KR102043027B1 - Microchip Containing Perpendicularly Bonded Functional Nano-porous Membrane and Manufacturing Method Thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기능성 나노투과막이 수직적이며 영구적으로 고정된 PDMS 또는 PMMA 기반의 마이크로칩 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 PDMS 또는 PMMA 기반의 기판은 우수한 광학적 특성을 가지고 있고 리소그래피방법과 레이저가공을 통해 쉽게 미세유체채널(microfluidic channel)을 형성할 수 있는 장점이 있으며 본 발명의 기능성 나노투과막은 높은 기공성을 가지고 있어 물질전달 효율이 높고, 기공크기의 조절을 통하여 선택적인 물질 전달이 가능하며 주입되는 유체 및 용액에 대해 낮은 저항성 및 반응성을 가지고 있으므로 선택성이 있는 미세유체반응기(microfluidic reactor)를 제조하는데 사용할 수 있는 장점이 있다. 또한 본 발명의 반경화 PDMS 용액은 상기 기능성 나노투과막과 상기 PDMS 또는 PMMA 기반의 기판의 벽면 또는 기둥 사이에서 경화되어 상기 기능성 나노투과막을 수직적이며 영구적으로 고정시키므로 상기 미세유체채널에 선택성 투과기능을 부여하는 장점이 있다.
따라서 본 발명의 나노투과막이 수직적으로 고정된 PDMS 또는 PMMA기반의 마이크로칩은 나노투과막에 의해 공간적으로 분리된 시료사이에서 발생하는 선택적 물질이동에 의한 물리적 및 화학적 반응을 원리를 사용하는 미세유체 반응 시스템(microfluidic reaction system)에 적용될 수 있다.The present invention relates to a PDMS-based or PMMA-based microchip in which a functional nanopermeable membrane is vertically and permanently fixed and a method of manufacturing the same.
The PDMS or PMMA-based substrate of the present invention has excellent optical properties, has the advantage of easily forming microfluidic channels through lithography and laser processing, and the functional nano-permeable membrane of the present invention has high porosity. It has high mass transfer efficiency, selective mass transfer through control of pore size, and low resistance and reactivity to the injected fluid and solution, so it can be used to manufacture selective microfluidic reactor. There is an advantage. In addition, the semi-cured PDMS solution of the present invention is cured between the functional nano-permeable membrane and the wall or pillar of the PDMS-based or PMMA-based substrate to fix the functional nano-permeable membrane vertically and permanently, thereby providing selective permeation to the microfluidic channel. There is an advantage to grant.
Therefore, the microfluidic reaction based on the PDMS or PMMA-based microchip in which the nano-permeable membrane of the present invention is vertically fixed is based on the principle of physical and chemical reactions caused by selective mass transfer between samples separated spatially by the nano-permeable membrane. It can be applied to a microfluidic reaction system.
Description
본 발명은 기능성 나노투과막이 수직적이며 영구적으로 고정된 마이크로칩 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microchip in which a functional nanopermeable membrane is vertically and permanently fixed and a method of manufacturing the same.
미세유체반응시스템(microfluidic reaction system)이 적용된 마이크로칩은 미세한 양의 시료만으로 타겟 물질의 존재를 정성적 및 정량적으로 검출할 수 있는 장점이 있다. 상기 미세유체반응시스템은 종래의 벌크(bulk)공정이 가지는 단점을 극복하여 소량의 시약을 사용하고, 반응시간을 단축하고, 물질전달 및 열전달속도를 향상시키며, 확산거리 및 부반응(side reaction)을 최소화하는 장점이 있다. 바이오센서로서 사용되는 마이크로칩은 생분자(biomolecule)간의 결합으로 인한 색의 변화 또는 발광을 측정하는 방법이 보편적이다. 따라서 바이오센서로서 사용하기 위한 마이크로칩은 우수한 광학적 특성이 있는 것이 중요하다. 폴리디메틸실록세인(polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 폴리메타크릴산메틸(polymethylmetacrylate, PMMA) 기반의 기판은 우수한 광학적 투과성이 있으며 다양한 리소그래피(lithography) 방법 및 레이저 가공법을 통해 미세유체채널(microfluidic channel)을 쉽게 형성할 수 있는 장점이 있다. 그러나 PDMS 또는 PMMA 기반의 기판은 상기 미세유체채널 형성방법을 통하여 깊이와 폭을 조절할 수 있는 평면적 구조의 미세유체채널을 형성할 수 있지만 기능성 소재를 부착하거나 미세유체채널의 구조를 3차원적으로 변경하는 방법을 통하여 미세유체채널에 기능성을 부여하는데 한계가 있다. 특히 실록산(siloxane)기를 포함하고 있는 공중합체(polymer)는 낮은 화학적 접합성으로 인하여 다른 재료들과 화학적 결합이 어려운 특성이 있다. 이에 플라즈마 기법을 이용한 기능성 분리막의 고정화가 시도되었으나 고정이 영구적이지 못하고 동일한 관능기의 공중합체만 사용할 수 있는 단점이 있었다. 따라서 종래의 미세유체채널을 이용한 미세유체반응시스템은 두 가지 또는 그 이상의 원료를 지속적으로 흘려주어 화학반응을 유도하는 미세유체반응기(microfluidic reactor)로서 나노물질을 합성하는 용도로 주로 사용되었다. 타겟 생분자의 반응을 검출하기 위해서는 시료에 존재하는 다른 생분자들의 결합을 배제하는 것이 중요하다. 특히 미세유체반응시스템에서 생분자간 반응의 검출감도는 매우 높기 때문에 다른 생분자와의 부반응을 제거하지 않으면 타겟 생분자의 반응을 검출할 수 없다. 생분자는 다양한 크기가 있고 수용성을 가지며 우수한 확산성을 가지고 있기 때문에 생물질의 크기에 따른 선별만으로도 미세유체반응시스템의 검출수준을 급격히 향상시킬 수 있다. 따라서 표면개질이 어려워 낮은 화학적 접합성을 가지는 공중합체(polymer)들에 대하여 이를 극복할 수 있는 표면개질 방법이 개발된다면, 다양한 기능성 분리막을 접합시켜 검출수준이 향상된 미세유체반응시스템을 제조할 수 있을 것으로 기대된다.Microchips to which a microfluidic reaction system is applied have an advantage of detecting the presence of a target substance qualitatively and quantitatively with only a small amount of a sample. The microfluidic reaction system overcomes the disadvantages of the conventional bulk process, uses a small amount of reagents, shortens the reaction time, improves material transfer and heat transfer rates, and improves diffusion distance and side reaction. There is an advantage to minimize. Microchips used as biosensors are commonly used to measure color changes or luminescence due to binding between biomolecules. Therefore, it is important that microchips for use as biosensors have excellent optical properties. Substrates based on polydimethylsiloxane (PDMS) or polymethylmetacrylate (PMMA) have excellent optical transmission and easily form microfluidic channels through various lithography methods and laser processing methods. There is an advantage to this. However, PDMS-based or PMMA-based substrates can form a microfluidic channel with a planar structure that can control depth and width through the microfluidic channel formation method, but attach a functional material or change the structure of the microfluidic channel in three dimensions. There is a limitation in providing functionality to the microfluidic channel through the method. In particular, the copolymer (siloxane) containing a siloxane (siloxane) group (polymer) due to the low chemical bonding properties are difficult to chemically bond with other materials. This attempted to immobilize the functional separator using the plasma technique, but there was a disadvantage that the fixing is not permanent and only copolymers of the same functional group can be used. Therefore, the conventional microfluidic reaction system using a microfluidic channel has been mainly used for synthesizing nanomaterials as a microfluidic reactor that induces a chemical reaction by continuously flowing two or more raw materials. To detect the response of the target biomolecules, it is important to exclude the binding of other biomolecules present in the sample. In particular, in the microfluidic reaction system, the detection sensitivity of the biomolecule reaction is very high. Therefore, the reaction of the target biomolecule cannot be detected without removing the side reaction with other biomolecules. Since biomolecules have various sizes, water solubility, and excellent diffusivity, the detection of microfluidic reaction system can be dramatically improved by screening according to the size of biomass. Therefore, if surface modification method is developed to overcome this problem for copolymers having low chemical bonding due to difficult surface modification, it is possible to manufacture a microfluidic reaction system having improved detection level by bonding various functional separators. It is expected.
본 명세서에서 언급된 특허문헌 및 참고문헌은 각각의 문헌이 참조에 의해 개별적이고 명확하게 특정된 것과 동일한 정도로 본 명세서에 참조로 삽입된다. The patents and references mentioned herein are incorporated herein by reference to the same extent as if each document was individually and clearly specified by reference.
본 발명자들은 우수한 광학적 특성이 있으나 표면개질이 어려워 낮은 화학적 접합성을 가지는 폴리디메틸실록세인(polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 폴리메타크릴산메틸(polymethylmetacrylate, PMMA)기반의 기판과 기능성 나노투과막을 반경화 PDMS 용액을 이용하여 수직적이며 영구적으로 접합시킴으로써 선택적 투과성을 가진 미세유체채널을 제조하고 이를 포함하는 마이크로칩을 제조함으로서 본 발명을 완성하였다. 따라서 본 발명의 목적은 PDMS 또는 PMMA 기반의 기판; 상기 기판상에 형성된 미세유체채널(microfluidic channel); 및 상기 미소유체채널의 벽면 또는 기둥에 수직적으로 고정된 기능성 나노투과막(nonporous-membrane)을 포함하는 마이크로칩을 제공하는 것에 있다.The inventors of the present invention have excellent optical properties, but are difficult to modify the surface, so that the PDMS solution of a polydimethylsiloxane (PDMS) or polymethylmetacrylate (PMMA) -based substrate having a low chemical bonding and a functional nanopermeable membrane is semi-cured. The present invention has been completed by manufacturing a microfluidic channel having selective permeability and manufacturing a microchip including the same by vertically and permanently bonding using the same. Accordingly, an object of the present invention is a PDMS or PMMA based substrate; A microfluidic channel formed on the substrate; And it provides a microchip comprising a functional nano-permeable membrane (nonporous-membrane) vertically fixed to the wall or pillar of the microfluidic channel.
본 발명의 다른 목적은 상기 마이크로칩의 제조방법을 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the microchip.
본 발명의 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 발명의 상세한 설명, 청구의 범위 및 도면에 의해 보다 구체적으로 제시된다. Other objects and technical features of the present invention are more specifically shown by the following detailed description, claims and drawings.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 폴리디메틸실록세인(polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 폴리메타크릴산메틸(polymethylmetacrylate, PMMA) 기반의 기판; 상기 기판상에 형성된 미소유체채널(microfluidic channel); 및 상기 미소유체채널의 벽면 또는 기둥에 수직적이며 영구적으로 고정된 기능성 나노투과막(nonporous-membrane)을 포함하는 마이크로칩을 제공한다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 상기 기능성 나노투과막은 전기방사를 이용하여 제조하며 플라즈마 표면처리를 수행하여 친수성 또는 소수성을 부여한다. 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 본 발명의 상기 기능성 나노투과막은 반경화(half-cured) PDMS 용액을 이용하여 상기 미소유체채널의 벽면 또는 기둥에 수직적이며 영구적으로 고정된다. According to one aspect of the invention, the present invention is a polydimethylsiloxane (polydimethylsiloxane, PDMS) or polymethyl methacrylate (polymethylmetacrylate, PMMA) based substrate; A microfluidic channel formed on the substrate; And it provides a microchip comprising a functional non-permeable membrane (perforated vertically and permanently perpendicular to the wall or pillar of the microfluidic channel). According to one embodiment of the present invention, the functional nano-permeable membrane of the present invention is prepared using electrospinning and gives hydrophilicity or hydrophobicity by performing plasma surface treatment. According to another embodiment of the present invention, the functional nanopermeable membrane of the present invention is vertically and permanently fixed to the wall or pillar of the microfluidic channel using a half-cured PDMS solution.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 기능성 나노투과막이 수직적으로 고정된 마이크로칩의 제조방법을 제공한다:According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method for manufacturing a microchip in which a functional nanopermeable membrane is vertically fixed, comprising the following steps:
단계(a): 반경화 폴리디메틸실록세인(polydimethylsiloxane, PDMS)용액을 제조하는 단계;Step (a): preparing a semi-cured polydimethylsiloxane (PDMS) solution;
단계(b): PDMS 또는 폴리메타크릴산메틸(polymethylmetacrylate, PMMA)기반의 기판 위에 소프트리소그래피(soft lithography) 또는 레이저 가공을 수행하여 미세유체채널(microfluidic channel)을 형성하는 단계;Step (b): forming a microfluidic channel by performing soft lithography or laser processing on PDMS or polymethylmethacrylate (PMMA) -based substrate;
단계(c): 전기방사를 이용하여 기능성 나노투과막을 제조하고 플라즈마 표면처리를 수행하여 친수성 또는 소수성을 가지도록 하는 단계;Step (c): preparing a functional nanopermeable membrane using electrospinning and performing plasma surface treatment to have hydrophilicity or hydrophobicity;
단계(d): 상기 친수성 또는 소수성을 가지는 기능성 나노투과막을 상기 미세유체채널의 크기에 맞도록 절단하고 정전기를 이용하여 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥에 수직적으로 압착시키는 단계;Step (d): cutting the hydrophilic or hydrophobic functional nanopermeable membrane to fit the size of the microfluidic channel and compressing it vertically to the wall or pillar of the microfluidic channel using static electricity;
단계(e): 상기 친수성 또는 소수성을 가지는 기능성 나노투과막과 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥의 압착면에 상기 반경화 PDMS 용액을 공급하는 단계; 및Step (e): supplying the semi-cured PDMS solution to the hydrophilic or hydrophobic functional nanopermeable membrane and the compressed surface of the wall or the pillar of the microfluidic channel; And
단계(f): 상기 단계(e)의 기판을 70-90℃의 온도범위에서 0.5-1.5시간 동안 가열하여 상기 친수성 또는 소수성을 가지는 기능성 나노투과막과 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥의 압착면에 공급된 상기 반경화 PDMS 용액을 경화시켜 상기 기능성 나노투과막을 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥에 수직적이며 영구적으로 고정하는 단계.Step (f): The substrate of step (e) is heated at a temperature in the range of 70-90 ° C. for 0.5-1.5 hours, thereby compressing the hydrophilic or hydrophobic functional nanopermeable membrane and the wall or pillar of the microfluidic channel. Curing the semi-cured PDMS solution supplied to the vertically and permanently fixing the functional nanopermeable membrane to the wall or pillar of the microfluidic channel.
본 발명은 기능성 나노투과막이 수직적이며 영구적으로 고정된 PDMS 또는 PMMA 기반의 마이크로칩 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 PDMS 또는 PMMA 기반의 기판은 우수한 광학적 특성이 있고 리소그래피방법과 레이저가공을 통해 쉽게 미세유체채널(microfluidic channel)을 형성할 수 있는 장점이 있다. 본 발명의 기능성 나노투과막은 기공을 가지고 있어 물질전달 효율이 높고, 기공크기 및 기공도를 조절하여 물질의 크기 및 표면특성에 따라 선택적인 물질전달이 가능한 장점이 있으며 주입되는 유체 및 용액에 대해 낮은 저항성 및 반응성이 있어 선택성이 뛰어난 미세유체반응기(microfluidic reactor)를 제조하는데 사용할 수 있는 장점이 있다. 본 발명은 반경화 PDMS 용액을 이용하여 상기 기능성 나노투과막을 상기 PDMS 또는 PMMA 기반의 기판의 벽면 또는 기둥 사이에 수직적이며 영구적으로 고정하므로 상기 기능성 나노투과막에 의하여 미세유체채널이 선택적으로 구획화되고 물질이 선택적으로 투과되는 미세유체채널을 형성할 수 있는 장점이 있다. The present invention relates to a PDMS-based or PMMA-based microchip in which a functional nanopermeable membrane is vertically and permanently fixed and a method of manufacturing the same. PDMS or PMMA-based substrates of the present invention have excellent optical properties and have the advantage of easily forming microfluidic channels through lithography and laser processing. Functional nano-permeable membrane of the present invention has a pore has the advantage of high material transfer efficiency, by controlling the pore size and porosity to selectively transfer the material according to the size and surface properties of the material and low for the injected fluid and solution There is an advantage that can be used to prepare a microfluidic reactor (resistance and reactivity) excellent selectivity. The present invention uses a semi-cured PDMS solution to vertically and permanently fix the functional nanopermeable membrane between the walls or pillars of the PDMS or PMMA-based substrate, so that the microfluidic channel is selectively partitioned by the functional nanopermeable membrane. There is an advantage that can form a microfluidic channel that is selectively transmitted.
따라서 본 발명의 나노투과막이 수직적으로 고정된 PDMS 또는 PMMA기반의 마이크로칩은 나노투과막에 의해 공간적으로 분리된 시료 사이에서 발생하는 선택적 물질이동에 의한 물리적 및 화학적 반응을 원리를 사용하는 미세유체 반응 시스템(microfluidic reaction system)에 적용될 수 있다.Therefore, the microfluidic reaction based on the PDMS or PMMA-based microchip in which the nano-permeable membrane of the present invention is vertically fixed is based on the principle of physical and chemical reactions caused by selective mass transfer between samples separated spatially by the nano-permeable membrane. It can be applied to a microfluidic reaction system.
도 1은 기능성 나노투과막이 수직적이며 영구적으로 접착된 미세유체채널의 개녕도를 보여준다. 패널 A는 기능성 나노투과막이 부착된 채널부분과 기능성 나노투과막이 부착되지 않은 채널부분의 개념도를 보여주며 패널 B는 기능성 나노투과막에 의해 구획된 공간에서 세포가 배양되는 개념도를 보여준다.
도 2는 마이크로칩의 다양한 높이와 폭을 가진 미세유체채널에 기능성 나노투과막을 수직적이며 영구적으로 고정시킨 모습을 보여준다.
도 3의 패널 A는 기능성 나노투과막과 미세유체채널의 기둥이 수직적이며 영구적으로 고정된 모습을 전자현미경으로 촬영한 결과를 보여주며 패널 B는 기능성 나노투과막과 미세유체채널의 기둥이 수직적이며 영구적으로 고정된 미세유체채널에 대하여 레이져를 이용한 표면 스캐닝을 수행하여 기능성 투과막이 채널과 동일한 높이로 부착된 것을 보여준다.
도 4는 수직적이며 영구적으로 고정된 기능성 나노투과막을 통해서 화학적 확산을 통해 통과한 녹색 염료와 투과가 제어된 실리카 마이크로 입자(붉은색)를 보여준다.
도 5는 수직적이며 영구적으로 고정된 기능성 나노투과막으로 분리된 미세유체채널에 세포를 배양하여 세포간의 접촉은 상기 기능성 나노투과막에 의해 물리적으로 제어되고, 고정된 상기 기능성 나노투과막을 통해서 세포에서 분비되는 화학적 신호물질은 상호간 세포에게 전달되는 것을 보여준다. 패널 A 및 B는 채널에 주입되어 배양된 MDA-MB-23 세포가 기능성 나노투과막에 의해 구획된 결과를 보여주며 패널 C는 MDA-MB-23 세포 및 hMVECs 세포를 기능성 나노투과막에 의해 각각 구획된 채널에 주입되어 배양한 결과 세포의 이동은 제한되었으나 신호전달물질을 포함하는 세포배양액이 자유롭게 이동한 결과를 보여준다. Figure 1 shows the degree of improvement of the microfluidic channel to which the functional nanopermeable membrane is vertically and permanently bonded. Panel A shows a conceptual diagram of a channel portion to which a functional nanopermeable membrane is attached and a channel portion to which a functional nanopermeable membrane is not attached. Panel B shows a conceptual diagram of culturing cells in a space partitioned by the functional nanopermeable membrane.
Figure 2 shows the vertical and permanent fixation of the functional nano-permeable membrane in the microfluidic channels having various heights and widths of the microchip.
Panel A of FIG. 3 shows the result of capturing the vertically and permanently fixed pillars of the functional nano-permeable membrane and the microfluidic channel, and the panel B shows that the pillars of the functional nano-permeable membrane and the microfluidic channel are vertical. Laser scanning of the permanently fixed microfluidic channel shows that the functional permeable membrane is attached at the same height as the channel.
FIG. 4 shows the green dye passed through chemical diffusion through a vertical, permanently fixed functional nanopermeable membrane and silica microparticles (red) controlled permeation.
5 is a cell culture in a microfluidic channel separated by a vertical and permanently fixed functional nanopermeable membrane, the contact between the cells is physically controlled by the functional nanopermeable membrane, and in the cell through the fixed functional nanopermeable membrane The secreted chemical signal is shown to be transmitted to each other cells. Panels A and B show the results of the cultured MDA-MB-23 cells injected into the channel and compartmentalized by functional nanopermeable membranes. Panel C shows MDA-MB-23 cells and hMVECs cells by functional nanopermeable membranes, respectively. The cell movement was limited as a result of injecting into the partitioned channel and cultured, but the cell culture medium containing the signal transducing agent was freely moved.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 폴리디메틸실록세인(polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 폴리메타크릴산메틸(polymethylmetacrylate, PMMA) 기반의 기판; 상기 기판상에 형성된 미세유체채널(microfluidic channel); 및 상기 미소유체채널의 벽면 또는 기둥에 수직적이며 영구적으로 고정된 기능성 나노투과막(nonporous-membrane)을 포함하는 마이크로칩을 제공한다.According to one aspect of the invention, the present invention is a polydimethylsiloxane (polydimethylsiloxane, PDMS) or polymethyl methacrylate (polymethylmetacrylate, PMMA) based substrate; A microfluidic channel formed on the substrate; And it provides a microchip comprising a functional non-permeable membrane (perforated vertically and permanently perpendicular to the wall or pillar of the microfluidic channel).
상기 폴리메틸실록세인(polydimethylsiloxane, PDMS)은 유기규소화합물중합체(polymeric organosillicon compound)의 일종으로서 보통 실리콘으로 불린다. The polydimethylsiloxane (PDMS) is a kind of polymeric organosillicon compound, commonly called silicon.
상기 PDMS는 우수한 광학적 투과성이 있으나 표면개질이 어려워 다른 재료들과 화학적 결합이 어려운 단점이 있다. The PDMS has excellent optical transmittance but has a disadvantage in that it is difficult to chemically bond with other materials due to difficult surface modification.
상기 폴리메타크릴산메틸(polymethylmetacrylate, PMMA)은 광선투과율이 92%에 달할 정도로 우수한 투과성이 있으며 화학적으로 안정하고 강인한 수지이다. 상기 PMMA는 유리에 비해 강도가 뛰어나고 가공성 및 투과성이 좋아 유기유리로서 사용된다. 따라서 상기 PDMS와 PMMA는 우수한 광학적 특성으로 인하여 색변화 또는 발광을 측정하여 타겟 물질을 검출하는 검출센서에 많이 사용되나 표면개질이 어려워 평면적 채널의 형성 외에 기능적 추가가 어려운 단점이 있다.The polymethylmethacrylate (PMMA) is a resin that has excellent transmittance, chemical stability and toughness of up to 92% of light transmittance. The PMMA is used as an organic glass having excellent strength and good workability and permeability compared to glass. Therefore, the PDMS and PMMA are frequently used in a detection sensor that detects a target material by measuring color change or luminescence due to excellent optical properties, but surface modification is difficult, and thus functional addition is difficult in addition to the formation of planar channels.
상기 미세유체채널은 수백마이크로 미터의 폭 및 깊이를 가지며 유체가 흐를 수 있는 미세채널을 의미한다. The microfluidic channel refers to a microchannel having a width and depth of several hundred micrometers and through which a fluid can flow.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 미세유체채널은 소프트리소그래피(soft lithography) 또는 레이저 가공을 이용하여 형성한다. 상기 소프트리소그래피는 작용기를 갖는 알칸과 고분자물질을 사용하여 기존의 포토리소그래피(photolithography)에서 사용하는 복잡한 장치를 사용하지 않고 패턴(pattern)이나 구조물을 만드는 전사법을 의미한다. 상기 소프트리소그래피는 빠르고 값싸게 나노 또는 마이크로미터 단위의 형상과 구조물을 제작하기에 용이한 장점이 있다. 상기 소프트리소그래피는 미세접촉프린팅(μCP)법, decal transfer 미세전사(decal transfer microlithography)법, 광 스탬프(light stamp)프린팅법, 레플리카몰딩(replica molding)법, 모세관 힘 리소그래피(capillary force lithography)법, 모세관-미세몰딩(micromolding in capillaries)법, 미세전사몰딩(microtransfer molding, μTM)법, 나노임프린팅(nanoimprinting)법 또는 액체중재전사몰딩(liquid-bridgemediated nanotransfer molding, LB- nTM)법을 사용가능하나 바람직하게는 액체중재전사몰딩(liquid-bridgemediated nanotransfer molding, LB- nTM)법을 사용한다.According to one embodiment of the invention, the microfluidic channel is formed using soft lithography or laser processing. The soft lithography means a transfer method using alkane having a functional group and a polymer material to make a pattern or a structure without using a complicated device used in conventional photolithography. The soft lithography has an advantage that it is easy to fabricate shapes and structures in nano or micrometer units quickly and inexpensively. The soft lithography is a micro-contact printing (μCP) method, decal transfer microlithography method, light stamp printing method, replica molding method, capillary force lithography method, Capillary-micromolding in capillaries, microtransfer molding (μTM), nanoimprinting or liquid-bridgemediated nanotransfer molding (LB-nTM) can be used. Preferably, liquid-bridgemediated nanotransfer molding (LBN) method is used.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 기능성 나노투과막은 고분자, 예를 들어, 엘라스틴, 히알루론산, 알지네이트, 젤라틴, 콜라겐, 셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리에테르설폰(PES), 폴리우레탄(PU), 폴리[(락틱-co-(글리콜산)) (PLGA), 폴리[(3-하이드록시부티레이트)-co-(3-하이드록시발러레이트) (PHBV), 폴리다이옥산온(PDO), 폴리[(L-락타이드)-co-(카프로락톤)], 폴리(에스테르우레탄) (PEUU), 폴리[(L-락타이드)-co-(D-락타이드)], 폴리[에틸렌-co-(비닐 알코올)] (PVOH), 폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리스티렌(PS) 및 폴리아닐린 (PAN)으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 고분자 또는 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물로 형성되나 이에 한정된 것은 아니다.According to one embodiment of the invention, the functional nano-permeable membrane is a polymer, for example, elastin, hyaluronic acid, alginate, gelatin, collagen, cellulose, polyethylene glycol (PEG), polyethylene oxide (PEO), polycaprolactone (PCL) ), Polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), polyethersulfone (PES), polyurethane (PU), poly [(lactic-co- (glycolic acid)) (PLGA), poly [(3-hydro Oxybutyrate) -co- (3-hydroxyvalorate) (PHBV), polydioxanone (PDO), poly [(L-lactide) -co- (caprolactone)], poly (esterurethane) (PEUU) , Poly [(L-lactide) -co- (D-lactide)], poly [ethylene-co- (vinyl alcohol)] (PVOH), polyacrylic acid (PAA), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl Formed of one or more polymers or copolymers thereof or mixtures thereof selected from the group consisting of pyrrolidone (PVP), polystyrene (PS) and polyaniline (PAN) The not.
바람직하게는 상기 기능성 나토투과막은 폴리우레탄, 폴리에테르설폰, 폴리비닐알코올, 폴리카프로락톤 및 실리콘으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 고분자 또는 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물로 형성되나 이에 한정된 것은 아니다.Preferably, the functional natto permeable membrane is formed of, but is not limited to, one or more polymers or copolymers thereof or mixtures thereof selected from the group consisting of polyurethane, polyethersulfone, polyvinyl alcohol, polycaprolactone and silicone.
상기 기능성 나노투과막은 전기방사(electrospining)을 이용하여 제조한다. 상기 전기방사는 전기장을 이용하여 수㎛ 내지 수nm 스케일의 직경을 가지는 연속상의 섬유를 구현하는 방법을 의미한다. 상기 전기방사법은 자기조립, 상분리, 및 주형합성방법에 비해 간단하며 재료선택의 제한이 없고 형상에 기인한 비표면적, 공극률, 구조 및 크기의 조절이 용이한 장점이 있다. 상기 전기방사방법은 동축전기방사(coaxial electrospining)법, 혼합전기방사(mixed electrospining)법, 다층혼합전기방사(multilayer and mixed electrospining)법, 강제공기전기방사(forced air electropspining)법 또는 공기간극전기방사(air gap electrospining)법을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않으나 바람직하게는 동축전기방사법을 사용한다.The functional nanopermeable membrane is prepared by electrospining. The electrospinning means a method of realizing a continuous fiber having a diameter of several μm to several nm scale using an electric field. The electrospinning method is simpler than the self-assembly, phase separation, and mold synthesis method, and there is no limitation of material selection, and it is easy to control specific surface area, porosity, structure, and size due to shape. The electrospinning methods include coaxial electrospining, mixed electrospining, multilayer and mixed electrospining, forced air electropspining or air gap electrospinning. Air gap electrospining may be used, but is not limited thereto. Preferably, coaxial electrospinning is used.
본 발명의 기능성 나노투과막은 전기방사의 공정조건을 달리하여 다양한 표면적 특성을 가지며 크기에 따른 선택적 분리 또는 투과정도를 달리하는 기능성 나노투과막을 제조할 수 있다. 상기 전기방사에 의한 나노섬유의 형태학적 특성은 전기방사의 공정조건에 따라 달라진다. 상기 전기방사 시 공정조건에는 고분자의 분자량, 고분자의 용액의 점도, 전기전도도 및 표면장력과 같은 고분자 용액의 물성과 인가전압, 팁과 집적판사이의 거리(Tip to Collector Distance, TCD), 방사유속과 같은 공정인자에 의해 영향을 받는다.Functional nano-permeable membrane of the present invention can be produced by varying the process conditions of the electrospinning functional nano-permeable membrane having a variety of surface area characteristics and varying the degree of separation or permeation depending on the size. Morphological characteristics of the nanofibers by the electrospinning depends on the process conditions of electrospinning. The process conditions during the electrospinning include physical properties of the polymer solution such as molecular weight of the polymer, viscosity of the polymer solution, electrical conductivity and surface tension, applied voltage, tip to collector distance (TCD), radiation velocity and It is influenced by the same fair factor.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기능성 나노투과막은 전압 10-20kV, 방사속도 0.05-0.2㎖/h, 주사바늘의 직경 20-30G, 방사거리 25-45㎝ 및 접촉각 20-150°의 조건으로 상기 생체적합성 고분자물질을 포함하는 전기방사용액 8-12㎖을 60-80시간동안 전기 방사하여 제조한다. According to an embodiment of the present invention, the functional nano-permeable membrane has a voltage of 10-20kV, a spinning speed of 0.05-0.2ml / h, a diameter of 20-30G of a needle, a spinning distance of 25-45cm, and a contact angle of 20-150 °. 8-12 ml of the electrospinning solution containing the biocompatible polymer is electrospun for 60-80 hours.
상기 조건을 벗어나 전기방사를 수행하면 나노섬유가 과도하게 적층되거나 부족하게 적층되어 원하는 물성의 나노섬유를 제조할 수 없다. 상기 접촉각은 나노투과막의 기공도를 결정하는 요소로서 본 발명의 나노투과막은 평균 85%이상의 기공도를 가지는 것으로 제조되는 것이 바람직하다. 상기 접촉각을 20° 미만으로 나노투과막을 제조하면 상기 나노투과막의 기공도가 평균 85% 미만으로 제조되어 투과물질의 선택성이 저하되며 상기 접촉각을 150°를 초과하여 나노투과막을 제조하면 상기 나노투과막의 기공도가 너무 과도하여 물질의 투과가 불가능하게 된다.When the electrospinning is performed outside the above conditions, the nanofibers may be excessively stacked or insufficiently stacked to prepare nanofibers of desired physical properties. The contact angle is a factor that determines the porosity of the nano-permeable membrane, the nano-permeable membrane of the present invention is preferably prepared to have an average porosity of 85% or more. When the nano-permeable membrane is manufactured with the contact angle of less than 20 °, the porosity of the nano-permeable membrane is prepared to be less than 85% on the average, thereby decreasing the selectivity of the permeable material. When the nano-permeable membrane is manufactured with the contact angle exceeding 150 °, The porosity is so excessive that it is impossible to permeate the material.
본 발명의 기능성 나노투과막은 주입되는 마이크로 칩으로 유입되는 유체의 조건과 검출 및 분석하고자 하는 물질의 상태에 따라 나노투과막은 100㎛까지도 집적이 가능하다. 상기 전기방사시간은 나노투과막의 두께와 기공의 크기를 결정하는 요소이다. 본 발명의 구체적인 일 실시예에 따르면, 본 발명의 기능성 나노투과막은 15-100㎛두께를 가지며 1-20㎛ 크기의 기공크기를 가진 나노투과막으로 제조될 수 있다. 바람직하게는 본 발명의 기능성 나노투과막은 20-60㎛두께를 가지며 2-10㎛ 크기의 기공크기를 가진 나노투과막으로 제조될 수 있다. 보다 바람직하게는 본 발명의 기능성 나노투과막은 30㎛두께를 가지며 3-5㎛ 크기의 기공크기를 가진 나노투과막으로 제조될 수 있다. Functional nano-permeable membrane of the present invention can be integrated to the nano-permeable membrane up to 100㎛ depending on the conditions of the fluid flowing into the injected microchip and the state of the material to be detected and analyzed. The electrospinning time is a factor that determines the thickness of the nano-permeable membrane and the pore size. According to one specific embodiment of the present invention, the functional nano-permeable membrane of the present invention may have a thickness of 15-100 μm and may be prepared as a nano-permeable membrane having a pore size of 1-20 μm. Preferably, the functional nanopermeable membrane of the present invention may have a thickness of 20-60 μm and may be prepared as a nanopermeable membrane having a pore size of 2-10 μm. More preferably, the functional nanopermeable membrane of the present invention may have a thickness of 30 μm and may be prepared as a nanopermeable membrane having a pore size of 3-5 μm.
상기 전기방사시간이 60시간 미만이며 나노투과막의 두께가 15㎛ 미만이며 기공의 크기가 5㎛를 초과한 나노투과막으로 제조될 수 있다. 상기 두께가 15㎛ 미만이면 나노투과막의 물리적 강도가 내구성이 저하되며 기공의 크기가 20㎛를 초과하면 투과물질에 대한 선택성이 저하되는 단점이 있다. 또한 전기방사시간이 80시간을 초과하면 나노투과막의 두께가 100㎛를 초과하며 기공크기가 1㎛ 미만인 나노투과막이 제조될 수 있다. 상기 두께가 100㎛를 초과하면 마이크로칩 내에 설치하기 적당하지 않고 상기 기공크기가 1㎛ 미만이면 물질이 투과효율이 저하되는 단점이 있다.The electrospinning time is less than 60 hours, the thickness of the nano-permeable membrane is less than 15㎛ and the pore size may be prepared as a nano-permeable membrane exceeding 5㎛. If the thickness is less than 15 μm, the physical strength of the nano-permeable membrane may be degraded, and if the pore size exceeds 20 μm, the selectivity to the permeable material may be reduced. In addition, when the electrospinning time exceeds 80 hours, the nano-permeable membrane may have a thickness of more than 100 μm and a pore size of less than 1 μm. If the thickness exceeds 100㎛ is not suitable for installation in the microchip and if the pore size is less than 1㎛ there is a disadvantage that the material transmission efficiency is lowered.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 상기 기능성 나노투과막은 플라즈마 표면처리를 수행하여 친수성 또는 소수성을 가지도록 한다.According to one embodiment of the present invention, the functional nano-permeable membrane of the present invention is subjected to plasma surface treatment to have hydrophilicity or hydrophobicity.
상기 플라즈마는 초고온에서 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 기체 상태를 의미한다. 상기 플라즈마는 아크 방전에 인해 발생된 전자, 이온 및 중성입자로 구성된 기체로서 구성입자가 1,000-20,000℃와 100-2,000m/s를 갖는 고속의 제트 불꽃 형태를 이루는 열플라즈마 또는 저압이나 상압(대기압)에서 펄스 코로나방전 또는 유전체 장벽 방전 방법으로 생성되는 저온플라즈마(상압플라즈마)를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. The plasma refers to a gas state separated from electrons having negative charges and positively charged ions at very high temperatures. The plasma is a gas composed of electrons, ions, and neutral particles generated by an arc discharge, and thermal plasma or low pressure or atmospheric pressure in the form of a high-speed jet flame having a constituent particle of 1,000-20,000 ° C. and 100-2,000 m / s. ) May be a low-temperature plasma (atmospheric pressure plasma) generated by a pulse corona discharge or a dielectric barrier discharge method, but is not limited thereto.
본 발명의 상기 플라즈마 표면처리는 평판형 반응기(plate-type reactor), 수직 실린더형 반응기(vertical cylinder reactor), 또는 니들-to-실린더형 반응기(needle-to-cylinder reactor)를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 플라즈마 표면처리를 통하여 기능성 나노투과막의 성질을 친수성 또는 소수성으로 변화시키면 나노투과막을 통과할 수 있는 물질들에 대한 선택성이 향상되는 효과가 있다. The plasma surface treatment of the present invention may use a plate-type reactor, a vertical cylinder reactor, or a needle-to-cylinder reactor. It is not limited. When the properties of the functional nanopermeable membrane are changed to hydrophilic or hydrophobic through the plasma surface treatment, the selectivity of materials that can pass through the nanopermeable membrane is improved.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 상기 기능성 나노투과막은 반경화(half-cured) PDMS용액을 이용하여 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥에 수직적으로 고정시킨다. According to one embodiment of the invention, the functional nano-permeable membrane of the present invention is fixed vertically to the wall or pillar of the microfluidic channel using a half-cured PDMS solution.
상기 기능성 나노투과막을 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥에 수직적으로 고정시키는 과정은 다음의 단계를 통하여 수행될 수 있다:The process of vertically fixing the functional nanopermeable membrane on the wall or pillar of the microfluidic channel may be performed by the following steps:
단계(d): 상기 친수성 또는 소수성을 가지는 기능성 나노투과막을 상기 미세유체채널의 크기에 맞도록 절단하고 정전기를 이용하여 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥에 수직적으로 압착시키는 단계;Step (d): cutting the hydrophilic or hydrophobic functional nanopermeable membrane to fit the size of the microfluidic channel and compressing it vertically to the wall or pillar of the microfluidic channel using static electricity;
단계(e): 상기 친수성 또는 소수성을 가지는 기능성 나노투과막과 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥의 압착면에 상기 반경화 PDMS 용액을 공급하는 단계; 및Step (e): supplying the semi-cured PDMS solution to the hydrophilic or hydrophobic functional nanopermeable membrane and the compressed surface of the wall or the pillar of the microfluidic channel; And
단계(f): 상기 단계(e)의 기판을 70-90℃의 온도범위에서 0.5-1.5시간 동안 가열하여 상기 친수성 또는 소수성을 가지는 기능성 나노투과막과 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥의 압착면에 공급된 상기 반경화 PDMS 용액을 경화시켜 상기 기능성 나노투과막을 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥에 수직적이며 영구적으로 고정시키는 단계.Step (f): The substrate of step (e) is heated at a temperature in the range of 70-90 ° C. for 0.5-1.5 hours, thereby compressing the hydrophilic or hydrophobic functional nanopermeable membrane and the wall or pillar of the microfluidic channel. Curing the semi-cured PDMS solution supplied to the vertically and permanently fixing the functional nanopermeable membrane to the wall or pillar of the microfluidic channel.
이하에서 상기 기능성 나노투과막을 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥에 수직적이며 영구적으로 고정시키는 과정을 상세히 설명한다.Hereinafter, a process of vertically and permanently fixing the functional nanopermeable membrane to the wall surface or the pillar of the microfluidic channel will be described in detail.
단계(d): 상기 친수성 또는 소수성을 가지는 기능성 Step (d): functional with said hydrophilicity or hydrophobicity 나노투과막을Nano-permeable membrane 상기 미세유체채널의 크기에 맞도록 절단하고 정전기를 이용하여 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥에 수직적으로 압착시키는 단계 Cutting to fit the size of the microfluidic channel and compressing vertically to the wall or pillar of the microfluidic channel by using static electricity.
상기 기능성 나노투과막은 상기 미세유체채널의 깊이 및 상기 기능성 나노투과막이 부착될 곳의 폭만큼으로 절단하여 준비한다. 상기 기능성 나노투과막의 절단은 현미경에서 현미경렌즈의 눈금을 활용하여 절단한다. The functional nanopermeable membrane is prepared by cutting to the depth of the microfluidic channel and the width of the place where the functional nanopermeable membrane is attached. The cutting of the functional nanopermeable membrane is cut by using a scale of a microscope lens in a microscope.
본 발명의 구체적인 일 실시예에 따르면, 상기 기능성 나노투과막은 150-300㎛의 폭으로 절단하여 150-300㎛ 깊이의 미세유체채널에 사용할 수 있도록 제조한다. 바람직하게는 상기 기능성 나노투과막은 175-270㎛의 폭으로 절단하여 175-270㎛ 깊이의 미세유체채널에 사용할 수 있도록 제조한다. 보다 바람직하게는 상기 기능성 나노투과막은 200-240㎛의 폭으로 절단하여 200-240㎛ 깊이의 미세유체채널에 사용할 수 있도록 제조한다.According to a specific embodiment of the present invention, the functional nano-permeable membrane is manufactured to be used in a microfluidic channel having a depth of 150-300 μm by cutting to a width of 150-300 μm. Preferably, the functional nano-permeable membrane is cut to a width of 175-270 μm to prepare a microfluidic channel having a depth of 175-270 μm. More preferably, the functional nano-permeable membrane is cut to a width of 200-240 μm to prepare a microfluidic channel having a depth of 200-240 μm.
상기 절단된 기능성 나노투과막은 핀셋을 이용하여 상기 미세유체채널의 접착부위에 수직적으로 압착시킨다. 상기 압착은 정전기적 인력에 의해 유지되므로 별도의 접착물질은 필요하지 않다. The cut functional nano-permeable membrane is pressed vertically to the adhesive portion of the microfluidic channel using tweezers. The compression is maintained by electrostatic attraction so that a separate adhesive material is not needed.
단계(e): 상기 친수성 또는 소수성을 가지는 기능성 Step (e): functional with said hydrophilicity or hydrophobicity 나노투과막과Nano-permeable membrane 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥의 압착면에 상기 반경화 PDMS 용액을 공급하는 단계 Supplying the semi-cured PDMS solution to the wall surface of the microfluidic channel or the pressing surface of the pillar.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 반경화 PDMS 용액은 PDMS 용액과 경화제를 8:1 내지 12 : 1(PDMS 용액 : 경화제)의 몰 비율(molar ratio)로 혼합하고 기포를 제거한 후 0-10℃의 온도범위에서 보관한다. 바람직하게는 상기 반경화 PDMS 용액은 PDMS 용액과 경화제를 9:1 내지 11 : 1(PDMS 용액 : 경화제)의 몰 비율(molar ratio)로 혼합하고 기포를 제거한 후 0-10℃의 온도범위에서 보관한다. 보다 바람직하게는 상기 반경화 PDMS 용액은 PDMS 용액과 경화제를 10 : 1(PDMS 용액 : 경화제)의 몰 비율(molar ratio)로 혼합하고 기포를 제거한 후 0-10℃의 온도범위에서 보관한다.According to one embodiment of the present invention, the semi-cured PDMS solution is 0-10 after mixing the PDMS solution and the curing agent in a molar ratio of 8: 1 to 12: 1 (PDMS solution: curing agent) and removing bubbles Store in the temperature range of ℃. Preferably, the semi-cured PDMS solution is mixed at a molar ratio of the PDMS solution and the curing agent at a molar ratio of 9: 1 to 11: 1 (PDMS solution: curing agent) and removed from air bubbles, and then stored at a temperature range of 0-10 ° C. do. More preferably, the semi-cured PDMS solution is mixed at a molar ratio of the PDMS solution and the curing agent at a molar ratio of 10: 1 (PDMS solution: curing agent), and the bubble is removed and stored at a temperature range of 0-10 ° C.
본 발명의 구체적인 일 실시예에 따르면, 상기 경화제는 실리콘경화제(sillicone curing agent)를 사용할 수 있다. 상기 실리콘 경화제는 디-(2,4-디크롤로벤조일)-퍼록사이드(Di-(2,4-dichlorobenzoyl)-peroxide), 디벤조일퍼록사이드(Dibenzoyl peroxide), 터트-부틸쿠밀퍼록사이드(tert-Butylcumylperoxide), 디-터트-부틸퍼록사이드(Di-tert-butylperoxide), 2,5-디메틸-2,5 디(티-부틸퍼록시)-헥세인(2,5-Dimethyl-2,5 di(t-butylperoxy)-hexane),디-(2,4-디클로로벤조일)-퍼록사이드(Di-(2,4-dichlorobenzoyl)-peroxide), 디쿠밀퍼록사이드(Dicumylperoxide), 디-티-부틸퍼록사이드(Di-t-butylperoxide) 및 티-부틸쿠밀퍼록사이드(t-butylcumylperoxide)로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 경화제 또는 이들의 혼합물일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 기포는 진공챔버를 이용하여 낮은 압력 분위기하에서 혼합하여 제거할 수 있고 마이크로 크기의 공극(pore)을 가진 여과지에 통과시켜 제거할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는 상기 기포는 진공챔버를 이용하여 낮은 압력 분위기하에서 혼합하여 제거한다. 상기 반경화 PDMS 용액은 내부에 존재하는 산소, 질소 및 기포를 제거한 후 0-10℃의 온도범위에서 보관하지 않으면 온도변화에 따라 용액의 내부에 녹아있던 산소 및 질소로부터 기포가 생성될 수 있다. 상기 기포가 제거되지 않은 반경화 PDMS 용액을 상기 기능성 나노투과막과 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥의 결합에 사용하게 되면 하기 반경화 PDMS 용액의 경화를 위한 가열과정에서 기포가 발생하여 고정효과가 현저히 떨어지게 된다.According to a specific embodiment of the present invention, the curing agent may use a silicone curing agent (sillicone curing agent). The silicone curing agent is di- (2,4-dichlorobenzoyl) -peroxide (Di- (2,4-dichlorobenzoyl) -peroxide), dibenzoyl peroxide, tert-butyl cumyl peroxide (tert- Butylcumylperoxide, Di-tert-butylperoxide, 2,5-dimethyl-2,5 di (thi-butylperoxy) -hexane (2,5-Dimethyl-2,5 di ( t-butylperoxy) -hexane), di- (2,4-dichlorobenzoyl) -peroxide (Di- (2,4-dichlorobenzoyl) -peroxide), dicumylperoxide, di-ty-butylperoxide (Di-t-butylperoxide) and one or more curing agents selected from the group consisting of t-butylcumylperoxide or mixtures thereof, but is not limited thereto. The bubbles may be mixed and removed in a low pressure atmosphere using a vacuum chamber, and may be removed by passing through a filter paper having micro-sized pores. Preferably the bubbles are removed by mixing in a low pressure atmosphere using a vacuum chamber. If the semi-cured PDMS solution does not store oxygen, nitrogen, and bubbles present therein and is not stored at a temperature range of 0-10 ° C., bubbles may be generated from oxygen and nitrogen dissolved in the solution according to temperature change. When the semi-cured PDMS solution in which the bubbles are not removed is used to combine the functional nano-permeable membrane and the wall or pillar of the microfluidic channel, bubbles are generated during heating for curing of the semi-cured PDMS solution, thereby providing a fixed effect. It will fall significantly.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 반경화 PDMS 용액은 상기 기능성 나노투과막과 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥의 압착면에 공급되기 전에 20-30℃의 온도범위에서 10-30분 동안 보관한 후 사용한다. 상기 반경화 PDMS 용액은 0-10℃의 온도범위에서 보관되어 있었으므로 가열들을 통하여 온도를 급격하게 변화시키면 기포가 발생할 수 있다. 따라서 온도변화에 의한 기포의 발생을 최소화하기 위하여 20-30℃의 온도범위에서 10-30분 동안 보관한 후 사용하는 것이 바람직하다. 상기 반경화 PDMS 용액은 가늘게 가공한 스파츄라를 이용하여 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥에 압착되어 있는 상기 기능성 나노투과막 위에 덧바르는 방법으로 공급할 수 있다. 상기 기능성 나노투과막은 공극을 가지고 있으므로 상기 반경화 PDMS용액을 상기 기능성 나노투과막위에 덧바르게 되면 삼투압에 의해 상기 기능성 나노투과막내로 침투하여 상기 기능성 나노투과막과 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥의 압착면에 위치하게 된다. According to one embodiment of the invention, the semi-cured PDMS solution is stored for 10-30 minutes in the temperature range of 20-30 ℃ before being supplied to the functional nano-permeable membrane and the pressing surface of the wall or pillar of the microfluidic channel Use it after. Since the semi-cured PDMS solution was stored at a temperature range of 0-10 ° C., bubbles may occur when the temperature is rapidly changed through heatings. Therefore, in order to minimize the occurrence of bubbles due to the temperature change it is preferable to use after storing for 10-30 minutes in the temperature range of 20-30 ℃. The semi-cured PDMS solution may be supplied by applying a thinly processed spatula on the functional nano-permeable membrane compressed on the wall or pillar of the microfluidic channel. Since the functional nanopermeable membrane has pores, when the semi-cured PDMS solution is coated on the functional nanopermeable membrane, the functional nanopermeable membrane penetrates into the functional nanopermeable membrane by osmotic pressure, so that the functional nanopermeable membrane and the wall or pillar of the microfluidic channel are formed. It is located on the pressing surface.
단계(f): 상기 단계(e)의 기판을 70-90℃의 온도범위에서 0.5-Step (f): The substrate of step (e) is 0.5- at a temperature range of 70-90 ° C. 1.5시간동안For 1.5 hours 가열하여 상기 친수성 또는 소수성을 가지는 기능성 Functionality having the hydrophilicity or hydrophobicity by heating 나노투과막과Nano-permeable membrane 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥의 Wall or column of the microfluidic channel 압착면에On the pressing surface 공급된 상기 반경화 PDMS 용액을 경화시켜 상기 기능성 The semi-cured PDMS solution fed to cure the functional 나노투과막을Nano-permeable membrane 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥에 수직적이며 영구적으로 고정시키는 단계 Vertically and permanently fixing the wall or pillar of the microfluidic channel
상기 반경화 PDMS 용액은 70-90℃의 온도범위에서 0.5-1.5시간동안 가열하면 공중합체가 되어 경화된다. 따라서 상기 기능성 나노투과막, 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥 및 그 사이에 위치한 상기 반경화 PDMS 용액을 포함하는 기판을 가열하게 되면 상기 반경화 PDMS 용액이 경화되면서 상기 기능성 나노투과막과 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥을 영구적으로 고정시키게 된다.The semi-cured PDMS solution is cured to a copolymer when heated for 0.5-1.5 hours in the temperature range of 70-90 ℃. Therefore, when the substrate including the functional nano-permeable membrane, the wall or pillar of the microfluidic channel, and the semi-cured PDMS solution positioned therebetween is cured, the semi-cured PDMS solution is cured while the functional nano-permeable membrane and the microfluid are The walls or columns of the channels are permanently fixed.
상기 가열은 상기 친수성 또는 소수성을 가지는 기능성 나노투과막과 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥의 압착면에 공급된 상기 반경화 PDMS 용액을 충분히 가열할 수 있는 가열기기라면 제한 없이 사용할 수 있다. 바람직하게는 핫-플레이트(hot-plate) 또는 오븐에서 수행할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. The heating may be used without limitation as long as it is a heater capable of sufficiently heating the hydrophilic or hydrophobic functional nanopermeable membrane and the semi-cured PDMS solution supplied to the pressing surface of the wall or the pillar of the microfluidic channel. Preferably it may be carried out in a hot-plate or oven, but is not limited thereto.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 반경화 PDMS 용액을 경화시키기 위한 과정은 상기 친수성 또는 소수성을 가지는 기능성 나노투과막과 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥의 압착면에 상기 반경화 PDMS 용액이 공급된 기판을 70-90℃의 온도범위에서 0.5-1.5시간 동안 가열하여 수행한다. 바람직하게는 상기 친수성 또는 소수성을 가지는 기능성 나노투과막과 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥의 압착면에 상기 반경화 PDMS 용액이 공급된 기판을 80℃의 온도범위에서 1시간 동안 가열하여 수행한다. 상기 PDMS 경화용액의 경화에 있어서 열처리를 수행하면 상온에서 자연적으로 경화시키는 방법(free standing)에 대비하여 PDMS의 경도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 상기 오븐의 온도가 70℃ 미만이면 열처리시간이 더 소요되며 상기 오븐의 온도가 90℃를 초과하더라도 열처리효과는 70-90℃ 오븐에서 열처리하는 것과 동일하다.According to one embodiment of the present invention, the process for curing the semi-cured PDMS solution is supplied with the semi-cured PDMS solution to the functional nano-permeable membrane having the hydrophilic or hydrophobic and the pressing surface of the wall or pillar of the microfluidic channel The prepared substrates are heated by heating at a temperature in the range of 70-90 ° C. for 0.5-1.5 hours. Preferably, the substrate having the semi-cured PDMS solution supplied to the hydrophilic or hydrophobic functional nanopermeable membrane and the pressing surface of the wall or the pillar of the microfluidic channel is heated by heating at a temperature range of 80 ° C. for 1 hour. When the heat treatment is performed in the curing of the PDMS curing solution, there is an advantage in that the hardness of the PDMS can be improved in preparation for a method of naturally curing at room temperature (free standing). If the temperature of the oven is less than 70 ℃ heat treatment takes more time, even if the temperature of the oven exceeds 90 ℃ heat treatment effect is the same as the heat treatment in 70-90 ℃ oven.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 기능성 나노투과막이 수직적으로 고정된 마이크로칩의 제조방법을 제공한다:According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method for manufacturing a microchip in which a functional nanopermeable membrane is vertically fixed, comprising the following steps:
단계(a): 반경화 폴리디메틸실록세인(polydimethylsiloxane, PDMS)용액을 제조하는 단계;Step (a): preparing a semi-cured polydimethylsiloxane (PDMS) solution;
단계(b): PDMS 또는 폴리메타크릴산메틸(polymethylmetacrylate, PMMA)기반의 기판위에 소프트리소그래피(soft lithography) 또는 레이저 가공을 수행하여 미세유체채널(microfluidic channel)을 형성하는 단계;Step (b): forming a microfluidic channel by performing soft lithography or laser processing on PDMS or polymethylmethacrylate (PMMA) -based substrate;
단계(c): 전기방사를 이용하여 기능성 나노투과막을 제조하고 플라즈마 표면처리를 수행하여 친수성 또는 소수성을 가지도록 하는 단계;Step (c): preparing a functional nanopermeable membrane using electrospinning and performing plasma surface treatment to have hydrophilicity or hydrophobicity;
단계(d): 상기 친수성 또는 소수성을 가지는 기능성 나노투과막을 상기 미세유체채널의 크기에 맞도록 절단하고 정전기를 이용하여 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥에 수직적으로 압착시키는 단계;Step (d): cutting the hydrophilic or hydrophobic functional nanopermeable membrane to fit the size of the microfluidic channel and compressing it vertically to the wall or pillar of the microfluidic channel using static electricity;
단계(e): 상기 친수성 또는 소수성을 가지는 기능성 나노투과막과 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥의 압착면에 상기 반경화 PDMS 용액을 공급하는 단계; 및Step (e): supplying the semi-cured PDMS solution to the hydrophilic or hydrophobic functional nanopermeable membrane and the compressed surface of the wall or the pillar of the microfluidic channel; And
단계(f): 상기 단계(e)의 기판을 70-90℃의 온도범위에서 0.5-1.5시간동안 가열하여 상기 친수성 또는 소수성을 가지는 기능성 나노투과막과 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥의 압착면에 공급된 상기 반경화 PDMS 용액을 경화시켜 상기 기능성 나노투과막을 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥에 수직적이며 영구적으로 고정시키는 단계.Step (f): The substrate of step (e) is heated at a temperature in the range of 70-90 ° C. for 0.5-1.5 hours, thereby compressing the hydrophilic or hydrophobic functional nanopermeable membrane and the wall or pillar of the microfluidic channel. Curing the semi-cured PDMS solution supplied to the vertically and permanently fixing the functional nanopermeable membrane to the wall or pillar of the microfluidic channel.
실시예 EXAMPLE
실시예 1: PDMS 또는 PMMA 마이크로칩의 제조Example 1 Preparation of PDMS or PMMA Microchips
1) 기능성 나노투과막이 수직적으로 고정된 PDMS 또는 PMMA 마이크로칩1) PDMS or PMMA microchips with vertically fixed functional nanopermeable membranes
도 1은 미세유체채널에 기능성 나노추과막이 수직적이며 영구적으로 고정된 PDMS 또는 PMMA 마이크로칩의 개념도를 보여준다. 상기 개념도에 의하면 채널 및 채널의 기둥에 수직적으로 고정된 나노투과막이 위치하며 상기 나노투과막으로 구획된 공간과 오픈된 채널 공간이 위치하고 상기 오픈된 공간(혼합채널)은 세포기질(cell-matrix)과 유사한 환경을 구현할 수 있는 겔이 위치할 수 있음을 보여준다. 상기 PDMS 또는 PMMA는 우수한 광학적 성질을 가지고 있어서 미세유체채널의 구조 및 미세유체채널내의 반응여부를 모두 확인 가능하다. 상기 미세유체채널은 다양한 종류의 시료가 흐를 수 있도록 다수의 채널이 형성되어 있으며 미세유체채널을 통해 흐르는 시료가 혼합될 수 있는 혼합채널이 존재한다. 도 2의 패널 A에 의하면 상기 마이크로칩에는 200㎛의 깊이를 가지는 2개의 분리된 미세유로채널이 형성되어 있으며 2개의 분리된 미세유로채널이 만나는 혼합채널이 존재한다. 상기 혼합채널에는 각 채널의 벽면이 다수의 기둥으로 구성되어 있으며 어느 하나의 채널 기둥사이에는 기능성 나노투과막이 수직적이며 영구적으로 고정되어 있다. 상기 기능성 나노투과막은 30㎛의 두께를 가지고 있다. 도 2의 패널B에 의하면 마이크로칩에는 240㎛의 깊이를 가지는 4개의 미세유로채널이 형성되어 있으며 4개의 미세유로채널이 만나는 곳에 혼합채널이 형성되어 있다. 상기 혼합채널에는 각 채널의 벽면이 하나의 기둥 및 두 개의 통로로 구성되어 있으며 어느 하나의 통로사이에는 기능성 나노투과막이 수직적이며 영구적으로 고정되어 있다. 상기 기능성 나노투과막은 30㎛의 두께를 가지고 있다.1 shows a conceptual diagram of a PDMS or PMMA microchip in which a functional nano-permeable membrane is vertically and permanently fixed to a microfluidic channel. According to the conceptual diagram, a nano-permeable membrane vertically fixed to a channel and a pillar of the channel is positioned, a space partitioned by the nano-permeable membrane and an open channel space are located, and the open space (mixed channel) is a cell-matrix. It is shown that gels can be located that can create an environment similar to that of Since the PDMS or PMMA has excellent optical properties, it is possible to confirm both the structure of the microfluidic channel and the reaction in the microfluidic channel. The microfluidic channel has a plurality of channels formed to allow various kinds of samples to flow, and there is a mixing channel through which the samples flowing through the microfluidic channel can be mixed. According to panel A of FIG. 2, two microchannels having a depth of 200 μm are formed in the microchip, and a mixed channel having two separate microchannels meets. In the mixed channel, the wall surface of each channel is composed of a plurality of pillars, and a functional nano-permeable membrane is vertically and permanently fixed between any one channel pillar. The functional nanopermeable membrane has a thickness of 30 μm. According to panel B of FIG. 2, four microfluidic channels having a depth of 240 μm are formed on the microchip, and a mixed channel is formed where the four microfluidic channels meet. In the mixed channel, a wall of each channel is composed of one pillar and two passages, and a functional nano-permeable membrane is vertically and permanently fixed between any one passage. The functional nanopermeable membrane has a thickness of 30 μm.
2) 전자현미경을 이용한 기능성 나노투과막의 수직적 고정 확인2) Vertical fixation of functional nanopermeable membrane using electron microscope
도 3은 기능성 나노투과막이 미세유체채널의 벽면 또는 기둥에 수직적이며 영구적으로 고정된 모습을 JEOL사의 JSM-5410 전자현미경을 사용하여 촬영한 결과와 나노투과막이 미세유체채널과 동일한 높이로 접착된 결과를 보여준다. 도 3의 패널 A에 의하면 미세유로채널의 기둥과 기능성 나노투과막이 반경화 PDMS용액에 의해 영구적으로 접착된 것이 확인된다. 상기 반경화 PDMS용액은 가열에 의해 경화되는 과정에서 나노투과막과 공중합체가 형성되어 기능성 나노투과막과 미세유체채널을 영구적으로 고정하게 된다. 도 3의 패널 B에 의하면 나노투과막이 미세유체채널과 동일한 높이로 접착된 것이 확인된다. 나노투과막에 의해 구획된 한쪽 채널에는 MDA-MB-23 세포를 주입하고 나노투과막에 의해 구획된 다른 한쪽 채널에는 hMVECs 세포를 주입한 후 레이져 표면 스캐닝을 수행하였다. 그 결과 각각 구획된 위치에서만 각각의 주입된 세포가 위치하는 것이 확인되었으며 각각의 구획은 확연하게 나노투과막(파란색)에 의해 수행되는 것이 확인되었다. Figure 3 is a result of photographing the functional nano-permeable membrane perpendicular to the wall or pillar of the microfluidic channel and permanently fixed using JEOL's JSM-5410 electron microscope and the result of the nano-permeable membrane bonded to the same height as the microfluidic channel. Shows. According to panel A of FIG. 3, it is confirmed that the pillar of the microchannel channel and the functional nanopermeable membrane are permanently bonded by the semi-cured PDMS solution. The semi-cured PDMS solution forms a nano-permeable membrane and a copolymer in the process of curing by heating to permanently fix the functional nano-permeable membrane and the microfluidic channel. According to panel B of FIG. 3, it is confirmed that the nano-permeable membrane is bonded to the same height as the microfluidic channel. MDA-MB-23 cells were injected into one channel partitioned by the nanopermeable membrane and hMVECs cells were injected into the other channel partitioned by the nanopermeable membrane, followed by laser surface scanning. As a result, it was confirmed that each injected cell was located only at each compartment, and each compartment was clearly performed by a nanopermeable membrane (blue).
실험예 1: 수직적으로 고정된 기능성 나노투과막에 의한 선택적 투과Experimental Example 1: Selective Permeation by Vertically Fixed Functional Nanopermeable Membranes
도 4는 수직적이며 영구적으로 고정된 기능성 나노분리막에 의한 선택적 투과정도를 보여준다. 본 발명의 마이크로칩은 200㎛ 깊이를 가진 2개의 미세유체채널이 형성되어 있으며 30㎛의 두께로 제조된 기능성 나노투과막을 수직적으로 고정되어 있다. 상기 마이크로 칩의 입력 포트를 통하여 액상의 녹색으로 형광 발현되는 BSA-FITC (약 37~45kDa)형광염료와 붉은 색 형광으로 발현되는 5 ㎛ 과 10㎛ 크기의 형광 실리카 입자를 함께 주입하고 마이크로 칩 내에서 상기 형광염료(녹색)와 형광 실리카 입자(붉은색)가 어떠한 물질이동을 보이는지 확인하였다. 실험결과, 상기 5 내지 10㎛의 크기를 가지는 형광 실리카 입자는 상기 기능성 나노투과막을 투과하지 못하여 상기 기능성 나노투과막을 기준으로 형광실리카 입자가 존재하는 채널과 형광실리카 입자가 존재하지 않는 채널로 구분되는 것이 확인되었다. 또한 약 37~45kDa의 크기를 가지는 액상의 BSA-FITC 형광염료의 경우 상기 기능성 나노투과막을 자유롭게 투과하므로 나노투과막에 의해 구획된 채널에 상관없이 모든 공간에서 형광이 확인되는 것이 관찰되었다. 따라서 본 발명의 기능성 나노투과막은 5㎛ 미만의 입자만이 투과할 수 있는 것으로 확인되었다. Figure 4 shows the selective permeability by the vertically and permanently fixed functional nanomembrane. In the microchip of the present invention, two microfluidic channels having a depth of 200 μm are formed and a functional nano-permeable membrane manufactured to a thickness of 30 μm is vertically fixed. Through the microchip's input port, BSA-FITC (about 37-45kDa) fluorescent dye, which is fluorescently expressed in liquid green color, and fluorescent silica particles having a size of 5 μm and 10 μm, which are expressed in red fluorescence, are injected together. In the fluorescent dye (green) and fluorescent silica particles (red) it was confirmed that the material movement. As a result of the experiment, the fluorescent silica particles having a size of 5 to 10 μm do not penetrate the functional nano-permeable membrane and are divided into a channel in which the fluorescent silica particles are present and a channel in which the fluorescent silica particles do not exist, based on the functional nano-permeable membrane. It was confirmed. In addition, in the case of the liquid BSA-FITC fluorescent dye having a size of about 37 ~ 45kDa permeate the functional nano-permeable membrane freely, it was observed that the fluorescence was observed in all spaces regardless of the channel partitioned by the nano-permeable membrane. Therefore, it was confirmed that the functional nanopermeable membrane of the present invention can transmit only particles smaller than 5 μm.
실험예 2: 수직적으로 고정된 기능성 나노투과막에서의 세포배양 결과Experimental Example 2 Results of Cell Culture on Vertically Fixed Functional Nanopermeable Membranes
도 5는 수직적으로 고정된 기능성 나노투과막(분리막)으로 분리된 미세유체채널에 세포를 배양하여 세포간의 접촉은 나노투과막에 의해 물리적으로 제어되고, 고정된 기능성 나노투과막을 통해서 세포에서 분비되는 화학적 신호물질은 상호간 세포에게 전달되는 것을 보여준다. 이를 위하여 MDA-MB-23세포를 세포 배양 디쉬(cell-culture dish)에서 배양한 후 세포배양액과 함께 마이크로칩에 확보된 유체 입력 포트를 통해서 마이크로 칩에 주입하였다(도 5의 패널 A 및 B). 주입한 결과 MDA-MB-23세포는 주입된 채널에만 존재할 뿐 기능성 나노투과막을 통과하지 못하여 상기 기능성 나노투과막에 의해 구획된 다른 채널에는 존재하지 않은 것이 확인되었다. 세포배양은 일반적인 세포 배양법에 따라 배양된 세포를 사용하는 것이 가능할 것으로 판단되며 이때 주입되는 세포의 양과 세포 배양액은 제작되는 마이크로 칩에 따라 달라 질 수 있는 것으로 판단된다. 따라서 세포는 일반적인 cell-line 세포 및 줄기세포도 가능할 것으로 판단된다. 마이크로 칩은 내장된 나노 투과막을 사이에 두고 한쪽 채널은 세포를 위치시키고 반대편은 세포신호물질이 확산될 수 있는 배지, 콜라젠 또는 하이드로젤을 채울 수 있으며, 선택적으로 일반적인 세포 배양액, 다른 세포, 생리활성물질등의 다양한 물질을 나노투과막 사이로 첨가 할 수 있다. 5 is a cell culture in a microfluidic channel separated by a vertically fixed functional nanopermeable membrane (membrane), the contact between the cells is physically controlled by the nanopermeable membrane, secreted from the cell through the fixed functional nanopermeable membrane Chemical signals are shown to be delivered to each other's cells. To this end, MDA-MB-23 cells were cultured in a cell-culture dish, and then injected into the microchip through a fluid input port secured to the microchip together with the cell culture solution (Panels A and B of FIG. 5). . As a result of the injection, it was confirmed that the MDA-MB-23 cells exist only in the injected channel, but did not pass through the functional nanopermeable membrane, and thus did not exist in other channels partitioned by the functional nanopermeable membrane. Cell culture is considered to be able to use the cells cultured according to the general cell culture method, it is determined that the amount of cells and the cell culture fluid injected may vary depending on the microchip to be produced. Therefore, the cell is considered to be a normal cell-line cell and stem cell. Microchips have a built-in nano-permeable membrane between them and one channel can place cells and the other can be filled with media, collagen or hydrogels into which the cell signaling material can diffuse, optionally cell culture, other cells, bioactivity Various materials such as materials can be added between nanopermeable membranes.
상기 결과를 바탕으로 배양된 MDA-MB-23 세포와 hMVECs 세포를 기능성 나노투과막에 의해 구획된 각각의 채널에 주입하고 일정시간동안 배양한 후 공초점 레이져 현미경(confocal laser microscopy)를 이용하여 편광현미경을 이용하여 세포의 이동 및 신호전달물질의 이동 여부를 확인하였다(도 5의 패널 B). 실험결과 세포의 이동은 확인되지 않은 반면 세포배양은 자유롭게 이동하는 것이 확인되었다. Based on the results, the cultured MDA-MB-23 cells and hMVECs cells were injected into the respective channels partitioned by the functional nano-permeable membrane, incubated for a predetermined time, and then polarized using confocal laser microscopy. Microscopy was used to confirm the movement of cells and the movement of signal transduction materials (Panel B of FIG. 5). Experimental results showed that cell migration was not confirmed, while cell culture was free to migrate.
본 명세서에서 설명된 구체적인 실시예는 본 발명의 바람직한 구현예 또는 예시를 대표하는 의미이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되지는 않는다. 본 발명의 변형과 다른 용도가 본 명세서 특허청구범위에 기재된 발명의 범위로부터 벗어나지 않는다는 것은 당업자에게 명백하다. Specific embodiments described herein are meant to represent preferred embodiments or examples of the present invention, whereby the scope of the present invention is not limited. It will be apparent to those skilled in the art that variations and other uses of the invention do not depart from the scope of the invention described in the claims.
Claims (11)
(b) PDMS 또는 폴리메타크릴산메틸(polymethylmetacrylate, PMMA)기반의 기판위에 소프트리소그래피(soft lithography) 또는 레이저 가공을 수행하여 미세유체채널(microfluidic channel)을 형성하는 단계;
(c) 전기방사를 이용하여 기능성 나노투과막을 제조하고 플라즈마 표면처리를 수행하여 친수성 또는 소수성을 가지도록 하는 단계;
(d) 상기 친수성 또는 소수성을 가지는 기능성 나노투과막을 상기 미세유체채널의 크기에 맞도록 절단하고 정전기를 이용하여 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥에 수직적으로 압착시키는 단계;
(e) 상기 친수성 또는 소수성을 가지는 기능성 나노투과막과 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥의 압착면에 상기 반경화 PDMS 용액을 공급하는 단계; 및
(f) 상기 단계(e)의 기판을 70-90℃의 온도범위에서 0.5-1.5시간 동안 가열하여 상기 친수성 또는 소수성을 가지는 기능성 나노투과막과 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥의 압착면에 공급된 상기 반경화 PDMS 용액을 경화시켜 상기 기능성 나노투과막을 상기 미세유체채널의 벽면 또는 기둥에 수직적이며 영구적으로 고정시키는 단계를 포함하는 기능성 나노투과막이 수직적이며 영구적으로 고정된 마이크로칩의 제조방법.
(a) preparing a semi-cured polydimethylsiloxane (PDMS) solution;
(b) forming a microfluidic channel by performing soft lithography or laser processing on a PDMS or polymethylmetacrylate (PMMA) -based substrate;
(c) preparing a functional nanopermeable membrane using electrospinning and performing plasma surface treatment to have hydrophilicity or hydrophobicity;
(d) cutting the hydrophilic or hydrophobic functional nanopermeable membrane to fit the size of the microfluidic channel, and compressing the hydrophilic or hydrophobic layer to the wall or pillar of the microfluidic channel by using static electricity;
(e) supplying the semi-cured PDMS solution to the hydrophilic or hydrophobic functional nanopermeable membrane and the compressed surface of the wall or the pillar of the microfluidic channel; And
(f) heating the substrate of step (e) for 0.5-1.5 hours in the temperature range of 70-90 ° C. and supplying the hydrophilic or hydrophobic functional nanopermeable membrane and the compressed surface of the wall or pillar of the microfluidic channel. And curing the semi-cured PDMS solution to fix the functional nanopermeable membrane vertically and permanently to the wall or pillar of the microfluidic channel.
The method of claim 8, wherein the semi-cured PDMS solution is a mixture of the PDMS solution and the curing agent in a molar ratio of 8: 1 to 12: 1 (PDMS solution: curing agent) in a molar ratio (molar ratio) and after removing the bubble temperature of 0-10 ℃ A method of manufacturing a microchip in which a functional nano-permeable membrane is vertically and permanently fixed, characterized in that it is stored in a range.
The method of claim 8, wherein the semi-cured PDMS solution is used after storing for 10-30 minutes in the temperature range of 20-30 ℃ before being supplied to the functional nano-permeable membrane and the pressing surface of the wall or pillar of the microfluidic channel A method of manufacturing a microchip in which a functional nano-permeable membrane is vertically and permanently fixed.
The method of claim 8, wherein the functional nanopermeable membrane is one or more polymers selected from the group consisting of polyurethane, polyethersulfone, polyvinylalchol, polycarprolactone and silicone Or a method of manufacturing a microchip in which a functional nanopermeable membrane is vertically and permanently fixed, characterized in that it is prepared using a copolymer or a mixture thereof.
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