KR101853602B1 - Single layer biomolecular preconcentrating device and fabrication method thereof - Google Patents
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Abstract
본 명세서는 단층 구조의 생체 분자 농축 장치에 관한 것으로서, 본 명세서의 일실시예에 따른 생체 분자 농축장치는, 베이스, 상기 베이스에 결합된 소수성 물질로 둘러싸여 형성되며, 시료가 수용되는 적어도 하나의 버퍼, 상기 소수성 물질로 둘러싸여 형성되고, 상기 적어도 하나의 버퍼에 수용된 상기 시료에 포함된 표적 물질이 농축되어 수용되는 샘플 레저버; 상기 소수성 물질로 둘러싸여 형성되며, 상기 적어도 하나의 버퍼 각각과 상기 샘플 레저버를 연결하는 적어도 하나의 마이크로 채널, 및 상기 적어도 하나의 마이크로 채널 각각의 소정 위치에 패턴 형성되며, 상기 적어도 하나의 버퍼에 수용되어 상기 마이크로 채널을 통해 전달되는 시료 중 상기 표적 물질이 선택적으로 상기 샘플 레저버로 전달되도록 필터링하는 선택적 이온 투과막을 포함하며, 마이크로 채널 양단에 전위차가 발생하면 선택적 이온 투과막 근처에서 특정 표적 물질이 농축될 수 있는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a biomolecule concentration apparatus having a single layer structure, and a biomolecule concentration apparatus according to an embodiment of the present disclosure includes a base, at least one buffer member formed to be surrounded by a hydrophobic substance bonded to the base, A sample reservoir formed to be surrounded by the hydrophobic material and in which the target material contained in the sample accommodated in the at least one buffer is concentrated and accommodated; At least one microchannel formed between the at least one buffer and the sample reservoir, the at least one microchannel being formed at a predetermined position of each of the at least one microchannel, And a selective ion permeable membrane for filtering the target material to be selectively transferred to the sample reservoir among the samples that are received through the microchannel. When a potential difference is generated across the microchannel, a specific target substance Can be concentrated.
Description
본 발명은 생체분자 농축 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 단층 구조의 생체분자 농축 장치와 그 제조방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a biomolecule concentration apparatus and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a biomolecule concentration apparatus having a single-layer structure and a manufacturing method thereof.
현대 의학은 단순하게 수명을 연장하는 것이 아니라, 건강하게 오래 사는 건강수명의 연장을 실현하는 것을 목적으로 한다. 따라서 미래의학은 치료의학 중심이 아니라, 예방의학(Preventive Medicine), 예측의학(Predictive Medicine), 맞춤의학(Personalized Medicine)의 3P를 구현하는 것으로 패러다임이 변화하고 있다. 이를 구체적으로 실현하기 위해서는 질병의 조기발견 및 조기 치료 등이 매우 중요한 수단이 되고 있으며, 이를 위한 수단으로서 바이오마커(biomarker)에 대한 연구가 매우 활발하게 이루어지고 있다.Modern medicine aims not only to extend life span, but also to prolong the healthy lifetime. Therefore, future medicine is not centered on therapeutic medicine, but paradigm is changing by implementing 3P of Preventive Medicine, Predictive Medicine, and Personalized Medicine. Early identification and early treatment of diseases are becoming very important means to achieve this specifically, and biomarkers have been actively studied as a means to achieve this.
바이오마커는 정상이나 병적인 상태를 구분할 수 있거나 치료반응을 예측할 수 있고 객관적으로 측정할 수 있는 표지자를 말한다.A biomarker is a marker that can distinguish between normal or pathological conditions, or can be predicted and objectively measured.
바이오마커에는 핵산 DNA, RNA(유전자), 단백질, 지방질, 대사물질 등과 그 패턴의 변화 등이 이용되고 있다. 즉, 당뇨병의 진단을 위한 혈중 포도당 같은 간단한 물질부터 글리벡의 치료 타겟인 만성골수성백혈병의 BCR-ABL 유전자 융합 같은 유전자 등이 모두 바이오마커에 해당하며 임상에서 실제적으로 사용하는 바이오마커이다.Biomarkers include nucleic acid DNA, RNA (genes), proteins, lipids, metabolites, and their pattern changes. In other words, biomarkers such as BCR-ABL gene fusion of chronic myelogenous leukemia, which is a therapeutic target of Gleevec from the simple substance such as blood glucose for diagnosis of diabetes, are biomarkers practically used in clinical practice.
DNA(Deoxyribonucleic Acid)는 핵내에 존재하는 유전자 물질이며, 유전자는 생물체가 생성하는 단백질의 종류를 결정해주는 화학 정보가 저장된 곳이다. 인체를 구성하는 정보들은 DNA를 분석함으로써 파악할 수 있으며, 질병의 예방 및 치료를 위하여 다양한 DNA 분석 기법이 연구 개발 및 활용되고 있다. DNA를 이용하여 질병을 분석하기 위해서는 PCR(Polymerase Chain Reaction)이라는 유전자 증폭기술을 사용하고 있다. PCR은 DNA의 이중나선을 연속적으로 분리시켜 생긴 단일가닥을 새로운 이중나선을 만드는 원본으로 사용하기 위하여 열에 안정한 DNA 중합효소로 가열 및 냉각을 반복하는 것으로서, 우선 DNA에 열을 가하여 2개의 사슬로 나눈다. 이것에 '프라이머(primer)'라고 하는 짧은 DNA를 추가하여 냉각하면 프라이머가 DNA에 결합하게 된다. 이것에 DNA 폴리머라아제(Polymerase)라는 효소를 더하면 프라이머 부분이 출발점이 되어 DNA가 복제된다. 이 '가열 및 냉각'이라고 하는 1사이클로 DNA는 2배가 된다. 이것을 수십 회 반복하면 약 1시간에 DNA는 수십억 배로 불어난다. DNA (Deoxyribonucleic Acid) is a genetic material that exists in the nucleus, and a gene is a place where chemical information that determines the kind of protein that an organism produces is stored. The information constituting the human body can be grasped by analyzing the DNA, and various DNA analysis techniques are being researched and utilized for the prevention and treatment of diseases. To analyze disease using DNA, gene amplification technology called PCR (Polymerase Chain Reaction) is used. PCR is a method of repeating heating and cooling with a thermostable DNA polymerase to use a single strand produced by sequential separation of a double strand of DNA as an original to make a new double strand. First, heat the DNA and divide it into two chains . Add a short DNA called "primer" to this and cool it so that the primer binds to the DNA. When an enzyme called DNA polymerase is added to this, the primer part becomes the starting point and the DNA is replicated. The DNA is doubled in one cycle called "heating and cooling". Repeating this dozens of times will cause DNA to multiply in billions of times in about an hour.
단백질(protein)은 아미노산(amino acid)이라고 하는 비교적 단순한 분자들이 연결되어 만들어진 복잡한 분자로, 대체적으로 분자량이 매우 큰 편이다. 단백질을 이루고 있는 아미노산에는 약 20 종류가 있는데, 이 아미노산들이 화학결합을 통해 서로 연결되어 폴리펩티드(polypeptide)를 만든다. 이때 아미노산들의 결합을 펩티드결합이라 하며, 이러한 펩티드결합이 여러(poly-)개 존재한다는 뜻에서 폴리펩티드라 부른다. 넓은 의미에서 단백질도 폴리펩티드라 할 수 있으며, 일반적으로는 분자량이 비교적 작으면 폴리펩티드라 하고, 분자량이 매우 크면 단백질이라고 한다. 이와 같은 단백질은 생물체의 몸의 구성하는 대표적인 분자이며, 세포 내의 각종 화학반응의 촉매 역할과 면역(免疫)을 담당하는 물질이다. 단백질은 이처럼 생체를 구성하고 생체내의 반응 및 에너지 대사에 참여하는 매우 중요한 유기물이다. Protein is a complex molecule made up of relatively simple molecules called amino acids, and is generally very large in molecular weight. There are about 20 kinds of amino acids that make proteins. These amino acids are connected to each other through chemical bonds to form polypeptides. In this case, the binding of amino acids is referred to as a peptide bond, and the peptide bond is referred to as a polypeptide. Proteins in a broad sense can also be called polypeptides. In general, a polypeptide having a relatively small molecular weight is referred to as a polypeptide, and a protein having a very large molecular weight is referred to as a protein. Such a protein is a representative molecule constituting the body of an organism, and is a substance that acts as a catalyst for various chemical reactions in cells and immunity (immunity). Proteins are very important organisms that constitute living organisms and participate in in vivo reactions and energy metabolism.
상기와 같은 DNA 또는 단백질을 분석하여 암 또는 질병의 발연 및 진행 정도를 파악할 수 있다. 특히 암 등의 난치병 조기진단과 치료를 위해서는 혈액 속에 들어 있는 단백질 중 정상세포가 암세포로 발전하는 초기 단계에서 미세한 변화를 보이는 지표 단백질을 찾아내는 혈액지문분석 기법이 알려져있다.By analyzing the DNA or protein as described above, it is possible to grasp the fuming and progress of the cancer or disease. In particular, for the early diagnosis and treatment of intractable diseases such as cancer, a blood fingerprint analysis technique is known in which an indicator protein showing minute changes in the initial stage of normal cells in the blood is developed into cancer cells.
혈액지문분석이란, 암의 유무에 따라 인체의 대사 물질들이 변화될 수 있다는데 착안하여, 암환자들의 혈액 내에 존재하는 대사 물질들의 질량분석데이터를 종합적으로 분석해 패턴의 변화추이를 통해 암 발생 여부를 진단하는 기법이다. Blood fingerprint analysis is a comprehensive analysis of the metabolism data of metabolites present in the blood of cancer patients, taking into account that metabolites of the human body can change depending on the presence or absence of cancer. .
그러나 현재 소개되어 있는 단백질 분석을 위한 기술 및 소자들은 나노 기술을 이용함으로써 소자의 제작이 어렵고 비교적 고가이어서 보급화 되기 어려운 문제점이 있다. 또한, 단백질 분석 장치에 고감도의 센서가 필요하거나 적은 샘플로는 정확한 분석이 어렵다는 단점이 있다.However, the present technology and devices for protein analysis are difficult to fabricate devices by using nanotechnology, and are relatively expensive and difficult to be popularized. In addition, there is a disadvantage in that a high sensitivity sensor is required for a protein analyzer or it is difficult to perform accurate analysis with a small sample.
최근에는 나노기술과 MEMS 기술의 발전으로 이를 단일의 유체 소자 내에 나노 구조물로 패터닝하여 적은 양의 시료만으로도 필요로 하는 물질을 신속히 분리 및 정제할 수 있게 되었으며, 이러한 기술들을 생명공학 및 의료공학 분야에 적용하고자 하는 노력들이 활발히 이루어지고 있다. 또한, 발전된 MEMS/NEMS 기술은 보다 정밀하게 나노구조물을 원하는 위치에 수 나노의 오차한계로 패터닝할 수 있게 되었으며, 이러한 기술은 미세유체채널과 결합되어 미세종합분석시스템(micro total analysis system; μ-TAS) 또는 랩온어칩(Lab-on-a-chip)으로 활발히 연구되고 있다.Recent developments in nanotechnology and MEMS technology have enabled it to rapidly separate and purify materials that require only a small amount of sample by patterning it into nanostructures in a single fluid device. These technologies are used in biotechnology and medical engineering Efforts to apply are actively being made. In addition, advanced MEMS / NEMS technology enables more precise patterning of nanostructures at desired locations with error tolerances of a few nanometers. This technology is combined with microfluidic channels to provide a micro total analysis system (μ- TAS) or lab-on-a-chip.
특히, 유리나 기타 무겁고 비싼 재료를 이용하여 농축 장치를 구현하는 방식이 알려져 있으며, 이는 분석 대상 물질을 좁은 관이나 얇은 판을 통해 확산시키면서 일정 위치에 특정 물질을 농축할 수 있도록 막을 형성하는 방식이다. 하지만 이러한 방식들은 농축 장치의 제조가 어렵거나 많은 비용이 들어가고 농축 장치가 크고 무겁거나 취급이 불편한 점 등의 문제점이 있다.In particular, a method of implementing a concentration apparatus using glass or other heavy and expensive materials is known. This method forms a film so as to concentrate a specific substance at a predetermined position while diffusing analytes through a narrow tube or a thin plate. However, these methods are problematic in that it is difficult to manufacture a thickening apparatus, a large amount of money is put into the apparatus, a thickening apparatus is large and heavy, and handling is inconvenient.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 단층 구조의 생체 분자 농축 장치와 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a single-layer biomolecule concentration apparatus and a manufacturing method thereof.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 명세서의 제1 실시예에 따른 생체 분자 농축 장치는 베이스; 상기 베이스에 결합된 소수성 물질로 둘러싸여 형성되며, 시료가 수용되는 적어도 하나의 버퍼; 상기 소수성 물질로 둘러싸여 형성되고, 상기 적어도 하나의 버퍼에 수용된 상기 시료에 포함된 표적 물질이 농축되어 수용되는 샘플 레저버; 상기 소수성 물질로 둘러싸여 형성되며, 상기 적어도 하나의 버퍼 각각과 상기 샘플 레저버를 연결하는 적어도 하나의 마이크로 채널; 및 상기 적어도 하나의 마이크로 채널 각각의 소정 위치에 패턴 형성되며, 상기 적어도 하나의 버퍼에 수용되어 상기 마이크로 채널을 통해 전달되는 시료 중 상기 표적 물질이 선택적으로 상기 샘플 레저버로 전달되도록 필터링하는 선택적 이온 투과막을 포함한다.In order to achieve the above object, a biomolecule concentration apparatus according to a first embodiment of the present invention comprises a base; At least one buffer surrounded by a hydrophobic material coupled to the base, the buffer being adapted to receive a sample; A sample reservoir formed so as to be surrounded by the hydrophobic material and in which the target material contained in the sample accommodated in the at least one buffer is concentrated and accommodated; At least one microchannel formed to be surrounded by the hydrophobic material and connecting each of the at least one buffer and the sample reservoir; And at least one microchannel pattern formed at a predetermined location of each of the at least one microchannel, the at least one microchannel being selectively delivered to the sample reservoir, Permeable film.
또한, 본 명세서의 제2 실시예에 따른 생체분자 농축 장치는 시료가 수용되는 적어도 하나의 버퍼, 상기 적어도 하나의 버퍼에 수용된 상기 시료에 포함된 표적 물질이 농축되어 수용되는 샘플 레저버 및 상기 적어도 하나의 버퍼 각각과 상기 샘플 레저버를 연결하며 상기 버퍼에 수용된 상기 시료를 상기 샘플 레저버로 전달하는 적어도 하나의 마이크로 채널을 포함하는 단층 베이스; 및 상기 적어도 하나의 마이크로 채널 각각의 소정 위치에 패턴 형성되어 상기 적어도 하나의 버퍼에 수용되어 상기 마이크로 채널을 통해 전달되는 시료 중 상기 표적 물질이 선택적으로 상기 샘플 레저버로 전달되도록 필터링하며, 상기 시료가 전달되는 마이크로 채널의 적어도 일부를 개방하도록 형성된 선택적 이온 투과막을 을 포함한다.In addition, the biomolecule concentration apparatus according to the second embodiment of the present invention includes at least one buffer in which a sample is accommodated, a sample reservoir in which a target material contained in the sample accommodated in the at least one buffer is concentrated and accommodated, A single-layer base including at least one microchannel connecting each of the one buffer and the sample reservoir and transferring the sample stored in the buffer to the sample reservoir; And at least one microchannel, wherein the target material is selectively patterned in a predetermined position of the at least one microchannel to be received in the at least one buffer and transmitted through the microchannel, so that the target material is selectively transferred to the sample reservoir, And a selective iontophoretic film formed to open at least a portion of the microchannel to which it is delivered.
한편, 제1 실시예에 따른 생체분자 농축 장치 제조방법은 베이스에 시료가 수용되는 적어도 하나의 버퍼와 상기 적어도 하나의 버퍼에 수용된 상기 시료에 포함된 표적 물질이 농축되어 수용되는 샘플 레저버 및 상기 적어도 하나의 버퍼 각각과 상기 샘플 레저버를 연결하여, 상기 버퍼에 수용된 상기 시료를 상기 샘플 레저버로 전달하는 친수성의 적어도 하나의 마이크로 채널의 경계가 형성되도록 소수성 물질을 흡착시키는 단계; 상기 흡착된 소수성 물질이 상기 베이스에 침투되도록 소수성 물질을 침투시키는 단계; 및 상기 적어도 하나의 마이크로 채널 각각의 소정 위치에 선택적 이온 투과막을 패터닝하여 형성하는 단계를 포함한다.The method for manufacturing a biomolecule concentration apparatus according to the first embodiment includes at least one buffer in which a sample is received in a base, a sample reservoir in which a target material contained in the sample contained in the at least one buffer is concentrated and accommodated, Connecting each of the at least one buffer and the sample reservoir to adsorb the hydrophobic material to form a boundary of at least one hydrophilic microchannel that transfers the sample contained in the buffer to the sample reservoir; Permeating the hydrophobic material such that the adsorbed hydrophobic material is permeated into the base; And patterning a selective ion permeable membrane at a predetermined position of each of the at least one microchannel.
또한, 제2 실시예에 따른 생체분자 농축 장치 제조방법은 시료가 수용되는 적어도 하나의 버퍼와 상기 적어도 하나의 버퍼에 수용된 상기 시료에 포함된 표적 물질이 농축되어 수용되는 샘플 레저버 및 상기 적어도 하나의 버퍼 각각과 상기 샘플 레저버를 연결하여, 마이크로 크기의 선의 형태로 상기 버퍼에 수용된 상기 시료를 상기 샘플 레저버로 전달하는 적어도 하나의 마이크로 채널이 형성되도록 종이를 커팅(cutting)하는 단계; 및 상기 커팅된 종이의 상기 마이크로 채널의 소정 위치에 선택적 이온 투과막을 형성하는 패터닝하여 형성하는 단계를 포함한다.In addition, the method for producing a biomolecule concentration apparatus according to the second embodiment comprises at least one buffer in which a sample is accommodated, a sample reservoir in which a target material contained in the sample accommodated in the at least one buffer is concentrated and accommodated, Cutting the paper so as to form at least one microchannel connecting each of the buffers of the sample reservoir and the sample reservoir to transfer the sample housed in the buffer to the sample reservoir in the form of micrometer-sized lines; And forming a selective ion permeable film on a predetermined position of the microchannel of the cut paper by patterning.
본 발명에서 베이스는 종이, PET 등이 있고, 특히 종이가 바람직하다. 또한, 상기 선택적 이온 투과막은 나피온(nafion), polystyrene sulfonate(PSS) 또는 polyallylamine hydrochloride(PAH) 등으로 형성될 수 있다.In the present invention, the base is paper, PET or the like, and particularly preferably paper. The selective ion-permeable membrane may be formed of nafion, polystyrene sulfonate (PSS), polyallylamine hydrochloride (PAH), or the like.
본 발명의 단층 구조의 생체분자 농축 장치와 그 제조방법에 따르면, 매우 저렴하고 손쉬운 방법으로 생체분자의 농축을 위한 농축 장치의 제작이 가능하고, 센서와 관련한 다른 소자들과 결합이 용이한 효과가 있다.According to the biomolecule concentration apparatus and method for producing a biomolecule according to the present invention, it is possible to manufacture a concentration apparatus for concentration of biomolecules in a very inexpensive and easy manner and to easily combine with other elements related to the sensor have.
도 1은 본 명세서의 제1 실시예에 따른 단층 구조의 생체분자 농축장치의 평면도이다.
도 2는 본 명세서의 제2 실시예에 따른 단층 구조의 생체분자 농축 장치의 평면도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 단층 구조의 생체분자 농축장치가 다른 소자와 결합되는 것을 도시한 도면이다.
도 4는 본 명세서의 제3 실시예에 따른 단층 구조의 생체분자 농축장치의 평면도이다.
도 5 및 도 6은 도 4의 단층 구조의 생체분자 농축장치의 마이크로 채널에 선택적 이온 투과막을 형성하는 방법을 나타낸다.
도 7은 본 명세서의 제4 실시예에 따른 단층 구조의 생체분자 농축장치의 평면도이다.1 is a plan view of a biomolecule concentration apparatus of a single layer structure according to the first embodiment of the present invention.
2 is a plan view of a biomolecule concentration apparatus of a single layer structure according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing that a single-layer biomolecule concentration apparatus according to an embodiment of the present invention is combined with another element.
4 is a plan view of a biomolecule concentration apparatus of a single layer structure according to the third embodiment of the present invention.
Figs. 5 and 6 show a method of forming a selective ion-permeable membrane on a microchannel of a biomolecule concentration apparatus of the single-layer structure of Fig.
7 is a plan view of a biomolecule concentration apparatus of a single layer structure according to a fourth embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 단층의 구조를 갖는 생체 분자 농축 장치의 구성 및 제조방법을 관련된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a configuration and a manufacturing method of a biomolecule concentration apparatus having a single layer structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 명세서의 제1 실시예에 따른 단층 구조의 생체 분자 농축 장치의 평면도이다.1 is a plan view of a biomolecule concentration apparatus of a single layer structure according to the first embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 본 명세서의 제1 실시예에 따른 농축 장치(100)는 다층 레이어 구조가 아니라 단층 레이어 구조의 베이스(10)로 간단하게 구성될 수 있다. 즉, 단층 베이스(10)에 마이크로 채널(20), 마이크로 채널(20)의 양 끝단에 형성된 제1 버퍼(40) 및 제2 버퍼(50)와 샘플 레저버(60) 및 선택적 이온 투과막(30)을 일체로 형성할 수 있다.As shown in the drawing, the
우선, 사각형상의 베이스(10)에 마이크로 크기의 선의 형태로 친수성의 마이크로 채널(20)의 경계를 형성한다. 도 1의 평면도를 기준으로 사각형상의 베이스(10)는 대략 가로 2.5cm 및 세로 2.5cm 정도의 크기로 형성될 수 있으며, 이때 마이크로 채널(20)의 크기는 수백 마이크로미터 내지는 밀리미터 단위로 형성될 수 있다. First, a boundary of the
본 실시예에서 베이스(10)는 적어도 일부 섬유 조직을 갖는 재료를 포함하며, 상기 소수성 물질은 상기 베이스(10)에 부가하여 결합되고, 상기 마이크로 채널(20)이 형성된 공간은 상기 소수성 물질이 존재하지 않는 공간을 적어도 일부 포함하며 상기 공간을 통해 상기 시료 또는 표적 물질이 이동하도록 구현된다. In this embodiment, the
본 실시예에서는 종이를 베이스(10)로 이용한 예를 제시하고 있지만, 베이스(10)의 종류는 이에 한정되지 않으며, PET(polyethylene terephthalate)도 가능하다. 특히, 베이스(10)는 소수성 물질과 결합이 잘되거나, 소수성 물질이 침투 가능한 구조를 갖는 재질이 바람직하다.In this embodiment, the paper is used as the
그리고, 상기 마이크로 채널(20)의 양 끝단 및 가운데에는 각각 제1 및 제2 버퍼(40, 50)와 샘플 레저버(60)가 형성되도록 베이스(10)에 소수성 물질을 결합시킨다.A hydrophobic substance is bonded to the base 10 such that first and
여기에서 결합의 의미는, 소수성 물질과 베이스(10)의 결합에 의하여 마이크로 채널(20), 제1 및 제2 버퍼(40, 50) 및 샘플 레저버(60) 공간이 형성되도록 소수성 물질을 베이스(10)에 접합시키거나, 흡착시키거나, 침투시켜 결합하는 등 다양한 방법이 가능하며, 특정 방법에 한정되는 것은 아니다. Herein, the meaning of the bonding means that the hydrophobic substance is immobilized on the base 10 to form the
본 실시예에서 소수성 물질은 대표적으로 왁스(Wax) 등을 사용할 수 있다. 제1 및 제2 버퍼(40, 50)는 추출하고자 하는 특정 표적 물질이 포함된 시료가 수용되는 영역이다. 즉 분석하고자 하는 시료가 수용되는 영역이다.In the present embodiment, wax or the like may be used as a typical hydrophobic substance. The first and
그리고 샘플 레저버(60)는 제1 및 제2 버퍼(40, 50) 사이의 마이크로 채널(20) 상에 구현되고, 제1 및 및 제2 버퍼(40, 50)에 수용된 시료가 마이크로 채널(20)을 통해 전달되는 영역이다.And a
상술한, 제1 및 제2 버퍼(40, 50) 및 샘플 레저버(60)는 베이스(10)과 결합된 소수성 물질에 의하여 형성되는 물리적인 공간으로서, 본 실시예에서는 베이스(10)에 소수성 물질을 결합시키는 방법으로서 종이 위에 소수성 물질의 패턴(ex: 왁스 패턴)을 코팅시키는 방법을 개시하고 있다. 왁스 패터닝하는 방법에는 특별한 제한은 없고, 종이와 소수성 물질을 단순히 접합시키는 것, 종이에 소수성 물질이 스며든 상태(침투된 상태)로 결합시키는 것도 모두 가능하지만, 바람직하게는 소수성 물질과 베이스(10)인 종이와의 결합이 불완전한 경우, 시료의 누수 문제가 있으므로 이를 방지하기 위하여 소수성 물질이 종이에 침투되도록 결합시키는 것이 바람직하다.The first and
또한, 제1 및 제2 버퍼(40, 50) 및 샘플 레저버(60)를 형성하기 위해서 베이스(10)에 결합되는 소수성 물질은 상술한 왁스 성분 한가지만으로 한정되지 않으며, 전극, 샘플의 종류에 따라 다른 물질로 사용될 수 있다. The hydrophobic material to be bonded to the
이후, 상기 마이크로 채널(20)의 소정 위치에는 선택적 이온 투과막(30)을 패턴 형성한다.Then, a selective ion-
본 실시예에서 시료를 선택하여 분리, 농축시키기 위한 선택적 이온 투과막(30)은 나피온(nafion), 폴리스티렌 설포네이트(polystyrene sulfonate, PSS) 또는 폴리아릴아민 하이드로클로라이드(polyallylamine hydrochloride, PAH) 등 중 적어도 하나를 포함하여 구현될 수 있다.In this embodiment, the selective ion-
마이크로 채널(20)의 양 입구에 형성된 버퍼(40, 50)에는 분석하고자 하는 단백질 시료가 수용될 수 있으며, 버퍼(40, 50) 각각에는 외부 전원과 연결될 수 있는 와이어(도시하지 않음)가 형성될 수도 있다. 와이어를 통해서 버퍼(40, 50)에는 음전극, 양전극 또는 그라운드가 연결되어 채널(20)을 기준으로 양단에 전위차가 발생된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 버퍼(40, 50)에는 외부 전원과 연결될 수 있도록 박막 전극이 구비될 수도 있다.A protein sample to be analyzed can be accommodated in the
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 버퍼(40, 50)는 도전성 액체로 점습되도록 구성할 수도 있다. 도전성 액체는 전기 전도성 이온 등과 같은 전도성 성분을 포함하는 것으로, 버퍼에 도전성 액체가 존재할 경우, 전위차를 형성하고 제어하는데 효과적이다.According to another embodiment of the present invention, the
선택적 이온투과막(30)이 패턴 형성된 마이크로 채널(20)은 양성자(proton)를 선택하여 투과시키는 일종의 나노 필터의 역할을 수행한다.The
예를 들면, 선택적 이온투과막(30)이 나피온(nafion)인 경우 나피온의 화학 구조 중 SO3- 로 인해서 H+ 이온이 호핑(hopping) 및 이동 메커니즘(vehicle mechanism)에 의하여 선택적으로 빠르게 투과되도록 한다. 따라서, 나피온과 같은 선택적 이온 투과물질을 통해서 마이크로 채널(20)은 실질적으로 나노채널의 역할을 수행할 수 있으며, 나노 채널의 특정 영역에는 분석하고자 하는 단백질 물질들을 매우 빠른 시간에 효율적으로 농축할 수 있게 된다. For example, in the case where the selective ion-
도면을 참조하면, 마이크로 채널(20) 양단의 버퍼(40, 50)에 전원이 연결되어 전위차가 발생하면, 제1 및 제2 버퍼(40, 50)에 수용된 마이크로 채널(20)을 통해 샘플 레저버(60)로 전달된다. 이때, 제1 및 제2 버퍼(40, 50) 각각과 샘플 레저버(60) 사이의 마이크로 채널(20)에 배치된 선택적 이온투과막(30)은 시료를 필터링하여, 특정 표적 물질만 샘플 레저버(60)에 농축되도록 한다.When power is connected to the
양쪽 선택적 이온 투과막(30) 사이에 형성된 샘플 레저버(60)에는 특정 표적물질이 농축되며, 샘플 레저버(60)의 하부면 등으로 농축된 표적물질을 검출 및 감지할 수 있는 감지기(미도시)를 연결 구성할 수도 있다.In the
본 명세서의 일실시예에 따르면 감지기는 기판 상에 전극 패턴을 형성하고 표적물질의 포획을 위한 수용체(receptor)를 전극 사이에 설치하여 화학물질 또는 생물학적 표적물질과 반응하도록 하고, 수용체의 변화를 감지하여 전기적 신호로 변환해주는 변환기(transducer)를 포함하여 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a sensor forms an electrode pattern on a substrate, and a receptor for capturing a target substance is provided between the electrodes to react with a chemical or biological target material, And a transducer for converting the electrical signal into an electrical signal.
상기 농축장치(100)에서 베이스(10)는 종이로 구현될 수 있으며, 종이의 하부면은 일면/양면이 접착력을 갖는 점착테이프(adhesive tape)를 부착함으로써, 테이프에서 보유하고 있는 접착력을 활용하여 종이 하부면으로 감지 센서 등과 용이하게 결합(부착)을 할 수 있으므로 농축 장치를 어떤 형태로든 다양한 기능성 레이어에 손쉽게 결합하여 사용할 수 있다. In the concentrating
도 1에 도시된 단층 구조의 생체분자 농축 장치는 다음과 같이 제조한다. 우선, 종이와 같은 베이스(10)에 마이크로 크기의 선의 형태로 친수성의 마이크로 채널(20)의 경계를 형성하고, 상기 마이크로 채널(20)의 양 끝단에 각각 제1 버퍼(40) 및 제2 버퍼(50)가 형성되도록 소수성 물질을 흡착시킨다. The biomolecule concentration apparatus of the single layer structure shown in Fig. 1 is manufactured as follows. First, a boundary of a
이때, 소수성 물질은 왁스를 사용할 수 있으며, 베이스(10)에 왁스를 인쇄함으로써 흡착시킬 수 있다. 그리고, 흡착(인쇄)된 소수성 물질(왁스)이 베이스(10)에 결합되도록 소수성 물질을 침투시킨다. 즉, 왁스가 베이스(10)에 침투되도록 종이를 가열한다. 그리고, 마이크로 채널(20)의 소정 위치에 나피온 등을 패터닝하여 선택적 이온 투과막(30)을 형성한다. At this time, the hydrophobic substance may be a wax, and adsorbed by printing wax on the
본 실시예에서 소수성(hydrophobic) 물질은 왁스에 한정되지 않으며, 아크릴(Acrylics), 올레핀(Olefins), 아미드, 이미드, 스티렌, 카보네이트, 비닐 아세탈, 디엔(Dienes), 비닐, 에스테르, 비닐에스테르, 케톤, 플루오로카본이나, 테플론(Teflon), PDMS, 실란(Silane) 등에서 선택되는 성분을 포함할 수 있다. 그 외에도 알킬실란 계열의 실리클래드(Siliclad), n-옥타디실트리클로로실란(n-Octadecyltrichlorosilane), 이소부틸트리메톡실란 (Isobutyltrimethoxysilane), 플루오로알킬실란계열(Fluoroalkylsilanes)계열의 성분으로는 트리디카플로로테트라하이드록실트리클로로실란 (Tridecafluorotetrahydrooctyltrichlorosilane), 트리플로로프로필트리클로로실란 (Trifluoropropyltrichlorosilane), 헵타디카플로로테트라하이드로디실트리클로로실란(Heptadecafluorotetrahydrodecyltrichlorosilane) 등이 있고, 실리콘 계열으로는 30% 메틸하이드로실록산-디메틸실록산 코폴리머(Methylhydrosiloxane-Dimethylsiloxane Copolymer), 하이드라이드 터미네이티드 폴리디메틸실록산(Hydride terminated Polydimethylsiloxane), 트리메틸실록시 터미네이티드 폴리디메틸실록산(Trimethylsiloxy terminated Polydimethylsiloxane), Aquaphobeㄾ CM, Aquaphobeㄾ CF, 디아세톡시메틸 터미네이티드 폴리디메틸실록산(Diacetoxymethyl terminated Polydimethylsiloxane) 등이 있다. In this embodiment, the hydrophobic substance is not limited to wax but may be selected from the group consisting of acrylic, olefins, amides, imides, styrenes, carbonates, vinyl acetals, dienes, vinyls, esters, Ketone, fluorocarbon, Teflon, PDMS, silane, and the like. In addition, as the components of the alkyl silane series Siliclad, n-octadecyltrichlorosilane, isobutyltrimethoxysilane, and fluoroalkylsilanes series, Heptadecafluorotetrahydrodecyltrichlorosilane, and the like. Examples of the silicone-based resin include 30% methylhydrogosiloxane-dimethyl (meth) acrylate, Siloxane copolymers such as Methylhydrosiloxane-Dimethylsiloxane Copolymer, Hydride terminated Polydimethylsiloxane, Trimethylsiloxy terminated Polydimethylsiloxane, Aquaphobe CM, Aquaphobe CF, Diacetoxy Til terminal and the like Ney suited polydimethylsiloxane (Diacetoxymethyl terminated Polydimethylsiloxane).
일반적으로 재료에서 물질이 소수성을 띄게 되는 경우는 물과 닿는 표면의 구조에 의한 영향과 재료의 표면 자체의 특성에 의한 영향으로 소수성을 가질 수 있다. 특히, 베이스(10)인 종이에 코팅을 하여 마이크로 채널(20)을 형성하는 경우는 후자에 해당하며, 종이에 왁스를 코팅하여 채널을 형성하는 것은 종이라는 친수성 재료에 채널로 사용할 부분을 제외하고 다른 부분을 소수성을 띄게 하기 위함이다. 이러한 소수성의 성질은 베이스(10)를 종이와 비슷한 파이버(fiber) 소재를 이용할 경우에도 유사한 효과를 얻을 수 있으므로, 종이 이외에 파이버 계열의 베이스(10)를 사용하는 것도 가능하다. Generally, when a material becomes hydrophobic in a material, it may have hydrophobicity due to the influence of the structure of the surface contacting the water and the characteristics of the surface of the material itself. Particularly, in the case where the
종이의 경우 원가가 저렴할 뿐만 아니라, 탄성 및 성형성이 좋고, 소수성 물질과 흡착, 침투시키는 형태로 종이 위에 일정한 두께를 갖는 코팅층을 형성시키는 것이 용이하며, 소수성 코팅물질과의 결합력도 우수하다. 이러한 코팅층은 시료를 저장하고, 일정 성분을 이동시키기 위한 마이크로 채널(20)을 형성하는 것도 용이한 장점이 있다. In the case of paper, it is easy to form a coating layer having a uniform thickness on paper in a form that is low in cost, good in elasticity and moldability, adsorbed and permeated with a hydrophobic substance, and has excellent bonding strength with a hydrophobic coating material. Such a coating layer is advantageous in that it is easy to store a sample and to form a
종이의 경우 파이버 형태의 구성된 친수성 재료로서, 이러한 경우 파이버 구조에 따라 모세관이 형성되고, 여기에 액체를 떨어뜨렸을 때 모세관 현상에 의해 액체가 이동하게 된다. 즉, 이러한 모세관 현상을 이용하면 별도로 외부에서 동력을 제공하지 않더라도 액체를 이동시킬 수 있으며, 이러한 드래그 포스(drag force)을 이용한다면, 생체분자의 농축을 위해 분별된 성분의 이동이 용이해질 수 있다. 종이 이외에도 파이버 형태의 친수성 재료로 알려진 다른 물질들도 종이와 같이 사용 가능하다. 한편, 왁스 코팅 기술을 이용해서 폭이 수십 마이크로미터 이하로 마이크로 채널(20)을 형성한다면, 모세관 현상을 어느 정도 줄이는 것도 가능하다. 하지만, 이는 다소 특수한 경우이고, 일반적으로 파이버 형태의 재료(특히 종이와 같이 친수성의 재료)에서는 모세관 현상은 존재하는 것이고, 이를 이용하여 시료나 타켓 성분의 이동을 용이하게 할 수 있다.In the case of paper, it is a hydrophilic material composed of a fiber type. In this case, a capillary is formed according to the fiber structure, and the liquid is moved by the capillary phenomenon when the liquid is dropped thereon. That is, by using such a capillary phenomenon, it is possible to move the liquid even if power is not externally supplied. If the drag force is used, the movement of the separated components can be facilitated for concentration of biomolecules . In addition to paper, other materials known as fiber-like hydrophilic materials can be used like paper. On the other hand, if the
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 농축이 진행될 때, 어느 정도 농축이 되면 농축 플러그가 서서히 이동할 수 있다. 이러한 경우에 드래그 포스를 반대로 취해줄 수 있다면 농축비 향상에 있어서 많은 도움이 된다. 이러한 드래그 포스를 모세관 현상을 이용하면 추가적인 동력없이 진행할 수 있기 때문에 효과적이다.Further, according to another embodiment of the present invention, when the concentration is progressed, the concentration plug can be gradually moved when it is concentrated to some extent. In this case, if the drag force can be reversed, it will be very helpful in improving the concentration ratio. This drag force is effective because the capillary phenomenon can be carried out without additional power.
도 2는 본 명세서의 제2 실시예에 따른 단층 구조의 생체분자 농축 장치의 평면도이다.2 is a plan view of a biomolecule concentration apparatus of a single layer structure according to a second embodiment of the present invention.
본 실시예는 도 1과 마찬가지로 베이스(10)에 채널(20)과 선택적 이온 투과막(30)을 일체형으로 형성한다. 그러나 도 1과 달리, 소수성 물질을 사용하지 않고 채널(20) 및 버퍼(40, 50)의 형상에 따라 베이스(10)를 그대로 커팅(cutting)함으로써 매우 간단하게 소자를 구현하는 것도 가능하다. 하지만, 샘플 시료가 친수성의 성분이 포함될 경우에는, 순수한 종이로 구성되는 베이스(10)를 커팅하여 사용하는 것 보다는, 소수성 물질로 코팅된 베이스(10)를 커팅하여 구현하는 것이 바람직하다. 1, the
본 실시예에서 베이스(10)에는 마이크로 채널(20), 마이크로 채널(20) 양 끝단에 형성된 제1 버퍼(40) 및 제2 버퍼(50)과 마이크로 채널(20)에서 제1 및 제2 버퍼(40, 50) 사이에 형성된 샘플 레저버(60) 및 마이크로 채널(20) 내에서 제1 버퍼(40)과 샘플 레저버(60) 사이 및 제1 버퍼(40)과 샘플 레저버(60) 사이에 각각 형성된 선택적 이온 투과막(30)을 포함한다. 이때, 상기 마이크로 채널(20), 제1 버퍼(40), 제2 버퍼(50) 및 샘플 레저버(60)는 단층의 베이스(일예로 종이)를 커팅(cutting)하여 형성한다.The first and
그리고, 채널(20)에는 나피온(nafion), polystyrene sulfonate(PSS) 또는 polyallylamine hydrochloride(PAH) 등의 선택적 이온 투과 물질을 패터닝하여 선택적 이온 투과막(30)을 형성한다.The selective ion
상기에서는 일예로서, 샘플 레저버(60)를 중심으로 양단에 제1 및 제2 버퍼(40, 50)가 형성되는 것으로 도시하였으나, 샘플 레저버(60)에 많은 양의 표적 물질이 농축되도록 하기 위해서는 복수개의 버퍼(미도시)가 샘플 레저버(60)를 중심으로 방사 형태로 배치될 수 있다. 그리고 복수개의 버퍼와 샘플 레저버(60)는 마이크로 채널(20)으로 연결되고, 복수개의 버퍼와 샘플 레저버(60) 사이의 마이크로 채널(20) 각각에는 선택적 이온 투과막(30)이 형성되어 필터로서 기능하도록 구현될 수 있다.In the above description, the first and
이는 마이크로 채널(20) 상에 구현되는 선택적 이온 투과막(30)에 의해 표적 물질이 나노 필터링되는 경우, 샘플 레저버(60)에 농축되는 표적 물질의 양이 미소하여, 검사가 용이하지 않기 때문이다. 표적 물질에 대한 검사가 용이하게 수행되기 위해서는 표적 물질 검출기가 표적 물질을 용이하게 검출할 수 있어야 하지만, 샘플 레저버(60)에 농축되는 표적 물질의 양이 검출기에 기설정된 기준양보다 적으면 표적 물질 검출기가 표적 물질을 검출할 수 없다. 따라서 샘플 레저버(60)에 농축되는 표적 물질의 양을 증가시키기 위해, 복수개의 버퍼가 중심으로 방사 형태로 배치되도록 하여 샘플 레저버(60)에 농축되는 표적 물질의 양을 증가시킬 수 있다.This is because when the target material is nanofiltered by the selective ion-
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 단층 구조의 생체분자 농축 장치가 다른 소자와 결합되는 것을 도시한 도면이다.FIG. 3 is a view showing that a single-layer biomolecule concentration apparatus according to an embodiment of the present invention is combined with another element.
앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 단층 구조의 생체분자 농축 장치(100, 200)의 하단으로, 다양한 기능을 갖는 부가층(Additional Layer, 300)들을 추가적으로 부착하여 농축기능 일체형 센서를 구성할 수도 있다.An
본 실시예에서 추가적으로 부착되는 부가층(300)은 (a)샘플 레저버(60)에 농축되는 표적물질을 필터링하고, (b)필터링 통과된 표적물질과 반응하여 흡광, 발광 또는 형광 반응을 일으키며, (c)표적물질의 농도를 검출하는 기능을 수행할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. The
도 3을 비롯한 본 실시예에서 언급되는 구조는 바이오 센싱을 위한 다양한 종류의 바이오 센싱 툴로 구현될 수 있으며, 예를 들어 ELISA 방법과 조기진단키트(rapid kit)에 적용될 수 있다. The structure described in this embodiment including FIG. 3 may be implemented by various types of biosensing tools for biosensing, for example, an ELISA method and a rapid kit.
부가층(300)은, 예를 들어 적혈구, 백혈구, 혈장, 혈소판 등 혈액의 전체 성분이 포함된 전혈(whole blood)과 같은 벌크한 샘플에서 특정 표적물질을 농축할 경우 적혈구(red blood cell)들과 같은 물질들은 센싱의 오류를 발생시키는 요소로 작용될 수 있으며, 이를 표적물질과 분리하여 순수 표적물질만 추출함으로써 표적물질의 감지를 보다 정확하게 할 수 있는 기능성 파트의 역할을 수행할 수 있다.The
또한, 표적물질과 반응하여 변색되거나, 발광 또는 형광물질과 반응하도록 함으로써 별도의 전기적 수단이 구비되지 않더라도 표적물질의 검출을 시각적으로 확인하도록 하는 기능성 파트의 역할을 수행할 수 있다.In addition, it can function as a functional part for visually confirming the detection of the target substance even when a separate electrical means is not provided by allowing the target substance to react with the target substance to be discolored or react with the luminescent or fluorescent material.
한편, 부가층(300)은 전반적인 농축 장치를 지지하는(backing) 역할을 수행한다. 그러나, 본 명세서의 일 실시예에 따르면 부가층(300) 상부면에는 두 전극(미도시)이 상호 슬릿(Slit) 을 형성하며 소정 간격 이격되도록 기판상에 패턴 형성되는 교차전극부를 포함하며, 샘플 레저버(60)에 농축된 표적물질이 두 전극이 형성하는 슬릿에서 포획될 수 있다.The
즉, 부가층(300)는 표적물질의 농도를 검출하는 감지기의 기능을 수행할 수 있으며, 감지기는 기판 상에 전극 패턴을 형성하고 표적물질의 포획을 위한 수용체(receptor)를 전극 사이에 설치하여 화학물질 또는 생물학적 표적물질과 반응하도록 하고, 수용체의 변화를 감지하여 전기적 신호로 변환해주는 변환기(transducer)를 포함하여 구성될 수 있다.That is, the
도 4는 본 명세서의 제3 실시예에 따른 생체분자 농축장치의 평면도이다.4 is a plan view of a biomolecule concentration apparatus according to a third embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2에서는 생체분자 농축장치의 선택적 이온 투과막(30)이 제1 및 제2 버퍼(40, 50)과 샘플 레저버(60) 사이의 마이크로 채널(20)을 완전히 차단하는 형태로 구현되는 반면 도 4에서는 선택적 이온 투과막(31)이 마이크로 채널(20)을 완전히 차단하지 않고, 일부가 개방된 형태로 구현된다.1 and 2, the selective ion-
도 1 및 도 2 에서는 선택적 이온 투과막(30)이 마이크로 채널(20)을 완전히 차단하는 형태로 구현됨에 따라 선택적 이온 투과막(30)으로 구현되는 나노 필터의 필터링 성능이 높다. 그러나 나피온(nafion) 등으로 구현되는 선택적 이온 투과막(30)이 마이크로 채널(20)을 완전히 차단하는 형태로 구현됨에 따라 베이스(10)의 모세관력(capillary force)이 약해지게 되고, 결과적으로 베이스(10)가 제1 및 제2 버퍼(40, 50)에 수용된 시료를 샘플 레저버(60)로 전달하는 견인력(drag force)가 약해진다. 따라서 샘플 레저버(60)에 농축되는 표적 물질의 절대량이 매우 적다. 특히 표적 물질의 분자 구조가 큰 물질인 경우에 샘플 레저버(60)에 표적 물질이 농축되지 않는 경우도 발생할 수 있다. 이에 상기에서는 복수개의 버퍼가 중심으로 방사 형태로 배치되도록 하여 샘플 레저버(60)에 농축되는 표적 물질의 양을 증가시키는 방안을 제안하였으나, 이는 다수의 버퍼와 마이크로 채널(20) 및 선택적 이온 투과막(30)을 형성해야 하므로 제조하기가 어렵다는 문제가 있다.1 and 2, since the selective ion-
그에 반해 도4 에 도시된 생체분자 농축장치(400)에서는 마이크로 채널(20)상에 형성되는 선택적 이온 투과막(31)의 일부 영역이 개방되도록 형성됨에 따라, 베이스(10)의 모세관력(capillary force)이 유지될 수 있다. 따라서 베이스(10)의 견인력에 의해 제1 및 제2 버퍼(40, 50)에 수용된 시료가 용이하게 선택적 이온 투과막(31)을 통해 샘플 레저버(60)로 전달될 수 있어, 샘플 레저버(60)에 농축되는 표적 물질의 절대량을 크게 높일 수 있다.On the other hand, in the
여기서 선택적 이온 투과막(31)의 개방된 영역의 크기 비를 통해 샘플 레저버(60)에 농축되는 표적 물질의 농축비를 조절할 수 있다. 즉 도 4에 도시된 이온 투과막(31)으로 구현되는 나노 필터의 필터링 성능이 개방된 영역에 의해 감소하게 되어 농축비가 감소하지만, 샘플 레저버(60)에 농축되는 표적 물질의 절대량을 크게 높일 수 있어, 표적 물질 검출기가 더욱 용이하게 표적 물질을 검출할 수 있도록 함으로써, 성능을 향상 시킬 수 있도록 한다.Here, the concentration ratio of the target substance concentrated in the
도 4의 생체분자 농축장치는 개방된 선택적 이온 투과막(31)을 통해 샘플 레저버(60)에 농축되는 표적 물질의 절대량을 증가시킬 수 있으므로, 도 1 및 도 2와 달리, 샘플 레저버(60)에 농축되는 표적 물질의 양을 증가시키기 위해 버퍼(40, 50)의 개수를 증가시킬 필요가 없다. 그러나 도 4의 생체분자 농축 장치 또한 샘플 레저버(60)를 중심으로 방사형으로 배치되는 복수개의 버퍼와 마이크로 채널(20) 및 선택적 이온 투과막(31)을 구비할 수 있다.The biomolecule concentration apparatus of FIG. 4 can increase the absolute amount of the target substance concentrated in the
도 5 및 도 6은 도 4의 생체분자 농축장치의 마이크로 채널(20)에 선택적 이온 투과막(30)을 형성하는 방법을 나타낸다.Figs. 5 and 6 show a method of forming the selective ion-
도 5를 참조하면, 일부 영역이 개방된 도4 의 선택적 이온 투과막(31)을 형성하는 방법에서 베이스(10)에 마이크로 채널(20)과 제1 및 제2 버퍼(40, 50) 및 샘플 레저버(60)를 형성하는 방법은 기존과 동일하다. 즉 도1 및 도2 에서 마이크로 채널(20)과 제1 및 제2 버퍼(40, 50) 및 샘플 레저버(60)를 형성하는 방법과 동일하다.5, in the method of forming the selective ion-
그리고 (a)에 도시된 바와 같이 선택적 이온 투과막(31)을 형성하기 위해 마이크로 채널(20)에서 선택적 이온 투과막(31)이 형성될 위치에 개방될 영역의 경계선(wgl)을 소수성 물질을 흡착시켜 형성한다. 여기서 소수성 물질은 왁스가 사용될 수 있으며, 베이스(10)에 왁스를 인쇄하거나 가열하여 결합시킬 수 있다.As shown in (a), the boundary line wgl of the region to be opened at the position where the selective ion-
이때 마이크로 채널(20)의 경계로부터 개방될 영역의 경계까지의 거리(A, A')는 샘플 레저버(60)에 농축되는 표적 물질의 농축비를 제어하기 위해 조절될 수 있다. 즉 마이크로 채널(20)의 경계로부터 개방될 영역의 경계까지의 거리의 합(A + A')과 개방 영역의 거리(B)의 비를 이용하여 농축비 제어가 가능하도록 구현하는 것도 가능하다. The distance A, A 'from the boundary of the microchannel 20 to the boundary of the area to be opened can be adjusted to control the concentration ratio of the target substance concentrated in the
그리고 개방될 영역의 경계가 소수성 물질에 의해 형성되면, (b)에 도시된 바와 같이 나피온(nafion), polystyrene sulfonate(PSS) 또는 polyallylamine hydrochloride(PAH) 등의 선택적 이온 투과 물질을 패터닝하여 일부 영역이 개방된 선택적 이온 투과막(31)을 형성할 수 있다.When the boundaries of the regions to be opened are formed by hydrophobic materials, selective ion permeable materials such as nafion, polystyrene sulfonate (PSS), or polyallylamine hydrochloride (PAH) are patterned as shown in FIG. The selective ion-
여기에서 선택적 이온 투과 물질을 패터닝하는 방법에 특별한 제한이 있는 것은 아니지만, 마이크로 채널에서 타겟 물질의 농축 효율을 높이고, 농축 비율을 제어하기 위한 방법으로서, 기존의 프린팅 기법들(ex: 잉크젯 프린팅)을 이용하여 선택적 이온 투과물질을 형성시키는 것이 바람직하다. Here, there is no particular limitation on the method of patterning the selective ion-permeable material. However, as a method for increasing the concentration efficiency of the target material in the microchannel and controlling the concentration ratio, the conventional printing techniques (e.g., inkjet printing) To form a selective ion permeable material.
또한, 선택적 이온 투과물질의 불연속 지점, 즉 경계선은 소수성 물질을 침투시켜 형성시키거나, 경계 형성(가이드라인 기능)을 위한 별도의 재료를 이용하여 시료 성분의 이동을 유도하도록 경로를 구현할 수 있다. In addition, the discontinuous point of the selective ion permeable material, that is, the boundary line, can be formed by penetrating the hydrophobic material or by using a separate material for boundary formation (guideline function) to induce the movement of the sample component.
도 6은 도 5와 달리 왁스와 같은 소수성 물질을 이용하여 선택적 이온 투과막(31)의 개방 영역에 대한 경계선을 형성하지 않고, 직접 등의 선택적 이온 투과 물질의 패터닝을 통해 일부 영역이 개방된 선택적 이온 투과막(31)을 형성한다. 도 6의 방식은 경계를 형성하지 않으므로, 도 5에 비해 더욱 간단하게 일부 영역이 개방된 선택적 이온 투과막(31)을 형성할 수 있으나, 패터닝 만으로 선택적 이온 투과막(31)을 형성하므로, 샘플 레저버(60)에 농축되는 표적 물질의 농축비를 정밀하게 제어하기 어렵다.6, a hydrophobic substance such as wax is used to form a selective ion-permeable material, such as a direct ion-permeable material, without forming a boundary line to the open region of the selective ion-
도 7은 본 명세서의 제4 실시예에 따른 생체분자 농축장치의 평면도이다.7 is a plan view of a biomolecule concentration apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
상기에서는 샘플 레저버(60)를 중심으로 2개 이상의 복수개의 버퍼(40, 50)가 배치되는 생체분자 농축장치를 설명하였다. 이는 상기한 바와 같이, 마이크로 채널(20)에 형성된 선택적 이온 투과막(30)에 의해 필터링되는 표적 물질이 샘플 레저버(60)에 농축되는 양을 증가시키기 위한 방안이다.The biomolecule concentration apparatus in which two or
그러나 도 4와 같이 일부 영역이 개방된 선택적 이온 투과막(31)을 이용하게 되면, 샘플 레저버(60)에 농축되는 표적 물질의 절대양을 크게 증가 시킬 수 있다. 즉 하나의 버퍼만을 구비하여도 샘플 레저버에 충분한 양의 표적 물질을 농축시킬 수 있다. 이에 도 7에서는 샘플 레저버(61)의 일측에 배치되는 하나의 버퍼(41)을 구비하고, 샘플 레저버(61)와 버퍼(41)은 마이크로 채널(20)로 연결되며, 마이크로 채널(20)에는 일부 영역이 개방된 선택적 이온 투과막(31)이 형성된 생체분자 농축장치(500)를 도시하였다.However, by using the selective ion-
도 7에 도시된 생체분자 농축장치(500)는 하나의 버퍼(41)만을 구비하므로, 결과적으로 가장 단순한 구조를 가지면서, 샘플 레저버(61)에 충분한 양의 표적 물질을 농축시킬 수 있다.Since the
본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.The embodiments disclosed in the specification of the present invention do not limit the present invention. The scope of the present invention should be construed according to the following claims, and all the techniques within the scope of equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.
100, 200, 400, 500: 농축장치
10: 베이스
20: 채널
30, 31: 선택적 이온 투과막
40, 41: 제1 버퍼
50: 제2 버퍼
60, 61: 샘플 레저버
300: 부가층100, 200, 400, 500: Concentration device
10: Base
20: channel
30, 31: selective ion permeable membrane
40, 41: first buffer
50: second buffer
60, 61: Sample reservoir
300: additional layer
Claims (19)
상기 베이스에 결합된 소수성 물질로 둘러싸여 형성되며, 시료가 수용되는 적어도 하나의 버퍼;
상기 소수성 물질로 둘러싸여 형성되고, 상기 적어도 하나의 버퍼에 수용된 상기 시료에 포함된 표적 물질이 농축되어 수용되는 샘플 레저버;
상기 소수성 물질로 둘러싸여 형성되며, 상기 적어도 하나의 버퍼 각각과 상기 샘플 레저버를 연결하는 적어도 하나의 마이크로 채널; 및
상기 적어도 하나의 마이크로 채널 각각의 소정 위치에 패턴 형성되고, 상기 샘플 레저버에 농축되는 상기 표적 물질의 농축비에 대응하여 상기 형성된 패턴의 폭이 조절되며, 상기 적어도 하나의 버퍼에 수용되어 상기 마이크로 채널을 통해 전달되는 시료 중 상기 표적 물질이 선택적으로 상기 샘플 레저버로 전달되도록 필터링하는 선택적 이온 투과막을 포함하고,
상기 선택적 이온 투과막은 상기 적어도 하나의 마이크로 채널 각각의 양측단에 상기 마이크로 채널의 폭보다 작은 기설정된 크기로 형성되어, 상기 시료가 필터링되지 않고 상기 샘플 레저버로 전송되는 개방 영역이 포함되도록 구현되는 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.Base;
At least one buffer surrounded by a hydrophobic material coupled to the base, the buffer being adapted to receive a sample;
A sample reservoir formed so as to be surrounded by the hydrophobic material and in which the target material contained in the sample accommodated in the at least one buffer is concentrated and accommodated;
At least one microchannel formed to be surrounded by the hydrophobic material and connecting each of the at least one buffer and the sample reservoir; And
A pattern formed at a predetermined position of each of the at least one microchannel, the width of the formed pattern being adjusted corresponding to a concentration ratio of the target material to be concentrated in the sample reservoir, And a selective ion-permeable membrane for filtering the target material, which is delivered through the channel, to be selectively transferred to the sample reservoir,
The selective ion-permeable membrane is formed at both side ends of each of the at least one microchannel to have a predetermined size smaller than the width of the microchannel so that the sample is filtered and transferred to the sample reservoir Wherein the biomolecule concentration is in the range of 1 to 10.
상기 베이스는 적어도 일부 섬유 조직을 갖는 재료를 포함하며, 상기 소수성 물질은 상기 베이스에 부가하여 결합되고, 상기 마이크로 채널이 형성된 공간은 상기 소수성 물질이 존재하지 않는 공간을 적어도 일부 포함하며, 상기 마이크로 채널이 형성된 공간을 통해 상기 시료 또는 상기 표적 물질이 이동하는 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.The method according to claim 1,
Wherein the base includes a material having at least a part of a fiber structure, the hydrophobic material is additionally bonded to the base, the space in which the microchannel is formed includes at least a space in which the hydrophobic substance is not present, Wherein the sample or the target material moves through the space in which the sample is formed.
상기 베이스는 종이 또는 PET(polyethylene terephthalate) 중 적어도 하나이고,
상기 선택적 이온 투과막은 나피온(nafion), 폴리스티렌 설포네이트(polystyrene sulfonate, PSS) 또는 폴리아릴아민 하이드로클로라이드(polyallylamine hydrochloride, PAH) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.The method according to claim 1,
The base is at least one of paper or PET (polyethylene terephthalate)
Wherein the selective ion-permeable membrane is at least one of nafion, polystyrene sulfonate (PSS), or polyallylamine hydrochloride (PAH).
상기 소수성 물질은 왁스(Wax)인 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.The method according to claim 1,
Wherein the hydrophobic substance is a wax.
상기 적어도 하나의 버퍼 각각은 도전성 액체로 점습된 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.The method according to claim 1,
Wherein each of the at least one buffer is wetted with a conductive liquid.
상기 적어도 하나의 버퍼가 복수 개로 구비되는 경우, 상기 샘플 레저버를 중심으로 동일한 거리에 방사형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.The method according to claim 1,
Wherein when the at least one buffer is provided in plurality, the sample reservoir is radially arranged at the same distance around the sample reservoir.
상기 베이스는 종이이고, 상기 소수성 물질은 상기 베이스에 적어도 일부가 흡착 또는 침투된 상태로 결합되며,
상기 선택적 이온 투과막은 상기 적어도 하나의 마이크로 채널에 의해 형성되는 상기 시료의 이동 경로 상에 형성되고, 상기 표적 물질이 필터링되어 상기 이동 경로의 전송되도록 상기 마이크로 채널의 폭을 고려하여 패터닝된 것임을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.The method according to claim 1,
Wherein the base is paper and the hydrophobic material is at least partially bonded to the base in an adsorbed or infiltrated state,
Wherein the selective ion-permeable membrane is formed on the movement path of the sample formed by the at least one microchannel, and the target substance is patterned in consideration of the width of the microchannel so that the target substance is filtered and transferred through the movement path. A biomolecule concentration device.
상기 선택적 이온 투과막은 잉크젯 프린팅에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.The method according to claim 1,
Wherein the selective ion-permeable membrane is formed by ink-jet printing.
상기 흡착된 소수성 물질이 상기 베이스에 침투되도록 소수성 물질을 침투시키는 단계; 및
상기 적어도 하나의 마이크로 채널 각각의 소정 위치에 상기 샘플 레저버에 농축되는 상기 표적 물질의 농축비에 대응하여 기 설정된 패턴 폭을 가지는 선택적 이온 투과막을 패터닝하여 형성하는 단계; 를 포함하고,
상기 선택적 이온 투과막은 상기 적어도 하나의 마이크로 채널 각각의 양측단에 상기 마이크로 채널의 폭보다 작은 기설정된 크기로 형성되어, 상기 시료가 필터링되지 않고 상기 샘플 레저버로 전송되는 개방 영역이 포함되도록 구현되는 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치 제조방법.At least one buffer in which a sample is received in a base, a sample reservoir in which a target material contained in the sample contained in the at least one buffer is concentrated and accommodated, Adsorbing a hydrophobic substance such that a boundary of at least one hydrophilic microchannel that transfers the sample contained in the buffer to the sample reservoir is formed;
Permeating the hydrophobic material such that the adsorbed hydrophobic material is permeated into the base; And
Patterning a selective ion-permeable membrane having a predetermined pattern width corresponding to a concentration ratio of the target material to be concentrated in the sample reservoir at a predetermined position of each of the at least one microchannel; Lt; / RTI >
The selective ion-permeable membrane is formed at both side ends of each of the at least one microchannel to have a predetermined size smaller than the width of the microchannel so that the sample is filtered and transferred to the sample reservoir ≪ / RTI >
상기 베이스는 적어도 일부 섬유 조직을 갖는 재료를 포함하며, 상기 소수성 물질은 상기 베이스에 침투되어 결합되고, 상기 마이크로 채널이 형성된 공간은 상기 소수성 물질이 존재하지 않는 공간을 적어도 일부 포함하며 상기 공간을 통해 상기 시료 또는 표적 물질이 이동하는 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치 제조방법.11. The method of claim 10,
Wherein the base includes a material having at least a part of a fiber structure, the hydrophobic material is penetrated and bonded to the base, and the space in which the microchannel is formed includes at least a space in which the hydrophobic substance is not present, Wherein the sample or the target substance moves.
상기 베이스는 종이 또는 PET(polyethylene terephthalate) 중 적어도 하나이고,
상기 선택적 이온 투과막은 나피온(nafion) 또는 폴리스티렌 설포네이트(polystyrene sulfonate, PSS) 또는 폴리아릴아민 하이드로클로라이드 (polyallylamine hydrochloride, PAH) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치 제조방법.11. The method of claim 10,
The base is at least one of paper or PET (polyethylene terephthalate)
Wherein the selective ion-permeable membrane is at least one of nafion, polystyrene sulfonate (PSS), or polyallylamine hydrochloride (PAH).
상기 소수성 물질은 왁스(Wax)인 것을 특징으로 하는 생체분자 농축 장치 제조방법.11. The method of claim 10,
Wherein the hydrophobic substance is a wax.
상기 적어도 하나의 버퍼가 복수개이면, 복수개의 상기 버퍼는 상기 샘플 레저버를 중심으로 동일한 거리에 방사형으로 배치되어 형성되는 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치 제조방법.11. The method of claim 10,
Wherein when the at least one buffer is a plurality of buffers, the plurality of buffers are radially arranged at the same distance around the sample reservoir.
상기 소수성 물질을 흡착시키는 단계는 상기 베이스에 상기 왁스를 인쇄하는 단계를 포함하며,
상기 소수성 물질을 침투시키는 단계는 상기 왁스가 인쇄된 베이스를 가열하여 상기 왁스를 상기 베이스에 융해시키는 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치 제조방법.14. The method of claim 13,
Wherein the step of adsorbing the hydrophobic material comprises printing the wax on the base,
Wherein the step of infiltrating the hydrophobic substance comprises heating the base on which the wax is printed to melt the wax into the base.
상기 적어도 하나의 마이크로 채널 각각의 소정 위치에 패턴 형성되어 상기 적어도 하나의 버퍼에 수용되어 상기 마이크로 채널을 통해 전달되는 시료 중 상기 표적 물질이 선택적으로 상기 샘플 레저버로 전달되도록 필터링하며, 상기 시료가 전달되는 마이크로 채널의 적어도 일부를 개방하도록 형성된 선택적 이온 투과막을 포함하는 생체 분자 농축 장치.At least one buffer in which a sample is received, a sample reservoir in which a target material contained in the sample contained in the at least one buffer is concentrated and accommodated, and a sample reservoir connected to each of the at least one buffer and the sample reservoir, A single-layered base including at least one microchannel for transferring the sample to the sample reservoir; And
Wherein the target material is selectively patterned in a predetermined position of each of the at least one microchannel and is accommodated in the at least one buffer and transferred through the microchannel to selectively transfer the target material to the sample reservoir, And a selective ion permeable membrane formed to open at least a portion of the transferred microchannel.
상기 베이스는 적어도 일부 섬유 조직을 갖는 재료를 포함하며,
상기 베이스에 소수성 물질이 부가되어 결합되며, 상기 마이크로 채널이 형성된 공간은 상기 소수성 물질이 존재하지 않는 공간을 적어도 일부 포함하며 상기 공간을 통해 상기 시료 또는 표적 물질이 이동하는 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.17. The method of claim 16,
The base comprising a material having at least some fiber texture,
Characterized in that a hydrophobic substance is added to the base and the space in which the microchannel is formed contains at least a space in which the hydrophobic substance is not present and the sample or the target substance moves through the space. Device.
상기 단층 베이스는 종이 또는 PET(polyethylene terephthalate) 중 저겅도 하나이고,
상기 선택적 이온 투과막은 나피온(nafion) 또는 폴리스티렌 설포네이트(polystyrene sulfonate, PSS) 또는 폴리아릴아민 하이드로클로라이드 (polyallylamine hydrochloride, PAH) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.17. The method of claim 16,
The single-layer base is one of paper or PET (polyethylene terephthalate)
Wherein the selective ion-permeable membrane is at least one of nafion, polystyrene sulfonate (PSS), or polyallylamine hydrochloride (PAH).
상기 선택적 이온 투과막은 상기 적어도 하나의 마이크로 채널 각각의 양측단에 상기 마이크로 채널의 폭보다 작은 기설정된 크기로 형성되어, 상기 시료가 필터링되지 않고 상기 샘플 레저버로 전송되는 개방 영역이 포함되도록 구현되는 것을 특징으로 하는 생체 분자 농축 장치.17. The method of claim 16,
The selective ion-permeable membrane is formed at both side ends of each of the at least one microchannel to have a predetermined size smaller than the width of the microchannel so that the sample is filtered and transferred to the sample reservoir Wherein the biomolecule concentration is in the range of 1 to 10.
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