KR20060006182A - Drop stain uniformity control apparatus using radial electroosmotic flow - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기삼투 현상을 이용하여 미세 액적의 흔적을 제어하는 발명이다. 미세 전극을 이용한 전기삼투 흐름을 액적 내부에 유발시켜 증발 후의 액적 흔적을 균일하게 분포하도록 하여 DNA 또는 단백질 칩등의 분석의 효율을 높일 수 있다. 이는 분석 시간과 시료의 양을 줄임으로써 분석 장비 경제화에 크게 기여할 것이다.The present invention is an invention for controlling the traces of fine droplets by using an electroosmotic phenomenon. The electroosmotic flow using the microelectrode is induced inside the droplets to uniformly distribute the traces of the droplets after evaporation, thereby increasing the efficiency of DNA or protein chip analysis. This will greatly contribute to the economics of analytical equipment by reducing analysis time and sample volume.
Description
도 1은 전형적인 cDNA chip의 스팟들의 사진으로 모호한 액적 흔적을 나타낸다.1 is a photograph of the spots of a typical cDNA chip showing obscure droplet traces.
도 2는 기판의 특성에 따른 액적의 증발 진행 형태(점선 화살표)이다. 도 2a는 소수성 기판 위의 액적 증발 진행 형태를 나타내고, 도 2b는 친수성 기판 위의 액적 증발 진행 형태를 나타낸다.2 is an evaporation progress mode (dotted arrow) of droplets according to the characteristics of the substrate. FIG. 2A shows the droplet evaporation progression pattern on a hydrophobic substrate, and FIG. 2B shows the droplet evaporation progression pattern on a hydrophilic substrate.
도 3은 액적의 자연 증발 시 경계 증발이 가장 활발함에 따른 대류에 의한 내부 유동이다.3 is an internal flow by convection according to the most active boundary evaporation during natural evaporation of the droplets.
도 4은 전기삼투흐름의 개념도이다. l: 전기이중층의 두께, E: 외부 전기장.4 is a conceptual diagram of the electroosmotic flow. l : thickness of the electric double layer, E: external electric field.
도 5는 미세 원형 전극을 이용한 방사형 전기 삼투 유동의 개념도이다. 도 5a는 미세 전극의 측면도이고, 도 5b는 3차원 상의 액적과 미세 전극의 배치도이고, 도 5c는 미세 전극에 의한 액적 밑면에서의 방사형 전기삼투 흐름을 나타낸다.5 is a conceptual diagram of a radial electroosmotic flow using a fine circular electrode. FIG. 5A is a side view of the microelectrode, FIG. 5B is a layout view of the droplet and the microelectrode on the three-dimensional phase, and FIG. 5C shows the radial electroosmotic flow at the bottom of the droplet by the microelectrode.
도 6은 미세 원형 전극을 만들기 위한 공정 흐름도이다.6 is a process flow diagram for making a fine circular electrode.
도 7는 공정에 사용된 필름 마스크들이다. 도 7a는 첫 번째 Al electrode patterning시 사용되는 마스크이고, 도 7b는 Si etching시 사용되는 마스크이고, 도 7c는 두 번째 Al electrode patterning시 사용되는 마스크이다.7 are film masks used in the process. FIG. 7A is a mask used for the first Al electrode patterning, FIG. 7B is a mask used for the Si etching, and FIG. 7C is a mask used for the second Al electrode patterning.
도 8은 Si wafer 위에 완성된 미세 원형 전극들이다. 도 8a는 전체적인 wafer의 모습이고, 도 8b는 미세 원형 전극 확대 사진이다.8 are fine circular electrodes completed on a Si wafer. FIG. 8A is a view of an overall wafer, and FIG. 8B is an enlarged photograph of a fine circular electrode.
도 9은 자연 증발 후의 액적 흔적 사진이다. 도 9a는 NaCl 0.02M + 300nm polystyrene particle 용액 액적의 초기 형태이고, 도 9b는 NaCl 0.02M + 300nm polystyrene particle 용액 액적의 완전 증발 후 액적 흔적이고, 도 9c는 NaCl 0.02M + coffee particle 용액 액적의 초기 형태이고, 도 9d는 NaCl 0.02M + coffee particle 용액 액적의 완전 증발 후 액적 흔적이다.9 is a photograph of traces of droplets after natural evaporation. Figure 9a is the initial form of NaCl 0.02M + 300nm polystyrene particle solution droplets, Figure 9b is the trace of droplets after complete evaporation of NaCl 0.02M + 300nm polystyrene particle solution droplets, Figure 9c is the initial of NaCl 0.02M + coffee particle solution droplets 9d shows traces of droplets after complete evaporation of NaCl 0.02M + coffee particle solution droplets.
도 10은 과다한 전압(3.0V) 인가 시 액적 흔적 사진이다. 도 10a는 NaCl 0.02M + coffee particle 용액 액적의 초기 형태 (center -, rim +)이고, 도 10b는 NaCl 0.02M + coffee particle 용액 액적의 완전 증발 후 액적 흔적이고, 도 10c는 NaCl 0.02M + coffee particle 용액 액적의 초기 형태 (center +, rim -)이고, 도 10d는 NaCl 0.02M + coffee particle 용액 액적의 완전 증발 후 액적 흔적이다.10 is a photograph of traces of droplets when an excessive voltage (3.0V) is applied. Figure 10a is the initial form (center-, rim +) of NaCl 0.02M + coffee particle solution droplets, Figure 10b is the droplet trace after complete evaporation of NaCl 0.02M + coffee particle solution droplets, Figure 10c is NaCl 0.02M + coffee Initial form of the particle solution droplets (center +, rim −), FIG. 10D shows droplet traces after complete evaporation of NaCl 0.02M + coffee particle solution droplets.
도 11은 최적 전압(1.5V) 인가 시 액적 흔적 사진이다. 도 11a는 NaCl 0.02M + 300nm polystyrene particle 용액 액적의 초기 형태 (center +, rim -)이고, 도 11b는 NaCl 0.02M + 300nm polystyrene particle 용액 액적의 완전 증발 후 액적 흔적이고, 도 11c는 NaCl 0.02M + coffee particle 용액 액적의 초기 형태 (center +, rim -)이고, 도 11d는 NaCl 0.02M + coffee particle 용액 액적의 완전 증발 후 액적 흔적이다.11 is a trace photograph of the droplet when the optimum voltage (1.5V) is applied. FIG. 11A is the initial form (center +, rim −) of NaCl 0.02M + 300nm polystyrene particle solution droplets, FIG. 11B is the droplet trace after complete evaporation of NaCl 0.02M + 300nm polystyrene particle solution droplets, FIG. 11C is NaCl 0.02M Initial form of the + coffee particle solution droplets (center +, rim −), FIG. 11D is the droplet trace after complete evaporation of NaCl 0.02M + coffee particle solution droplets.
도 12는 인가 전압에 따른 액적 흔적의 거동의 경향성을 나타낸 사진이다. 사용된 용액은 NaCl 0.02M + 50nm polystyrene particle이다.12 is a photograph showing the tendency of the behavior of droplet traces according to the applied voltage. The solution used is NaCl 0.02M + 50nm polystyrene particles.
본 발명은 바이오칩 또는 화학분석장치의 스팟상의 미세 액적 흔적 제어에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 원형 전극을 이용하여 방사형의 전기 삼투 유동을 액적 내부에 유발시켜 증발 후 액적 흔적을 제어하는 장치 및 이를 이용한 미세 액적 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to the control of traces of fine droplets on a spot of a biochip or a chemical analysis device, and more particularly, a device for controlling droplet traces after evaporation by causing a radial electroosmotic flow to inside a droplet by using a circular electrode, and using the same. It relates to a droplet control method.
최근 생명공학 및 분석화학 분야에서 각광을 받고 있는 cDNA chip, protein chip 등과 같은 바이오칩은 미세 장치 생산 기술을 바탕으로 하여 질병의 진단 및 분석에 이르는 일련의 과정들을 작은 평면형 장치 위에 구성하여 신약 탐색, 의료 진단, 물질 분석 등의 분야에서 활용 가능성이 적극 모색되고 있다. cDNA chip은 도 1에서 보듯이 격자 형태로 DNA 시료를 기판 위에 심어 반응 시료를 처리하여 특유의 발광을 분석하여 질병 등을 진단하는 시스템이다. 또한 예전부터 단백질 분석에 사용되었던 MALDI-TOFMS (Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization Time-Of-Flight Mass Spectrometry)와 같은 화학분석장치에서도 protein chip과 같이 액적의 격자 시스템을 이용하였다. 상기와 같은 분석 시스템은 모두 열린 계(open system)에서 액체 시료의 증발 후 기판 위의 흔적을 분석하는 방식을 취하고 있다. 하지만 커피의 증발 후 흔적 등 흔히 일상생활에서 관찰 할 수 있듯이 cDNA chip과 같은 분석 장치에서도 도 1과 같은 액적의 증발 후 흔적은 전 영역에 대해 균일하 게 분포하지 못하고 액적의 경계 부분에 비균일한 액적 흔적을 남기게 되어 분석에 어려움을 초래하고 있다. (참고: Langmuir, 2002, 18, 2952)Biochips, such as cDNA chips and protein chips, which are in the spotlight in the fields of biotechnology and analytical chemistry, are based on micro device production technology. The possibility of application in the fields of diagnosis and substance analysis is being actively explored. The cDNA chip is a system for diagnosing diseases and the like by analyzing a specific luminescence by processing a reaction sample by planting a DNA sample in a lattice form on a substrate as shown in FIG. 1. In addition, liquid crystal lattice systems, like protein chips, were used in chemical analyzers such as matrix-assisted laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOFMS). All of these analytical systems take the form of analyzing traces on a substrate after evaporation of a liquid sample in an open system. However, as can be observed in daily life such as traces after evaporation of coffee, even in analytical devices such as cDNA chip, traces after evaporation of droplets as shown in FIG. 1 are not uniformly distributed over the entire region and are non-uniform at the boundary of the droplets. Leaving traces of the droplets is causing difficulties in the analysis. (See Langmuir , 2002, 18 , 2952)
이러한 현상은 두 가지 원인에 의해 일어나는 것으로 알려져 있다. (참고: Phys. Rev. E, 2000, 62, 756) 도 2는 친수성과 소수성 기판위에서의 액적의 증발 거동에 관한 비교이다. 소수성의 경우 기판과 액적의 경계면이 증발이 진행됨에 따라 액적 중앙으로 모여 비교적 균일한 흔적을 얻을 수 있는 반면 친수성 기판의 경우 액적과 기판의 접촉면이 움직이지 않는 contact line pinning 현상이 일어나 완전한 증발 후 그 흔적이 처음의 액적의 면적과 동일한 면적의 테두리에 남게 된다. 대부분의 바이오칩 분석 장치에 이용되는 기판은 친수성 성질을 띄므로 contact line pinning 현상이 항시 일어나게 된다. 또한 액적의 증발은 기판, 액적의 원형 경계면에서 가장 활발하게 일어난다. 도 3에서 보듯이 액적 내의 물질 수지를 맞추기 위해 액적 표면에서 방사 방향으로 흐름이 유발 되게 되고 이 유동이 결국 증발 후 흔적을 경계면으로 모이게 하는 원인을 제공하게 된다. 이를 실제 분석 장치에서 극복하기 위하여 시료에 sinapinic acid, CHCA등의 화학약품을 섞거나 (참고: Rapid Commun . Mass Spectrum., 1991, 5, 145), 최대한 얇은 액체층을 만들어 주기도 하며 (참고: Anal. Chem ., 1994, 66, 3281), spin-coating (참고: Int. J. Mass Spectrum. Ion Proc., 1994, 130, 107) 등의 방법으로 균일한 액적의 흔적을 얻기 위해 노력하였다. This phenomenon is known to occur for two reasons. (Reference: Phys. Rev. E , 2000, 62 , 756) FIG. 2 is a comparison of droplet evaporation behavior on hydrophilic and hydrophobic substrates. In the case of hydrophobicity, as the interface between the substrate and the droplets evaporates, a relatively uniform trace can be gathered at the center of the droplet, whereas in the case of a hydrophilic substrate, a contact line pinning phenomenon occurs in which the contact surface between the droplet and the substrate does not move. The trace remains on the border of the same area as the original droplet area. The substrate used in most biochip analyzers is hydrophilic, so contact line pinning always occurs. The evaporation of the droplets also occurs most actively at the substrate, at the circular interface of the droplets. As shown in FIG. 3, a flow is induced in the radial direction at the surface of the droplet to fit the mass balance in the droplet, which causes the flow to eventually collect traces after the evaporation. This mix of chemicals, such as the sample sinapinic acid, CHCA to cope with the actual assay device, or (reference:.. Rapid Commun Mass Spectrum, 1991, 5, 145), jugido possible to create a thin liquid layer, and (Note: Anal .. Chem, 1994, 66, 3281), spin-coating ( reference:... Int J. Mass Spectrum Ion Proc, 1994, 130, 107) sought to obtain a uniform liquid droplet trace in such a way.
이에 본 발명자는 이러한 액적의 흔적을 균일하게 얻고자 하는 방법으로서 최근에 발달한 MEMS기술을 기반으로 미세 전극을 액적의 주위와 중앙에 위치시킴으 로써 외부 전기장을 걸어주어 방사형 전기삼투 흐름을 유발시켜 액적 내부 용질의 흔적을 기판에 균일하게 분포하게 하여 분석에 용이하도록 하는 기판을 고안하였다. 균일한 액적의 흔적은 시료의 분석 효율을 향상 시킬 수 있을 뿐만 아니라 분석 시간의 단축으로 분석 비용의 절감에 크게 기여할 것이다.Therefore, the inventors of the present invention intend to obtain the traces of the droplets uniformly, based on the recently developed MEMS technology, by placing the microelectrodes around and in the center of the droplets, by applying an external electric field to induce a radial electroosmotic flow. A substrate was devised that facilitates analysis by uniformly distributing traces of internal solutes on the substrate. The uniform traces of traces not only improve the analysis efficiency of the sample, but also greatly reduce the cost of analysis by reducing the analysis time.
따라서, 본 발명의 주된 목적은 미세 전극을 이용하여 분석하고자 하는 액체 시료의 액적 흔적을 균일하게 하는 미세 액적 흔적 제어 장치를 제공하는 것이다.Therefore, the main object of the present invention is to provide a fine droplet trace control device which makes the droplet trace of the liquid sample to be analyzed uniform by using the fine electrode.
본 발명의 다른 목적은 상기 미세 액적 흔적 제어 장치를 이용한 미세 액적 흔적 제어 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a fine droplet trace control method using the fine droplet trace control device.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판 상의 스팟주위에 형성된 원형 전극과 스팟중심에 형성된 점 전극, 그리고 상기 원형띠 전극과 점 전극에 연결된 패드들을 포함하고, 상기 상기 패드를 통해 전위차를 걸어주어 스팟상 액체 시료내에 방사형 전기 삼투 유동을 유발시키는 것을 특징으로 하는 미세 액적 흔적 제어장치를 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention includes a circular electrode formed around a spot on the substrate and a dot electrode formed at the spot center, and pads connected to the circular band electrode and the dot electrode, and the potential difference is provided through the pad. It provides a fine droplet trace control device, characterized in that it causes a radial electroosmotic flow in a spot phase liquid sample.
본 발명의 제어장치에 있어서, 스팟주위의 원형 전극과 스팟중심의 점 전극에 전위차를 걸어주면 방사형 전기장이 형성되어 전기장에 평행하게 유발되는 방사상의 전기 삼투 유동을 유발시켜 액적 내부 용질의 흔적을 기판에 균일하게 분포시킬 수 있다.In the control apparatus of the present invention, when a potential difference is applied to a circular electrode around a spot and a point electrode at the center of the spot, a radial electric field is formed to induce a radial electric osmotic flow induced in parallel to the electric field, thereby displaying a trace of the solute inside the substrate. It can be distributed uniformly.
본 발명의 제어장치에 있어서, 상기 기판은 위에 전극을 형성할 수 있는 어 떤 기판일수도 있으나, 바람직하게는 유리, 플라스틱 또는 실리콘인 것을 특징으로 하며, 더욱 바람직하게는 액체 시료상의 바이오분자와 결합할 수 있도록 화학적으로 변형된 것을 특징으로 한다.In the control device of the present invention, the substrate may be any substrate capable of forming an electrode thereon, but is preferably glass, plastic, or silicon, and more preferably bonded to biomolecules on a liquid sample. It is characterized in that it is chemically modified.
본 발명의 제어장치의 제조방법은 최근에 발달한 MEMS기술을 기반으로 기판상에 미세 전극을 형성할 수 있으며, 바람직하게는 광석판 인쇄술(photolithography)을 이용하여 실리콘 기질 표면에 미세 전극을 패터닝하거나 또는 별도로 조립한 후 실리콘 기질 표면에 부착시킴으로써 생성될 수 있다. 상기 미세전극은 패드를 통하여 전압이 제어가능한 외부 또는 내부의 전원공급장치와 연결된다. The manufacturing method of the control device of the present invention can form a fine electrode on the substrate based on the recently developed MEMS technology, preferably by patterning the fine electrode on the surface of the silicon substrate using photolithography Or by assembling separately and then adhering to the silicon substrate surface. The microelectrode is connected to an external or internal power supply whose voltage is controllable through a pad.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 상기 본 발명의 제어장치가 설치된 기판상의 스팟에 액체 시료를 스포팅하는 단계, 및 상기 제어장치내의 패드에 전위차를 걸어주어 스팟상 액체 시료내에 방사형 전기 삼투 유동을 유발시키는 단계를 포함하는 미세 액적 흔적 제어방법을 제공한다.In order to achieve another object of the present invention, the present invention provides a method for spotting a liquid sample in a spot on a substrate on which a control device of the present invention is installed, and applying a potential difference to a pad in the control device so as to provide radial electric power in the spot liquid sample. It provides a fine droplet trace control method comprising the step of causing an osmotic flow.
본 발명의 제어방법에 있어서, 상기 액체 시료는 물리적, 화학적 또는 생물학적으로 분석을 요하는 어떤 시료도 가능하나, 바람직하게는 DNA, 단백질(Protein) 또는 PNA(Peptide Nucleic Acid)로 구성된 군에서 선택된 바이오분자 용액인 것을 특징으로 한다.In the control method of the present invention, the liquid sample may be any sample that requires physical, chemical, or biological analysis, but is preferably a bio-selected biomolecule selected from the group consisting of DNA, protein, or PNA (Peptide Nucleic Acid). It is characterized in that the molecular solution.
본 발명의 제어방법에 있어서, 상기 전위차는 액체 시료 액적의 자연대류에 의한 유동을 보상할 수 있는 정도의 전압으로서, 바람직하게는 1 내지 2 V인 것을 특징으로 하며, 더욱 바람직하게는 방사형 전기삼투 유동의 진동을 유발할 수 있는 교류전압인 것을 특징으로 한다. 전압이 너무 낮으면 자연 대류에 의한 유동을 보상하지 못하여 액적 가장자리로 흔적이 그대로 남으며, 너무 높으면 오히려 액적 중앙으로 흔적이 모이거나 미세 전극 자체가 저항을 극복하지 못하고 열에 의해 끊어지게 되는 단점이 있다.In the control method of the present invention, the potential difference is a voltage that can compensate for the flow due to the natural convection of the liquid sample droplets, preferably 1 to 2 V, more preferably radial electroosmotic It is characterized in that the AC voltage which can cause vibration of the flow. If the voltage is too low, it will not compensate for the flow due to natural convection, and the trace will remain at the edge of the droplet. If the voltage is too high, the trace will collect at the center of the droplet or the fine electrode itself will not be able to overcome the resistance and will be broken by heat.
이하, 도면을 참고로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 이들 도면은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 도면에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. These drawings are only intended to illustrate the invention and are not to be construed as limiting the scope of the invention.
전기 삼투현상은 실리콘이나 유리와 같이 벽면에 전위를 갖는 표면에 전해질 용액이 있을 때 외부에서 용액 내부로 전기장을 걸어줄 경우 전기적 힘에 의하여 표면에서 용액의 유동이 유발되는 현상이다. 도 4는 전기삼투흐름 현상의 개념도이다. 실리콘이나 유리와 같이 전하를 띠고 있는 고체면 사이에 전해질 용액이 채워져 있을 때 벽면 전하에 반대되는 counter-ion들이 벽면근처에 모이면서 전기이중층을 형성하게 된다. 여기에 외부에서 전기장을 걸어주면 전기이중층 내에 이온들이 힘을 받아 전기장 방향에 평행하게 끌려가면서 전기삼투흐름이 생성되는 것이다. The electroosmotic phenomenon is a phenomenon in which the flow of a solution from the surface is caused by an electric force when an electric field is applied from the outside to the inside of the solution when an electrolyte solution is present on a surface having a potential such as silicon or glass. 4 is a conceptual diagram of the electroosmotic flow phenomenon. When the electrolyte solution is filled between charged solid surfaces, such as silicon or glass, counter-ions opposite to the wall charges gather near the wall to form an electrical double layer. When the electric field is applied from the outside, the electroosmotic flow is generated while the ions are attracted in the electric double layer and dragged in parallel to the direction of the electric field.
분석하고자 하는 액체 시료는 대부분 전해질이 포함되어 있고 분석 기판이 Si 웨이퍼 또는 유리와 같이 표면 전하를 갖는 기판을 사용하므로 외부에서 전기장을 가해주는 전극을 설치하여주면 기판 표면에서 전기삼투 흐름을 얻어낼 수 있다. 액적의 원형 경계는 contact line pinning 현상으로 인하여 움직이지 않게 되어 액적 표면에서 경계면으로 향하는 대류에 의한 유동이 생기게 되는데 도 5에서 보듯 이 액적 밑면에 전기삼투흐름을 방사형으로 유발 시켜 주면 대류에 의한 유동과 전기 삼투에 의한 유동이 상호 작용하여 결국 균일한 액적 흔적을 얻을 수 있게 된다.Since most liquid samples to be analyzed contain electrolytes and the analysis substrate uses a substrate having a surface charge such as a Si wafer or glass, an electroosmotic flow can be obtained from the surface of the substrate by installing an externally applied electrode. have. The circular boundary of the droplet does not move due to the contact line pinning phenomenon, resulting in a flow due to convection from the surface of the droplet to the boundary surface. As shown in FIG. 5, an electroosmotic flow is radially induced at the bottom of the droplet. The flow by electroosmotic interactions results in a uniform droplet trace.
도 6는 MEMS 기술을 이용한 미세 전극의 제작 공정 흐름도이다. 준비된 Si 웨이퍼 표면을 oxidation 시킨 후 mask 1을 이용하여 중심 전극으로 사용될 Al 전극을 10000A 두께로 patterning한다. 다시 웨이퍼에 Si를 모두 도포시킨 후 mask 2를 이용하여 도포된 Si 중 일부를 etching해 내어 중심 전극을 표면에 노출 시킨다. 이후 mask 3를 이용하여 원형 전극으로 이용될 Al를 10000A 두께로 patterning해준다. 장치의 제작은 원형 전극 부분 이외에는 임의의 크기로 제작하여도 장치의 작용에는 영향을 주지 않는다. 도 7은 실제 공정에서 사용된 3장의 필름 마스크이다. 도 8에서 보듯이 완성된 원형 전극은 반지름 5mm, 2mm, 1mm의 세가지 크기에 대하여 제작하였다. 사각형 Al 부분은 전원 공급을 위한 외부 전원과의 용접 부위로 사용된다. 방사형 전기 삼투 흐름의 세기 및 방향은 내부의 조건을 변화시키는 것이 아닌 외부 전기장의 세기와 극을 변화시키면서 제어할 수 있다.6 is a flowchart illustrating a process of fabricating a fine electrode using MEMS technology. After oxidation of the prepared Si wafer surface, the Al electrode to be used as the center electrode is patterned to a thickness of
도 9는 반지름 2mm의 장치에서 자연 증발된 액적의 초기 상태와 완전 증발 후의 상태이다. 사용된 실험 시료는 NaCl 0.02M + polystyrene 300nm particle 용액과 NaCl 0.02M + coffee 용액이다. 두 입자 모두 전기 영동에 의한 움직임은 전기 삼투 흐름에 의한 움직임에 비해 거의 무시 할 수 있으므로 사용되었고 특히 coffee의 경우, 초기 액적 흔적이 발견되었던 Nature지의 논문이 coffee를 사용하여 발표되었기 때문에 사용되었다. 두 경우 모두 완전 증발 후 액적의 흔적이 액적 의 경계에 뚜렷이 모인 것을 관찰할 수 있다. FIG. 9 shows the initial state of droplets evaporated spontaneously in a device of
도 10은 보다 센 전기장을 걸어 준 경우로써 coffee 시료에서의 결과이다. 전기 삼투 효과를 좀 더 극대화시켜 관찰하기 위하여 도 9의 실험보다 많은 양의 입자를 넣어주었다. 관찰 할 수 있다시피 전기장이 매우 센 경우 극에 따라 자연현상과 역전되는 액적의 중앙으로 입자들이 모이기도하고 오히려 경계로 더욱 퍼지기도 한다. 이는 전기삼투 유동이 자연 대류에 의한 유동보다 강해져 전기삼투 유동이 지배적이 되기 때문이다. 따라서 적절한 전압을 걸어주면 입자를 균일하게 만들 수 있다. 10 is a result of the coffee sample as a case of applying a stronger electric field. In order to maximize the electroosmotic effect, more particles were added than the experiment of FIG. 9. As can be observed, when the electric field is very strong, the particles collect in the center of the droplet, which is reversed with natural phenomena, depending on the pole, but rather spread to the boundary. This is because the electroosmotic flow is stronger than the flow due to natural convection, and the electroosmotic flow becomes dominant. Therefore, applying an appropriate voltage can make the particles uniform.
도 11는 두 용액에 관하여 적절한 전압을 가해 주어 균일한 액적의 흔적을 얻은 사진이다. 상기 실험에 사용된 두 용액은 모두 1.5V 근처의 전압을 걸어주면 최적화된 흔적을 얻을 수 있었지만 다른 용매나 용질을 사용하는 경우 외부 전압을 조작해주는 간단한 방법으로 균일한 액적 흔적을 얻을 수 있다. FIG. 11 is a photograph showing traces of uniform droplets by applying an appropriate voltage to two solutions. FIG. Both solutions used in this experiment were able to obtain optimized traces by applying a voltage near 1.5V, but using different solvents or solutes, uniform droplet traces can be obtained by a simple method of manipulating the external voltage.
도 12는 NaCl 0.02M + 300nm polystyrene particle 용액의 액적의 증발 후 흔적 양상을 인가 전압에 따라 보여준 사진이다. 인가 전압인 0V인 경우 자연 증발 상태와 같으며 액적 경계로 증발 흔적이 남는 것을 관찰할 수 있다. 인가 전압이 음으로 세질 경우 경계로 증발 흔적이 더욱 모이는 것을 관찰 할 수 있고, 이에 반해 양으로 커지면 점점 액적 중앙으로 증발 흔적이 모이는 것을 관찰 할 수 있다. 양의 1.2V의 전압을 가해 준 경우 균일한 증발 흔적을 얻을 수 있었다.12 is a photograph showing the trace pattern after evaporation of droplets of NaCl 0.02M + 300nm polystyrene particle solution according to the applied voltage. When the applied voltage is 0V, it is the same as the natural evaporation state and it can be observed that traces of evaporation remain on the droplet boundary. When the applied voltage is negatively counted, it can be observed that the evaporation traces gather more at the boundary, while as the positive voltage increases, the evaporation traces gradually converge toward the center of the droplet. When a positive voltage of 1.2V was applied, a uniform evaporation trace was obtained.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 분석 장치 기판에 도 8와 같은 원 형 전극을 만들어 주어 방사형 전기 삼투 유동을 액적 밑면에 유발함으로써 액체 시료의 액적 흔적을 균일하게 얻을 수 있다. 이러한 균일한 액적 흔적은 DNA chip, protein chip 등의 화학 분석 장치의 분석 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 분석 시간과 시료의 양을 줄임으로써 분석 비용의 절감에 크게 기여할 것이다.As described above, according to the present invention, by forming a circular electrode as shown in FIG. 8 on the substrate of the analysis device, a radial trace of the liquid sample can be uniformly obtained by causing a radial electroosmotic flow to the bottom of the droplet. The uniform droplet traces can not only improve the analysis efficiency of chemical analysis devices such as DNA chips and protein chips, but also greatly reduce the analysis cost by reducing the analysis time and the amount of samples.
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| KR1020040055079A KR100576735B1 (en) | 2004-07-15 | 2004-07-15 | Drop stain uniformity control apparatus using radial electroosmotic flow |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101217550B1 (en) * | 2006-01-26 | 2013-01-02 | 삼성전자주식회사 | Device for controlling particle distribution in an evaporating droplet using radial electroosmotic flow |
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2004
- 2004-07-15 KR KR1020040055079A patent/KR100576735B1/en not_active IP Right Cessation
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