본 발명은 미세입자 계측 장치 및 그 제작방법에 관한 것으로, 특히, 측정 시료인 미세입자 하나만 통과할 수 있는 크기의 미세유체관을 구비하고 미세유체관 가운데에 센싱 전극을 배치하고 센싱전극을 사이에두고 미세 입자 유입되는 측과 배출되는 측에 기준전극을 배치하여 미세유체관을 통과하는 미세입자를 독립적으로
계측하여 병렬 측정이 가능한 미세입자 계측 방법 및 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
기술분야
본 발명은 미세입자 계측 방법 및 장치 및 그 제작방법에 관한 것으로, 특히, 측정 시료인 미세입자 하나만 통과할 수 있는 크기의 미세유체관을 구비하고 미세유체관 가운데에 센싱 전극을 배치하고 센싱전극을 사이에두고 미세 입자 유입되는 측과 배출되는 측에 기준전극을 배치하여 미세유체관을 통과하는 미세입자를 독립적으로 계측하여 병렬 측정이 가능한 미세입자 계측방법 및 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
배경기술
일반적으로, 유세포분석(Flow Cytometry) 기술은 액체에 현탁하는 세포, 개체 및 기타 생물입자의 입자수, 각각의 물리적·화학적·생물학적 성상을 계측하는 기술로 알려져 있으며, 미세유체관내 좁은 구간을 지나가는 다량의 세포나 미세입자들의 특성분석 등을 위해 오랜 기간 중요한 기술로서 이용되어 왔다.
세포나 미세입자들이 미세유체관을 지나가는 현상을 인식하는 방법은 광학적 방법과 전기적 방법으로 구분될 수 있다.
상기 광학적 방법은 D. Hub 등의 Physiol.Meas.26, R73-R98에 개시된 바가 있다.
상기 전기적 방법은 S.H.Cho 등의 Biomicrofluidics 4, 043001에 개시된 바가 있다.
한편, 저항성 펄스 카운팅(resistive pulse counting)(즉“electrozone sensing")을 기반으로 하는 입자 카운팅(particle counting)은 입자 분석의 일반적인 방법이며, 시판되는 쿨터 카운터(Coulter Counter)를 기초로 한다.
시판되는 기구(예를 들어, MULTISIZER™ 3 COULTER COUNTER, Beckman Coulter, Inc.)에 의해 반경 200㎚보다 큰 입자의 검출이 가능하다.
그러나 기본 및 응용 연구 영역에서 더 작은 나노입자(가령, 100㎚ 이하)에의 적용은 입자 크기와 농도의 용이하고 정확한 검출을 가능하게 하는 새로운 분석 기법을 필요로 한다.
또한, 쿨터 카운터는 양쪽 전해질 공간 사이의 전류를 재는 방식이기 때문에 병목구간이 2개 이상일 경우, 어느 쪽으로 시료가 통과했는 지를 알 수가 없어 병렬측정을 위해서는 양쪽의 전해질 저장공간 역시 병렬화해야하므로, 하나의 병목구간만 가능하여 병렬 측정 및 대규모 데이터 수집이 어려운 한계를 지닌다.
문제점
본 발명의 목적은 입자 크기와 관계없이 측정이 가능하고 병렬 측정을 가능하게 하여 한번에 대량 계측을 가능하게 하는 미세입체 계측장치 및 그 제작방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
해결과제
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 의하면, 기판, 측정하고자 하는 미세입자가 통과할 수 있는 단면적의 미세유체관이 하나 이상 형성된 미세유체관 레이어, 각각의 상기 미세유체관을 가로지르도록 상기 기판 상에 형성되는 센싱전극, 및 각각의 상기 센싱 전극을 사이에 두고 상기 미세유체가 유입되는 측과 상기 미세유체가 배출되는 측의 상기 미세유체관을 가로지르도록 상기 기판 상에 형성되고 기준전압이 인가되는 기준전극을 포함하는 미세입자 계측장치가 제공된다.
상기 센싱전극 출력신호를 분석하여 통과한 미세입자의 크기, 개수 또는 농도를 산출할 수 있다.
상기 미세유체관 레이어는 소프트리소그라피 또는 식각공정으로 형성될 수 있고, 상기 미세유체관은 측정하고자하는 미세입자가 통과할 수 있는 단면적으로 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 하나 이상의 상기 미세유체관은 병렬로 연결하는 것이 바람직하고, 하나 이상의 상기 미세유체관의 일측은 상기 미세유체가 유입되는 유입공에 각각 독립적으로 연결되고 상기 미세유체관의 타측은 상기 미세유체가 배출되는 배출공에 각각 독립적으로 연결될 수 있다.
또한, 하나 이상의 상기 미세유체관의 일측은 상기 미세유체가 유입되는 유입공에 연결되고 상기 미세유체관의 타측은 상기 미세유체가 배출되는 배출공에 연결되고, 하나 이상의 상기 미세유체관은 하나의 상기 유입공을 공유하거나 하나 이상의 상기 미세유체관은 하나의 상기 배출공을 공유할 수도 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 측정하고자 하는 미세유체가 통과할 수 있는 단면적의 미세유체관이 하나 이상 형성된 미세유체관 레이어를 형성하는 단계 기판을 준비하고 상기 기판 상에 금속막을 증착한 후 패터닝하여 센싱전극과 기준전극을 형성하는 단계 및 상기 센싱전극과 상기 기준전극이 형성된 상기 기판에 상기 미세유체관 레이어를 접합하는 단계를 포함하고, 상기 센싱전극은 각각의 상기 미세유체관을 가로지르도록 상기 기판 상에 형성되고, 상기 기준전극은 각각의 상기 센싱전극을 사이에 두고 상기 미세유체가 유입되는 측과 상기 미세유체가 배출되는 측의 상기 미세유체관을 가로지르도록 상기 기판 상에 형성되고 기준전압이 인가되고, 상기 접합 단계에서 상기 센싱전극이 상기 미세유체관 가운를 가로지르도록 배치하여 접합되는
미세입자 계측장치 제작방법이 제공된다.
상기 미세유체관 레이어를 형성하는 단계는 상기 미세유체관 형상의 볼록부가 하나 이상 형성된 몰드에 경화성 수지를 증착 또는 도포한 후 경화시키는 소프트리소그라피 방법을 사용할 수 있다.
상기 미세유체관 레이어를 형성하는 단계는 레이어를 식각하여 하나 이상의 상기 미세유체관을 형성하는 식각 공정을 사용할 수도 있다.
상기 경화성 물질은 PDMS를 포함하고, 상기 전극층은 Pt, Ti, Cu, Ag/AgCl, 폴리머 전극 중 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 미세입자 계측장치의 상기 센싱전극 출력 신호의 피크 전위 변화량 크기의 분포를 산출하여, 미세 입자의 통과 여부, 통과 속도, 통과 시점, 미세입자의 크기 및 농도를 산출하는 미세입자 계측방법을 제공한다.
효과
본 발명에 따르면, 미세유체관 내 특정위치의 전위값을 관찰함으로써 미세입자가 특정구간을 지나가는 현상을 검출할 뿐만 아니라 각 입자의 크기까지 식별할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 복수의 미세유체관들이 병렬적으로 다량 배치되도록 형성하여 병렬적으로 신호를 얻어 계측하는 계측 시스템을 구축하는 것이 용이하고, 기준 전극의 위치에 따라 동시에 독립적으로 측정 가능하기 때문에 수율이 높아져 측정속도가 빨라지며, 여러 시료를 동시에 분석하는 것을 가능하게 한다.
또한, 본 발명에 따른 미세유체 계측 장치는 크로스 토크(cross talk)가 저하되어 인접 채널 사이에 영향을 덜 주고 받아 계측의 정확성이 향상된다.
본고는 서울대학교산학협력단 권성훈, 김준회, 천홍구, 김은근의 발표자료를 요약한 것이다.