바이오 칩{Bio-chip}
본 발명은 바이오 칩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 데이터칩과 메타칩의 정밀한 접합이 가능한 바이오 칩에 관한 것이다.
최근 인간의 각종 질병을 빠르게 진단하기 위한 바이오 기술의 연구 및 개발에 대한 필요성이 증가하고 있다. 이에 따라 생체물질의 검사에 필요한 바이오 칩 또는 세포 칩에 대한 개발도 꾸준히 진행되고 있다. 바이오 칩 또는 세포 칩은 다량의 생체물질을 검사하는데 유용하므로, 병원뿐만 아니라 제약회사 및 화장품 회사에서도 사용될 수 있다. 한편, 제약 및 화장품 분야 등에서 특정 약물에 대한 세포의 반응을 검사하여 특정 약물의 유효성 및 안전성(독성)을 검증하는 방법이 사용되고 있으나, 기존의 방식은 정밀한 검사를 위해 많은 양의 시약을 필요로 하므로 비용과 시간이 많이 소요된다. 따라서, 비용 절감과 동시에 빠르고 정확한 진단이 가능한 바이오 칩의 개발이 요구되고 있다. 바이오 칩은 기판 위에 고정되는 바이오 물질의 종류에 따라 DNA 칩, 단백질 칩 및 세포 칩으로 나눌 수 있다. 초기에는 인간의 유전정보에 대한 이해와 맞물려 DNA 칩이 크게 부각되었으나 점차 생명활동의 근간이 되는 단백질과 이들의 결합체로서 생명체의 중추가 되는 세포에 대한 관심이 높아지면서 단백질 칩과 세포 칩이 새로운 관심거리도 대두되고 있다. 바이오 물질의 구체적인 종류에 무관하게 보다 적은 비용으로 보다 정확한 실험 결과를 얻을 수 있는 바이오 칩의 개발이 요구되고 있다. 특히, 생물 세포가 배양된 데이터칩과 다양한 화학제품 또는 개발 신약들이 함유된 메타칩의 정밀한 결합은 정확한 검사결과를 도출하기 위해서 매우 중요하므로, 데이터칩과 메타칩의 정밀한 결합을 가능케 하는 바이오 칩의 개발이 절실히 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 필요에 따라 개발된 것으로서, 데이터칩과 메타칩의 정밀한 결합이 가능한 바이오 칩을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이오 칩은 제1측면에 제1홈이 형성된 제1기판; 및 상기 제1홈에 삽입되는 제1결합 기둥과 상기 제1측면에 대향되는 제2측면과 접촉하는 제2결합 기둥을 포함하는 제2기판;을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이오 칩의 상기 제1결합 기둥은 원뿔 또는 각뿔 또는 절두형 원뿔 또는 절두형 각뿔 형상일 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이오 칩의 상기 제2결합 기둥은 원뿔 또는 각뿔 또는 절두형 원뿔 또는 절두형 각뿔 형상일 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이오 칩의 상기 제1홈은 상기 제1기판의 두께 방향으로 갈수록 점차 작아지는 단면을 갖는 형상일 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이오 칩의 상기 제2측면은 경사면일 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이오 칩의 상기 제1홈은 상기 제1측면에서 상기 제2측면방향으로 갈수록 점차 좁아지는 형상일 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이오 칩에서 상기 제1홈의 중심으로부터 상기 제2측면까지의 거리는 상기 제1결합 기둥으로부터 상기 제2결합 기둥까지의 거리보다 클 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이오 칩에서 상기 제2측면에는 제2홈이 형성되고, 상기 제2결합 기둥은 상기 제2홈에 끼워질 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이오 칩의 상기 제2홈은 상기 제1기판의 두께 방향으로 갈수록 점차 작아지는 단면을 갖는 형상일 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이오 칩의 상기 제2홈은 상기 제2측면에서 상기 제1측면방향으로 갈수록 점차 좁아지는 형상일 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이오 칩에서 상기 제1홈의 중심으로부터 상기 제2홈의 중심까지의 거리는 상기 제1결합 기둥으로부터 상기 제2결합 기둥까지의 거리보다 클 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이오 칩의 상기 제1기판은 생체물질 또는 약물이 수용되는 수용 홈을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이오 칩의 상기 제2기판은 생체물질 또는 약물이 고정되는 돌기를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이오 칩의 상기 제1기판 또는 상기 제2기판은 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이오 칩의 상기 제1기판 또는 상기 제2기판은 친수성 재질로 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이오 칩의 상기 제1기판 또는 상기 제2기판은 소수성 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명은 홈과 결합 기둥의 결합을 통해 제1기판(또는 메타 칩)과 제2기판(또는 데이터 칩)을 정밀하게 결합시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 제1기판(또는 메타 칩)과 제2기판(또는 데이터 칩)을 포함한 바이오 칩의 검사신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 제1기판과 제2기판의 결합위치가 점진적으로 교정되므로, 제1기판과 제2기판의 형상에 공차가 있어도 제1기판과 제2기판을 정밀하게 결합시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 제1기판과 제2기판을 상대적으로 성형정밀도가 떨어지는 사출성형을 통해서도 제작할 수 있으며, 이를 통해 바이오 칩의 제작 단가를 낮출 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 제1기판 및 제2기판의 사시도이고,
도 3 및 도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 제1기판과 제2기판의 결합과정을 나타낸 단면도이고,
도 5 및 도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 제1기판 및 제2기판의 사시도이고,
도 7 및 도 8은 도 5 및 도 6에 도시된 제1기판과 제2기판의 결합과정을 나타낸 단면도이고,
도 9는 본 발명의 제3실시 예에 따른 제1기판과 제2기판의 사시도이고,
도 10 및 도 11은 도 9에 도시된 제1기판과 제2기판의 결합과정을 나타낸 단면도 및 평면도이고,
도 12 및 도 13은 본 발명의 제4실시 예에 따른 제1기판 및 제2기판의 사시도이고,
도 14 및 도 15는 본 발명의 제5실시 예에 따른 제1기판 및 제2기판의 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다. 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
참고로, 본 명세서에서 화학약품 또는 개발 신약들이 함유된 메타칩은 제1기판이고, 생물 세포가 배양된 데이터칩은 제2기판일 수 있다. 그러나 생물 세포 및 화학약품에 따라 제1기판과 제2기판의 기능이 서로 바뀔 수 있다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 제1기판 및 제2기판은 특별히 제한되지 않으며, 예를 실리콘, 유리, 금속 또는 폴리머로 제조될 수 있다. 상기 폴리머의 종류는 이에 제한되는 것은 아니며, 예를 들면 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(polypropylene), 싸이클릭 올레핀 코폴리머(Cyclic olefin copolymer), 폴리노르보넨(polynorbonene), 스틸렌-부타디엔 코폴리머(SBC), 또는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene)일 수 있다.
또한, 상기 제1기판 또는 제2기판의 제조방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 제1기판 및 제2기판은 포토 레지스트 공정, 에칭 공정, 사출 성형 공정 등을 통해 제조될 수 있다.
아울러, 본 명세서에서 언급되는 제1기판 또는 제2기판에 부착 또는 수용되는 생체 물질은 생체 물질을 포함하는 다양한 물질을 의미하는 것으로서, 생체 물질에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, RNA, DNA 등의 핵산 배열, 펩타이드, 단백질, 지방질, 유기 또는 무기 화학분자, 바이러스 입자, 원핵 세포, 세포 소기관 등이 생체 물질을 대신하여 사용될 수 있다. 또한, 생체 물질은 인간 세포에 한정되지 않고 다양한 동물 또는 식물의 세포를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 제1기판 및 제2기판의 사시도이고, 도 3 및 도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 제1기판과 제2기판의 결합과정을 나타낸 단면도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 제1기판 및 제2기판의 사시도이고, 도 7 및 도 8은 도 5 및 도 6에 도시된 제1기판과 제2기판의 결합과정을 나타낸 단면도이고, 도 9는 본 발명의 제3실시 예에 따른 제1기판과 제2기판의 사시도이고, 도 10 및 도 11은 도 9에 도시된 제1기판과 제2기판의 결합과정을 나타낸 단면도 및 평면도이고, 도 12 및 도 13은 본 발명의 제4실시 예에 따른 제1기판 및 제2기판의 사시도이고, 도 14 및 도 15는 본 발명의 제5실시 예에 따른 제1기판 및 제2기판의 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제1실시 예에 따른 바이오 칩을 설명한다. 본 실시 예의 바이오 칩(1000)은 제1기판(100), 제2기판(200)을 포함할 수 있다. 제1기판(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 대체로 얇은 판 형상일 수 있다. 구체적으로는, 제1기판(100)은 L1의 길이와 W1의 폭을 갖는 직사각 형상일 수 있다. 이러한 형상의 제1기판(100)은 제1물질(310, 예를 들어 시약)을 수용하는 메타 칩으로 사용될 수 있다. 이를 위해 제1기판(100)은 다수의 수용 홈(130)을 포함할 수 있다. 수용 홈(130)은 제1기판(100)에서 X축과 Y축을 따라 일정간격으로 형성될 수 있다. 제1기판(100)은 플라스틱 재질로 제작될 수 있다. 플라스틱 재질의 제1기판(100)은 금형을 통한 대량 생산이 가능하므로, 유리 재질의 바이오 칩보다 제작 단가를 낮출 수 있다. 아울러, 플라스틱 재질의 제1기판(100)은 유리 재질보다 상대적으로 가볍고 상대적으로 취성(脆性)이 낮으므로, 취급이 용이할 뿐만 아니라 취급 부주의로 인한 파손발생률을 낮출 수 있다. 제1기판(100)은 제1측면(102)과 제2측면(104)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1측면(102) 또는 제2측면(104)에는 Y축 방향으로 연장된 제1홈(110)이 형성될 수 있다. 제1홈(110)은 사각 단면을 갖는 형상일 수 있다. 여기서, 사각 단면은 Ws의 폭과 Ls길이를 가질 수 있다. 그러나 제1홈(110)은 사각 단면 외에 다른 형상의 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1홈(110)은 삼각, 오각, 팔각 형상의 단면을 가질 수 있다.
제2기판(200)은 도 2에 도시된 바와 같이 대체로 얇은 판 형상일 수 있다. 구체적으로는, 제2기판(200)은 L2의 길이와 W2의 폭을 갖는 직사각 형상일 수 있다. 여기서, 제2기판(200)의 L2 및 W2는 제1기판(100)의 L1 및 W1과 같거나 더 클 수 있다. 이러한 형상의 제2기판(200)은 제2물질(320, 예를 들어 생체물질)이 부착되는 데이터 칩으로 사용될 수 있다. 제2기판(200)은 제1기판(100)과 마찬가지로 플라스틱 재질로 제작될 수 있다. 그러나 제2기판(200)은 제2기판(200)에 부착되는 생체물질 등을 고려하여 제1기판(100)과 다른 재질로 제작될 수도 있다. 또한, 제2기판(200)이 데이터 칩으로 사용되는 경우에는, 생체물질의 부착이 용이하도록 친수성 재질로 제작될 수 있다. 구체적으로 설명하면, 제2기판(200)에서 생체물질이 부착될 부분은 친수성 물질로 코팅될 수 있다. 그러나 제2기판(200)에서 생체물질이 부착되지 않는 부분은 소수성 물질로 제작되거나 소수성 물질로 코팅될 수 있다. 제2기판(200)은 제1결합 기둥(210)과 제2결합 기둥(220)을 포함할 수 있다. 제1결합 기둥(210)은 제1기판(100)의 제1홈(110)에 대응하는 위치에 형성될 수 있고, 제2결합 기둥(220)은 제1기판(100)의 제2측면(104)과 면 접촉할 수 있는 위치에 형성될 수 있다. 제1결합 기둥(210)은 원뿔 또는 각뿔 또는 절두형 원뿔 또는 절두형 각뿔 형상일 수 있다. 본 실시 예에서, 제1결합 기둥(210)은 최대 지름이 D이고 최소 지름인 d인 절두형 원뿔 형상일 수 있다. 여기서, 제1결합 기둥(210)의 최대 지름 D는 제1기판(100)의 폭(Ws)보다 크고 길이(Ls)보다 클 수 있다. 이러한 관계 조건은 제1결합 기둥(210)과 제1홈(110)의 점 접촉을 가능케 하고 이를 통한 제1기판(100)과 제2기판(200)의 결합위치교정을 가능케 한다.
이와 같이 구성된 바이오 칩(1000)의 결합과정을 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다. 제1기판(100)과 제2기판(200)의 결합은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제1기판(100) 위에 제2기판(200)이 얹어지는 방식으로 이루어질 수 있다. 즉, 제1기판(100)은 수용 홈(130)에 제1물질(310)을 수용한 상태로 고정되고, 제2기판(200)은 제1기판(100) 위에 하방(도 3 기준으로 - Z축 방향)으로 이동하여 제1기판(100)과 결합할 수 있다. 여기서, 본 실시 예의 제2기판(200)은 제1결합 기둥(210)이 경사면(212)을 갖는 원뿔 형상이므로, 하방으로 이동하면서 제1기판(100)에 대한 상대적인 위치가 변화면서 정렬될 수 있다. 한편, 제2결합 기둥(220)은 제1기판(100)의 제2측면(104)과 접촉하여 제2기판(200)의 이동방향을 제한하는 구실을 할 수 있다. 참고로, 제1기판(100)에서 제1홈(110)의 내측 면(112)으로부터 제2측면(104)까지의 거리(L3)는 제2기판(200)에서 제1결합 기둥(212)의 끝단으로부터 제2결합 기둥(220)의 끝단까지의 거리(L4)보다 클 수 있다. 이러한 조건은 제1결합 기둥(210)의 경사면(212)과 제1홈(110)의 내측 면(112) 간의 접촉을 가능케 할 수 있다.
이 같이 이루어진 제1기판(100)과 제2기판(200)은 제2기판(200)이 제1결합 기둥(210)의 경사면(212)을 따라 이동하여 Y축 방향으로의 위치가 결정된다. 따라서, 본 실시 예에 따르면 제1결합 기둥(210)의 경사면(212)의 각도(θ)를 조절하여, 제1기판(100)과 제2기판(200)의 결합위치를 정밀하게 조정할 수 있다. 따라서, 본 실시 예에 따르면, 제1기판(100)과 제2기판(200)을 상대적으로 성형 정밀도가 낮은 방법으로 제작하더라도 제1기판(100)과 제2기판(200)의 결합 정밀도를 높일 수 있다.
다음에서는 본 발명의 다른 실시 예들을 설명한다. 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 제2실시 예에 따른 바이오 칩을 설명한다. 제2실시 예에 따른 바이오 칩(1000)은 제1홈(110)과 제1결합 기둥(210)의 형상에 있어서 제1실시 예와 구별될 수 있다. 아울러, 제2실시 예에 따른 제2기판(200)은 돌기(230)를 구비할 수 있다. 제2실시 예에서 제1홈(110)은 도 5에 도시된 바와 같이 경사면을 가질 수 있다. 즉, 제1홈(110)은 도 5를 기준으로 - Z축 방향으로 갈수록 단면적이 점차 줄어드는 형상일 수 있다. 그리고 제2실시 예에서 제1결합 기둥(210)은 제2결합 기둥(220)과 동일한 원통 형상일 수 있다. 이와 같이 구성된 본 실시 예는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 제1결합 기둥(210)이 제1홈(110)의 내측 면(112)을 따라 - Y축 방향으로 이동하며 위치가 정렬될 수 있다. 한편, 제2기판(200)은 다수의 돌기(230)를 구비할 수 있다. 돌기(230)는 제1기판(100)의 수용 홈(130)에 대응하는 위치에 형성될 수 있으며, 제2물질(320)이 용이하게 부착될 수 있도록 친수성 물질로 코팅될 수 있다. 또는, 돌기(230)는 제2물질(320)이 용이하게 부착될 수 있도록 거칠게 표면 처리될 수 있다.
도 9 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 제3실시 예에 따른 바이오 칩을 설명한다. 제3실시 예에 따른 바이오 칩(1000)은 제1홈(110)과 제1결합 기둥(210)의 형상에 있어서 제1실시 예와 구별될 수 있다. 제3실시 예에서 제1홈(110)은 제2실시 예에 따른 제1홈과 동일한 형상일 수 있고, 제1결합 기둥(210)은 제1실시 예에 따른 제1결합 기둥과 동일한 형상일 수 있다. 이와 같이 구성된 바이오 칩(1000)은 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 제1결합 기둥(210)과 제1홈(110)이 각각 점 접촉할 수 있다. 여기서, 제1기판(100)과 제2기판(200)은 Z축 방향으로 결합 이동함과 동시에 X - Y 평면 방향으로 이동하므로, 제1기판(100)과 제2기판(200)의 결합위치가 자연스럽게 정렬될 수 있다. 따라서, 본 실시 예는 제1기판(100)과 제2기판(200)의 제조 공차가 큰 경우에 유용하게 사용될 수 있다.
도 12 및 도 13을 참조하여 본 발명의 제4실시 예에 따른 바이오 칩을 설명한다. 제4실시 예에 따른 바이오 칩(1000)은 제2홈(120)을 더 구비한 점에서 전술된 실시 예들과 구별될 수 있다. 아울러, 본 실시 예는 제1결합 기둥(210)과 제2결합 기둥(220)이 모두 원뿔 또는 각뿔 또는 절두형 원뿔 또는 절두형 각뿔 형상일 수 있다는 점에서 전술된 실시 예들과 구별될 수 있다. 즉, 본 실시 예에서 제1기판(100)은 제1측면(102)에 제1홈(110)을 구비하고, 제2측면(104)에 제2홈(120)을 구비할 수 있다. 아울러, 제2기판(200)은 제1홈(110)에 대응하는 위치에 원뿔 또는 각뿔 또는 절두형 원뿔 또는 절두형 각뿔 형상의 제1결합 기둥(210)이 형성되고, 제2홈(120)에 대응하는 위치에 원뿔 또는 각뿔 또는 절두형 원뿔 또는 절두형 각뿔 형상의 제2결합 기둥(220)이 형성될 수 있다. 이와 같이 구성된 본 실시 예는 제1결합 기둥(210)과 제2결합 기둥(220)이 제1홈(110)과 제2홈(120)의 내측 면과 접촉할 수 있다. 여기서, 제1기판(100)과 제2기판(200)은 Z축 방향으로 결합함과 동시에 X - Y 평면 방향으로 이동할 수 있으므로, 제1기판(100)과 제2기판(200)의 정밀한 결합이 가능하다.
도 14 및 도 15를 참조하여 본 발명의 제5실시 예에 따른 바이오 칩을 설명한다. 제5실시 예에 따른 바이오 칩(1000)은 홈(110, 120)의 형상에 있어서 제4실시 예와 구별될 수 있다. 예를 들어, 제5실시 예의 홈(110, 120)은 제2실시 예에 따른 제1홈과 동일한 형상일 수 있다. 이와 같이 구성된 제2실시 예와 제4실시 예의 장점을 모두 구비하므로, 제1기판(100)과 제2기판(200)의 결합 정밀도를 향상시킬 수 있다.
한편, 전술된 실시 예에서는 제1기판(100)의 측면에 1개의 제1홈(110)이 형성되고, 제2기판(200)에 1개의 제1결합 기둥(210)이 형성되는 것으로 설명 및 도시되어 있으나, 제1홈(110)과 이에 대응하는 제1결합 기둥(210)의 수는 기판(100, 200)의 크기 및 용도에 따라 변경될 수 있다.
본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.
1000 바이오 칩
100 제1기판
102 제1측면 104 제2측면
110 제1홈 120 제2홈
130 수용 홈
200 제2기판
210 제1결합 기둥 220 제2결합 기둥
230 돌기 |
