KR101771493B1 - 마이크로 중합 효소 연쇄 반응 칩 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위에서 언급한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유체가 존재하는 반응 챔버 내부에 패럴린 코팅을 하여 유체의 버블 형성, 증발 및 흡수를 최소화시키는 것을 목적으로 한다. 또한, 탄성력을 가지는 폴리머를 사용하여 주입구과 배출구에 힘을 가할 경우에 생기는 변형으로 유체의 이동이 가능하며, 힘을 가하지 않을 경우 탄성력에 의하여 원 상태로 되돌아와 주입구과 배출구을 막아 유체의 증발을 줄일 수 있고, 제작과정이 복잡하지 않은 폴리머 재질의 PCR 칩을 제안함으로써 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한다. 위와 같은 본원 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본원 발명의 일 실시예에 따르면 마이크로 PCR 칩이 개시된다. 상기 PCR 칩은 폴리머 재질로 제작되고, 유체가 존재하는 반응 챔버 내부가 패럴린 코팅될 수 있다. 상기 반응 챔버는 주입구 및 배출구를 포함할 수 있다.

Description

마이크로 중합 효소 연쇄 반응 칩 및 그 제조 방법{A MICRO POLYMERASE CHAIN REACTION CHIP AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 마이크로 중합 효소 연쇄 반응 칩 및 그 제조 방법에 관한 것으로써, 더 구체적으로 구조물과 윈도우의 소재를 상이하게 하여 이종 소재의 장점을 모두 살릴 수 있는 커프 형태의 신경 전극 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

중합효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction, PCR)은 검출을 원하는 특정 유전물질을 증폭시키는 방법으로서, DNA를 함유하고 있는 유체가 증폭과정을 거쳤을 때 버블 형성, 증발, 흡수가 발생한다. 이 중 버블 형성은 온도를 불균형하게 만들며, 유체 내 온도 차이를 만드는 문제점이 있었다. 또한 증발 및 흡수는 버퍼 용액과 프라이머의 혼합을 방해하여 DNA 증폭이 원활하게 되지 못하는 문제점이 있으며, 바이러스 DNA의 경우 증발로 인한 2차 감염이 일어날 수도 있다. 이러한 손실을 줄이고자 기름, 산화 막, 패럴린-C 등 다양한 물질들을 PC(Polycarbonate), PDMS(polydimethylsiloxane), 실리콘 등으로 제작된 칩의 코팅재료로 사용하였다. 그 중 패럴린-C는 기존에 유체 칩을 코팅할 때 자주 이용되는 재료로서 안전성과 수분에 대해서 낮은 삼투성을 가지고 있다.

종래 기술에 따른 PCR 칩은 PDMS로 제작된 칩으로서 외부에 패럴린-C 코팅을 통하여 유체의 증발을 방지하였지만, 유체가 칩 내부로 흡수되며 주입구와 배출구가 개방되어 있는 구조적인 문제로 여전히 손실량이 존재한다.

주입구를 통해 유체를 주입하였을 때 내부의 공기가 배출구를 통해 빠져나오는 구조로 되어 있는 경우 주입구와 배출구가 모두 있는 구조를 사용할 수 있다.

칩에 유체를 주입구로 주입하게 되면 내부의 압력이 올라가게 되며, 동시에 내부에 있던 공기는 배출구를 통하여 밖으로 배출된다. 반면에 주입구를 통하여 칩으로 주입된 유체는 주입구와 배출구가 개방되어 있기 때문에 증발을 방지할 수 없다.

디지털 PCR은 기존 PCR기술의 감도, 정밀성 등을 향상시키기 위해 개발되었으며, 다수의 구획에 PCR 샘플을 나누어준 이후 각 구획에서 개별적으로 반응을 수행하는 기술이다. PCR 샘플을 구획하기 위하여 종래기술(도 1)은 진공압을 사용하여 PCR 샘플을 주입하고 오일을 실린지를 이용하여 직접 주입하는 방식을 사용하였다. 하지만 이는 유체 채널 내를 진공상태로 유지 및 PCR 증폭시 씰링을 위하여 일반적인 테이프를 반복해서 사용해야 하는 불편함이 있다. 또한 테이프를 떼고 유체를 삽입할 때 발생하는 누설에 의해서 양압이 유체 채널 내로 들어가게 되어 효율적으로 샘플을 로딩하기 어렵다. 추가적으로 진공압으로 PCR 샘플을 주입한 후 추가적으로 챔버 구획을 위한 오일을 직접 주입해줘야 하는 번거로움이 있다.

본 발명은 위에서 언급한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유체가 존재하는 반응 챔버 내부에 패럴린 코팅을 하여 유체의 버블 형성, 증발 및 흡수를 최소화시키는 것을 목적으로 한다.

또한 탄성력을 가지는 폴리머를 사용하여 주입구과 배출구에 힘을 가할 경우에 생기는 변형으로 유체의 이동이 가능하며, 힘을 가하지 않을 경우 탄성력에 의하여 원 상태로 되돌아와 주입구과 배출구을 막아 유체의 증발을 줄일 수 있고, 제작과정이 복잡하지 않은 폴리머 재질의 PCR 칩을 제안함으로써 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한다.

위와 같은 본원 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본원 발명의 일 실시예에 따르면 마이크로 PCR 칩이 개시된다.

상기 PCR 칩은 폴리머 재질로 제작되고, 유체가 존재하는 반응 챔버 내부가 패럴린 코팅될 수 있다.

상기 반응 챔버는 주입구 및 배출구를 포함할 수 있다.

상기 주입구를 통하여 상기 반응 챔버 내로 상기 유체가 주입되는 경우, 상기 주입구 및 배출구에 변형이 발생하여 압력의 영향으로 상기 배출구로 내부의 공기가 배출될 수 있다.

상기 주입구를 통한 유체의 주입이 없는 경우, 상기 폴리머 재질의 탄성력에 의해여 상기 배출구가 폐쇄될 수 있다.

상기 PCR 칩은 회전형 밸브를 포함할 수 있다.

상기 회전형 밸브는 상기 주입구, 상기 배출구 및 로딩 챔버를 포함할 수 있다.

상기 로딩 챔버에 PCR 샘플 및 오일을 올려놓고, 상기 회전형 밸브를 회전하여 상기 로딩 챔버가 입력 채널 또는 출력 채널과 맞춰지도록 하여 상기 PCR 샘플 및 오일을 반응 챔버에 주입시킬 수 있다.

상기 반응 챔버에 상기 PCR 샘플 및 오일이 주입되면 상기 회전형 밸브를 회전하여 상기 입력 채널 또는 출력 채널을 폐쇄할 수 있다.

상기 반응 챔버의 입구 구조는 디퓨저 노즐 형태로 이루어질 수 있다.

상기 패럴린은, 상기 PDMS 칩을 몰드에서 제작하고, 상기 PDMS에 패럴린 층을 코팅하여 상기 PDMS의 홀을 메우고, 상기 패럴린 층을 제거하여 코팅될 수 있다.

위와 같은 본원 발명의 구성에 따르면, 유체의 버블 형성, 증발 및 흡수를 최소화시킬 수 있고, 제작과정이 복잡하지 않은 PCR 칩을 제작할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명으로부터 도출되는 효과는 전술된 사항에 국한되지 않고 폭넓게 인정될 수 있음을 인지할 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 PCR 칩을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 패럴린 코팅 방법을 도시한다.
도 3은 PCR 칩의 반응 챔버 내부에서 패럴린 코팅 유무에 따른 유체의 변화를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 칩의 반응 챔버의 동작 원리를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 칩의 회전형 밸브를 도시한다.

본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예에 대하여 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시되며, 본 발명에 따른 실시예는 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

본 발명에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예는 도면에 예시되어 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1 및/또는 제2, 1차 및/또는 2차 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, '포함하다', '구비하다', '가지다' 등의 용어는 특정된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분, 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

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 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 PCR 칩에 대해 상세하게 설명된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 패럴린 코팅 방법을 도시한다.

도 2를 참조하면, 패럴린은, (a) PDMS 칩을 몰드에서 제작하고, (b) PDMS에 패럴린 층을 코팅하여 (c) PDMS의 홀을 메우고, (d) O₂ 플라즈마 에칭을 통하여 패럴린 층을 제거하여 코팅될 수 있다. 패럴린은 일 예시로서, 패럴린-C일 수 있다.

이와 같이 패럴린을 코팅하여 PDMS의 홀을 메움으로써, PDMS 표면의 구멍으로 인한 유체의 Bubble 형성, 증발, 및 흡수를 줄여 DNA 증폭 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 폴리머를 사용하여 칩의 구조물을 제작함으로서 주입부와 배출구의 증발을 막아 효율을 향상시킬 수 있다.

도 3은 PCR 칩의 반응 챔버(13) 내부에서 패럴린 코팅 유무에 따른 유체의 변화를 도시한다.

PCR 칩을 제작할 때, 넓은 원기둥 형태의 반응 챔버(13) 내에 좁은 원기둥 형태의 주입구 및 배출구를 포함하고 있는 구조를 적용하여 채널(11)을 포함한 PCR 칩을 구현하였다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 칩의 반응 챔버(13)의 동작 원리를 도시한다.

도 4를 참조하면, 탄성을 가지는 폴리머 계열의 폴리머층(12)에서 주입구(14)의 홀을 통하여 반응 챔버(13) 내로 유체가 주입되는 경우, 주입구(14) 및 배출구의 변형이 일어나면서 압력의 영향으로 배출구의 홀을 통해 내부의 공기가 빠져나간다. 반면에, 유체의 주입이 없을 경우, 폴리머 계열의 폴리머층(12)이 원상태가 되었기 때문에 폐쇄된다. 그 결과, 주입구(14)을 통해 주입된 유체는 주입이 완료된 이후에는 이동이 차단되어 PCR chip 기능을 수행한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCR 칩의 회전형 밸브를 도시한다.

도 5를 참조하면, 회전형 밸브를 디지털 PCR을 수행하기 위한 칩에 적용하여 효율적으로 진공압을 유지 및 유체의 조작을 간편하게 할 수 있다. 이는 PCR 증폭시 발생하는 증발을 추가적으로 방지해 준다.

보다 상세히 설명하자면, 회전형 밸브의 로딩챔버에 PCR 샘플과 오일을 올려놓으면 밀도차에 의해 오일을 PCR 샘플의 위에 놓여지게 한다. 입력 혹은 출력 채널과 로딩 챔버가 맞춰지도록 회전형 밸브를 돌리게 되면, 진공압에 의해서 PCR 샘플과 오일이 자동적으로 주입되게 된다. 이때 PCR 샘플은 오일보다 아래에 위치하므로 먼저 주입되어 반응 챔버를 채우게 되고, 다음으로 들어오는 오일은 유체 채널에 채워지므로 각 반응 챔버는 구획되어진다. 또한 유체 주입을 보다 확실하게 수행하기 위해 회전형 밸브를 다시 돌려 입··출력 레저버를 이용하여 오일을 직접 주입할 수 있게 설계되었다. 마지막으로 회전형 밸브를 다시 돌리게 되면 맞춰진 입··출력 채널과 로딩챔버 혹은 입··출력 레저버가 틀어지게 되므로 유체 채널을 막아줄 수 있다.

또한, 본원 발명에서는 오일이 주입될 시 존재하는 PCR 샘플의 손실을 최소화시키기 위한 반응 챔버 입구의 구조로서, 디퓨져 노즐 형태를 채용하였고, 이와 같은 구성에 의하면 PCR 샘플 손실율이 약 3%로 다른 형태에 비해 손실율이 작다는 것을 확인하였다.

Claims (10)

1. 마이크로 PCR 칩에 있어서,
   유체가 유입되는 채널이 상하방향으로 연장형성되고, 내부에 상기 유체가 수용되는 반응챔버가 마련되며, 상기 반응챔버로 유체가 유입될 수 있도록 상기 반응챔버 및 채널의 하부에 연통되는 주입구가 상기 채널의 연장방향에 대해 교차하는 방향으로 연장형성되고, 상기 유체가 상기 반응 챔버에 유입시 상기 반응챔버의 내부공기가 배출되도록 배출구가 형성된 폴리머층;을 구비하고,
   상기 폴리머층은 상기 채널에 유체가 유입시 압력의 증가에 따라 상기 주입구 및 배출구가 개방되도록 변형되고, 상기 채널로 유체의 입력이 완료되면 탄성력에 의해 상기 주입구 및 배출구가 폐쇄되게 변형되도록 소정의 탄성을 갖는 재질로 형성되는,
   마이크로 PCR 칩.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 반응 챔버의 내벽면은 패럴린 코팅된, 마이크로 PCR 칩.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 폴리머층은 상기 채널로 상기 유체의 주입유무에 따라 상기 주입구 및 배출구가 변형되도록 PDMS(polydimethylsiloxane)으로 형성된, 마이크로 PCR 칩.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 마이크로 PCR 칩은 회전형 밸브를 포함하는, 마이크로 PCR 칩.
6. 제5항에 있어서,
   상기 회전형 밸브는 상기 주입구, 상기 배출구 및 로딩 챔버를 포함하는, 마이크로 PCR 칩.
7. 제6항에 있어서,
   상기 로딩 챔버에 PCR 샘플 및 오일을 올려놓고, 상기 회전형 밸브를 회전하여 상기 로딩 챔버가 입력 채널 또는 출력 채널과 맞춰지도록 하여 상기 PCR 샘플 및 오일을 반응 챔버에 주입시키는, 마이크로 PCR 칩.
8. 제7항에 있어서,
   상기 반응 챔버에 상기 PCR 샘플 및 오일이 주입되면 상기 회전형 밸브를 회전하여 상기 입력 채널 또는 출력 채널을 폐쇄하는, 마이크로 PCR 칩.
9. 제7항에 있어서,
   상기 반응 챔버의 입구 구조는 디퓨저 노즐 형태로 이루어지는, 마이크로 PCR 칩.
10. 제2항에 있어서,
    상기 패럴린은,
    PDMS 칩을 몰드에서 제작하고, 상기 PDMS에 패럴린 층을 코팅하여 상기 PDMS의 홀을 메우고, 상기 패럴린 층을 제거하여 코팅되는, 마이크로 PCR 칩.

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