微流控晶片及其製備方法以及利用其的分析裝置與流程

2023-06-01 03:16:51 2

本發明涉及微流控晶片及其製備方法以及利用該微流控晶片的分析裝置，更具體地涉及具有形成在基板的表面的流體通道的微流控晶片及其製備方法以及利用該微流控晶片的分析裝置。

本發明是通過得到韓國知識經濟部的產業融合源泉技術開發事業的支援而執行的研究中導出的[課題序號：10042924，研究課題名：利用複合梯度(納米結構梯度-濃度梯度)技術的幹細胞最佳培養條件超高速自動篩分系統試製品開發]。

背景技術：

微流控晶片具有通過微流控通道使流體流動而可同時執行多種實驗條件的功能。具體地，利用塑料、玻璃、矽等基板(或晶片材料)來製作微小通道，通過這種通道，使流體(例如，液體試樣)移動之後，在微流控晶片內的腔體，可進行例如試樣分離、細胞的混合、合成、定量分析、細胞增殖觀察等。如上所述，在小的晶片內進行以往在實驗室進行的實驗的觀點上，微流控晶片還被稱作「晶片實驗室」(lab-on-a-chip)。

微流控晶片不僅在製藥、生物工程、醫藥、生命醫療、食品、環境、精密化學等領域中創造出費用與時間節減效果，而且還可提高準確度和有效性、可靠性。例如，使用微流控晶片，比起以往的方法，可顯著地減少細胞培養與增殖及分化等中使用的昂貴的試劑的使用量，由此可節減相當多的費用。而且，在進行蛋白質(protein)、基因(DNA)、細胞(cell)、神經元(neuron)、酶、抗體等生物體試樣分析時，使用比起以往的方法顯著少的量，並且利用其可進行影像分析，因此可減少樣品的使用量或消耗量及分析時間。

與此相關的是，圖1表示以往的示例性的微流控晶片中一部分的分解圖。

如圖所示，以往的示例性的微流控晶片100可包括流體流動的多個第一通道110和多個第二通道120。就微流控晶片100而言，在多個第一通道110中流動的各個流體與在多個第二通道120中流動的各個流體混合，為了使這種流體容易地流動及混合，上述通道可具有不同層(layer)來形成。

為此，以往的微流控晶片將分別形成通道的至少2個基板(或層)粘合來製備微流控晶片。但是，根據這種製備方式，在多個基板上形成通道之後，需要相粘合這些的觀點上發生了基板之間的整列問題。即，製備晶片時，基板之間的粘合工序中產生了相當多的時間及費用。而且，因2層的基板(即，2個基板)自身的(例如，通過注塑工序等)製備，還產生了時間及費用。即，以往的微流控晶片在時間和費用的層面上存在製備工序上的問題，並存在晶片的精密度也被減少的問題。

因此，需要一種用於解決這種問題的微流控晶片及利用其的製備方法以及利用該微流控晶片的影像分析裝置。

技術實現要素：

技術問題

本發明是為了解決上述問題的，其目的在於，提供通過實現形成在基板的表面的流體通道，可解決基板之間的粘合及整列問題的微流控晶片及其製備方法以及利用該微流控晶片的分析裝置。

解決問題的手段

根據本發明的一實施例，提供一種微流控晶片。上述微流控晶片可包括：基板，包括使流體流入的流入部、使上述流體移動的流體通道及排出上述流體的流出部；以及膜，附著於上述基板，從外部保護上述流入部、上述流出部及上述流體通道中的至少一個，上述流入部及上述流出部通過貫通基板的表面而體現，上述流體通道從上述基板的表面凹陷而體現。

根據本發明的一實施例，提供一種分析裝置。上述分析裝置可包括：上述微流控晶片；以及光檢測模塊，為了測定上述微流控晶片內的反應產物，向上述微流控晶片照射光，來檢測從上述微流控晶片的測光區域發出的光信號。

根據本發明的一實施例，提供一種微流控晶片的製備方法。上述方法可包括：形成包括使流體流入的流入部、使上述流體移動的流體通道及排出上述流體的流出部的基板的步驟；以及以從外部保護上述流入部、上述流出部及上述流體通道中的至少一個的方式，在上述基板的表面附著膜的步驟，上述基板的上面及下面中的一個區域從上述基板的表面凹陷而體現上述流體通道，貫通上述基板的表面而體現上述流入部及上述流出部，由此可執行形成上述基板的步驟。

發明的效果

根據本發明，與粘合多個基板的以往技術不同地防止有關整列等的工序上的誤差，由此可提高微流控晶片的精密度，並可減少不良率。

並且，根據本發明，僅靠粘合基板和膜來製備微流控晶片，由此製備工序簡單，費用經濟。

並且，根據本發明，可減少微流控晶片的整體上的大小及重量，由此可提高用戶的方便性及經濟性。

並且，根據本發明，即使沒有追加的化學處理、泵驅動裝置、超聲波裝置、膜狀物(membrane)等附加的設備，僅靠形成在微流控晶片內的結構物就能有效地將流體內的氣泡去除到測光區域外。

並且，根據本發明，即使發生微流控晶片的極-小型化，也不存在光信號靈敏度的減少及不均勻帶來的問題，可同時快速而準確地測定多個少量的反應產物。

附圖說明

為了更加充分理解本發明的詳細說明中引用的附圖，提供了各附圖的簡單說明。

圖1表示以往示例性的微流控晶片中一部分的分解圖。

圖2表示根據本發明的一實施例的微流控晶片。

圖3表示根據本發明的另一實施例的微流控晶片。

圖4表示根據本發明的一實施例的微流控晶片。

圖5表示根據本發明的一實施例的微流控晶片的製備方法。

圖6及圖7按不同工序表示根據本發明的一實施例的微流控晶片的製備方法。

具體實施方式

以下，參照附圖，對本發明的實施例進行說明。在各圖的結構要素標上附圖標記時，應當注意，針對相同的結構要素，即使顯示在其他圖上，也儘量用相同的附圖標記。並且，對於說明本發明的實施例來說，當判斷為對於相關公知結構或功能的具體說明阻礙對於本發明的實施例的理解時，省略對其的詳細說明。並且，以下說明本發明的實施例，但本發明的技術思想不局限於此，可由本技術領域的普通技術人員變形而多樣地實施。

在說明書全文中，當一些部分與其他部分「連接」時，不僅包括「直接連接」的情況，而且還包括其中間隔著其他器件「間接連接」的情況。在說明書全文中，當一些部分「包括」一些結構要素時，只要沒有對其的特別相反的內容，就意味著還可包括其他結構要素而不是除外其他結構要素。

圖2表示根據本發明的一實施例的微流控晶片。具體地，圖2的上端表示微流控晶片200的俯視圖，圖2的下端表示微流控晶片200的A-A'方向的剖視圖。

參照圖2，微流控晶片200可包括基板210及與基板210相粘合的膜220。

基板210作為微流控晶片200的基體，可包括：流入部230，使流體流入；流體通道240，使流體移動；以及流出部250，排出流體。基板210的流入部230、流體通道240及流出部250可從基板210的表面(即，上面及下面)凹陷或者貫通基板210而形成。

基板210可選自由聚二甲矽氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)、環烯烴共聚物(cycle olefin copolymer，COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmetharcylate，PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚碳酸丙烯酯(polypropylene carbonate，PPC)、聚醚碸(polyether sulfone，PES)及聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚醯胺(polyamide，PA)、聚乙烯(polyethylene，PE)、聚丙烯(polypropylene，PP)、聚苯醚(polyphenylene ether，PPE)、聚苯乙烯(polystyrene，PS)、聚甲醛(polyoxymethylene，POM)、聚醚醚酮(polyetheretherketone，PEEK)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)、聚氯乙烯(polyvinylchloride，PVC)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride，PVDF)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(polybutyleneterephthalate，PBT)、氟化乙烯丙烯(fluorinated ethylenepropylene，FEP)、全氟烷氧基樹脂(perfluoralkoxyalkane，PFA)及其組合物組成的組中。並且，根據實施例，基板210的至少一部分可由透光性材質體現，例如可由全氟烷氧基樹脂(perfluoralkoxyalkane，PFA)等體現。但是，這種基板210的材質是示例性的，可根據適用本發明的實施例來利用多種材質。

膜220可粘合在基板210的表面。具體地，膜220可由粘合在基板210的上部表面的第一膜222及粘合在基板210的下部表面的第二膜224構成，這種第一膜222及第二膜224粘合在基板210的上部表面及下部表面，從外部封閉基板210的流入部230、流出部250及流體通道230中的至少一部分，由此保護微流控晶片200而使其不受外部物質帶來的汙染、損傷等，與此同時可使微流控晶片200執行流體的流動、維持等功能。

相對薄的膜220附著在基板210的表面，而不是與基板210相同或者類似的材質的其他基板附著在基板210的表面，由此簡化粘合工作(bonding)，可有助於微流控晶片200的小型化及輕量化。膜220的至少一部分可以是透明或不透明的材質。並且，膜220可以是對於氧氣、二氧化碳等氣體的透氣性膜。這種膜220的組成是示例性的，可根據適用本發明的實施例，即，根據使用於微流控晶片200的試樣的內容物或研究目的等來多樣化膜200的組成。

根據這種微流控晶片200，使樣品試劑、試樣等流體通過流入部230注入，並在流體通道240中流動。其中，流體通道240可包括：下部流體通道242、242'，形成在基板210的下面；上部流體通道246，形成在基板210的上面；以及導通孔244、244'，用於連接下部流體通道242和上部流體通道246。更具體地，通過流入部230注入的流體依次流過下部流體通道242、導通孔244、上部流體通道246、導通孔244'、下部流體通道242'。流體通道240不僅使流體移動及維持，而且還可實現對流體的多種操作。例如，導通孔244不僅連接下部流體通道242及上部流體通道246，而且還可起到規定的反應通道或反應腔體的功能。即，與用於流體流動的導通孔244'不同地，在導通孔244確保可起到反應通道或通道腔體功能的足夠的空間的觀點上，通過由導通孔244體現的反應通道或反應腔體，可實現試樣分離、混合、合成、定量分析、細胞增殖觀察等規定反應或者反應的分析、觀察。只不過，這種導通孔244的應用是示例性的，根據適用本發明的實施例，流體通道240有可能不包括起到反應通道或反應腔體功能的導通孔。經由流體通道240的流體可通過流出部250排出到微流控晶片200外部。

如上所述，將基板210表面形成為不同，由此形成複雜的流體流動途徑及可需要相對寬的面積的流體通道240，由此可實現微流控晶片200的小型化及工序簡化。尤其是，可解決粘合多個基板時產生的基板之間的粘合及整列問題。

在一實施例中，流體通道240可包括分支通道和/或結合通道。分支通道是任一種通道分離成多個其他通道的，在任一種通道中流動的流體可分離成具有相同性質的多個流體。結合通道是多個通道由一個通道合併的，分別在多個通道中流動的多個流體可合併為一個流體。分支通道和/或結合通道可由流體通道240中的上部流體通道和/或下部流體通道體現。尤其是，流體通道240如以下更詳細的說明，可包括由分支通道及結合通道的組合體現的濃度梯度通道。其中，就濃度梯度通道而言，一個以上的通道再次分支為一個以上的通道，反覆進行分支的通道中的一部分相互結合而形成新通道的過程，並形成可結合及分支經由通道的流體的多種途徑，由此可提供流體的濃度梯度。

並且，根據實施例，流體通道240如以下更詳細的說明，還可包括用於防止流體中所包含的氣泡位於規定區域內的氣泡去除部(參照圖3的310及圖4的410)。氣泡去除部在流體通道240內的多種位置可利用為多種用途。例如，流體通道240可包括用於測定流體通道240內執行的各種反應(例如，PCR反應等)的產物的測光區域，這種情況下，氣泡去除部可形成為防止流體中所包含的氣泡位於測光區域內。

並且，根據實施例，可在基板210的表面中的一部分(優選地，流入部230、流體通道240及流出部250中的至少一個)執行表面處理。例如，為了防止蛋白質(protein)吸附，在表面上可塗布矽烷(silane)類、牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin，BSA)等的物質，這種表面處理可根據本技術領域中公知的多種技術來執行。

並且，根據實施例，在流入部230及流出部250具有額外的遮蓋單元(未圖示)，防止通過流入部230及流出部250的微流控晶片200內部的汙染，或者可防止注入到微流控晶片200的流體的滲漏等。這種遮蓋單元可由多種形狀、大小或材質體現。

圖2所示的微流控晶片200的形狀或結構是示例性的，可根據適用本發明的實施例來利用多種形狀或結構的微流控晶片。

圖3表示根據本發明的另一實施例的微流控晶片。

具體地，圖3的上端表示微流控晶片300的俯視圖，圖3的(a)的下端表示微流控晶片300的A-A'方向的剖視圖。

參照圖3，微流控晶片300的流體通道240可包括氣泡去除部310。氣泡去除部310用於防止流體中所包含的氣泡位於流體通道240內的規定區域內，如圖所示，可從基板210的上部內面朝向下部方向突出形成。

流體通道240可包括用於測定在流體通道240內執行的任一種反應的產物的測光區域(即，檢測從反應產物放出的光信號的流體通道240上的區域)，此時，氣泡去除部310可防止流體中所包含的氣泡位於測光區域內。據此，氣泡去除部260可去除在測光區域中檢測到的光信號檢測阻礙因素。具體地，由於氣泡去除部310從基板210的上部內面向流體通道240內側突出，流體內所包含的氣泡因浮力，從氣泡去除部310推向測光區域(即，氣泡去除部310的突出部中的平坦區域)周邊區域而配置在周邊空間。即，氣泡從測光區域向外部脫離，由此不影響從存在於測光區域的反應產物中放出的光信號靈敏度。尤其是，基板210的至少一部分，即氣泡去除部310由透光性材質構成，至少一部分包括在測光區域內，因此，從測光區域內的反應產物產生的光信號經由氣泡去除部310，在靈敏度不降低的條件下，可向微流控晶片的外部放出。如上所述，當利用微流控晶片來測定流體通道240內的反應產物時，即使發生多重PCR晶片的極-小型化，也不受流體通道240內產生的氣泡的影響，光信號靈敏度相當增加，由此可同時快速而正確地測定多個少量的反應產物。這種氣泡去除部310的利用是示例性的，根據適用本發明的實施例，氣泡去除部310可應用為多種用途。例如，氣泡去除部310在經由流體通道240的流體的移動過程中，為了從流體的流動中去除流體中所包含的氣泡而可被利用。

圖3所示的氣泡去除部310的形狀是示例性的，並不局限於此，根據本發明實施例，可變形為多樣而被適用。例如，在圖3中表示了圓柱形形狀的氣泡去除部310，但可利用四稜柱等其他形狀的氣泡去除部。

圖4表示根據本發明的一實施例的微流控晶片。

具體地，圖4的上端表示微流控晶片400的俯視圖，圖4的(a)的下端表示微流控晶片300的A-A'方向的剖視圖。

參照圖4，氣泡去除部410可由設在氣泡去除部410的中間的平坦面412和從平坦面412的周圍延伸而與微流控晶片400上部的內面相連接的傾斜面414構成。如上所述，當氣泡去除部410的側面由傾斜面414構成時，由於氣泡沿著傾斜面414向流體通道240的上側可移動，因此氣泡可更容易地向氣泡去除部410的周邊空間移動而進行配置。

雖然圖3及圖4未圖示，但根據實施例，氣泡去除部310、410還可包括沿著氣泡去除部310、410的周圍，由基板210的上部內面向上側凹陷而形成的氣泡捕集部。氣泡捕集部比起氣泡捕集部以外的區域，相對來說位於流體通道240的上側，因此從氣泡去除部310、410擠出的氣泡可被氣泡捕集部捕集。

根據本發明的一實施例，可提供一種分析裝置。分析裝置參照圖2至圖5，可包括根據上述本發明的一實施例的微流控晶片200、300、400、500及測光模塊。測光模塊是一種為了(例如，實時)測定微流控晶片200、300、400、500內的反應產物等，向微流控晶片200、300、400、500照射光來檢測從測光區域放出的光信號的裝置，可利用本發明所屬技術領域中可適用的多種測光模塊。例如，測光模塊可包括：光源，以能夠向微流控晶片200、300、400、500的流體通道提供光的方式進行配置；以及光檢測部，以能夠收容從流體通道放出的光的方式進行配置，光源和光檢測部，在中間隔著流體通道進行配置(穿透型方式)，或者均可沿著流體通道240的單一方向進行配置(反射型方式)。

圖5表示根據本發明的一實施例的微流控晶片的製備方法，圖6及圖7按不同工序表示根據本發明的一實施例的微流控晶片的製備方法。

圖5的方法用於製備圖2至圖4所示的微流控晶片200、300、400，基於圖5的方法，說明圖6及圖7的製備工序如下。

首先，參照圖5，可形成包括流入部230、流體通道240及流出部250的基板210(S510步驟)。與此相關的是，圖6的(a)表示包括流入部230、流體通道240及流出部250的基板210的立體圖，圖6的(b)表示圖7的(a)所示的基板210的A-A'方向的剖視圖。如圖所示，基板210的流入部230、流體通道240及流出部250可從基板210的表面(即，上面及下面)凹陷或者貫通基板210而形成。

S510步驟可利用本技術領域中可適用的多種製備方法來執行。在一示例中，可對基板210的表面進行蝕刻而執行S510步驟，這種蝕刻可利用機械、化學方式等多種蝕刻技術。在一示例中，S510步驟可通過注塑成型、壓縮成型等多種成型方法來執行。

接著，在基板210的表面可附著膜220(S520步驟)。與此相關的是，圖7的(a)表示基板210及附著於基板210的膜220的立體圖，圖7的(b)表示圖8的(a)所示的基板210及膜220的A-A'方向的剖視圖。參照圖7的(a)及(b)，在基板210的上部表面附著膜222，並在基板210的下部表面附著膜224，由此可執行S520步驟，據此，在S510步驟中，形成在基板210上的流入部230、流體通道240及流出部250中的至少一部分可從外部封閉。S520步驟例如可通過熱粘合、超聲波粘合、紫外線粘合、溶劑粘合、膠帶粘合等本領域中可適用的多種粘合方法來執行。

圖6及圖7所示的微流控晶片的形狀及結構是示例性的，可根據適用本發明的實施例來利用多種形狀及結構的微流控晶片。

如上所述，附圖和說明書中揭示了最佳實施例。其中，使用了特定的術語，但這僅僅是出於用來說明本發明的目的而使用的，而不是用來意義限定或者限制發明要求保護範圍中記載的本發明的範圍而使用的。故而本技術領域的普通技術人員應當理解由此可實現多種變形及等同的其他實施例。因此，本發明的真正的技術保護範圍應當取決於所附的發明要求保護範圍的技術思想。