，第１バッファ部１１１に一次的に収容された後，第１コンジュゲート部１１２に塗布された識別物質と反応し，しかる後に，第２バッファ部１１４に二次的に収容される。このとき，第１バッファ部１１１に形成されたベントホール１１１ａによって第１バッファ部１１１内で気泡が発生することが抑制され，第１バッファ部１１１よりも小さい体積を持つように設けられる第２バッファ部１１４の特性に応じて，第２バッファ部１１４に収容された流体の残留量を最小限に抑え，識別物質と反応していない流体がウォッシング部１３０側へスムーズに移動することができる。

第２バッファ部１１４に貯蔵された流体は，毛細管力によってチャネル部１２０側に流入し，チャネル部１２０に沿って移動する流体は，チャネル部１２０の一定領域に塗布された反応物質と抗原－抗体反応などの特異反応を行い，これにより外部から流体を分析することができる。最後に，チャネル部１２０で反応していない残留流体は，ウォッシング部１３０を介して収容される。

注入後３分経過後には，流体貯蔵部１１９に収容された流体が相当量抜け出たことを確認することができ，その後，流体貯蔵部１１９から大部分が流れ出てチャネル部１２０で反応が行われ，残留流体がウォッシング部１３０に収容されたことを確認することができる。

図１０は，従来の有機溶剤接合流体分析用チップに３次蒸留水を注入した後，チャネルの漏水有無を観察した画像であり，図１１は，従来の有機溶剤接合流体分析用チップにVitamin D溶液を注入した後，チャネルの漏水有無を観察した画像であり，図１２は，本発明による流体分析用チップにVitamin D溶液を注入した後，チャネルの漏水有無を観察した画像である。

前述したように分析検体の組成物の特性によりプレートとの接触角が低い場合には，ウォールフリー（wall-free）チャネルで漏水が発生するという問題点がある。

実際，接触角による漏水現象の発生有無を確認するために，溶液接触角テストを次のとおりに行った。
－使用装備：SEO Phoenix 300
－使用溶液情報（３種類）
三次蒸留水
ウシ血清：Gibco(登録商標)Bovine Serum
Vitamin D Buffer：自社生産製品を使用
－テスト環境：常温２５℃のクリーンルーム環境
－テスト方法
テストしようとする溶液をシリンジに入れて機器を駆動

このような接触角テストを経て，上記３つの溶液の接触角を下記表のとおりに求めることができた。

Ｏ₂プラズマ処理されたＰＭＭＡ基板におけるＤＩ水の接触角は，通常４０°～６０°であり，Vitamin D分析検体の場合は，リシスバッファー（lysis buffer）が含まれており，ＰＭＭＡ基板とは相対的に低い接触角を示す。

まず，従来の有機溶剤接合流体分析用チップに３次蒸留水を注入した後，チャネルの漏水有無を観察した。図１０に示すように，三次蒸留水の場合は，接触角が大きいため，漏水が発生しないことを確認することができる。図示されてはいないが，接触角が大きいウシ血清の場合でも，同様に漏水が発生しなかった。

しかしながら，従来の有機溶剤接合流体分析用チップにVitamin D溶液を注入した場合には，図１１に示すように，漏水が発生した。Vitamin D溶液は，接触角が小さいため，流体速度を非常に下げた場合でも漏水の可能性が大きいことを確認することができる。

したがって，本発明による流体分析用チップを介してチャネル高さの変更を行った。その結果，図１２に示すように，Vitamin D溶液を注入した場合に漏水が発生せず，駆動が上手く行われたことを確認することができる。

このように従来の有機溶剤接合流体分析用チップの場合，ウォールフリー（wall-free）チャネル構造が安定化された流動を提供する重要な構造であるため，この構造を維持しながら様々な段差を有するチップを実現するために多くの努力が必要であった。

分析検体の組成物の特性によりプレートとの接触角が低い場合には，ウォールフリーチャネルで漏水が発生するという問題点があった。これを解決するために，チップの設計変更は，有機溶剤接合チップでは容易でなかった。

しかし，本発明の一実施形態による流体分析用チップは，ＯＣＡフィルム接合を介してチップの設計変更が容易な構造（流体貯蔵部）実現が可能であり，その結果，ウォールフリーチャネル構造の破れ（リーク）現象も克服することができた。

したがって，本発明による流体分析用チップは，ＯＣＡフィルム層のみでチャネルの高さ及び形状を決定することができ，また，ＯＣＡフィルム層と上板射出物との結合的な要素で多様な段差を有するチャネル高さ，及びウォールフリーチャネル形成が可能な複合的構造を持つチップであるという点で，差別性を持つ。

これまで説明した本発明の実施形態による流体分析用チップによれば，ＯＣＡフィルムを用いて上板と下板とを接合させて簡単な構造で製造することができ，内部高さと形状を様々な要求に合わせて精密に制御して適用することが可能であり，従来よりも接合力が増加して信頼性を向上させることができる。

以上，本発明の一実施形態を参照して説明したが，当該技術分野における当業者は，以下に述べる特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱することなく，本発明を様々に修正及び変更実施することができるであろう。したがって，変形実施が基本的に本発明の特許請求の範囲の構成要素を含むさえすれば，いずれも本発明の技術的範囲に含まれると理解すべきである。

Claims (15)

1. 第１プレート；
   前記第１プレートと接合する第２プレート；
   前記第１プレートと前記第２プレートとの間に介在して前記第１プレートと前記第２プレートとを接合させるＯＣＡフィルム（Optically clear adhesive film）；及び
   前記第１プレートと前記第２プレートとの間に一定空間を持つように形成され，分析対象流体が投入されて流動する微小チャネル部；を含み，
   前記微小チャネル部の少なくとも一部の形状と高さは，前記ＯＣＡフィルムの形状と厚さによって決定され，
   前記微小チャネル部は，前記流体が注入されて一時的に収容される前処理部を含み，
   前記前処理部は，前記流体が注入される検体注入部と，前記検体注入部よりも高く形成されて段差を有する第１バッファ部と，前記検体注入部から分岐し，前記第１バッファ部よりも低い高さで形成されて前記流体が前記第１バッファ部より先に充填される流体貯蔵部を含むことを特徴とする流体分析用チップ。
2. 前記微小チャネル部は，少なくとも一部が，側壁が開放された（wall-free）構造で構成されることを特徴とする請求項１記載の流体分析用チップ。
3. 前記ＯＣＡフィルムは，
   前記第１プレート及び前記第２プレートと接触して結合させる接合部と，
   前記接合部の内側に貫通形成され，前記微小チャネル部の少なくとも一部の形状を決定するチャネル形成部とを含むことを特徴とする請求項１記載の流体分析用チップ。
4. 前記微小チャネル部は，
   前記前処理部と，
   前記前処理部に収容された流体が移動して抗原－抗体反応が行われるチャネル部と，
   前記チャネル部を通過した残留流体が収容されるウォッシング部と，を含むことを特徴とする請求項３記載の流体分析用チップ。
5. 前記流体貯蔵部の高さは，前記ＯＣＡフィルムの厚さによって決定されることを特徴とする請求項１記載の流体分析用チップ。
6. 前記流体貯蔵部の形状は，前記チャネル形成部の形状によって決定されることを特徴とする請求項３記載の流体分析用チップ。
   
7. 前記流体貯蔵部は，前記検体注入部から分岐して一定長さ延長された後，前記チャネル部の方向に一定長さ延設されることを特徴とする請求項１記載の流体分析用チップ。
8. 前記流体貯蔵部は，端部に形成される流体貯蔵部貫通孔を含むことを特徴とする請求項７記載の流体分析用チップ。
9. 前記流体貯蔵部は，分岐する方向に突出するマージン部を含むことを特徴とする請求項７記載の流体分析用チップ。
10. 前記前処理部は，
    前記第１バッファ部よりも小さい体積を有するように第１バッファ部と一定間隔離隔して設けられる第２バッファ部と，
    前記流体内の分析対象物質が識別物質と反応するように前記第１バッファ部と前記第２バッファ部との間に設けられる第１コンジュゲート部をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の流体分析用チップ。
11. 前記第１コンジュゲート部と前記第２バッファ部の両側部に形成される漏水防止孔をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の流体分析用チップ。
12. 前記第１コンジュゲート部は，多数のフィラーを含むことを特徴とする請求項１０記載の流体分析用チップ。
13. 前記ＯＣＡフィルムの厚さを変更することにより，前記微小チャネル部の高さを変更することを特徴とする請求項１記載の流体分析用チップ。
14. 前記ＯＣＡフィルムの積層される数を変更することにより，前記微小チャネル部の高さを変更することを特徴とする請求項１記載の流体分析用チップ。
15. 互いに同一の厚さ又は互いに異なる厚さを有する前記ＯＣＡフィルムを組み合わせて積層することにより，前記微小チャネル部の高さを変更することを特徴とする請求項１４記載の流体分析用チップ。

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