微流控芯片及其制备方法以及利用其的分析装置与流程

本发明涉及微流控芯片及其制备方法以及利用该微流控芯片的分析装置，更具体地涉及具有形成在基板的表面的流体通道的微流控芯片及其制备方法以及利用该微流控芯片的分析装置。

本发明是通过得到韩国知识经济部的产业融合源泉技术开发事业的支援而执行的研究中导出的[课题序号：10042924，研究课题名：利用复合梯度(纳米结构梯度-浓度梯度)技术的干细胞最佳培养条件超高速自动筛分系统试制品开发]。

背景技术：

微流控芯片具有通过微流控通道使流体流动而可同时执行多种实验条件的功能。具体地，利用塑料、玻璃、硅等基板(或芯片材料)来制作微小通道，通过这种通道，使流体(例如，液体试样)移动之后，在微流控芯片内的腔体，可进行例如试样分离、细胞的混合、合成、定量分析、细胞增殖观察等。如上所述，在小的芯片内进行以往在实验室进行的实验的观点上，微流控芯片还被称作“芯片实验室”(lab-on-a-chip)。

微流控芯片不仅在制药、生物工程、医药、生命医疗、食品、环境、精密化学等领域中创造出费用与时间节减效果，而且还可提高准确度和有效性、可靠性。例如，使用微流控芯片，比起以往的方法，可显著地减少细胞培养与增殖及分化等中使用的昂贵的试剂的使用量，由此可节减相当多的费用。而且，在进行蛋白质(protein)、基因(DNA)、细胞(cell)、神经元(neuron)、酶、抗体等生物体试样分析时，使用比起以往的方法显著少的量，并且利用其可进行影像分析，因此可减少样品的使用量或消耗量及分析时间。

与此相关的是，图1表示以往的示例性的微流控芯片中一部分的分解图。

如图所示，以往的示例性的微流控芯片100可包括流体流动的多个第一通道110和多个第二通道120。就微流控芯片100而言，在多个第一通道110中流动的各个流体与在多个第二通道120中流动的各个流体混合，为了使这种流体容易地流动及混合，上述通道可具有不同层(layer)来形成。

为此，以往的微流控芯片将分别形成通道的至少2个基板(或层)粘合来制备微流控芯片。但是，根据这种制备方式，在多个基板上形成通道之后，需要相粘合这些的观点上发生了基板之间的整列问题。即，制备芯片时，基板之间的粘合工序中产生了相当多的时间及费用。而且，因2层的基板(即，2个基板)自身的(例如，通过注塑工序等)制备，还产生了时间及费用。即，以往的微流控芯片在时间和费用的层面上存在制备工序上的问题，并存在芯片的精密度也被减少的问题。

因此，需要一种用于解决这种问题的微流控芯片及利用其的制备方法以及利用该微流控芯片的影像分析装置。

技术实现要素：

技术问题

本发明是为了解决上述问题的，其目的在于，提供通过实现形成在基板的表面的流体通道，可解决基板之间的粘合及整列问题的微流控芯片及其制备方法以及利用该微流控芯片的分析装置。

解决问题的手段

根据本发明的一实施例，提供一种微流控芯片。上述微流控芯片可包括：基板，包括使流体流入的流入部、使上述流体移动的流体通道及排出上述流体的流出部；以及膜，附着于上述基板，从外部保护上述流入部、上述流出部及上述流体通道中的至少一个，上述流入部及上述流出部通过贯通基板的表面而体现，上述流体通道从上述基板的表面凹陷而体现。

根据本发明的一实施例，提供一种分析装置。上述分析装置可包括：上述微流控芯片；以及光检测模块，为了测定上述微流控芯片内的反应产物，向上述微流控芯片照射光，来检测从上述微流控芯片的测光区域发出的光信号。

根据本发明的一实施例，提供一种微流控芯片的制备方法。上述方法可包括：形成包括使流体流入的流入部、使上述流体移动的流体通道及排出上述流体的流出部的基板的步骤；以及以从外部保护上述流入部、上述流出部及上述流体通道中的至少一个的方式，在上述基板的表面附着膜的步骤，上述基板的上面及下面中的一个区域从上述基板的表面凹陷而体现上述流体通道，贯通上述基板的表面而体现上述流入部及上述流出部，由此可执行形成上述基板的步骤。

发明的效果

根据本发明，与粘合多个基板的以往技术不同地防止有关整列等的工序上的误差，由此可提高微流控芯片的精密度，并可减少不良率。

并且，根据本发明，仅靠粘合基板和膜来制备微流控芯片，由此制备工序简单，费用经济。

并且，根据本发明，可减少微流控芯片的整体上的大小及重量，由此可提高用户的方便性及经济性。

并且，根据本发明，即使没有追加的化学处理、泵驱动装置、超声波装置、膜状物(membrane)等附加的设备，仅靠形成在微流控芯片内的结构物就能有效地将流体内的气泡去除到测光区域外。

并且，根据本发明，即使发生微流控芯片的极-小型化，也不存在光信号灵敏度的减少及不均匀带来的问题，可同时快速而准确地测定多个少量的反应产物。

附图说明

为了更加充分理解本发明的详细说明中引用的附图，提供了各附图的简单说明。

图1表示以往示例性的微流控芯片中一部分的分解图。

图2表示根据本发明的一实施例的微流控芯片。

图3表示根据本发明的另一实施例的微流控芯片。

图4表示根据本发明的一实施例的微流控芯片。

图5表示根据本发明的一实施例的微流控芯片的制备方法。

图6及图7按不同工序表示根据本发明的一实施例的微流控芯片的制备方法。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施例进行说明。在各图的结构要素标上附图标记时，应当注意，针对相同的结构要素，即使显示在其他图上，也尽量用相同的附图标记。并且，对于说明本发明的实施例来说，当判断为对于相关公知结构或功能的具体说明阻碍对于本发明的实施例的理解时，省略对其的详细说明。并且，以下说明本发明的实施例，但本发明的技术思想不局限于此，可由本技术领域的普通技术人员变形而多样地实施。

在说明书全文中，当一些部分与其他部分“连接”时，不仅包括“直接连接”的情况，而且还包括其中间隔着其他器件“间接连接”的情况。在说明书全文中，当一些部分“包括”一些结构要素时，只要没有对其的特别相反的内容，就意味着还可包括其他结构要素而不是除外其他结构要素。

图2表示根据本发明的一实施例的微流控芯片。具体地，图2的上端表示微流控芯片200的俯视图，图2的下端表示微流控芯片200的A-A'方向的剖视图。

参照图2，微流控芯片200可包括基板210及与基板210相粘合的膜220。

基板210作为微流控芯片200的基体，可包括：流入部230，使流体流入；流体通道240，使流体移动；以及流出部250，排出流体。基板210的流入部230、流体通道240及流出部250可从基板210的表面(即，上面及下面)凹陷或者贯通基板210而形成。

基板210可选自由聚二甲硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)、环烯烃共聚物(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)、聚醚砜(polyether sulfone，PES)及聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚酰胺(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)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(polybutyleneterephthalate，PBT)、氟化乙烯丙烯(fluorinated ethylenepropylene，FEP)、全氟烷氧基树脂(perfluoralkoxyalkane，PFA)及其组合物组成的组中。并且，根据实施例，基板210的至少一部分可由透光性材质体现，例如可由全氟烷氧基树脂(perfluoralkoxyalkane，PFA)等体现。但是，这种基板210的材质是示例性的，可根据适用本发明的实施例来利用多种材质。

膜220可粘合在基板210的表面。具体地，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构成，这种第一膜222及第二膜224粘合在基板210的上部表面及下部表面，从外部封闭基板210的流入部230、流出部250及流体通道230中的至少一部分，由此保护微流控芯片200而使其不受外部物质带来的污染、损伤等，与此同时可使微流控芯片200执行流体的流动、维持等功能。

相对薄的膜220附着在基板210的表面，而不是与基板210相同或者类似的材质的其他基板附着在基板210的表面，由此简化粘合工作(bonding)，可有助于微流控芯片200的小型化及轻量化。膜220的至少一部分可以是透明或不透明的材质。并且，膜220可以是对于氧气、二氧化碳等气体的透气性膜。这种膜220的组成是示例性的，可根据适用本发明的实施例，即，根据使用于微流控芯片200的试样的内容物或研究目的等来多样化膜200的组成。

根据这种微流控芯片200，使样品试剂、试样等流体通过流入部230注入，并在流体通道240中流动。其中，流体通道240可包括：下部流体通道242、242'，形成在基板210的下面；上部流体通道246，形成在基板210的上面；以及导通孔244、244'，用于连接下部流体通道242和上部流体通道246。更具体地，通过流入部230注入的流体依次流过下部流体通道242、导通孔244、上部流体通道246、导通孔244'、下部流体通道242'。流体通道240不仅使流体移动及维持，而且还可实现对流体的多种操作。例如，导通孔244不仅连接下部流体通道242及上部流体通道246，而且还可起到规定的反应通道或反应腔体的功能。即，与用于流体流动的导通孔244'不同地，在导通孔244确保可起到反应通道或通道腔体功能的足够的空间的观点上，通过由导通孔244体现的反应通道或反应腔体，可实现试样分离、混合、合成、定量分析、细胞增殖观察等规定反应或者反应的分析、观察。只不过，这种导通孔244的应用是示例性的，根据适用本发明的实施例，流体通道240有可能不包括起到反应通道或反应腔体功能的导通孔。经由流体通道240的流体可通过流出部250排出到微流控芯片200外部。

如上所述，将基板210表面形成为不同，由此形成复杂的流体流动途径及可需要相对宽的面积的流体通道240，由此可实现微流控芯片200的小型化及工序简化。尤其是，可解决粘合多个基板时产生的基板之间的粘合及整列问题。

在一实施例中，流体通道240可包括分支通道和/或结合通道。分支通道是任一种通道分离成多个其他通道的，在任一种通道中流动的流体可分离成具有相同性质的多个流体。结合通道是多个通道由一个通道合并的，分别在多个通道中流动的多个流体可合并为一个流体。分支通道和/或结合通道可由流体通道240中的上部流体通道和/或下部流体通道体现。尤其是，流体通道240如以下更详细的说明，可包括由分支通道及结合通道的组合体现的浓度梯度通道。其中，就浓度梯度通道而言，一个以上的通道再次分支为一个以上的通道，反复进行分支的通道中的一部分相互结合而形成新通道的过程，并形成可结合及分支经由通道的流体的多种途径，由此可提供流体的浓度梯度。

并且，根据实施例，流体通道240如以下更详细的说明，还可包括用于防止流体中所包含的气泡位于规定区域内的气泡去除部(参照图3的310及图4的410)。气泡去除部在流体通道240内的多种位置可利用为多种用途。例如，流体通道240可包括用于测定流体通道240内执行的各种反应(例如，PCR反应等)的产物的测光区域，这种情况下，气泡去除部可形成为防止流体中所包含的气泡位于测光区域内。

并且，根据实施例，可在基板210的表面中的一部分(优选地，流入部230、流体通道240及流出部250中的至少一个)执行表面处理。例如，为了防止蛋白质(protein)吸附，在表面上可涂布硅烷(silane)类、牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin，BSA)等的物质，这种表面处理可根据本技术领域中公知的多种技术来执行。

并且，根据实施例，在流入部230及流出部250具有额外的遮盖单元(未图示)，防止通过流入部230及流出部250的微流控芯片200内部的污染，或者可防止注入到微流控芯片200的流体的渗漏等。这种遮盖单元可由多种形状、大小或材质体现。

图2所示的微流控芯片200的形状或结构是示例性的，可根据适用本发明的实施例来利用多种形状或结构的微流控芯片。

图3表示根据本发明的另一实施例的微流控芯片。

具体地，图3的上端表示微流控芯片300的俯视图，图3的(a)的下端表示微流控芯片300的A-A'方向的剖视图。

参照图3，微流控芯片300的流体通道240可包括气泡去除部310。气泡去除部310用于防止流体中所包含的气泡位于流体通道240内的规定区域内，如图所示，可从基板210的上部内面朝向下部方向突出形成。

流体通道240可包括用于测定在流体通道240内执行的任一种反应的产物的测光区域(即，检测从反应产物放出的光信号的流体通道240上的区域)，此时，气泡去除部310可防止流体中所包含的气泡位于测光区域内。据此，气泡去除部260可去除在测光区域中检测到的光信号检测阻碍因素。具体地，由于气泡去除部310从基板210的上部内面向流体通道240内侧突出，流体内所包含的气泡因浮力，从气泡去除部310推向测光区域(即，气泡去除部310的突出部中的平坦区域)周边区域而配置在周边空间。即，气泡从测光区域向外部脱离，由此不影响从存在于测光区域的反应产物中放出的光信号灵敏度。尤其是，基板210的至少一部分，即气泡去除部310由透光性材质构成，至少一部分包括在测光区域内，因此，从测光区域内的反应产物产生的光信号经由气泡去除部310，在灵敏度不降低的条件下，可向微流控芯片的外部放出。如上所述，当利用微流控芯片来测定流体通道240内的反应产物时，即使发生多重PCR芯片的极-小型化，也不受流体通道240内产生的气泡的影响，光信号灵敏度相当增加，由此可同时快速而正确地测定多个少量的反应产物。这种气泡去除部310的利用是示例性的，根据适用本发明的实施例，气泡去除部310可应用为多种用途。例如，气泡去除部310在经由流体通道240的流体的移动过程中，为了从流体的流动中去除流体中所包含的气泡而可被利用。

图3所示的气泡去除部310的形状是示例性的，并不局限于此，根据本发明实施例，可变形为多样而被适用。例如，在图3中表示了圆柱形形状的气泡去除部310，但可利用四棱柱等其他形状的气泡去除部。

图4表示根据本发明的一实施例的微流控芯片。

具体地，图4的上端表示微流控芯片400的俯视图，图4的(a)的下端表示微流控芯片300的A-A'方向的剖视图。

参照图4，气泡去除部410可由设在气泡去除部410的中间的平坦面412和从平坦面412的周围延伸而与微流控芯片400上部的内面相连接的倾斜面414构成。如上所述，当气泡去除部410的侧面由倾斜面414构成时，由于气泡沿着倾斜面414向流体通道240的上侧可移动，因此气泡可更容易地向气泡去除部410的周边空间移动而进行配置。

虽然图3及图4未图示，但根据实施例，气泡去除部310、410还可包括沿着气泡去除部310、410的周围，由基板210的上部内面向上侧凹陷而形成的气泡捕集部。气泡捕集部比起气泡捕集部以外的区域，相对来说位于流体通道240的上侧，因此从气泡去除部310、410挤出的气泡可被气泡捕集部捕集。

根据本发明的一实施例，可提供一种分析装置。分析装置参照图2至图5，可包括根据上述本发明的一实施例的微流控芯片200、300、400、500及测光模块。测光模块是一种为了(例如，实时)测定微流控芯片200、300、400、500内的反应产物等，向微流控芯片200、300、400、500照射光来检测从测光区域放出的光信号的装置，可利用本发明所属技术领域中可适用的多种测光模块。例如，测光模块可包括：光源，以能够向微流控芯片200、300、400、500的流体通道提供光的方式进行配置；以及光检测部，以能够收容从流体通道放出的光的方式进行配置，光源和光检测部，在中间隔着流体通道进行配置(穿透型方式)，或者均可沿着流体通道240的单一方向进行配置(反射型方式)。

图5表示根据本发明的一实施例的微流控芯片的制备方法，图6及图7按不同工序表示根据本发明的一实施例的微流控芯片的制备方法。

图5的方法用于制备图2至图4所示的微流控芯片200、300、400，基于图5的方法，说明图6及图7的制备工序如下。

首先，参照图5，可形成包括流入部230、流体通道240及流出部250的基板210(S510步骤)。与此相关的是，图6的(a)表示包括流入部230、流体通道240及流出部250的基板210的立体图，图6的(b)表示图7的(a)所示的基板210的A-A'方向的剖视图。如图所示，基板210的流入部230、流体通道240及流出部250可从基板210的表面(即，上面及下面)凹陷或者贯通基板210而形成。

S510步骤可利用本技术领域中可适用的多种制备方法来执行。在一示例中，可对基板210的表面进行蚀刻而执行S510步骤，这种蚀刻可利用机械、化学方式等多种蚀刻技术。在一示例中，S510步骤可通过注塑成型、压缩成型等多种成型方法来执行。

接着，在基板210的表面可附着膜220(S520步骤)。与此相关的是，图7的(a)表示基板210及附着于基板210的膜220的立体图，图7的(b)表示图8的(a)所示的基板210及膜220的A-A'方向的剖视图。参照图7的(a)及(b)，在基板210的上部表面附着膜222，并在基板210的下部表面附着膜224，由此可执行S520步骤，据此，在S510步骤中，形成在基板210上的流入部230、流体通道240及流出部250中的至少一部分可从外部封闭。S520步骤例如可通过热粘合、超声波粘合、紫外线粘合、溶剂粘合、胶带粘合等本领域中可适用的多种粘合方法来执行。

图6及图7所示的微流控芯片的形状及结构是示例性的，可根据适用本发明的实施例来利用多种形状及结构的微流控芯片。

如上所述，附图和说明书中揭示了最佳实施例。其中，使用了特定的术语，但这仅仅是出于用来说明本发明的目的而使用的，而不是用来意义限定或者限制发明要求保护范围中记载的本发明的范围而使用的。故而本技术领域的普通技术人员应当理解由此可实现多种变形及等同的其他实施例。因此，本发明的真正的技术保护范围应当取决于所附的发明要求保护范围的技术思想。