KR102090863B1 - 마이크로 챔버 일체형 금속 메쉬 필름을 포함하는 열순환 장치, 이를 포함하는 유전자 증폭 시스템 및 열순환 장치의 제조방법 - Google Patents

마이크로 챔버 일체형 금속 메쉬 필름을 포함하는 열순환 장치, 이를 포함하는 유전자 증폭 시스템 및 열순환 장치의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102090863B1
KR102090863B1 KR1020170035271A KR20170035271A KR102090863B1 KR 102090863 B1 KR102090863 B1 KR 102090863B1 KR 1020170035271 A KR1020170035271 A KR 1020170035271A KR 20170035271 A KR20170035271 A KR 20170035271A KR 102090863 B1 KR102090863 B1 KR 102090863B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reaction chamber
metal mesh
film
flexible substrate
gene amplification
Prior art date
Application number
KR1020170035271A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180106634A (ko
Inventor
김윤갑
최규석
박성은
김삼수
Original Assignee
재단법인 구미전자정보기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인 구미전자정보기술원 filed Critical 재단법인 구미전자정보기술원
Priority to KR1020170035271A priority Critical patent/KR102090863B1/ko
Publication of KR20180106634A publication Critical patent/KR20180106634A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102090863B1 publication Critical patent/KR102090863B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • B01L2200/0663—Stretching or orienting elongated molecules or particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/16—Surface properties and coatings
    • B01L2300/161—Control and use of surface tension forces, e.g. hydrophobic, hydrophilic
    • B01L2300/165—Specific details about hydrophobic, oleophobic surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 유연기판(flexible substrate); 상기 유연기판의 상면에 형성된 반응 챔버(reaction chamber); 및 상기 유연기판의 하면에 형성된 금속 메쉬 필름(metal mesh film);을 포함하는, 열순환 장치가 제공된다.

Description

마이크로 챔버 일체형 금속 메쉬 필름을 포함하는 열순환 장치, 이를 포함하는 유전자 증폭 시스템 및 열순환 장치의 제조방법{THERMAL CYCLER INCLUDING MICROCHAMBER INTEGRATED METAL MESH FILM, POLYMERASE CHAIN REACTION SYSTEM INCLUDING THE SAME, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 마이크로 챔버 일체형 금속 메쉬 필름을 포함하는 열순환 장치, 이를 포함하는 유전자 증폭 시스템 및 열순환 장치의 제조방법에 관한 것이다.
중합효소 연쇄 반응(PCR, Polymerase Chain Reaction)은 주형 핵산의 특정 부위를 반복적으로 가열 및 냉각하고, 연쇄적으로 복제하여 그 특정 부위를 갖는 핵산을 기하급수적으로 증폭시키는 기술로, 생명과학, 유전공학, 의료 분야 등에서 분석 및 진단 목적으로 널리 사용되고 있다. PCR 기술의 응용분야가 확대되는 가운데, 최근 PCR을 효율적으로 수행하기 위한 장치의 개발이 다수 이루어지고 있다.
기존의 PCR 장치는 단일의 가열기에 주형 핵산을 포함하는 샘플 용액을 다수 도입한 튜브(tube) 형태의 반응 용기를 장착하고, 반응 용기를 반복적으로 가열(heating) 및 냉각(cooling)하여 유전자 증폭을 수행한다. 다른 형태의 기존 PCR 장치는 복수의 가열기를 장착하고, 이들을 통과하는 단일 유로에 핵산을 포함하는 샘플 용액을 관류시켜 유전자 증폭을 수행한다.
그러나, 도 1과 같이 기존의 PCR 장치는 펠티에 효과(Peltier effect)를 이용하는 금속블록 기반의 열순환기(thermal cycler) 및 반응 챔버(reaction chamber)가 독립적으로 형성되어 있어, 신속한 가열을 위해 고전력 인가가 요구되므로 동력 소모가 많을 뿐만 아니라 오버 슈팅(over shooting) 현상이 발생할 수 있다.
또한 이와 같은 PCR 장치는 대용량 튜브를 사용하기 때문에, 고가의 PCR 시약의 불필요한 손실을 초래하게 된다. 더욱이, 기존 PCR 장치는 열순환기와 반응 챔버 간 열 전달 효율이 미약하고, 균일한 온도 구배를 위해 고가의 장비를 필요로 하는 한계가 존재한다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 열순환기(termal cycler)와 반응 챔버(reaction chamber) 간 신속한 열 전달, 빠른 가열/냉각율(ramping rate), 저전력 구동 및 균일한 온도 분포를 동시에 구현할 수 있는 열순환 장치, 이를 포함하는 유전자 증폭 시스템 및 열순환 장치의 제조방법을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유연기판(flexible substrate); 상기 유연기판의 상면에 구비된 반응 챔버(reaction chamber); 및 상기 유연기판의 하면에 구비된 금속 메쉬 필름(metal mesh film);을 포함하는, 열순환 장치가 제공된다.
일 측에 따르면, 상기 유연기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, Polyethylene terephthalate), 폴리이미드(PI, Polyimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, Polyethylene naphthalate), 폴리에테르설폰(PES, Polyether sulfone), 폴리카보네이트(PC, PolyCarbonate) 또는 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어질 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 반응 챔버는 상면에서 수직방향으로 형성된 복수의 반응홈을 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 반응홈의 높이가 100㎚ 내지 500㎚이고, 단면적 직경이 0.1㎛ 내지 3㎛일 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 열순환 장치는 상기 반응 챔버의 상면에 구비된 소수성 필름을 더 포함하고, 상기 소수성 필름은 상기 반응홈에 대응되는 위치에 홀이 형성될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 소수성 필름의 두께가 0.1㎚ 내지 10㎚일 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 반응 챔버는 친수성 물질로 이루어질 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 금속 메쉬 필름은 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), a마그네슘(Mg), 금(Au), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 백금(Pt) 또는 이들 중 2 이상의 합금으로 이루어질 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 금속 메쉬 필름의 두께가 15㎚ 내지 350㎚일 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 금속 메쉬의 선폭이 0.25㎛ 내지 3.5㎛이고, 선간 거리가 15㎛ 내지 300㎛일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 열순환 장치를 포함하는, 유전자 증폭 시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 메쉬 패턴이 형성된 제1 스탬프 상에 금속을 증착시키는 단계; 상기 제1 스탬프를 유연기판(flexible substrate)의 하면에 접촉시켜 금속 메쉬 필름(metal mesh film)을 형성하는 단계; 복수의 홈이 형성된 제2 스탬프 상에 친수성 물질을 증착시키는 단계; 및 상기 제2 스탬프를 상기 유연기판의 상면에 접촉시켜 복수의 반응홈이 구비된 반응 챔버(reaction chamber)를 형성하는 단계;를 포함하는, 열순환 장치의 제조방법이 제공된다.
일 측에 따르면, 상기 반응 챔버 형성 단계 이후에, 상기 반응 챔버의 상면에 소수성 필름을 형성하는 단계;를 더 포함하고, 상기 소수성 필름은 상기 반응홈에 대응되는 위치에 홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 열순환 장치는 마이크로 크기의 금속 메쉬 필름을 열 전달 매체로 사용함으로써, 저전력에서도 빠른 가열/냉각율(ramping rate)과 장치 내 균일한 온도 분포를 형성시킬 수 있다.
또한 상기 열순환 장치는 반응 챔버와 금속 메쉬 필름을 집적(integration)시킴으로써 양자 간 열 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
따라서, 상기 열순환 장치를 포함하는 유전자 증폭 시스템은 신속하고 효과적으로 멀티 타겟 유전자를 동시 증폭할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 유전자 증폭 장치를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열순환 장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응 챔버의 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 측에 따른 열순환 장치의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 메쉬 필름의 확대도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열순환 장치의 제조방법을 도식화한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응 챔버의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 금속 메쉬 필름의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 열순환 장치의 온도증감률 및 온도 분포를 측정한 결과이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열순환 장치를 나타낸 것이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예는 유연기판(flexible substrate)(10); 상기 유연기판의 상면에 구비된 반응 챔버(reaction chamber)(20); 및 상기 유연기판의 하면에 구비된 금속 메쉬 필름(metal mesh film)(30);을 포함하는, 열순환 장치를 제공한다.
상기 유연기판(10)은 유기물 기반의 반응 챔버를 형성시키고 챔버 내 시약 주입이 용이한 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상대적으로 자유로운 변형이 가능한 유연기판을 사용함으로써 이를 포함하는 유전자 증폭 시스템(장치)의 적용을 다방면으로 확대시킬 수 있다.
상기 유연기판(10)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, Polyethylene terephthalate), 폴리이미드(PI, Polyimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, Polyethylene naphthalate), 폴리에테르설폰(PES, Polyether sulfone), 폴리카보네이트(PC, PolyCarbonate) 또는 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 폴리이미드(PI), 폴리에테르설폰(PES) 또는 폴리카보네이트(PC)일 수 있으며, 더 바람직하게는 투명 재질의 폴리이미드일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 반응 챔버(20)는 증폭하고자 하는 유전자, 프라이머, 완충제 등을 투입하여 증폭 반응을 수행시키기 위한 공간이다. 도 2 및 도3을 참고하면, 상기 반응 챔버는 상면으로부터 수직방향으로 형성된 반응홈(21)을 포함할 수 있다. 상기 반응홈이 챔버 내부로 연장되어 형성됨으로써 그 내부에 시료, 시약 등을 수용할 수 있다.
이 때, 상기 반응홈(21)의 높이(h)가 100㎚ 내지 500㎚이고, 단면적 직경(d)이 0.1㎛ 내지 3㎛일 수 있다. 반응홈의 내부 공간을 상기 범위와 같이 조절함으로써 열순환 장치를 소형으로 제작하여 휴대성을 향상시킬 수 있으며, 상기 열순환 장치를 디지털 PCR(digital PCR)에 적합한 형태로 구현할 수 있다.
도 4를 참고하면, 상기 열순환 장치는 상기 반응 챔버의 상면(20)에 구비된 소수성 필름(40)을 더 포함하고, 상기 소수성 필름은 상기 반응홈(21)에 대응되는 위치에 홀이 형성될 수 있다. 즉, 상기 반응 챔버에 형성된 복수의 반응홈의 형태가 상기 소수성 필름까지 연장될 수 있다. 유전자 증폭을 위한 시료들은 대개 친수성을 나타내기 때문에, 상기 소수성 필름을 형성함으로써 반응 챔버의 상면에 잔류하는 시료를 반응홈 내부로 유입시켜 반응 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 소수성 필름은 FOTS(Perfluorooctyltrichlorosilane) 또는 OTS(Octadecyltrichlorosilane)가 표면처리되거나 나노필러(nano pillar) 형태로 분산된 필름일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이 때, 상기 소수성 필름(40)의 두께(t)가 0.1㎚ 내지 10㎚일 수 있다. 소수성 필름의 두께가 0.1㎚ 미만이면 반응 챔버 상면에 잔류하는 시료를 용이하게 반응홈 내부로 유입시킬 수 없고, 10㎚ 초과이면 과다한 소수성 물질이 사용되어 경제성이 저하될 수 있다.
나아가, 상기 소수성 필름(40)의 잔류물 제거 효과를 더욱 향상시키기 위해 상기 반응 챔버(20)는 친수성 물질로 이루어질 수 있다. 전술한 것과 같이, 유전자 증폭용 시료의 친수성 특성으로 인해 상기 반응 챔버가 친수성 물질로 이루어진 경우 이의 상부에 형성된 소수성 필름으로부터 반응홈으로 잔류 시료의 유입을 보다 원활하게 할 수 있다.
상기 친수성 물질은 폴리비닐알콜(PVA), 폴리에틸렌이민(PEI), 폴리카보네이트(PC) 또는 이들 중 2 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5를 참고하면, 상기 금속 메쉬 필름(30)은 상기 유연기판(10)의 하면, 즉 상기 반응 챔버(20)가 형성된 면의 반대면에 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 메쉬 필름은 금속 메쉬(31), 즉 복수의 금속 선이 망상으로 교차하여 전체적인 필름 형태를 가질 수 있다.
상기 금속 메쉬 필름(30)은 외부로부터 DC 전압의 공급/중단에 따라 가열/냉각되어 상기 유연기판 및 반응 챔버의 온도를 조절할 수 있다. 이 때, 상기 필름이 메쉬 형태로 형성됨으로써 히트 싱크(heat sink)를 포함하는 펠티어 소자(Peltier element)에 비해 장치 내 보다 균일한 온도 분포를 형성시킬 수 있다.
상기 금속 메쉬 필름은 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 금(Au), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 백금(Pt) 또는 이들 중 2 이상의 합금으로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 구리나 알루미늄 기반의 합금, 은나노와이어(AgNW), 또는 구리를 포함하는 합금잉크에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 금속 메쉬 필름(30)의 두께(t)가 15㎚ 내지 350㎚일 수 있다. 금속 메쉬 필름의 두께가 상기 범위를 벗어나는 경우 금속 메쉬의 열 전달 효율이 저하될 수 있다.
또한, 상기 금속 메쉬(31)의 선폭(w)이 0.25㎛ 내지 3.5㎛이고, 선간 거리(d)가 15㎛ 내지 300㎛, 바람직하게는 50㎛ 내지 150㎛일 수 있다. 상기 금속 메쉬의 선폭이 0.25㎛ 미만이거나 3.5㎛ 초과인 경우 금속 메쉬의 열 전달 효율이 저하될 수 있다. 상기 금속 메쉬의 선간 거리가 15㎛ 미만이면 온도 제어가 용이하지 않고 300㎛ 초과이면 반응 챔버의 온도 제어 효율이 저하될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 열순환 장치를 포함하는, 유전자 증폭 시스템이 제공된다. 전술한 것과 같이, 상기 열순환 장치를 이용하여 유전자 증폭을 수행하는 경우 반응 챔버로의 신속한 열 전달, 균일한 온도 구배를 구현할 수 있어 전체적인 유전자 증폭 속도, 효율을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열순환 장치의 제조방법을 도식화한 것이다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예는 메쉬 패턴이 형성된 제1 스탬프(50) 상에 금속(32)을 증착시키는 단계; 상기 제1 스탬프를 유연기판(flexible substrate)(10)의 하면에 접촉시켜 금속 메쉬 필름(metal mesh film)(30)을 형성하는 단계; 복수의 홈이 형성된 제2 스탬프(60) 상에 친수성 물질(22)을 증착시키는 단계; 및 상기 제2 스탬프를 상기 유연기판(10)의 상면에 접촉시켜 복수의 반응홈이 구비된 반응 챔버(reaction chamber)(20)를 형성하는 단계;를 포함하는, 열순환 장치의 제조방법을 제공한다.
상기 제1 스탬프(50)는 유연기판(10) 상에 메쉬 패턴을 형성하기 위한 것으로, 상기 메쉬 패턴이 음각으로 형성된 마스터를 이용하여 제조될 수 있다. 이 때, 상기 마스터는 실리콘(Si) 재질의 것이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 스탬프는 폴리우레탄아크릴레이트(PUA)와 같은 광경화성 고분자로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 유연기판의 재질에 관해서는 전술한 것과 같다.
상기 제1 스탬프(50)에 바코팅, 스핀코팅 또는 스프레이코팅을 이용하여 금속(32)을 증착시키고, 유연기판(10)의 일면(하면)에 점착제(미도시)를 도포한 뒤 이들 간 접촉시키고 가압함으로써 상기 금속을 유연기판에 전사시킬 수 있다. 이 때, 상기 가압은 -0.05㎜ 내지 -0.3㎜ 간격의 롤링(rolling) 가압일 수 있다. 또한, 상기 금속의 전사 효율을 향상시키기 위해 상기 광경화성 고분자에 자외선을 조사하여 경화시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 자외선은 1m/min 내지 5m/min의 속도로 45초 내지 1분 간 조사될 수 있다. 금속의 종류에 관해서는 전술한 것과 같다.
자외선 경화가 완료된 후, 유연기판(10)으로부터 상기 제1 스탬프(50)를 제거하면, 상기 제1 스탬프에 증착되었던 금속을 제1 스탬프와 동일한 메쉬 패턴으로 유연기판 상에 전사시켜 금속 메쉬 필름(30)을 형성할 수 있다. 상기 금속 메쉬의 선폭, 선간 거리 및 필름의 두께에 관해서는 전술한 것과 같다.
상기 제1 스탬프와 동일한 방법을 이용하여 실리콘(Si) 등의 마스터로부터 복수의 홈이 형성된 제2 스탬프(60)를 제조할 수 있다. 상기 제2 스탬프에 친수성 물질(22)을 증착하고 유연기판의 상면에 전사함으로써 복수의 반응홈이 구비된 반응 챔버(20)를 형성시킬 수 있다. 구체적인 증착, 전사 조건 등에 관해서는 상기 제1 스탬프를 이용한 금속 메쉬 필름의 형성 방법과 같다.
한편, 상기 반응 챔버 형성 단계 이후에, 상기 반응 챔버의 상면에 소수성 필름(40)을 형성하는 단계;를 더 포함하고, 상기 소수성 필름은 상기 반응홈에 대응되는 위치에 홀이 형성될 수 있다. 상기 소수성 필름을 형성하는 방법은 바코팅, 스핀코팅, 스프레이코팅 등 공지의 방법이 사용될 수 있다. 그 외 상기 소수성 필름의 기능이나 두께 등에 관해서는 전술한 것과 같다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 기술된 것으로서, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
음각의 메쉬 패턴이 형성된 실리콘(Si) 마스터를 이용하여 임프린트(imprint) 방식으로 PET 기판 상에 폴리우레탄아크릴레이트(PUA) 재질의 제1 스탬프를 제작하였다. 이와 별도로 폴리에테르설폰(PES) 재질의 유연기판 상에 스핀 코팅(5,000rpm)을 이용하여 점착제 층을 형성한 후 자외선을 조사하여 부분 경화시켰다. 상기 제1 스탬프 상에 Cu계의 합금(CuMg) 금속 140㎛를 증착시켜 상기 유연기판 상에 형성 및 부분경화된 점착제층에 접촉시킨 뒤, -0.3㎜ 간격의 롤(roll)을 이용하여 가압하고 100% 자외선을 3m/min의 속도로 1분 동안 조사시켰다. 자외선 조사 완료 후, 유연기판으로부터 제1 스탬프를 분리하여 선폭 1.5㎛ 및 선간 거리 50㎛인 금속 메쉬로 이루어진 필름(두께 200㎚)을 상기 유연기판의 일면(하면)에 형성시켰다.
상기 제1 스탬프 제작과 동일한 방법으로 복수의 원기둥 홈이 형성된 제2 스탬프를 제작한 뒤, 상기 제2 스탬프에 친수성 물질을 증착시켜 상기 금속 메쉬 필름이 형성되지 않은 유연기판의 다른 일면(상면)에 접촉시켰다. 이후, -0.3㎜ 간격의 롤(roll)을 이용하여 가압하고 100% 자외선을 3m/min의 속도로 1분 동안 조사한 뒤 상기 제2 스탬프를 분리하여 복수의 반응홈이 형성된 반응 챔버를 형성시켰다. 이 때, 상기 반응홈의 단면적 직경은 300㎚, 높이는 200㎚ 이었다.
다음으로, 상기 제2 스탬프에 소수성 물질을 증착시키고 상기 반응 챔버의 상면에 접촉시킨 뒤, -0.3㎜ 간격의 롤(roll)을 이용하여 가압하고 100% 자외선을 3m/min의 속도로 1분 동안 조사하였다. 반응 챔버의 상면로부터 제2 스탬프를 분리하여 상기 반응 챔버의 상면에 대응되도록 소수성 필름을 형성시킴으로써 금속 메쉬 필름, 유연기판, 반응 챔버 및 소수성 필름이 일체화된 열순환 장치(thermal cycler)을 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 열순환 장치를 제조하되, 금속 메쉬 필름의 선간 거리를 100㎛으로 변경하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 열순환 장치를 제조하되, 금속 메쉬 필름의 선간 거리를 150㎛으로 변경하였다.
주사전자현미경(SEM)을 이용하여 상기 실시예 1 내지 3의 열순환 장치를 관찰하였고, 이들의 상면에 형성된 반응 챔버의 관찰 결과를 도 7에, 이들 각각의 하면에 형성된 금속 메쉬 필름의 관찰 결과를 도 8에 나타내었다.
도 7을 참고하면 반응 챔버 내의 일정 간격, 직경 및 높이로 복수의 반응홈이 형성되었음을 확인할 수 있고, 도 8을 참고하면 일정 간격의 금속 메쉬로 이루어진 필름이 형성되었음을 확인할 수 있다.
실험예 : 금속 메쉬 필름의 선간 거리에 따른 온도증감률 및 온도 분포 측정
상기 실시예 1 내지 3의 열순환 장치 내 금속 메쉬 필름의 선간 거리에 따른 온도 특성을 확인하기 위해, shadow mask를 사용하는 증착 공정을 통해 각각의 필름 좌우 양단에 Al을 증착시켜 전극을 제조하고, 각 전극에 3V의 DC 전압을 인가하여 200초에서 공급을 중단하였다. 각 실시예의 장치에 대해 시간에 따른 온도 변화를 관찰하였고, 그 결과를 도 9에 나타내었다.
도 9A를 참고하면 선간 거리가 감소할수록, 즉 메쉬 내부 공간이 좁아질수록 필름의 온도증감율이 높아지는 것을 알 수 있고, 이는 선간 거리가 50㎛일 때 가장 극적으로 나타났으며(실시예 1), 150㎛일 때 가장 완만하게 나타났다(실시예 3).
이러한 결과를 통해, 열순환 장치의 선간 거리를 조절함으로써 유전자 증폭 속도나 효율을 조절할 수 있어 각 용처에 맞게 유전자 증폭 시스템을 구동할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 9B를 참고하면 전압을 인가하는 동안 금속 메쉬 필름의 온도 분포가 균일하게 형성되는 것을 확인할 수 있고, 이를 통해 유전자 증폭 효율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
10: 유연기판
20: 반응 챔버
21: 반응홈
22: 친수성 물질
30: 금속 메쉬 필름
31: 금속 메쉬
32: 금속
40: 소수성 필름
50: 제1 스탬프
60: 제2 스탬프

Claims (13)

  1. 유연기판(flexible substrate);
    상기 유연기판의 상면에 구비된 반응 챔버(reaction chamber); 및
    상기 유연기판의 하면에 구비된 15㎚ 내지 350㎚ 두께의 금속 메쉬 필름(metal mesh film);을 포함하고,
    상기 반응 챔버는 친수성 물질로 이루어지고,
    상기 반응 챔버의 상면에는 소수성 필름이 구비된, 유전자 증폭 시스템용 열순환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유연기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, Polyethylene terephthalate), 폴리이미드(PI, Polyimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, Polyethylene naphthalate), 폴리에테르설폰(PES, Polyether sulfone), 폴리카보네이트(PC, PolyCarbonate) 또는 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진, 유전자 증폭 시스템용 열순환 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 상면에서 수직방향으로 형성된 복수의 반응홈을 포함하고,
    상기 소수성 필름은 상기 반응홈에 대응되는 위치에 홀이 형성된, 유전자 증폭 시스템용 열순환 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반응홈의 높이가 100㎚ 내지 500㎚이고, 단면적 직경이 0.1㎛ 내지 3㎛인, 유전자 증폭 시스템용 열순환 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 소수성 필름의 두께가 0.1㎚ 내지 10㎚인, 유전자 증폭 시스템용 열순환 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 금속 메쉬 필름은 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 금(Au), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 백금(Pt) 또는 이들 중 2 이상의 합금으로 이루어진, 유전자 증폭 시스템용 열순환 장치.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 금속 메쉬의 선폭이 0.25㎛ 내지 3.5㎛이고, 선간 거리가 15㎛ 내지 300㎛인, 유전자 증폭 시스템용 열순환 장치.
  11. 제1항 내지 제4항, 제6항, 제8항 및 제10항 중 어느 한 항의 열순환 장치를 포함하는, 유전자 증폭 시스템.
  12. 메쉬 패턴이 형성된 제1 스탬프 상에 금속을 증착시키는 단계;
    상기 제1 스탬프를 유연기판(flexible substrate)의 하면에 접촉시켜 금속 메쉬 필름(metal mesh film)을 형성하는 단계;
    복수의 홈이 형성된 제2 스탬프 상에 친수성 물질을 증착시키는 단계; 및
    상기 제2 스탬프를 상기 유연기판의 상면에 접촉시켜 복수의 반응홈이 구비된 반응 챔버(reaction chamber)를 형성하는 단계;를 포함하는, 열순환 장치의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 반응 챔버 형성 단계 이후에,
    상기 반응 챔버의 상면에 소수성 필름을 형성하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 소수성 필름은 상기 반응홈에 대응되는 위치에 홀이 형성된, 열순환 장치의 제조방법.
KR1020170035271A 2017-03-21 2017-03-21 마이크로 챔버 일체형 금속 메쉬 필름을 포함하는 열순환 장치, 이를 포함하는 유전자 증폭 시스템 및 열순환 장치의 제조방법 KR102090863B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170035271A KR102090863B1 (ko) 2017-03-21 2017-03-21 마이크로 챔버 일체형 금속 메쉬 필름을 포함하는 열순환 장치, 이를 포함하는 유전자 증폭 시스템 및 열순환 장치의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170035271A KR102090863B1 (ko) 2017-03-21 2017-03-21 마이크로 챔버 일체형 금속 메쉬 필름을 포함하는 열순환 장치, 이를 포함하는 유전자 증폭 시스템 및 열순환 장치의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180106634A KR20180106634A (ko) 2018-10-01
KR102090863B1 true KR102090863B1 (ko) 2020-03-18

Family

ID=63877554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170035271A KR102090863B1 (ko) 2017-03-21 2017-03-21 마이크로 챔버 일체형 금속 메쉬 필름을 포함하는 열순환 장치, 이를 포함하는 유전자 증폭 시스템 및 열순환 장치의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102090863B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102186264B1 (ko) * 2018-07-13 2020-12-03 한국과학기술원 개방형 미세유체 채널 일체형 바이오센서 및 이의 제조 방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10290691A (ja) * 1997-02-19 1998-11-04 Dainippon Printing Co Ltd 遺伝子増幅方法および装置
KR101425995B1 (ko) * 2012-10-04 2014-08-06 한국기계연구원 금속메쉬층을 포함하는 히트싱크 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180106634A (ko) 2018-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shin et al. Monolithic digital patterning of polydimethylsiloxane with successive laser pyrolysis
Mkhize et al. Electrohydrodynamic jet printing: Introductory concepts and considerations
US10597767B2 (en) Nanoparticle fabrication
Huang et al. Printable functional chips based on nanoparticle assembly
Ko et al. Digital selective growth of ZnO nanowire arrays from inkjet-printed nanoparticle seeds on a flexible substrate
JP2008243819A (ja) 透明導電性フィルムの製造方法
KR100858223B1 (ko) 자가정렬된 반도체 나노와이어 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법
US10118426B2 (en) Nanoporous stamp for flexographic printing
US20170010060A1 (en) Heterogeneous surfaces for patterned bubble arrays, enhanced heat transfer, & advanced heat exhanger applications
DE102005001165A1 (de) Werkstückausrichtungsvorrichtung
DE102005001166A1 (de) Isothermale Prägung von Werkstücken
JPWO2008126312A1 (ja) 熱式インプリント装置および熱式インプリント方法
Bae et al. Micro‐/nanofluidics for liquid‐mediated patterning of hybrid‐scale material structures
TW200924576A (en) Method for fabricating minute conductive structures on surfaces
Zhong et al. Microstructure formation via roll-to-roll UV embossing using a flexible mould made from a laminated polymer–copper film
CN101381597A (zh) 传热介质以及使用该传热介质的传热方法
Zhao et al. Combining printing and nanoparticle assembly: Methodology and application of nanoparticle patterning
KR102090863B1 (ko) 마이크로 챔버 일체형 금속 메쉬 필름을 포함하는 열순환 장치, 이를 포함하는 유전자 증폭 시스템 및 열순환 장치의 제조방법
JP2008311665A (ja) 光起電力シリコンウェファ上に導体路を形成する方法
CN112543678B (zh) 图案化微流体装置及其制造方法
JP2004288784A (ja) ナノプリント装置、及び微細構造転写方法
Liang et al. Femtosecond Laser Patterning Wettability‐Assisted PDMS for Fabrication of Flexible Silver Nanowires Electrodes
CN108892099B (zh) 一种压印超薄材料制备均匀表面微结构的方法
KR100731736B1 (ko) 리지플렉스 몰드와 롤러를 이용한 미세 패턴 형성 방법
KR20130127114A (ko) 그래핀 필름의 패터닝 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant