산업기술 통합검색
본 발명은 NOA(Norland Optical Adhesive)를 이용하여 제조한 것을 특징으로 하는 마이크로(micro) 또는 나노 유체칩(nano fluidic chip)에 관한 것으로서, 상기 마이크로 또는 나노 유체칩은 입구, 채널 및 출구로 순차적으로 이루어지고, 상기 채널의 출구측 부분에 비드(bead)가 유출되는 것을 방지하기 위한 기둥이 형성되어 있다. 본 발명의 NOA 칩의 채널내부는 친수성 특성을 띄므로 외부의 압력없이 모세관 현상만으로 채널내부에 유체를 흐르게 할 수 있다.
본 발명은 중금속의 광학적 측정에 사용되는 미세유체소자 및 이 미세유체소자를 이용한 중금속의 광학적 측정방법에 관한 것이다. 본원 발명의 미세유체소자는 입구부, 미세유체채널, 출구부가 순차적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다. 본원 발명의 미세유체소자에 중금속과 결합할 수 있는 입자를 가두고, 입구부에 중금속을 포함하는 시료를 흘려준 후, 미세유체채널에서의 형광의 변화를 측정하면 중금속을 포함하는 시료에서 중금속의 농도를 측정할 수 있다. 본원 발명의 미세유체소자를 이용하면 중금속의 농도를 고가의 분석장치를 사용하지 않고 적은 시료의 양으로 신속하고 간단하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 컴퓨터 과학의 로직 게이트에 근거하여 형광 화학 센서의 분자 로직 게이트를 수행할 수 있는 마이크로 유체 칩에 관한 것이다. 본 발명에서는 상기 유체 칩을 이용해 여러 다른 pH에서 형광 화학 센서의 밝기가 변하는 반응을 이용하여 INH, NOR, 반가산기 로직 게이트를 수행하였다. 대표청구항 형광 화학 센서의 분자 로직 게이트(molecular logic gate)를 수행하는 마이크로 유체 칩에 있어서,상기 유체 칩은:중심부에 위치한 마이크로 믹서(micromixer)로서 작용하는 폐쇄 채널;상기 채널에 연결된 복수의 입구 및 복수의 출구;입출부의 유체의 출입을 제어하는 복수의 제1밸브; 및상기 채널을 고정된 부피(fixed volume)로 구역화하는 복수의 제2밸브,를 포함하고,상기 제1 및 제2밸브의 개폐를 통해 원하는 유체를 고정된 부피(fixed volume)만큼 유체 칩 안으로 유입시킨 후 혼합할 수 있는 것인, 유체 칩.
해당 기술은 자유전자레이저를 테라헤르츠로 방사하여 DNA를 파괴시키지 않고 부드럽게 절삭하면서 분석하는 방법이다. 이때 마커는 필요없다. 분자절삭은 뜨거운 가스를 이용하는데, 고체나 액체 표면에서 에어졸 상태로 바꾸어준다. 이때 분자형태에는 변화가 생기지 않는다. 시료에서 떨어져 나온 질소기체나노입자 체크를 시작한 후 1회용 필터를 가진 기체 포획 장치로 넘긴다. 해당 기술에의해 바이오칩 표면에서 혼성화된 DNA를 자유전자레이저로 (노보시비르스크에서 개발) 테라헤르츠 방사하여 분리시킬 수 있음이 확인되었다. 바이오칩 표면에 DNA 프로브로 길이가 17n.p.인 올리고뉴클레오티드를 고정시켰다. 그리고 DNA 시료로 길이가 90n.p.이고 바이오칩에 고정된 탐침과 결합된 합성 올리고뉴클레오티드를 이용하였다. 바이오칩 표면에서 떨어진 DNA를 중합효소연쇄반응으로 증식시켰으며, Big Dye® 기술로 그 염기배열을 확인하였는데, 시료로 이용된 본래 DNA 뉴클레오티드 배열과 혼성화 되어 후에 기체가 된 DNA 염기배열이 일치하였다.
바이오칩에서의 반응결과를 탐지하기 위해 주로 다양한 표시를 할 수 있는 반응물질을 이용한다. 예를 들어 형광발광표지와 화학발광표지(chemiluminescent), 방사능표지 등을 이용한다. 그러나 한편 실시간으로 생화학반응을 체크하고 또 결과를 자동처리하는 無마커광학센서 개발이 더욱 적극적으로 이루어지고 있다.해당 기술은 피코미터에서 센서의 두께 변화로 바이오칩 표면에 생기는 분자결합물을 체크하는 기술로 새로운 피코스코프-마커가 없는 광학센서 시험모델이 개발되었다. 이 시험모델에서는 저렴하고 확대응용이 가능한 마이크로스코프 커버글래스를 바이오칩의 기본부품으로 이용한다. 그래서 금속이나 유전체박막 같은 것을 따로 필요로 하지 않는다. 그리고 이 방법을 이용하면 Biacore보다 반응을 일으키기 위한 조건들에 덜 구애받는다.본 광학센서는 면역반응물질의 품질체크, 박테리오신, 아트라진 화합물 존재여부 체크 등에 이용가능하다.항체를 고정시킨 바이오칩에서 인간혈청알부민을 분석한 센서 이용사례:소변에서 알부민이 지나치게 추출되는 것은 신장에 문제가 있다는 증거다. 특히 이는 당뇨와 고혈압 때문에 생기는 질병이다. 분석을 위해 바이오칩 표면에 바이오틴/스트렙타비딘 결합물로 항체를 고정시켰다. 그리고 반응 결과 나타난 센서그램을 가지고 gage curve를 만든 뒤, Biacore 로 얻은 인간혈청알부민 분석자료와 비교하였다.탐지가 가능한 시료의 양: Biacore의 경우 0,1~10mkg/ml이고, 피코스코프는 0,3~50mkg/ml인데, 이는 인간혈청알부민 분석을 가능케 하는 양이고, 피코스코프의 면역분석 가능성을 입증하는 것이다.
해당 기술은 두 개의 레이저 모듈을 빛으로 작동시켜 바이오칩의 형광이미지를 기록하고 수학적으로 처리하여 해독하는 방법에 의해 이루어진다.바이오칩의 형광이미지는 전하결합소자 CCD카메라 렌즈에 의해 매트릭스에서 만들어진다. 렌즈 앞에는 간섭필터(Interference filter)가 설치되어 있다.□ 구성요소- 컴퓨터에 연결된 영상분석기. 이는 두 개의 레이저 모듈에 빛을 비추어 바이오칩 형광이미지를 컴퓨터에 기록하기 위한 것이다.- ≪ImageWare≫ 프로그램. 이는 형광이미지를 수학적으로 분석 처리하기 위한 것이다. 이 장비는 크기가 25 × 76 mm이고, 두께는 1 ± 0,1 mm인 슬라이드에 만들어진 바이오칩을 분석하기 위해 만들어졌다. □ 주요 특성바이오칩에서 발광강도가 균일하지 못한 정도는 10 이하: Emax 표준단위에서 신호강도가 최대, Emin 표준단위에서 신호강도가 최소. Emax<10×Emin작동모드 설치 시간: 1 min 이하디스플레이 시간: 10-10000 mc평균 작업시간: 5년이상□ electrical system주파수: 50 Hz전압: 220±22 V용량: 300 Vt 이하해당 제품은 러시아보건감독국에 의료용으로 등록되었고 모스크바 결핵퇴치센터, 결핵연구소등에서 활용하고 있다.
당뇨로 인한 신장질환 발병초기에 진단이 가능한 바이오칩 모형이 개발되었다. 칩은 다공성의 얇은 판으로 크기가 1,5 × 1,5cm 이며, 인간의 알부민을 결합하는 유전공학 단백질 G 파편을 고정시켰다. 각각의 바이오칩에 환자 소변을 떨구면 반응이 일어나는데, 이는 순무의 페록시다아제(Peroxidase)로 표시한 IgG-연결단백질파편G를 통해 나타난다. 시료에 색깔이 나타나면 양성으로 진단한다. 즉 이미 질병에 걸린 것이다.바이오칩 기판은 글리시딜메타크릴레이트(glycidylmethacrylate)폴리머에서 추출한 미세다공 수착질(sorbate)로 포어의 크기는 800nm이다. 이는 러시아과학아카데미 고분자화합물연구소에서 제조되었다. 폴리머는 일정한 조건에서 생물분자를 연결하는 에폭시기(基)를 함유한다. 그리고 동일한 조건일 때 매트릭스의 포어가 커도 수착용량을 증대시켜준다. 이 바이오칩은 전통적인 막보다 용량이 100배나 크다. 대형 소르베이트를 이용할 때도 비특이 수착 봉쇄를 할 필요가 없다. 그래서 시간이 크게 절감된다. (블랏분석법은 표준면역분석을 할 때 실시해야 한다)분석의 민감도: 바이오칩은 1ml의 소변에 든 20mgk의 알부민을 밝혀낼 수 있다. 이는 결과를 충분히 시각적으로 확인하고 해석할 수 있도록 해준다. 좀더 민감한 경우 바이오칩에서 얻은 정보를 해독할 수 있는 해독시스템이 필요하다. 바이오칩은 한 번에 30~50개 이상의 시료를 분석할 수 있다.
해당 개발품은 바이오칩 기판으로 거대한 내부표면을 가진 실리콘 마이크로채널 매트릭스를 이용하였다. 실험을 통해 보통 이용되는 다른 평면 기판들에 비해 흡착력이 몇 배나 큰 것으로 확인되었다.이 칩은 DNA 사슬구조가 상보결합을 하는 기본성질을 이용한 것이다. 즉 용액에 든 DNA 시료는 표면에 고정된 DNA 조각과 상보적으로 결합한다. DNA 칩 표면에서 혼성화를 측정하는데 타원편광법으로 굴절률을 측정하고, 또 민감부분을 측정함으로써 할 수 있다. 이 방법은 표면에 고정된 올리고뉴클레오티드 탐침에서 일어나는 변화를 10A 수준에서 감지할 수 있게 한다. 다양한 올리고뉴클레오티드 탐침들을 가진 DNA 칩은 칩 하나에서 다양한 DNA 시료를 분석할 수 있다는 장점을 갖는다.흡수가 가장 잘 일어나는 적외선 영역, 즉 1800-800cm-1대역에서 실리콘 마이크로채널 매트릭스에 고정된 DNA의 분광분석이 이루어졌다. 흡수가 강하게 일어난 줄무늬들이 1705-1636cm-1에서 나타났고, 1531cm-1, 1485cm-1, 1415cm-1, 1369-1cm-1등의 라인들이 확인되었다 (DNA질소에 있는 C-H 와 C-N 결합의 리플링).신형 DNA 칩의 장점은 가격이 싸고 수차례 재분석이 가능하다는 점이다.
해당 기술은 오르토폭스바이러스 감염여부를 확인하는 바이오칩의 개발에 대한 내용이다. 이 바이오칩은 올리고뉴클레오티드 탐침을 부착한 유리 슬라이드이다. 바이오칩을 고정시키기 위해 아미노 링커를(amino linkers)주입해 올리고뉴클레오티드를 변형시킨다. 이 마이크로칩은 2차원인데 분석을 위해 길이가 긴 DNA 조각을(약 300개 짜리 뉴클레오티드) 이용하기 때문에 3차원의 겔 칩보다 효능이 좋다. 하지만 길이가 긴 DNA 조각들은 고정된 탐침을 함유한 하이드로젤의 포어(pore)에 파고드는 것이 힘들다.표적으로 유전자 내에서 유형, 종별 차이를 보이는 부분들을 이용한다. 이들은 chemokin-연결단백질, 그리고 a/b-인터페론-연결단백질 코드를 갖는다.이 마이크로칩은 고도의 정확성을 가지고 6종의 오르토폭스바이러스 아종들을 파악할 수 있다. 천연두, 원숭이두창, 우두, 천연두백신, 낙타두창, 쥐 두창 등이다. 그리고 여기에는 인간 천연두바이러스가 모두 포함된다. 혼성화 후 결과 탐색은 형광발광법으로 한다. 마이크로칩을 이용해 오르토폭스바이러스를 실험실에서 발견하는데 하루 정도 걸린다.
바이오칩에 탐침을 고정시키기 위해 길이가 15~55 n.o.인 올리고뉴클레오티드들이 선택되었다. 기판으로 유리 슬라이드나 폴리머판 또는 금속판을 이용하고, 마이크로칩의 작동구역은 몇 개의 클러스터로 구성하였다(2~1000개). 각각의 클러스터에는 병균의 유형을 파악할 수 있는 올리고뉴클레오티드 탐침들과 양성과 음성을 나타내는 올리고뉴클레오티드로 구성되어 있다. 그리고 탐침 셀의 크기는 약 0,005mkl이다. 바이오칩은 올리고뉴클레오티드 탐침 용액을 로봇(미국의 Xpress Lane)을 이용해 기판에 붙여서 만든다. 기판에 용액을 옮겨 담기 전에 아미노프로필트리에톡시실란(aminopropiltrietoxisilan)으로 처리한다. 탐침을 기판에 고정시키는 것은 카르보디이미드(Carbodiimide)법으로 한다. DNA 칩으로 분석을 할 때 혈액을 함유한 생물재료에서 바이옵틱(bioptic) 재료와 척수액, 침, 눈물, 소변 등을 추출한다. 시료는 특수 올리고뉴클레오티드 프라이머를 가진 중합효소연쇄반응(PCR)으로 직접 생물학적 샘플에서 선택적으로 뽑아 만든다. 생물학적 소재에서 추출한 DNA를 가지고 중합효소연쇄반응을 일으킨 뒤, 형광물질이나 바이오티닐래이티드를 혼성화 시킨다. 결과는 시료의 신호와 올리고뉴클레오티드를 가진 탐침 셀의 신호를 비교하여 해석한다. 비뇨생식기 감염 진단을 위한 바이오칩에는 특수 올리고뉴클레오티드들과 중합효소연쇄반응물질, 혼성화 장치, 스캔장치, 분석결과 해석 장치 등이 포함된다. 본 개발된 바이오칩을 이용하면 신속하게 저렴한 비용으로 동시에 질병을 진단할 수 있게 된다. 이러한 병균들과 관련된 DNA를 26군데나 분석할 수 있기 때문에, 1~15개 병균을 한번에 진단할 수 있다.
현재 감염성질병과 알레르기의 혈청진단을 위한 바이오칩들을 이용해 테스트시스템을 개발하고 있다. 1단계에서 바이오칩에 고정시킬 재조합 항원이 제조되었는데, 탐침용액을 로봇과 미세장갑을 이용해 활성화 된 유리 슬라이드에 옮겨 담아 바이오칩을 만든다. 종류에 상관없이 모든 재조합 항원들을 기판에 옮겨 증착시킬 수 있는 방법이 개발된 것이다. 이 기술을 이용해 개발한 면역바이오칩은 하드셀 진드기 보렐리오시스 혈청진단용 면역바이오칩이다. B. garinii, B. Afzelii, T. Pallidum의 16개 재조합 면역항원이 E.coli 세포들에서 발현되고, 정제되는 새로운 면역바이오칩이다. 하드셀 진드기 보렐리오시스와 매독에 걸린 환자들의 혈청과 혈장 시료를 바이오칩에 투입한다. 그러면 바이오칩에 고정된 항원들과 Borrelia burgdorferi sensu lato 항원에 대한 G와 M 항체, 매독균 스피로헤타의 상호작용이 일어난다. 이후 형광색소 FITC와 TRITC를(인간항체에 대한 염소의 항체) 가진 2차 항체들을 이용해 바이오칩을 작동시킨다. 형광색소 대안으로 마이크로칩에서 DAB 색원체 과산화 반응을 시험해보았는데, 양과 질적인 면에서 훌륭한 분석재료임이 확인되었다.
전기증착법을 이용해 바이오활성분자 용액을 기판에 고정시킨 미니바이오칩 제조법이 개발되었다. 정전기장(electrostatic field)은 전하를 띤 물질들(초미세 방울들이나 클러스터, 개별 이온들)이 해당 기판으로 향하도록 콘트롤한다.탐침분자들과 수크로오스를 가진 탐침용액을 구멍이 뚫린 유전체막을 통해 증발시키면 간단히 콘트롤 할 수 있다. 광전달 폴리머 층으로 덮힌 일정한 기판에 빛을 비추어서 증착을 콘트롤할 수도 있다.단백질, DNA, 저분자유기물들을 전기증착법을 이용해 금속이나 반도체, 유리, 종이, 필터 등 다양한 재료로 된 기판에 고정시킬 수 있다. 증착용 용액의 양은 몇 mm에서 1~2micron까지 다양하다. 전류, 솔벤트, 습도, 용액보호제 등 일정한 조건을 유지하면 효소활성비율과 단백질의 항원 활성도, DNA 분자의 상보성 시료와의 결합 능력을 100% 보존시킬 수 있다. 그러므로 전기증착법은 다성분 분석에 이용할 수 있는 바이오센서들과 물질, 매트릭스를 개발하고 대량생산 하는 데 널리 이용할 수 있다.□ 장점- 고도의 해상도 덕분에 인간의 105가지 유전자를 크기가 1 × 1 mm2인 바이오칩에 담을 수 있다.- 칩 제조 속도가 높아 작은 장치로 1달 동안 105개의 동일한 칩들을 제조할 수 있다.- 매트릭스 구성요소들의 교차오염이 발생하지 않는다.- 복잡한 정밀측정 로봇을 이용할 필요가 없다.
해당 기술은 기판에 항체를 고정시킨 광학바이오센서 바이오칩을 말한다. 바이오칩과 혈청이 반응하는데, 바이오칩 표면에서 항원분자들과 특수항체들의 합성이 이루어져 나노층이 형성된다.질병마커들은 원자현미경으로도 발견할 수 있고, 또는 나노바이오칩 표면에서 일어나는 상호작용을 모니토링하여 발견할 수도 있다. 원자현미경은 개별 단백질들과 단백질 혼합물 이미지를 포착할 수 있는 능력을 가졌는데, 바로 이 덕분에 개별분자 수준에서 질병마커가 발견되는 것이다. 분자들간의 상호작용은 시료에 아무런 표시를 하지 않아도 나노층에서 실시간으로 빛의 굴절률이 변하기 때문에 쉽게 발견할 수 있다. 원자현미경을 이용하면 실제와 거의 동일한 환경에서 단백질을 분석할 수 있는데, 예를 들어 항원-항체 결합을 확인할 수 있다.В 형 간염 진단을 위한 바이오센서-이러한 바이오칩으로 '기판에 간염 표면항원에 대한 항체가 고정된 바이오칩'과 'B형 간염바이러스 DNA에 상보적인 올리고뉴클레오티드를 가진 바이오칩'을 들 수 있다С 형 간염 진단을 위한 바이오센서-기판에 С형 간염표면항원에 대한 항체가 고정된 바이오칩NCcore 항원이 아미드그룹을 통해 고정된 바이오칩 기판으로 카르복시메틸덱스트란 표면을 이용한다. 분석민감도는 109M이다.□ 장점- 신속한 분석 (5~8분)- 바이오칩을 수차례 재이용할 수 있음. (100~150회 이용 가능)- 마커 없이 실시간으로 확인.