KR20220073489A - Functional microarray chip - Google Patents
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Abstract
본 명세서에서는 베이스 기판, 베이스 기판 상에 배치된 아민기를 포함하는 제 1 반복 단위 및 친수성 작용기를 포함하는 제 2 반복 단위를 포함하는 공중합체층, 및 공중합체층 상에 배치된 알킬실란 화합물을 포함하는 발수층을 포함하고, 발수층은, 공중합체층 상에 시료를 수용하기 위한 복수 개의 관통 홀을 포함하는, 기능성 마이크로어레이 칩이 제공된다.In the present specification, a water repellent comprising a base substrate, a copolymer layer including a first repeating unit including an amine group and a second repeating unit including a hydrophilic functional group disposed on the base substrate, and an alkylsilane compound disposed on the copolymer layer A functional microarray chip is provided, comprising a layer, wherein the water repellent layer includes a plurality of through holes for receiving a sample on the copolymer layer.
Description
본 발명은 기능성 마이크로어레이 칩에 관한 것이다. The present invention relates to a functional microarray chip.
체외 진단기기는 질병의 진단과 예후, 건강 상태 판정, 질병 치료 효과 판정 및 예방 등의 목적으로 인체로부터 채취된 생물학적 시료를 이용한 검사에 사용되는 기기를 의미하며, 면역화학적 방법 및 유전자 증폭과 같은 분자 진단 방법등이 사용될 수 있다.An in vitro diagnostic device refers to a device used for testing using biological samples collected from the human body for the purposes of diagnosis and prognosis of diseases, determination of health status, determination and prevention of disease treatment effects, and molecular methods such as immunochemical methods and gene amplification. A diagnostic method and the like may be used.
종래에는 특정 단백질의 유무를 항원-항체 반응을 통해 측정하는 것을 기초로하는 면역화학적 진단 기술이 많이 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 면역 화학적 진단 방법은 표적 단백질이 감지 한계 이상의 농도로 존재하여야 표적단백질에 대한 측정이 가능하다는 한계를 가지고 있어, 진단의 정확성이 떨어진다. Conventionally, immunochemical diagnostic techniques based on measuring the presence or absence of a specific protein through an antigen-antibody reaction have been widely used. However, the immunochemical diagnostic method has a limitation in that the target protein can be measured only when the target protein is present at a concentration higher than the detection limit, and thus the accuracy of diagnosis is lowered.
이에, 낮은 농도를 가지는 소량의 시료로도 표적 단백질과 같은 분자를 증폭하여 정확하게 검출할 수 있는 중합효소연쇄반응(Polymerase Chain Reaction, PCR)이 이용될 수 있으나, 이 또한, 원 시료 내의 특정 유전자의 상대적 양을 결정하는 것이 불가능하다는 한계점을 가지고 있다. Therefore, a polymerase chain reaction (PCR) that can amplify and accurately detect a molecule such as a target protein even with a small sample having a low concentration may be used, but this also It has a limitation in that it is impossible to determine the relative quantity.
한편, 전술한 한계점을 해결하기 위한 핵심기술로서 디지털화된 신호를 통한 유전자 분석이 가능한 디지털 분자진단 즉, 디지털 유전자 분석이 각광을 받고 있다. 보다 구체적으로, 디지털 유전자 분석은 시료를 수천 내지 수만개의 개별 액적 또는 반응계로 구획하여, 각 구획에 대한 PCR을 진행하여, 구획 내 존재하는 유전자의 개수를 조절함으로써, 각 구획의 디지털화된 신호를 통하여 유전자 분석이 가능한 기술이다. On the other hand, as a core technology to solve the above-mentioned limitations, digital molecular diagnosis, that is, digital genetic analysis, which enables gene analysis through digitized signals, is in the spotlight. More specifically, digital gene analysis divides the sample into thousands to tens of thousands of individual droplets or reaction systems, conducts PCR for each compartment, and controls the number of genes present in the compartment through the digitized signal of each compartment. It is a technology that enables genetic analysis.
종래의 PCR 분석은 PCR 증폭 사이클의 수가 개시 카피 수에 비례하게 되나, 디지털 유전자 분석은 구획에 따른 분률을 측정하기 때문에 절대적인 정량 측정이 가능하여, 표본 핵산을 정량하기 위해 불확실한 지수 데이터에 의존하지 않고, 1 copy의 차이를 구별할 수 있으며, 0.1 % 미만의 빈도에서 발생하는 대립 유전자의 동정이 가능하다. In conventional PCR analysis, the number of PCR amplification cycles is proportional to the starting copy number, but since digital gene analysis measures the fraction according to the partition, absolute quantitative measurement is possible, so that the sample nucleic acid does not depend on uncertain exponential data to quantify. , it is possible to distinguish the difference of 1 copy, and it is possible to identify alleles occurring at a frequency of less than 0.1%.
또한, 디지털 유전자 분석은 표준물질이나 복잡한 칼리브레이션(calibration)에 의존할 필요가 없으며, 높은 재현성 및 정밀도를 가짐에 따라, 현장 진단에 적합할 수 있다. In addition, digital genetic analysis does not need to rely on standard materials or complex calibration, and has high reproducibility and precision, so it may be suitable for point-of-care diagnosis.
그러나, 이러한 디지털 유전자 분석은 유전자 추출 과정에서 전기를 사용하는 대형 장피를 필요로 하며, 훈련된 인력과 오랜 시간이 요구되는 한계점을 가진다. 예를 들어, 표적 분자를 시료로부터 검출하기 위하여, 세포에서 핵산을 추출, 농축 및 정제 등의 복잡한 전처리 기술이 필수적으로 선행되어야 하며, 이러한 검출 과정에서 페놀, 클로로포름, 구아니디늄 티오시아네이트 등과 같은 독성 화학 물질의 용매를 이용하여 세포의 핵산을 용해시킴에 따라, 실험자의 안전을 위한 숙련된 기술이 요구된다. 이에, 소형화 및 단순한 과정이 요구되는 현장 진단의 적용에 있어서는 어려울 수 있다.However, such digital gene analysis requires a large-scale field using electricity in the gene extraction process, and has limitations in that it requires trained manpower and a long time. For example, in order to detect a target molecule from a sample, a complex pretreatment technique such as extraction, concentration, and purification of nucleic acids from cells must be necessarily preceded, and in this detection process, such as phenol, chloroform, guanidinium thiocyanate, etc. As the nucleic acid of cells is lysed using a solvent of a toxic chemical, skilled techniques are required for the safety of the experimenter. Accordingly, it may be difficult to apply a point-of-care diagnosis requiring miniaturization and a simple process.
결국, 전술한 한계점을 극복할 수 있는 간편하면서도 소형화된 디지털 유전자 분석에 대한 개발이 요구되고 있는 실정이다.As a result, the development of a simple and miniaturized digital genetic analysis capable of overcoming the aforementioned limitations is required.
발명의 배경이 되는 기술은 본 발명에 대한 이해를 보다 용이하게 하기 위해 작성되었다. 발명의 배경이 되는 기술에 기재된 사항들이 선행기술로 존재한다고 인정하는 것으로 이해되어서는 안 된다. The description underlying the invention has been prepared to facilitate understanding of the invention. It should not be construed as an admission that the matters described in the background technology of the invention exist as prior art.
한편, 종래의 핵산 추출에서 원심 분리기를 이용하는 스핀 컬럼(spin column) 방식의 전처리 키트가 많이 이용되고 있으나, 키트를 이용하더라도 다양한 시약 및 소모품이 요구되며, 원심 분리 및 기타 장비등을 이용해야 한다. 따라서, 스핀 컬럼 방식은 장소 및 전문성이 요구되는 한계가 있다. On the other hand, in the conventional nucleic acid extraction, a spin column type pretreatment kit using a centrifugal separator is widely used, but even if the kit is used, various reagents and consumables are required, and centrifugation and other equipment must be used. Therefore, the spin column method has limitations that require a place and expertise.
이에, 상기의 문제점들을 보완하기위해 Lab-on-a-chip 상에서 전처리 및 진단을 한 번에 구현하고자 하는 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 그러나, PCR을 위해서 제작한 칩에 맞춘 열순환 장비를 추가로 제작해야 한다는 점과 상용화된 분자진단 장비들과 호환성 및 범용성이 떨어지는 한계가 있다. Accordingly, various attempts have been made to implement pre-processing and diagnosis at once on Lab-on-a-chip in order to supplement the above problems. However, there are limitations in that it is necessary to additionally manufacture a thermal cycle equipment suitable for the chip manufactured for PCR, and compatibility and versatility with commercial molecular diagnostic equipment are inferior.
한편, 본 발명의 발명자들은, 상기와 같은 핵산 추출의 한계를 극복하기 위해, 보다 간편하여 누구나 다룰 수 있으며, 신속하게 핵산을 검출할 수 있는 방법의 필요성에 대하여 인지할 수 있었다.On the other hand, the inventors of the present invention were able to recognize the need for a method capable of detecting a nucleic acid quickly, which is simpler, can be handled by anyone, and can be rapidly detected in order to overcome the limitations of nucleic acid extraction as described above.
이에, 본 발명의 발명자들은 여러 장비가 요구되는 PCR 전처리 과정을 특별한 장비 및 시약이 없어도 수행할 수 있으며, 종래의 PCR 장치 및 디지털 유전자 분석 장치에 호환이 가능하며, 하나의 기판상에서 전체 유전체(genome)의 발현 양상을 탐색할 수 있는 다기능성 마이크로어레이(microarray)를 개발하였다.Accordingly, the inventors of the present invention can perform the PCR pretreatment process requiring several equipment without special equipment and reagents, and are compatible with conventional PCR equipment and digital gene analysis equipment, and the entire genome (genome) on one substrate ) developed a multifunctional microarray that can explore the expression pattern.
보다 구체적으로, 본 발명의 발명자들은 화학 기상 증착법(chemical vapor depositon, CVD) 중 광개시 화학 기상 증착 공법(photo-initiated chemical vapor deposition, piCVD)을 통하여, 핵산 추출을 위한 고분자 중합체가 기판 상에 증착이 가능하다는 것을 주목하였다. More specifically, the inventors of the present invention deposited a polymer polymer for nucleic acid extraction on a substrate through photo-initiated chemical vapor deposition (piCVD) among chemical vapor deposition (CVD) methods. Note that this is possible.
이에, 본 발명의 발명자들은 양이온성 고분자 및 친수성 고분자로 이루어진 공중합체를 기판 상에 증착(deposition)할 경우, 독성 용매를 사용하거나 원심 분리와 같은 전처리 과정 없이도, 전술한 공중합체에 의하여 기판 상에 세포 내의 핵산이 추출 및 포획되어, 간편히 PCR에 대한 전처리 과정이 수행될 수 있다는 것을 발견하기에 이르렀다.Therefore, the inventors of the present invention, when depositing a copolymer consisting of a cationic polymer and a hydrophilic polymer on a substrate, use a toxic solvent or without a pretreatment process such as centrifugation, on the substrate by the above-mentioned copolymer It has been discovered that nucleic acids in cells can be extracted and captured, and a pretreatment process for PCR can be conveniently performed.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 종래의 PCR을 통한 진단 방법보다, 간편하고 빠르게 유전자를 통한 진단이 가능한 다기능성 마이크로어레이 칩을 제공하는 것이다.Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide a multifunctional microarray chip capable of diagnosis through genes more conveniently and faster than the conventional diagnostic method through PCR.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 기판, 베이스 기판 상에 배치된 아민기를 포함하는 제 1 반복 단위 및 친수성 작용기를 포함하는 제 2 반복 단위를 포함하는 공중합체층, 및 공중합체층 상에 배치된 알킬실란 화합물을 포함하는 발수층을 포함하고, 발수층은, 공중합체층 상에 시료를 수용하기 위한 복수 개의 관통 홀을 포함하는, 기능성 마이크로어레이 칩을 제공한다.A copolymer layer comprising a base substrate according to an embodiment of the present invention, a first repeating unit including an amine group disposed on the base substrate, and a second repeating unit including a hydrophilic functional group, in order to solve the problems as described above; and a water-repellent layer including an alkylsilane compound disposed on the copolymer layer, wherein the water-repellent layer includes a plurality of through holes for accommodating a sample on the copolymer layer.
본 발명의 특징에 따르면, 복수 개의 관통 홀은, 각각의 관통 홀들과 100 내지 400 μm의 간격으로 이격되어 있으며, 복수 개의 관통 홀 각각은, 50 내지 200 μm의 직경을 갖을 수 있다.According to a feature of the present invention, the plurality of through-holes are spaced apart from each other by an interval of 100 to 400 μm, and each of the plurality of through holes may have a diameter of 50 to 200 μm.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 공중합체층의 두께는, 1 내지 1000nm일 수 있다.According to another feature of the present invention, the thickness of the copolymer layer may be 1 to 1000 nm.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 아민기를 포함하는 제 1 반복 단위는, 폴리(2-디메틸아미노메틸 스티렌)(poly(2-dimethylaminomethylstyrene), pDMAMS), 폴리-2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(poly[2-dimethylaminoethyl methacrylate], pDMAEMA), 폴리-1-비닐피롤리돈(poly(1-vinylpyrrolidinone, p1-VP), 폴리 다이에틸아미노에틸 아크릴레이트(poly(dimethylaminoethyl acrylate), pDEAEA), 폴리 다이메틸아미노에틸 아크릴레이트(poly(2-dimethylamino ethylacrylate), pDMAEA) 및 폴리 다이에틸아미노에틸 메타크릴레이트(poly(diethylaminoethyl methacrylate) pDEAMA) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 바람직하게는 폴리(2-디메틸아미노메틸 스티렌)일 수 있다.According to another feature of the present invention, the first repeating unit including an amine group is poly(2-dimethylaminomethylstyrene) (poly(2-dimethylaminomethylstyrene), pDMAMS), poly-2-dimethylaminoethyl methacrylate ( poly[2-dimethylaminoethyl methacrylate], pDMAEMA), poly-1-vinylpyrrolidone (poly(1-vinylpyrrolidinone, p1-VP), poly(dimethylaminoethyl acrylate), pDEAEA), poly die It may include at least one of methylaminoethyl acrylate (poly(2-dimethylamino ethylacrylate), pDMAEA) and poly(diethylaminoethyl methacrylate) pDEAMA, but preferably poly(2-dimethylaminoethyl methacrylate) pDEAMA. aminomethyl styrene).
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 아민기를 포함하는 제 1 반복 단위는,According to another feature of the present invention, the first repeating unit comprising an amine group,
측쇄 말단에 양전하의 아민기가 공중합체층 외측을 향하여 배치될 수 있다.A positively charged amine group at the end of the side chain may be disposed toward the outside of the copolymer layer.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 친수성 작용기를 포함하는 제 2 반복 단위는, 폴리 하이드로시에틸 메타크릴레이트(Poly(hydroxyethyl methacrylate, pHEMA), 폴리-N-아이소프로필아크릴아미드(Poly(N-isopropyl acrylamide), pNIPAAm), 폴리 글리세롤 메타크릴레이트(Poly(glycerol methacrylate), pGMA), 폴리 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(Poly(diethylglycol methacrylate), pDEGMA) 및 폴리 메틸에틸 아크릴아미드(Poly(methylethyl acrylamide), PMEAAm) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 바람직하게는 폴리 하이드로시에틸 메타크릴레이트일 수 있다.According to another feature of the present invention, the second repeating unit including a hydrophilic functional group is poly (hydroxyethyl methacrylate, pHEMA), poly-N-isopropyl acrylamide (Poly (N-isopropyl) acrylamide), pNIPAAm), polyglycerol methacrylate (Poly(glycerol methacrylate), pGMA), polyethylene glycol dimethacrylate (Poly(diethylglycol methacrylate), pDEGMA) and polymethylethyl acrylamide (Poly(methylethyl acrylamide); PMEAAm), but preferably poly hydroxyethyl methacrylate.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 친수성 작용기를 포함하는 제 2 반복 단위는, 측쇄 말단에 하이드록시기가 공중합체층 외측을 향하여 배치될 수 있다.According to another feature of the present invention, in the second repeating unit including a hydrophilic functional group, a hydroxyl group at the end of the side chain may be disposed toward the outside of the copolymer layer.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 알킬실란 화합물은, 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane, OTS), 3-아미노프로필 트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane, APTES), 및 메타크릴옥시프로필트리메티톡시실란(methacryloxypropyltrimethoxysilane, MPS) 중 적어도 하나를 포함하 수 있으나, 바람직하게는 옥타데실트리클로로실란일 수 있다.According to another feature of the present invention, the alkylsilane compound is, octadecyltrichlorosilane (OTS), 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES), and methacryloxypropyltrimethoxysilane (methacryloxypropyltrimethoxysilane, MPS) may include at least one, preferably octadecyltrichlorosilane.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 베이스 기판은, 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌 (polyethylene, PE), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에스테르(polyester), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 실리콘, 유리, 세라믹 및 테플론 중 적어도 하나의 소재로 이루어질 수 있다.According to another feature of the invention, the base substrate is, polypropylene (polypropylene, PP), polyethylene (polyethylene, PE), polyvinyl chloride (polyvinyl chloride, PVC), polycarbonate (polycarbonate, PC), polyester (polyester) ), polymethylmethacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate (PET), polyurethane (polyurethane, PU), silicon, glass, ceramic, and may be made of at least one of Teflon.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 공중합체층의 아민기를 포함하는 제 1 반복 단위 대 친수성 작용기를 포함하는 제 2 반복 단위의 몰비는, 1: 0.5 내지 1:1.5일 수 있다.According to another feature of the present invention, a molar ratio of the first repeating unit including an amine group to the second repeating unit including a hydrophilic functional group in the copolymer layer may be 1:0.5 to 1:1.5.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 공중합체층은, 광개시 화학 기상 증착법(photo-initiated Chemical Vapor Deposition, piCVD)에 의하여 배치 즉, 증착될 수 있다.According to another feature of the present invention, the copolymer layer may be disposed, that is, deposited by photo-initiated chemical vapor deposition (piCVD).
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 기판 상에 아민기를 포함하는 단량체 및 친수성 작용기를 포함하는 단량체를 포함하는 공중합체층을 형성하는 단계, 및 공중합체층 상에 시료를 수용하기 위한 마이크로 웰이 형성되도록 알킬실란 화합물을 포함하는 발수층을 형성하는 단계를 포함하는, 기능성 마이크로어레이 칩의 제조 방법을 제공한다.Forming a copolymer layer including a monomer containing an amine group and a monomer containing a hydrophilic functional group on the base substrate according to an embodiment of the present invention in order to solve the problems as described above, and a sample on the copolymer layer It provides a method of manufacturing a functional microarray chip, comprising the step of forming a water-repellent layer including an alkylsilane compound to form a micro-well for receiving.
본 발명의 특징에 따르면, 공중합체층을 형성하는 단계는, 아민기를 포함하는 단량체, 친수성 작용기를 포함하는 단량체 및 개시제를 주입하는 단계, 아민기를 포함하는 단량체, 친수성 작용기를 포함하는 단량체 및 개시제를 기화시키는 단계, 및 아민기를 포함하는 단량체 및 친수성 작용기를 포함하는 단량체가 라디칼 중합되어 베이스 기반 상에 증착되도록 가열하는 단계를 포함할 수 있다.According to a feature of the present invention, the step of forming the copolymer layer includes the steps of injecting a monomer containing an amine group, a monomer containing a hydrophilic functional group, and an initiator, a monomer containing an amine group, a monomer containing a hydrophilic functional group, and the initiator. Vaporizing and heating so that the monomer containing an amine group and the monomer containing the hydrophilic functional group are radically polymerized and deposited on the base substrate.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 주입하는 단계에서의 아민기를 포함하는 단량체 대 친수성 작용기를 포함하는 단량체의 몰비는, 1: 0.5 내지 1:1.5일 수 있다.According to another feature of the present invention, the molar ratio of the monomer containing the amine group to the monomer containing the hydrophilic functional group in the injection step may be 1: 0.5 to 1: 1.5.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 가열하는 단계는, 필라멘트 및 자외선에 의하여 수행되고, 필라멘트의 온도는 120 내지 150 ℃이고, 자외선의 세기는, 300 내지 500 μW/cm2 일 수 있다.According to another feature of the present invention, the heating step is performed by a filament and ultraviolet rays, the temperature of the filament is 120 to 150 ℃, the intensity of the ultraviolet rays, 300 to 500 μW / cm2 It may be.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 베이스 기판의 온도는, 25 내지 40℃일 수 있다.According to another feature of the present invention, the temperature of the base substrate may be 25 to 40 ℃.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것에 불과하므로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, since these examples are only for illustrative purposes of the present invention, the scope of the present invention should not be construed as being limited by these examples.
본 발명은, 특정 고분자를 기판 상에 균일하게 증착시켜 핵산을 추출하기 위한 마이크로어레이 칩으로서, 시료에 대한 핵산을 추출 및 정제하는 과정이 종래의 방법에 비하여 보다 안전할 수 있다. The present invention is a microarray chip for extracting nucleic acids by uniformly depositing a specific polymer on a substrate, and the process of extracting and purifying nucleic acids for a sample may be safer than conventional methods.
나아가, 핵산 추출 과정의 단계가 종래의 추출 방법에 비하여 축소됨으로서, 비전문가 손쉽게 핵산을 추출할 수 있으며, 사람 개개인 별 핸들링에 의한 실험적 오차를 줄일 수 있는 효과가 있다.Furthermore, since the steps of the nucleic acid extraction process are reduced compared to the conventional extraction method, non-experts can easily extract nucleic acids, and there is an effect of reducing experimental errors caused by handling for each individual person.
더 나아가, 원심 분리 및 볼텍싱 등과 같은 실험 과정이 요구되지 않음에 따라, 어느곳에서나 핵산 추출이 가능하여 실시간 현장진단 및 환경 모니터링 등과 같은 다양한 분야에서 보다 빠르게 진단될 수 있다.Furthermore, since an experimental process such as centrifugation and vortexing is not required, nucleic acid can be extracted anywhere, so that it can be diagnosed faster in various fields such as real-time on-site diagnosis and environmental monitoring.
관련하여, 일반 전처리 키트에 비해 공정 과정이 대폭 감소하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 유전자 분석을 위한 다기능성 마이크로어레이 칩을 이용하면 보다 간편하고 용이하게 PCR을 통한 진단을 수행할 수 있다.In relation to this, since the process is significantly reduced compared to the general pretreatment kit, the multifunctional microarray chip for digital gene analysis according to an embodiment of the present invention can be used to perform diagnosis through PCR more simply and easily .
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다. The effect according to the present invention is not limited by the contents exemplified above, and more various effects are included in the present specification.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩의 단면도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩의 제조 방법에 대한 순서도 및 예시도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩에 대한 XPS 스펙트럼 결과이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩에 대한 물 접촉각 측정 결과이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩의 구회화에 대한 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩의 병원체 포획 및 용해에 대한 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩의 디지털 PCR 분석 결과이다.1A and 1B are cross-sectional views of a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are flowcharts and exemplary diagrams of a method of manufacturing a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention.
3 is an XPS spectrum result for a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention.
4 is a water contact angle measurement result for a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention.
5 is a result of sphericalization of a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention.
6 is a result of pathogen capture and dissolution of a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention.
7 is a digital PCR analysis result of a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be embodied in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. Like reference numerals refer to like elements throughout.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우, '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.The shapes, sizes, proportions, angles, numbers, etc. disclosed in the drawings for explaining the embodiments of the present invention are illustrative and the present invention is not limited to the illustrated matters. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. When 'including', 'having', 'consisting', etc. mentioned in this specification are used, other parts may be added unless 'only' is used. When a component is expressed in the singular, cases including the plural are included unless otherwise explicitly stated.
구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.In interpreting the components, it is interpreted as including an error range even if there is no separate explicit description.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.Each feature of the various embodiments of the present invention may be partially or wholly combined or combined with each other, and as those skilled in the art will fully understand, technically various interlocking and driving are possible, and each embodiment may be implemented independently of each other, It may be possible to implement together in a related relationship.
본 명세서의 해석의 명확함을 위해, 이하에서는 본 명세서에서 사용되는 용어들을 정의하기로 한다.For clarity of interpretation of the present specification, terms used herein will be defined below.
본 명세서에서 사용되는 용어 " 핵산 "은 유기 염기(사이토신, 티미딘 및 우라실과 같은 치환된 피리미딘이거나, 아덴 및 구아닌과 같은 치환된 퓨린)에 연결된 당으로 이루어지는 적어도 하나의 뉴클레오티드를 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 핵산은 리보핵산(RNA), 디옥시리보핵산(DNA), 메틸포스포네이트 핵산, S-올리고, c-DNA, miRNA 및 압타머(aptamer) 등을 포함할 수 있으며, 천연적으로 발생하거나 인공적으로 합성된 것 모두를 포함할 수 있다. 그러나, 바람직하게는 RNA 및 DNA일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As used herein, the term "nucleic acid" refers to at least one nucleotide consisting of a sugar linked to an organic base (either a substituted pyrimidine such as cytosine, thymidine and uracil, or a substituted purine such as adenine and guanine). have. More specifically, the nucleic acid may include ribonucleic acid (RNA), deoxyribonucleic acid (DNA), methylphosphonate nucleic acid, S-oligo, c-DNA, miRNA and aptamer, etc., and naturally occurring or artificially synthesized ones. However, it may be preferably RNA and DNA, but is not limited thereto.
본 명세서에서 사용되는 용어 " 양이온성 폴리머 "는 수용액 상의 적정 pH에서 양성자화 성질을 가지는 폴리머 및 고체상에서 양성자 성질을 가지는 폴리머를 말한다.As used herein, the term “cationic polymer” refers to a polymer having protonation properties at an appropriate pH in an aqueous phase and a polymer having proton properties in a solid phase.
본 명세서에서 사용되는 용어 " 중합 효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction, PCR) "은 가열 및 냉각이 교대로 이루어지는 사이클 프로세스에 의하여 하나의 최초 주형으로부터 다량의 동일한 DNA 스트랜드가 형성되는 반응을 의미할 수 있다. As used herein, the term "polymerase chain reaction (PCR) " can refer to a reaction in which large quantities of identical DNA strands are formed from one initial template by a cyclic process in which heating and cooling are alternated.
본 명세서에서 사용되는 용어 " 증폭 (amplification) "은 주형(template)으로서 핵산 분자 중 적어도 하나를 이용하여 핵산 분자에 대한 복수의 복제물 또는 핵산 분자에 상보적인 복수의 복제물을 형성하는 것을 의미할 수 있다. As used herein, the term “amplification” may refer to forming a plurality of copies of a nucleic acid molecule or a plurality of copies complementary to a nucleic acid molecule using at least one of the nucleic acid molecules as a template. .
본 명세서에서 사용되는 용어 " 고정 (immobilization) "은 임의의 물질 또는 생활성제가 튜브의 벽면에 공유적 또는 비공유적으로 직접 또는 간접 방식에 의하여 부착되는 것을 의미할 수 있다. As used herein, the term “immobilization” may mean that any substance or bioactive agent is covalently or non-covalently attached to the wall surface of a tube in a direct or indirect manner.
본 명세서에서 사용되는 용어 " 기재 또는 기판 "은 표면 위에 특정 물질이 부착(고정), 코팅(도포) 및 증착 가능한 표면을 제공할 수 있는 구조 또는 구조물을 의미할 수 있으며, 바람직하게는 시료를 수용할 수 있는 튜브 형태의 구조물을 의미할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As used herein, the term "substrate or substrate" may refer to a structure or structure capable of providing a surface capable of attaching (fixing), coating (applying), and depositing a specific material on a surface, preferably for receiving a sample It may mean a structure in the form of a tube that can, but is not limited thereto.
본 명세서에서 사용되는 용어 " 마이크로어레이 "는 기질 상에서 분석하고자 하는 DNA 및 단백질 등과 같은 생분자(biomolecules)를 측정할 수 있도록 형성된 마이크로 크기의 시료 수용부가 일정하게 배열된 형태를 의미할 수 있으며, 이러한 형태를 갖는 칩의 경우, 소량의 시료만으로도 시료 내의 유전자 발현 양상, 유전자 결합, 단백질 분포 및 반응 양상 등을 분석할 수 있다. As used herein, the term “microarray” may refer to a form in which micro-sized sample receiving units formed to measure biomolecules such as DNA and proteins to be analyzed on a substrate are uniformly arranged. In the case of a chip having a shape, it is possible to analyze the gene expression pattern, gene binding, protein distribution and reaction pattern in the sample with only a small amount of sample.
본 명세서에서 사용되는 용어 " 상에 " 및 " 위에 "라는 표현은, 상대적인 위치 개념을 언급하기 위하여 사용되는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 언급된 층에 다른 구성 요소 또는 층이 직접적으로 존재하는 경우뿐만 아니라, 그 사이에 다른층(중간층) 및 다른 구성요소가 개재되거나 존재할 수 있다. As used herein, the terms “on” and “on” may mean used to refer to a concept of a relative position. Accordingly, not only the case where other components or layers are directly present in the mentioned layers, but also other layers (intermediate layers) and other components may be interposed or present therebetween.
기능성 마이크로어레이 칩Functional Microarray Chip
이하에서는, 도 1a 및 1b를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩에 대하여 설명한다. Hereinafter, a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A and 1B .
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩의 단면도이다. 1A and 1B are cross-sectional views of a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 1을 참조하면, 기능성 마이크로어레이 칩(100)은 핵산을 포함하는 시료 내의 핵산을 측정하기 위한 구조물로서, 베이스 기판(110), 베이스 기판 상에 형성된 공중합체층(130) 및 공중합체층 상에 형성된 발수층(150)을 포함한다.First, referring to FIG. 1 , the
이때, 발수층(150)은 공중합체층 상에 시료를 수용하기 위한 복수 개의 관통 홀을 포함함고 있으며, 관통 홀 각각의 직경(W1)은 50 내지 200 μm일 수 있으며, 관통 홀 각각의 간격(W2)은 100 내지 400 μm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 사용자의 편의에 따라, 다양한 크기 및 간격으로 형성될 수 있다.At this time, the water-
기능성 마이크로어레이 칩(100)은 발수층(150)이 공중합체층 상에 시료를 수용하기 위한 복수 개의 관통 홀을 포함함으로써, 마이크로 웰(micro-well) 즉, 시료 수용부(170)를 포함할 수 있으며, 이러한 시료 수용부(170)의 용량은, 측정하고자 하는 시료에 따라 발수층(150)의 두께를 다르게 설정하여, 0.1 내지 50,000㎕ 사이에서 다양하게 설정될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The
공중합체층(130)의 두께(H1)는 1 내지 1000nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 측정하고자 하는 시료에 따라 다양하게 형성될 수 있으며, 예를 들어, DNA 분석 및 측정을 하기 위한 공중합체층(130)의 두께(H1)는 바람직하게 100nm일 수 있다. The thickness H1 of the
베이스 기판(110)은 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌 (polyethylene, PE), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에스테르(polyester), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 실리콘, 유리, 세라믹 및 테플론 중 적어도 하나의 소재로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는, 유리일 수 있다.
이때, 플라스틱에 의한 습기 흡수가 문제가 되지 않을 경우, 바람직하게 구성되는 플라스틱류는 ABS, 아세탈(acetal), 아크릴섬유(acrylic), 아크릴로니트릴(acrylonitrile), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose), 알킬비닐 알코올(alkylvinylalcohol), 폴리아릴에테르에톤(polyaryletherketone), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르케톤(polyetherketone), 멜라민 포름알데히드(melamine formaldehyde), 페놀 포름알데히드(phenolic formaldehyde), 폴리아미드(polyamide, 예를 들면: 나일론6, 나일론 66, 나일론 12), 폴리아미드-이미드(polyamide-imide), 폴리디시클로펜타디엔(polydicyclopentadiene), 폴리에테르-이미드(polyether-imide), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리이미드(polyimide), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리프탈아미드(polyphthalamide), 메틸메타크릴레이트(methylmethacrylate), 폴리우레탄(polyurethan), 폴리설폰(polysulfone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone) 및 비닐 포말(vinyl formal)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. At this time, if moisture absorption by the plastic is not a problem, the plastics preferably constituted are ABS, acetal, acrylic, acrylonitrile, cellulose acetate, and ethyl cellulose. (ethyl cellulose), alkylvinylalcohol, polyaryletherketone, polyetheretherketone, polyetherketone, melamine formaldehyde, phenolic formaldehyde ), polyamide (eg: nylon 6, nylon 66, nylon 12), polyamide-imide, polydicyclopentadiene, polyether-imide ), polyethersulfone, polyimide, polyphenyleneoxide, polyphthalamide, methylmethacrylate, polyurethane, polysulfone, polyethersulfone (polyethersulfone) and vinyl formal (vinyl formal), but is not limited thereto.
또한, 습기 흡수가 문제가 될 경우, 바람직하게 구성되는 플라스틱류는 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리부틸렌(polybutylene), 에폭시(epoxy), 테플론(Teflon), PAN(peroxyacetylnitrate), PET(polyethylene terephthalate), PTFE(polytetrafluoroethylene), 클로로-플루오로에틸렌(chloro-fluoroethylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride), 액정 중합체(liquid crystal polymer), 폴리에스테르(polyester), LDPE(low-density polyethylene), HDPE(high density polyethylene), 폴리메틸펜틴(polymethylpentene), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리올페핀(polyolefin), PVC(polyvinyl chloride) 및 염소화 PVC를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, when moisture absorption is a problem, the plastics preferably constituted are polystyrene, polypropylene, polybutadiene, polybutylene, epoxy, Teflon. , PAN (peroxyacetylnitrate), PET (polyethylene terephthalate), PTFE (polytetrafluoroethylene), chloro-fluoroethylene, polyvinylidene fluoride, liquid crystal polymer, polyester ), low-density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), polymethylpentene, polyphenylene sulfide, polyolefin, polyvinyl chloride (PVC) and chlorinated PVC. However, the present invention is not limited thereto.
나아가, 도 1b를 참조하면, 공중합체층(130)은 아민기를 포함하는 제 1 반복 단위 및 친수성 작용기를 포함하는 제 2 반복 단위를 포함할 수 있다. Furthermore, referring to FIG. 1B , the
이때, 아민기를 포함하는 제 1 반복 단위는 폴리(2-디메틸아미노메틸 스티렌)(poly(2-dimethylaminomethylstyrene), pDMAMS), 폴리-2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(poly[2-dimethylaminoethyl methacrylate], pDMAEMA), 폴리-1-비닐피롤리돈(poly(1-vinylpyrrolidinone, p1-VP), 폴리 다이에틸아미노에틸 아크릴레이트(poly(dimethylaminoethyl acrylate), pDEAEA), 폴리 다이메틸아미노에틸 아크릴레이트(poly(2-dimethylamino ethylacrylate), pDMAEA) 및 폴리 다이에틸아미노에틸 메타크릴레이트(poly(diethylaminoethyl methacrylate) pDEAMA) 중 적어도 하나를 포함함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 아민기를 포함하는 다양한 화합물을 모두 포함할 수 있다.In this case, the first repeating unit including an amine group is poly(2-dimethylaminomethylstyrene), pDMAMS), poly-2-dimethylaminoethyl methacrylate (poly[2-dimethylaminoethyl methacrylate], pDMAEMA), poly-1-vinylpyrrolidone (poly(1-vinylpyrrolidinone, p1-VP), poly(dimethylaminoethyl acrylate), pDEAEA), polydimethylaminoethyl acrylate (poly( 2-dimethylamino ethylacrylate), pDMAEA) and poly diethylaminoethyl methacrylate (poly(diethylaminoethyl methacrylate) pDEAMA) may include, but is not limited thereto, and includes all various compounds including an amine group. can do.
예를 들어, 아민기를 포함하는 제 1 반복 단위는, 바람직하게, 하기의 구조식 1의 화합물인 폴리(2-디메틸아미노메틸 스티렌)일 수 있으며, 공중합체를 이룬 폴리(2-디메틸아미노메틸 스티렌)의 측쇄 말단의 양전하의 아민기(-NH2)는 공중합체층 외측을 향하여 배치될 수 있다For example, the first repeating unit including an amine group may be poly(2-dimethylaminomethyl styrene), which is preferably a compound of the following
결국, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩(100)은 아민기를 포함하는 제 1 반복 단위의 아민기가 양전하(+)를 가짐에 따라, 유전자 즉, 음전하(-)의 핵산을 포집할 수 있다.As a result, the
친수성 작용기를 포함하는 제 2 반복 단위는 폴리 하이드로시에틸 메타크릴레이트(Poly(hydroxyethyl methacrylate, pHEMA), 폴리-N-아이소프로필아크릴아미드(Poly(N-isopropyl acrylamide), pNIPAAm), 폴리 글리세롤 메타크릴레이트(Poly(glycerol methacrylate), pGMA), 폴리 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(Poly(diethylglycol methacrylate), pDEGMA) 및 폴리 메틸에틸 아크릴아미드(Poly(methylethyl acrylamide), PMEAAm) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 친수성 작용기를 포함하는 모든 화합물을 모두 포함할 수 있다. The second repeating unit including a hydrophilic functional group is poly(hydroxyethyl methacrylate, pHEMA), poly-N-isopropyl acrylamide (pNIPAAm), polyglycerol methacryl It may include at least one of poly(glycerol methacrylate, pGMA), polyethylene glycol dimethacrylate (Poly(diethylglycol methacrylate), pDEGMA), and polymethylethyl acrylamide (Poly(methylethyl acrylamide), PMEAAm). , but is not limited thereto, and may include all compounds including a hydrophilic functional group.
예를 들어, 친수성 작용기를 포함하는 제 2 반복 단위는, 바람직하게, 하기의 구조식 2 의 화합물인 폴리 하이드로시에틸 메타크릴레이트일 수 있으며, 공중합체를 이룬 폴리 하이드로시에틸 메타크릴레이트의 측쇄 말단의 하이드록시기(-OH)는 공중합체층 외측을 향하여 배치될 수 있다.For example, the second repeating unit including a hydrophilic functional group may preferably be poly hydroxyethyl methacrylate, which is a compound of Structural Formula 2 below, and a side chain terminal of poly hydroxyethyl methacrylate forming a copolymer. The hydroxyl group (-OH) of may be disposed toward the outside of the copolymer layer.
결국, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩(100)은 친수성 작용기를 포함하는 제 2 반복 단위의 하이드록시기가 반응성을 가짐에 따라, 공중합체층(130) 상에 배치되는 발수층(150)과 화학결합을 할 수 있으며, 전술한 화학결합을 통하여, 발수층(150)이 안정적으로 고정 및 도포될 수 있다.As a result, in the
즉, 공중합체층(130)은 전술한 아민기를 포함하는 단량체 및 친수성 작용기를 포함하는 단량체가 광개시 화학 기상 증착법(photo-initiated Chemical Vapor Deposition, piCVD)을 통하여, 라디칼 중합반응(free radical polymerization)이 이루어져 형성된 층이다.That is, the
나아가, 공중합체층의 아민기를 포함하는 제 1 반복 단위 대 친수성 작용기를 포함하는 제 2 반복 단위의 몰비는, 1: 0.5 내지 1:1.5일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. Furthermore, the molar ratio of the first repeating unit including an amine group to the second repeating unit including a hydrophilic functional group of the copolymer layer may be 1:0.5 to 1:1.5, but is not limited thereto.
나아가, 발수층(150)은 공중합체층 상에 배치되고, 알킬실란 화합물을 포함할 수 있다. Furthermore, the
알킬실란 화합물은 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane, OTS), 3-아미노프로필 트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane, APTES), 및 메타크릴옥시프로필트리메티톡시실란(methacryloxypropyltrimethoxysilane, MPS) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 알킬실란을 포함하는 다양한 화합물을 모두 포함할 수 있다.The alkylsilane compound includes at least one of octadecyltrichlorosilane (OTS), 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES), and methacryloxypropyltrimethoxysilane (MPS) However, it is not limited thereto, and may include all of various compounds including alkylsilane.
예를 들어, 알킬실란 화합물은, 바람직하게, 하기의 구조식 3의 화합물인 옥타데실트리클로로실란일 수 있다. 이러한, 발수층(150)은 알킬실란 즉 클로라이드 기(chloride group, -Cl)를 포함함으로써, 친수성 작용기를 포함하는 제 2 반복 단위의 하이드록시기(-OH)와 솔-젤 반응으로, Si-O 화합결합을 발현시키고, 이들을 고분자화하여, 소수성을 갖는 자기조립단분자막(self-assembled monolayer, SAM)을 형성할 수 있다. For example, the alkylsilane compound may be, preferably, octadecyltrichlorosilane, which is a compound of the following Structural Formula 3. This, the water-
이에, 발수층(150)은 알킬실란 화합물을 포함함으로써, 기재 표면의 발수성, 윤활 및 내 마모성을 증가시킬 수 있으며, 공중합체층(130)에 안정적으로 고정되어 도포될 수 있다.Accordingly, the
결국, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩(100)은 이러한 발수층(150)을 포함함에 따라, 물과 같은 친수성의 시료가 발수층에서는 접촉면이 최소화됨에 따라, 시료가 안정적으로 시료 수용부(170)에만 주입될 수 있다.After all, as the
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩(100)은 베이스 기판 상에 배치된 아민기를 포함하는 제 1 반복 단위를 포함함으로써, 세포를 포획하여, 세포 내의 핵산을 추출할 수 있으며, 나아가, 세포의 포획 뿐만 아니라 음전하의 핵산을 공중합체 상에 포획할 수 있다. 이에, 종래의 PCR 방법에서의 핵산 추출 전과정이 생략될 수 있으며, 이에 따라 보다 빠르게 핵산을 추출 및 검출할 수 있다.Therefore, the
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩(100)은 친수성 작용기를 포함하는 제 2 반복 단위를 포함함에 따라, 시료내의 표적 DNA(핵산)을 포획할 수 있는 공중합체층을 안정적으로 베이스 기판 및 발수층과 부착시킬 수 있다. Furthermore, since the
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩(100)은 알킬실란 화합물을 포함하는 발수층을 포함함에 따라, 시료가 시료 수용부에 안정적으로 주입되고, 기재의 오염 및 손상으로부터의 방어력 즉, 내구성을 향상시킬 수 있다. Furthermore, since the
또한, 발수층은 복수 개의 관통 홀을 포함함으로써, 사용자의 목적에 따라, 마이크로어레이 칩의 마이크로웰 즉, 시료 수용부를 다양한 크기로 자유롭게 형성될 수 있다.In addition, since the water repellent layer includes a plurality of through holes, the microwell of the microarray chip, that is, the sample receiving part, can be freely formed in various sizes according to the purpose of the user.
기능성 마이크로어레이 칩의 제조 방법Method for manufacturing functional microarray chip
이하에서는, 도 2a 및 2b를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩의 제조 방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A and 2B .
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩의 제조 방법에 대한 순서도 및 예시도이다.2A and 2B are flowcharts and exemplary diagrams of a method of manufacturing a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩의 제조 방법에 대한 순서도가 도시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩의 제조 방법은 베이스 기판 상에 아민기를 포함하는 단량체 및 친수성 작용기를 포함하는 단량체를 포함하는 공중합체층을 형성하는 단계(S210) 및 공중합체층 상에 시료를 수용하기 위한 마이크로 웰이 형성되도록 알킬실란 화합물을 포함하는 발수층을 형성하는 단계(S220)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2A, a flowchart of a method of manufacturing a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention is shown. The method for manufacturing a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention includes the steps of forming a copolymer layer including a monomer including an amine group and a monomer including a hydrophilic functional group on a base substrate (S210) and a sample on the copolymer layer Forming a water-repellent layer including an alkylsilane compound to form a micro-well for accommodating (S220) may include.
보다 구체적으로, 공중합체층을 형성하는 단계(S210)는 아민기를 포함하는 단량체, 친수성 작용기를 포함하는 단량체 및 개시제를 주입하는 단계, 아민기를 포함하는 단량체, 친수성 작용기를 포함하는 단량체 및 개시제를 기화시키는 단계, 및 아민기를 포함하는 단량체 및 친수성 작용기를 포함하는 단량체거 라디칼 중합되어 베이스 기반 상에 증착되도록 가열하는 단계를 포함할 수 있다.More specifically, the step of forming the copolymer layer (S210) is a step of injecting a monomer containing an amine group, a monomer containing a hydrophilic functional group, and an initiator, a monomer containing an amine group, a monomer containing a hydrophilic functional group, and the initiator. and heating a monomer containing an amine group and a monomer containing a hydrophilic functional group to be radically polymerized and deposited on the base substrate.
이때, 아민기를 포함하는 단량체는, 디메틸아미노메틸 스티렌(dimethylaminomethylstyrene), DMAMS), 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(dimethylaminoethyl methacrylate, DMAEMA), 비닐피롤리돈(vinylpyrrolidinone, VP), 다이에틸아미노에틸 아크릴레이트(dimethylaminoethyl acrylate), DEAEA), 다이메틸아미노에틸 아크릴레이트(dimethylamino ethylacrylate), DMAEA) 및 다이에틸아미노에틸 메타크릴레이트(diethylaminoethyl methacrylate, DEAMA) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 디메틸아미노메틸 스티렌일 수 있다.In this case, the monomer containing an amine group is dimethylaminomethylstyrene (DMAMS), dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA), vinylpyrrolidinone (VP), diethylaminoethyl acrylate ( dimethylaminoethyl acrylate), DEAEA), dimethylaminoethyl acrylate (dimethylamino ethylacrylate), DMAEA), and at least one of diethylaminoethyl methacrylate (DEAMA), but is not limited thereto, preferably Preferably, it may be dimethylaminomethyl styrene.
또한, 친수성 작용기를 포함하는 단량체는, 하이드로시에틸 메타크릴레이트(hydroxyethyl methacrylate, HEMA), 아이소프로필아크릴아미드(isopropyl acrylamide, IPAAm), 글리세롤 메타크릴레이트(glycerol methacrylate), GMA), 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(diethylglycol methacrylate), DEGMA) 및 메틸에틸 아크릴아미드(methylethyl acrylamide), MEAAm) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 하이드로시에틸 메타크릴레이트일 수 있다.In addition, the monomer including a hydrophilic functional group, hydroxyethyl methacrylate (HEMA), isopropyl acrylamide (isopropyl acrylamide, IPAAm), glycerol methacrylate (glycerol methacrylate, GMA), ethylene glycol dimeth It may include at least one of acrylate (diethylglycol methacrylate, DEGMA) and methylethyl acrylamide (methylethyl acrylamide, MEAAm), but is not limited thereto, and preferably hydroxyethyl methacrylate.
나아가, 발수층을 형성하는 단계(S220)은 알킬실란 화합물을 희석하는 단계, 희석된 알킬실란 화합물을 공중합체층 상에 도포하는 단계, 및 도포된 알킬실란 화합물을 건조하는 단계를 포함할 수 있다.Furthermore, the step of forming the water repellent layer ( S220 ) may include diluting the alkylsilane compound, applying the diluted alkylsilane compound on the copolymer layer, and drying the applied alkylsilane compound.
이때, 알킬실란 화합물은, 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane, OTS), 3-아미노프로필 트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane, APTES), 및 메타크릴옥시프로필트리메티톡시실란(methacryloxypropyltrimethoxysilane, MPS) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 옥타데실트리클로로실란일 수 있다.In this case, the alkylsilane compound is at least one of octadecyltrichlorosilane (OTS), 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES), and methacryloxypropyltrimethoxysilane (methacryloxypropyltrimethoxysilane, MPS) It may include one, but is not limited thereto, and may preferably be octadecyltrichlorosilane.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩의 제조 방법의 순서에 대한 이해의 편의를 위하여, 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩의 제조 방법의 순서에 대한 예시도가 도시된다.For the convenience of understanding the sequence of the manufacturing method of the functional microarray chip according to the above-described embodiment of the present invention, referring to FIG. 2B , the sequence of the manufacturing method of the functional microarray chip according to an embodiment of the present invention An example diagram is shown for
먼저, 공중합체층을 형성하는 단계(S210)는 기상 증착 방법 즉, 광개시 화학 기상 증착법(photo-initiated Chemical Vapor Deposition, piCVD)을 통하여 수행될 수 있다.First, the step of forming the copolymer layer ( S210 ) may be performed through a vapor deposition method, that is, photo-initiated chemical vapor deposition (piCVD).
기상 증착 공정은 고순도의 코팅층 형성, 계면 특성의 제어 용이성 등과 같은 장점을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 기상 증착 방법은 외부와 차단된 챔버 안에 기재를 넣고 증기 즉, 코팅하고자 하는 고분자의 단량체가 포함된 가스를 공급한 뒤, 에너지에 의한 라디칼 중합반응(radical polymerization)을 일으켜, 기재의 성질은 변화시키지 않고, 기재 상에 고분자를 박막으로 형성하는 방법이다. 이때, 라디칼 중합반응은 열, 플라즈마, 빛 또는 임의의 에너지를 공급하여 기체 분자를 이온화 하거나 높은 에너지 상태로 여기(Excite)시켜서, 자발적으로 화학 반응을 일으킬 수 있는 상태로 활성화시킨뒤, 단량체가 고분자로 형성하는 반응을 의미할 수 있다.The vapor deposition process may provide advantages such as formation of a high-purity coating layer and ease of control of interfacial properties. More specifically, the vapor deposition method puts a substrate in a chamber blocked from the outside, supplies vapor, that is, a gas containing a monomer of a polymer to be coated, and then causes radical polymerization by energy, It is a method of forming a polymer as a thin film on a substrate without changing its properties. At this time, the radical polymerization reaction ionizes gas molecules by supplying heat, plasma, light, or arbitrary energy to ionize the gas molecules or excite them to a high energy state to activate them to a state that can spontaneously cause a chemical reaction, and then the monomer is converted into a polymer. It may mean a reaction formed by
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩의 제조 방법에 대한 공중합체층을 형성하는 단계(S210)에서는 유리 소재의 베이스 기판(110)을 챔버 안에 넣고, 아민기를 포함하는 단량체, 친수성 작용기를 포함하는 단량체 및 개시제를 주입하고, 이들을 기회시키고, 라디칼 중합 반응이 일어나도록 가열하여, 공중합체층(130)을 베이스 기판 상에 형성할 수 있다.Accordingly, in the step (S210) of forming a copolymer layer for the method of manufacturing a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention, the
이때, 공중합체층을 형성하는 단계(S210)는 다양한 형상 및 재질의 기재에 대하여 적용될 수 있으며, 비교적 저온(예를 들면, 약 200℃이하, 바람직하게는 100℃이하, 더 바람직하게는 50℃이하의 온도)에서 수행이 가능함에 따라, 공중합체층을 형성하는 단계(S210)의 베이스 기판의 온도는 25 내지 40℃일 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 베이스 기판의 재질 및 크기에 따라 다양한 온도로 설정될 수 있다. At this time, the step (S210) of forming the copolymer layer may be applied to a substrate of various shapes and materials, and relatively low temperature (eg, about 200° C. or less, preferably 100° C. or less, more preferably 50° C. or less. temperature), the temperature of the base substrate of forming the copolymer layer (S210) may be 25 to 40 ℃. However, the present invention is not limited thereto, and various temperatures may be set according to the material and size of the base substrate.
또한. 공중합체층을 형성하는 단계(S210)는 내부압력이 100 내지 300 mbar일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 고분자를 증착하고자 하는 기재에 따라 다양하게 설정될 수 있다.In addition. In the step (S210) of forming the copolymer layer, the internal pressure may be 100 to 300 mbar, but is not limited thereto, and may be variously set according to the substrate on which the polymer is to be deposited.
나아가, 주입하는 단계에서의 아민기를 포함하는 단량체 대 친수성 작용기를 포함하는 단량체의 몰비는, 1: 0.5 내지 1:1.5일 수 있으며, 아민기를 포함하는 포함하는 단량체 대 개시제는, 1:3 내지 1:5일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Furthermore, the molar ratio of the monomer containing an amine group to the monomer containing the hydrophilic functional group in the injection step may be 1: 0.5 to 1: 1.5, and the monomer containing the amine group to the initiator is 1:3 to 1 : 5, but is not limited thereto.
더 나아가, 주입하는 단계에서의 아민기를 포함하는 단량체의 온도는, 40 내지 50 ℃이고, 친수성 작용기를 포함하는 단량체의 온도는, 70 내지 80 ℃일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 단량체의 종류에 따라 다양하게 설정될 수 있다.Furthermore, the temperature of the monomer including an amine group in the injection step is 40 to 50 ° C., and the temperature of the monomer including a hydrophilic functional group may be 70 to 80 ° C., but is not limited thereto, and the type of the monomer It can be set in various ways according to
더 나아가, 가열하는 단계는, 필라멘트 및 자외선에 의하여 가열될 수 있으며, 필라멘트의 온도는 120 내지 150 ℃이고, 자외선의 세기는 300 내지 500 μW/cm2일 수 있다. 즉, 중합 반응에 사용된 구동력이 빛 에너지이며, 이러한 필라멘트의 온도에서는 모노머에 대한 화학적 손상이 없기 때문에, 고분자 코팅 층 역시 단량체가 갖고 있는 다양한 관능성 그룹을 그대로 유지한 채, 고분자 코팅 층으로 전환시킬 수 있다. Further, the heating step may be heated by the filament and ultraviolet rays, the temperature of the filament is 120 to 150 ℃, the intensity of the ultraviolet rays 300 to 500 μW / cm 2 It may be. That is, the driving force used in the polymerization reaction is light energy, and since there is no chemical damage to the monomer at the temperature of these filaments, the polymer coating layer is also converted to the polymer coating layer while maintaining the various functional groups of the monomer as it is. can do it
보다 구체적으로, 가열하는 단계에서는 필라멘트 및 자외선를 통하여 고온을 발생시키고, 발생된 고온으로 인하여 개시제가 분화되어 자유 라디칼을 생성하고, 이에 따라, 단량체가 활성화되어, 단량체들간의 결합 즉, 중합반응이 일어나 공중합체가 형성될 수 있다.More specifically, in the heating step, a high temperature is generated through the filament and ultraviolet rays, and the initiator is differentiated to generate free radicals due to the generated high temperature, and accordingly, the monomer is activated, and bonding between the monomers, that is, a polymerization reaction occurs. A copolymer may be formed.
더 나아가, 가열하는 단계는, 5 내지 10분동안 수행됨에 따라, 특정 프로브를 도포하고 주입하는 종래의 마이크로어레이 칩의 생산 과정 보다 빠르게 마이크로어레이 칩을 생산할 수 있다.Furthermore, as the heating step is performed for 5 to 10 minutes, it is possible to produce a microarray chip faster than a conventional microarray chip production process in which a specific probe is applied and injected.
결국, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩의 제조 방법은 기상 증착 방법을 이용하여 기재 상에 고분자를 합성하는 방법이기 때문에, 다양한 기재 즉, 기판에 다양한 작용기를 가진 단량체를 적용할 수 있다는 장점이 있으며, 여러 특성을 갖는 단량체를 원하는 비율로 공중합시킬 수 있다. 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩의 제조 방법은 기상에서 진행되는 건식 공정임에 따라, 잔여물로 인한 오염이 존재하지 않으며 기판 손상이 없다는 장점이 있다. 또한, 기상 증착 방법은 기판의 화학적 특성과 관계없이 단량체의 흡착을 온도를 통해 조절하므로 다양한 기판에 표면 전처리 없이 고분자 코팅이 가능할 수 있다.After all, since the method for manufacturing a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention is a method of synthesizing a polymer on a substrate using a vapor deposition method, various substrates, that is, monomers having various functional groups can be applied to the substrate. There is an advantage that there is, and it is possible to copolymerize monomers having various characteristics in a desired ratio. Furthermore, since the method for manufacturing a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention is a dry process performed in a vapor phase, there is no contamination due to residues and there is no damage to the substrate. In addition, since the vapor deposition method controls the adsorption of monomers through temperature regardless of the chemical properties of the substrate, polymer coating may be possible on various substrates without surface pretreatment.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩의 제조 방법은 공중합체층을 형성하는 단계(S210)를 포함함에 따라, 다양한 기재 상에 핵산을 포획할 수 있는 다양한 고분자를 증착할 수 있다.Accordingly, since the method of manufacturing a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention includes the step of forming a copolymer layer (S210), various polymers capable of capturing nucleic acids can be deposited on various substrates.
그 다음, 발수층을 형성하는 단계(S220)는 알킬실란 화합물을 공중합체층 상에 도포하여 수행될 수 있으며, 희석된 알킬실란 화합물의 도포는 액상 형태의 알킬실란 화합물을 분무하거나 마이크로 웰의 패턴을 포함하는 스탬프(300)로 찍어내는 방식일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 다양한 방법이 사용되어 발수층을 형성할 수 있다. Next, the step of forming the water repellent layer (S220) may be performed by applying an alkylsilane compound on the copolymer layer, and the application of the diluted alkylsilane compound is performed by spraying the alkylsilane compound in liquid form or by applying a micro-well pattern. It may be a method of printing with the
이때, 희석된 알킬실란 화합물의 농도는 알킬실란 화합물 및 용매 즉, 헥산, 펜탄, 옥탄과 같은 유기 용매와의 혼합 용액에 대하여 3 내지 10 부피(질량) %일 수 있으나, 바람직하게는 5%일 수 있다. 그러나 알킬실란 화합물의 농도는 전술한 농도에 제한되는 것은 아니며, 기재 및 공중합체의 두께에 따라 다양하게 설정될 수 있다.At this time, the concentration of the diluted alkylsilane compound may be 3 to 10 volume (mass)% with respect to the mixed solution of the alkylsilane compound and the solvent, that is, an organic solvent such as hexane, pentane, or octane, but is preferably 5%. can However, the concentration of the alkylsilane compound is not limited to the above concentration, and may be set variously according to the thickness of the substrate and the copolymer.
나아가, 발수층을 형성하는 단계(S220)는 알킬실란 화합물을 공중합체층 상에 도포한 다음, 60 내지 80℃에서 5 내지 15분간 건조하는 단계를 포함할 수 있다. Furthermore, the step of forming the water-repellent layer (S220) may include coating an alkylsilane compound on the copolymer layer, and then drying at 60 to 80° C. for 5 to 15 minutes.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩의 제조 방법은 발수층을 형성하는 단계(S220)를 포함함에 따라, 시료가 반응하는 액체 수용부 이외에 영역에 대해서는 소수성을 부가하여, 시료가 안정적으로 액체 수용부 내에만 분주될 수 있으며, 기능성 마이크로어레이 칩에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다. Accordingly, as the method for manufacturing a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention includes the step (S220) of forming a water repellent layer, hydrophobicity is added to areas other than the liquid receiving part to which the sample reacts, so that the sample is It can be stably dispensed only in the liquid receiving part, and the durability of the functional microarray chip can be improved.
나아가, 다시 도 2b를 참조하면, 전술한 과정에 의하여 형성된 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로 칩(100)은 직사각형 모양의 시료 수용부(170) 및 미반응부(190)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 다양한 모양으로 형성될 수 있다. 이때, 미반응부(190)는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로 칩(100)이 식별될 수 있는 바코드 및 식별번호가 각인될 수 있는 영역을 의미할 수 있으며, 이는 사용자의 편의에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로 칩(100)의 구성에서 불포함될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로 칩(100)은 일정 크기를 갖는 다양한 모양의 기판에 시료 수용부(170)만 형성되어 제공될 수 있다.Furthermore, referring again to FIG. 2B , the
기능성 마이크로어레이 칩에 대한 검증Verification of functional microarray chips
이하에서는, 도 3 내지 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩에 대한 검증에 대하여 설명한다. Hereinafter, verification of the functional microarray chip according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 7 .
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩에 대한 XPS 스펙트럼 결과이다. 3 is an XPS spectrum result for a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩에 대한 실시예 1, 2 및 3는 HEMA의 비율에 따라, O1s의 피크(peak)가 변화하며, 실시예 1, 2 및 3 모두 대조군 1 및 2에서 나타난 O1s 및 N1s 피크가 나타났다. 즉, 기판의 표면에 DMAMS와 HEMA로 이루어진 공중합체가 형성되었다는 것을 의미할 수 있다. In Examples 1, 2 and 3 of the functional microarray chip according to an embodiment of the present invention, the peak of O1s is changed according to the ratio of HEMA, and in Examples 1, 2 and 3, both
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩에 대한 물 접촉각 측정 결과이다.4 is a water contact angle measurement result for a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩에 대한 실시예 1, 2 및 3은 모두 발수층 즉, 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane, OTS)이 형성된 후, 물 접촉각이 크게 증가하는 것으로 나타나며, 이는 OTS가 공중합체층과 안정적으로 반응이 일어나 발수층을 형성한 것을 의미할 수 있다.In Examples 1, 2, and 3 of the functional microarray chip according to an embodiment of the present invention, after the water-repellent layer, that is, octadecyltrichlorosilane (OTS) is formed, the water contact angle is significantly increased, This may mean that the OTS reacted stably with the copolymer layer to form a water repellent layer.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩에 대한 실시예 1, 2 및 3은 모두 70℃의 수중에서 1시간동안 노출된 후에도 물 접촉각이 Furthermore, in Examples 1, 2, and 3 of the functional microarray chip according to an embodiment of the present invention, the water contact angle was the same even after exposure to water at 70° C. for 1 hour.
높게 유지되는 것으로 나타나며, 이는 OTS와 공중합체층과의 결합이 물 또는 열 환경에서도 안정성을 가짐을 의미할 수 있다. It appears to be maintained high, which may mean that the bond between OTS and the copolymer layer has stability even in water or thermal environments.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩에의 발수층이 공중합체층과 안정적으로 결합하여, 형성될 수 있으며, 나아가 수분 및 열 안정성을 가지는 것을 의미할 수 있다. That is, the water-repellent layer on the functional microarray chip according to an embodiment of the present invention may be formed by stably combining with the copolymer layer, and furthermore, it may mean having moisture and thermal stability.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩의 구회화에 대한 결과이다.5 is a result of sphericalization of a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩 상에 흑색 잉크를 포함하는 물을 도포하였을 경우, 실시예 1, 2 및 3은 모두 발수층의 소수성으로 인해 시료 수용부에만 흑색 잉크를 포함하는 물이 고이는 것으로 나타나며,When water containing black ink is applied on the functional microarray chip according to an embodiment of the present invention, in Examples 1, 2 and 3, water containing black ink only in the sample receiving part due to the hydrophobicity of the water repellent layer It appears to be stagnant,
본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩 상에 형광 표지된 DNA를 도포하였을 경우, 실시예 1, 2 및 3은 모두 시료 수용부에만 형광 표지된 DNA가 포집되어, 시료 수용부 모양에 따라 형광이 발현되는 것으로 나타난다.When fluorescently-labeled DNA is applied on the functional microarray chip according to an embodiment of the present invention, in Examples 1, 2, and 3, fluorescently-labeled DNA is collected only in the sample receiving part, and the It appears that fluorescence is expressed.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩은 발수층으로 인하여, 시료 수용부 이외의 영역에 대해서는 소수성이 부여되어 시료를 안정적으로 시료 수용부에 분주 및 안착시킬 수 있으며, 시료 수용부와 이외의 영역이 완벽하게 구획된 것을 의미할 수 있다. 나아가, 시료 수용부는 양전하의 아민기를 포함하는 공중합체층이 노출되어 있음에 따라, DNA를 포집하여 검출할 수 있다.That is, in the functional microarray chip according to an embodiment of the present invention, hydrophobicity is imparted to an area other than the sample receiving part due to the water repellent layer, so that the sample can be stably dispensed and seated in the sample receiving part, and the sample receiving part It may mean that the area other than the and is completely partitioned. Furthermore, the sample receiving unit may capture and detect DNA as the copolymer layer including positively charged amine groups is exposed.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩의 병원체 포획 및 용해에 대한 결과이다.6 is a result of pathogen capture and dissolution of a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 6의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩 상에 E.coli O157:H7를 도포한 뒤 세포막을 염색하였을 경우, 시료 수용부 영역에서만 E.coli O157:H7가 검출되는 것으로 나타나며, 이는 시료 수용부의 공중합체층에 의해, E.coli O157:H7가 포획될 수 있음을 의미할 수 있다.First, referring to FIG. 6 (a), when E. coli O157:H7 is applied on the functional microarray chip according to an embodiment of the present invention and then the cell membrane is stained, E. coli only in the sample receiving area It appears that O157:H7 is detected, which may mean that E. coli O157:H7 can be captured by the copolymer layer of the sample receiving part.
그 다음, 도 6의 (b)를 참조하면, 일반적인 유리 기재(bare glass) 상의 E.coli O157:H7는 세포막의 변형 및 손상없이 그대로 유지되는 것으로 나타나나, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩(coated glass) 상에 E.coli O157:H7는 세포막이 용해되어 손상되고, 변형이 일어난 것으로 나타난다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩은 공중합체층을 포함함에 따라, 핵산을 포함하는 다양한 세포를 용해 및 파괴하여, 이의 내부에 존재하는 단백질 및 핵산과 같은 표적 물질을 용출시킬 수 있으며, 나아가, 이들을 포획할 수 있다.Then, referring to FIG. 6 (b), E. coli O157:H7 on a common glass substrate (bare glass) appears to be maintained without deformation and damage to the cell membrane, but the functionality according to an embodiment of the present invention It appears that E. coli O157:H7 on a microarray chip (coated glass) was damaged by dissolution of the cell membrane, and deformation occurred. That is, as the functional microarray chip according to an embodiment of the present invention includes a copolymer layer, it can dissolve and destroy various cells containing nucleic acids, thereby eluting target substances such as proteins and nucleic acids present therein. And, furthermore, they can be captured.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩의 디지털 PCR 분석 결과이다. 7 is a digital PCR analysis result of a functional microarray chip according to an embodiment of the present invention.
다양한 세포 수의 E.coli, Salmonella enteritidis, Staphylococcus aureus를 등온 증폭시켜, 정량 분석을 진행한 결과, 희석 배율(dilution factor)이 증가할수록, 측정되는, 액적(droplet) 내의 DNA 카피 수가 감소하는 것으로 나타나며, 이는 병원체의 종류에 무관하게 세포 수와 정량 분석 결과 간에 유의미한 연관성 갖는 것을 의미할 수 있다. E. coli , Salmonella enteritidis , Staphylococcus aureus of various cell numbers were isothermal amplified, and as a result of quantitative analysis, as the dilution factor increases, the number of DNA copies in the measured, droplet appears to decrease. , which may mean that there is a significant association between the number of cells and the results of quantitative analysis regardless of the type of pathogen.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩은 종래의 RT-PCR 또는 q-PCR 뿐만 아니라, ddPCR과 같은 다양한 PCR 분석기기에서도 적용될 수 있다.Accordingly, the functional microarray chip according to an embodiment of the present invention can be applied not only to conventional RT-PCR or q-PCR, but also to various PCR analyzers such as ddPCR.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩은 10배의 희석 배율에서도 유의미한 DNA 카피 수를 보임에 따라, DNA가 저 농도로 존재하는 시료까지 높은 효율로 핵산을 추출 및 검출할 수 있다.Furthermore, as the functional microarray chip according to an embodiment of the present invention shows a significant DNA copy number even at a dilution factor of 10 times, it is possible to extract and detect nucleic acids with high efficiency even in samples in which DNA is present at a low concentration. .
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 마이크로어레이 칩는, 누구나 손쉽게 반복성 및 재현성 있는 유전자 진단을 할 수 있으며, 원심 분리 및 추가적인 장비에 구애를 받지 않음으로서 현장 진료 테스트 분야에서도 적용될 수 있다. Accordingly, the functional microarray chip according to an embodiment of the present invention can be easily and reproducibly performed by anyone for gene diagnosis, and can be applied in the field of point-of-care testing because it is not limited by centrifugation and additional equipment.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in more detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not necessarily limited to these embodiments, and various modifications may be made within the scope without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
100 : 기능성 마이크로어레이 칩
110 : 베이스 기판
130 : 공중합체층
150 : 발수층
170 : 시료 수용부
190 : 미반응부
300 : 스탬프100: functional microarray chip
110: base board
130: copolymer layer
150: water repellent layer
170: sample receiving unit
190: unreacted part
300 : stamp
Claims (20)
상기 베이스 기판 상에 배치된 아민기를 포함하는 제 1 반복 단위 및 친수성 작용기를 포함하는 제 2 반복 단위를 포함하는 공중합체층, 및
상기 공중합체층 상에 배치된 알킬실란 화합물을 포함하는 발수층을 포함하고,
상기 발수층은,
상기 공중합체층 상에 시료를 수용하기 위한 복수 개의 관통 홀을 포함하는, 기능성 마이크로어레이 칩. base board,
A copolymer layer including a first repeating unit including an amine group and a second repeating unit including a hydrophilic functional group disposed on the base substrate, and
and a water-repellent layer comprising an alkylsilane compound disposed on the copolymer layer,
The water-repellent layer,
A functional microarray chip comprising a plurality of through-holes for receiving a sample on the copolymer layer.
상기 복수 개의 관통 홀은,
각각의 관통 홀들과 100 내지 400 μm의 간격으로 이격된, 기능성 마이크로어레이 칩. The method of claim 1,
The plurality of through holes,
A functional microarray chip, spaced apart from each of the through-holes at an interval of 100 to 400 μm.
상기 복수 개의 관통 홀 각각은,
50 내지 200 μm의 직경을 갖는, 기능성 마이크로어레이 칩.The method of claim 1,
Each of the plurality of through holes,
A functional microarray chip having a diameter of 50 to 200 μm.
상기 공중합체층의 두께는,
1 내지 1000nm인, 기능성 마이크로어레이 칩. The method of claim 1,
The thickness of the copolymer layer is,
1 to 1000 nm, functional microarray chips.
상기 아민기를 포함하는 제 1 반복 단위는,
폴리(2-디메틸아미노메틸 스티렌)(poly(2-dimethylaminomethylstyrene), pDMAMS), 폴리-2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(poly[2-dimethylaminoethyl methacrylate], pDMAEMA), 폴리-1-비닐피롤리돈(poly(1-vinylpyrrolidinone, p1-VP), 폴리 다이에틸아미노에틸 아크릴레이트(poly(dimethylaminoethyl acrylate), pDEAEA), 폴리 다이메틸아미노에틸 아크릴레이트(poly(2-dimethylamino ethylacrylate), pDMAEA) 및 폴리 다이에틸아미노에틸 메타크릴레이트(poly(diethylaminoethyl methacrylate) pDEAMA) 중 적어도 하나를 포함하는, 기능성 마이크로어레이 칩. The method of claim 1,
The first repeating unit including the amine group,
Poly(2-dimethylaminomethylstyrene), pDMAMS), poly-2-dimethylaminoethyl methacrylate (pDMAEMA), poly-1-vinylpyrrolidone (poly(1-vinylpyrrolidinone, p1-VP), poly(dimethylaminoethyl acrylate, pDEAEA), poly(2-dimethylamino ethylacrylate, pDMAEA), and poly die A functional microarray chip comprising at least one of poly(diethylaminoethyl methacrylate) pDEAMA.
상기 아민기를 포함하는 제 1 반복 단위는,
측쇄 말단에 양전하의 아민기가 상기 공중합체층 외측을 향하여 배치된, 기능성 마이크로어레이 칩. 6. The method of claim 5,
The first repeating unit including the amine group,
A functional microarray chip, wherein an amine group having a positive charge is disposed at the end of the side chain toward the outside of the copolymer layer.
상기 아민기를 포함하는 제 1 반복 단위는,
폴리(2-디메틸아미노메틸 스티렌)인, 기능성 마이크로어레이 칩. 6. The method of claim 5,
The first repeating unit including the amine group,
A functional microarray chip, which is poly(2-dimethylaminomethyl styrene).
상기 친수성 작용기를 포함하는 제 2 반복 단위는,
폴리 하이드로시에틸 메타크릴레이트(Poly(hydroxyethyl methacrylate, pHEMA), 폴리-N-아이소프로필아크릴아미드(Poly(N-isopropyl acrylamide), pNIPAAm), 폴리 글리세롤 메타크릴레이트(Poly(glycerol methacrylate), pGMA), 폴리 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(Poly(diethylglycol methacrylate), pDEGMA) 및 폴리 메틸에틸 아크릴아미드(Poly(methylethyl acrylamide), PMEAAm) 중 적어도 하나를 포함하는, 기능성 마이크로어레이 칩. The method of claim 1,
The second repeating unit including the hydrophilic functional group,
Poly (hydroxyethyl methacrylate, pHEMA), poly-N-isopropyl acrylamide (pNIPAAm), poly glycerol methacrylate (Poly (glycerol methacrylate), pGMA) , A functional microarray chip comprising at least one of polyethylene glycol dimethacrylate (Poly(diethylglycol methacrylate), pDEGMA) and polymethylethyl acrylamide (Poly(methylethyl acrylamide), PMEAAm).
상기 친수성 작용기를 포함하는 제 2 반복 단위는,
측쇄 말단에 하이드록시기가 상기 공중합체층 외측을 향하여 배치된, 기능성 마이크로어레이 칩. 8. The method of claim 7,
The second repeating unit including the hydrophilic functional group,
A functional microarray chip, wherein a hydroxyl group is disposed at the end of the side chain toward the outside of the copolymer layer.
상기 친수성 작용기를 포함하는 제 2 반복 단위는,
폴리 하이드로시에틸 메타크릴레이트인, 기능성 마이크로어레이 칩. 8. The method of claim 7,
The second repeating unit including the hydrophilic functional group,
A functional microarray chip, poly hydroxyethyl methacrylate.
상기 알킬실란 화합물은,
옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane, OTS), 3-아미노프로필 트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane, APTES), 및 메타크릴옥시프로필트리메티톡시실란(methacryloxypropyltrimethoxysilane, MPS) 중 적어도 하나를 포함하는, 기능성 마이크로어레이 칩. The method of claim 1,
The alkylsilane compound is
Functional microstructure comprising at least one of octadecyltrichlorosilane (OTS), 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES), and methacryloxypropyltrimethoxysilane (MPS) array chip.
상기 알킬실란 화합물은,
옥타데실트리클로로실란인, 기능성 마이크로어레이 칩. The method of claim 1,
The alkylsilane compound is
Octadecyltrichlorosilane, a functional microarray chip.
상기 베이스 기판은,
폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌 (polyethylene, PE), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에스테르(polyester), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 실리콘, 유리, 세라믹 및 테플론 중 적어도 하나의 소재로 이루어진, 기능성 마이크로어레이 칩. The method of claim 1,
The base substrate is
Polypropylene (PP), polyethylene (polyethylene, PE), polyvinyl chloride (PVC), polycarbonate (PC), polyester, polymethylmethacrylate (PMMA), A functional microarray chip made of at least one of polyethylene terephthalate (PET), polyurethane (PU), silicon, glass, ceramic, and Teflon.
상기 공중합체층의 상기 아민기를 포함하는 제 1 반복 단위 대 상기 친수성 작용기를 포함하는 제 2 반복 단위의 몰비는,
1: 0.5 내지 1:1.5인, 기능성 마이크로어레이 칩. The method of claim 1,
The molar ratio of the first repeating unit including the amine group to the second repeating unit including the hydrophilic functional group of the copolymer layer is,
1: 0.5 to 1: 1.5, functional microarray chip.
상기 공중합체층은,
광개시 화학 기상 증착법(photo-initiated Chemical Vapor Deposition, piCVD)에 의하여 배치된, 기능성 마이크로어레이 칩. The method of claim 1,
The copolymer layer is
A functional microarray chip disposed by photo-initiated Chemical Vapor Deposition (piCVD).
상기 공중합체층 상에 시료를 수용하기 위한 마이크로 웰이 형성되도록 알킬실란 화합물을 포함하는 발수층을 형성하는 단계를 포함하는, 기능성 마이크로어레이 칩의 제조 방법. Forming a copolymer layer including a monomer including an amine group and a monomer including a hydrophilic functional group on a base substrate, and
A method of manufacturing a functional microarray chip, comprising: forming a water repellent layer including an alkylsilane compound on the copolymer layer to form a micro well for receiving a sample.
상기 공중합체층을 형성하는 단계는,
상기 아민기를 포함하는 단량체, 상기 친수성 작용기를 포함하는 단량체 및 개시제를 주입하는 단계;
상기 아민기를 포함하는 단량체, 상기 친수성 작용기를 포함하는 단량체 및 상기 개시제를 기화시키는 단계, 및
상기 아민기를 포함하는 단량체 및 상기 친수성 작용기를 포함하는 단량체가 라디칼 중합되어 상기 베이스 기반 상에 증착되도록 가열하는 단계를 포함하는, 기능성 마이크로어레이 칩의 체조방법. 17. The method of claim 16,
The step of forming the copolymer layer,
injecting the monomer containing the amine group, the monomer containing the hydrophilic functional group, and an initiator;
vaporizing the monomer including the amine group, the monomer including the hydrophilic functional group, and the initiator; and
and heating the monomer including the amine group and the monomer including the hydrophilic functional group to be radically polymerized and deposited on the base substrate.
상기 주입하는 단계에서의 상기 아민기를 포함하는 단량체 대 상기 친수성 작용기를 포함하는 단량체의 몰비는,
1: 0.5 내지 1:1.5인, 기능성 마이크로어레이 칩의 제조 방법. 19. The method of claim 18,
The molar ratio of the monomer containing the amine group to the monomer containing the hydrophilic functional group in the injecting step,
1: 0.5 to 1: 1.5, the method of manufacturing a functional microarray chip.
상기 가열하는 단계는,
필라멘트 및 자외선에 의하여 수행되고,
상기 필라멘트의 온도는.
120 내지 150 ℃이고,
상기 자외선의 세기는,
300 내지 500 μW/cm2 인, 기능성 마이크로어레이 칩의 제조 방법. 19. The method of claim 18,
The heating step is
carried out by filaments and ultraviolet light,
The temperature of the filament is.
120 to 150 ℃,
The intensity of the ultraviolet is,
300 to 500 μW/cm 2 , a method for manufacturing a functional microarray chip.
상기 베이스 기판의 온도는,
25 내지 40℃인, 기능성 마이크로어레이 칩의 제조 방법. 17. The method of claim 16,
The temperature of the base substrate is,
25 to 40 ℃, a method of manufacturing a functional microarray chip.
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| CN117209653A (en) * | 2023-11-09 | 2023-12-12 | 江苏一特新材料有限责任公司 | Three-chain-segment polymer dispersing agent, preparation method thereof and lithium manganese iron phosphate positive electrode slurry |
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- 2020-11-26 KR KR1020200161603A patent/KR102562697B1/en active IP Right Grant
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