微流控芯片及利用其的實時分析裝置的制造方法

微流控芯片及利用其的實時分析裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供微流控芯片及利用其的實時分析裝置，具體地，提供一種通過恰當防止因包含于流體的氣泡而造成光信號靈敏度低下，而確保測定結果的可靠性的微流控芯片及利用其的實時分析裝置。根據本發明的一實施例而提供微流控芯片。所述微流控芯片包括：至少一個反應腔體，對容納的流體執行任意的反應，并包括至少一個光測定區域；及氣泡去除部，為透光性材質，由所述微流控芯片上部的里面向所述反應腔體的內側突出形成，以用于防止包含于所述流體的氣泡位于所述光測定區域內。
【專利說明】
微流控芯片及利用其的實時分析裝置
技術領域
[0001]本發明涉及微流控芯片及利用其的實時分析裝置，具體地涉及一種通過防止因包含于流體的氣泡而造成光信號的靈敏度低下，而能夠確保反應產物的測定結果的可靠性的微流控芯片及利用其的實時分析裝置。
【背景技術】
[0002]微流控芯片具有通過微流管道流出流體而一次性執行各種試驗的功能。具體地，利用塑料、玻璃、硅膠等管而制成微管道，通過該管道，使流體(例如，液體樣本)發生移動，之后，在微流控芯片內的多個腔體中進行混合、分離、精煉、反應及分析。由此，對于將當前在試驗室進行了的試驗在小的芯片內執行的方面，微流控芯片也能夠稱之為“芯片試驗室”(lab-on-a-chip)。
[0003]微流控芯片在制藥、生物工程、醫學等領域具有節省費用和時間的效果，而且，能夠提高準確度、效率性及可靠性。例如，通過使用微流控芯片而與現有的方法相比，顯著降低使用于蛋白質與DNA分析中價格高的試劑的使用量，由此，發揮節省大量費用的效果。并且，對于蛋白質樣品或細胞樣品，與現有的方法相比，也使用相當少的量，由此，能夠減少樣品的浪費。
[0004]另外，在容納于微流控芯片的流體中，注入樣品樣本、試劑等的反應流體的過程中，因通過存在于微流控芯片內部的微腔(micro cavity)或小孔(pinhole)等而生成氣泡。尤其，利用微流控芯片而執行聚合酶鏈式反應(PCR:Polymerase Chain React1n)的情況，因PCR伴隨熱供應步驟，因而，通過流體的加熱，在注入時發生的小的氣泡的體積膨脹而成長為更大的氣泡，或多個小的氣泡合成一個大的氣泡，由此，大量的氣泡在流體內生成。該氣泡處于光學測定區域時，成為降低反應產物的光信號靈敏度的主要原因。并且，氣泡成不規則移動，由此，引起降低光信號的可靠性的問題。
[0005]參照圖1，能夠確認在現有的微流控芯片的內部執行反應的過程中，因包含于流體的氣泡而降低光信號靈敏度的現狀。即，小型化的微流控芯片，生成的氣泡本身的大小及數量對比反應腔體的空間相對小，由此，在配置于反應腔體的任意的光測定領域的上部存在所生成的氣泡的可能性高，并且，如圖1顯示所示，在光測定區域內存在氣泡時，所述氣泡切斷由反應產物釋放的光信號，由此，發生降低所述光信號的靈敏度的問題。
[0006]因此，要求一種能夠與微流控芯片一起，在實現反應容器的小型化的情況下，解決因光信號的靈敏度低下及不均勻而造成的問題，由此，能夠確保測定結果的可靠性的方案。

【發明內容】

[0007]技術問題
[0008]本發明用于解決所述問題而研發，目的為提供一種微流控芯片及利用其的實時分析裝置，其用規定形狀的氣泡去除部，防止因包含于流體的氣泡而降低光信號靈敏度，由此，能夠確保反應產物的測定結果的可靠性。
[0009]解決問題的手段
[0010]根據本發明的一實施例，提供微流控芯片。所述微流控芯片包括:至少一個反應腔體，對所容納的流體執行任意的反應，并包含至少一個光測定區域;及氣泡去除部，為透光性材質，由所述微流控芯片上部的里面向所述反應腔體的內側突出而形成，用于防止包含于所述流體的氣泡位于所述光測定區域內。
[0011]優選地，所述氣泡去除部，由所述反應腔體的底面向上至間隔規定的間距的位置形成。
[0012]并且，優選地，所述氣泡去除部，由平坦面與傾斜面構成，其中，所述平坦面，形成于所述氣泡去除部的中央;所述傾斜面，從所述平坦面的圓周延伸，與所述微流控芯片上部的里面連接。
[0013]并且，優選地，所述氣泡去除部具有:氣泡收集部，其從所述氣泡去除部的下端面中至少一個區域凹陷形成。
[0014]并且，優選地，還包括:氣泡收集部，其沿著所述氣泡去除部的圓周中至少一部分，從所述微流控芯片上部的里面凹陷形成。
[0015]并且，優選地，所述微流控芯片包括:平板形狀的第一板;第二板，配置于所述第一板的上部，具有所述反應腔體;及第三板，配置于所述第二板的上部，形成所述氣泡去除部。
[0016]并且，優選地，在所述第三板具有與所述反應腔體的兩末端連接的所述流體的流入部及流出部。
[0017]并且，優選地，所述微流控芯片的至少一部分由具有透光性的塑料材質構成。
[0018]本發明的一實施例能夠提供分析裝置。所述分析裝置包括:所述微流控芯片;及光檢測模塊，將光照射于所述微流控芯片，而使得測定由所述光測定區域釋放的光信號，以用于實時測定所述反應腔體內的反應產物。
[0019]發明的效果
[0020]根據本發明，即使微流控芯片極小型化，也不存在降低光信號靈敏度及不均衡的問題，能夠同時快速地測定稍微少量的反應產物。
[0021]根據本發明，即使沒有另外的化學處理，或氣栗驅動裝置、超聲波裝置、隔膜(membrane)等另外的設備，僅通過形成于微流控芯片內的結構，也能有效地將流體內的氣泡向光測定區域外去除。
【附圖說明】
[0022]圖1為顯示對于現有的微流控芯片，因包含于流體的氣泡而降低光信號的現象；
[0023]圖2為顯示本發明的一實施例的微流控芯片的基本結構及氣泡去除原理；
[0024]圖3為顯示本發明的一實施例的微流控芯片的更具體的結構；
[0025]圖4為顯示本發明的一實施例的微流控芯片的熒光照片；
[0026]圖5至圖7為顯示對于本發明的一實施例的微流控芯片，氣泡去除部的各種實現例；
[0027]圖8a及圖8b顯示利用未具備氣泡去除裝置的現有的微流控芯片與本發明的一實施例的微流控芯片而分別執行的反應產物測定結果的對比例。
【具體實施方式】
[0028]下面，參照附圖對本發明的實施例進行說明。另外，在說明本發明時，在判斷相關的公知結構或功能的具體說明混淆本發明的要旨的情況下，省略其具體說明。并且，下面，對本發明的實施例的說明，或本發明的技術思想并非限定或限制于此，并且，本領域技術人員能夠進行變形而進行各種實施。
[0029]在整個本說明書中，稱某一部分與另一部分“連接”時，其包括“直接連接”的情況，也包括在其中間隔著其它元件而“間接連接”的情況。在整個說明書中，稱某一部分“包含”某一構成要素時，其是指無特別反對性記載，不排除其它構成要素，也包括其它構成要素。
[0030]圖2為顯示本發明的一實施例的微流控芯片的基本結構及氣泡去除原理。
[0031]參照圖2，本發明的一實施例的微流控芯片(200)包括:反應腔體(210)，執行任意的反應;及氣泡去除部(220)，從微流控芯片(200)上部的里面向反應腔體(210)內側突出形成。
[0032]反應腔體(210)是一種在內部容納樣品試劑、樣本等流體(30)，而用于執行符合試驗目的的任意的反應的構成要素，在反應腔體(210)包含至少一個光測定區域(212)。在此，光測定區域(212)定義為檢測由反應產物釋放的光信號(20)的反應腔體(210)上的對象區域，以用于實時測定在反應腔體(210)內執行反應而產生的結果。
[0033]此時，反應腔體(210)應當實現使得適合執行符合試驗目的的任意的反應，尤其，對于執行PCR的微流控芯片(200)，應當在PCR過程中免受反復加熱及冷卻的影響。因此，微流控芯片(200)，在維持該功能時，不受特定形狀及/或材質限制。但，本發明的一實施例的微流控芯片(200)，因以反應產物的實時光信號(20)測定為前提，由此，優選地，至少與由光測定區域(212)釋放的光信號(20)的路徑重疊的部分由透光性材質實現。
[0034]氣泡去除部(220)為用于防止發生包含于流體(30)的氣泡(10)存在于光測定區域(212)內的問題，如圖2所示，形成為由從微流控芯片(200)上部的里面向反應腔體(210)的內側突出而形成的規定的形狀。氣泡去除部(220)至少一部分通過流體(30)的表面，由反應腔體(210)的底面向上間隔規定的間距的位置而形成，以使沉浸在流體(30)內部，氣泡去除部(220)的突出形狀不同，但，優選地，構成為圓柱或四棱柱狀。此時，氣泡去除部(220)由透光性材質構成，并且至少一部分構成得包含于光測定區域(212)內。因此，由光測定區域(212)內的反應產物產生的光信號(20)通過氣泡去除部(220)而釋放至微流控芯片(200)的外部。
[0035]氣泡去除部(220)如上所示，通過防止流體(30)內的氣泡(10)存在于光測定區域(212)內，增強光信號(20)靈敏度。具體地，對于本發明的一實施例的微流控芯片(200)，因具有規定形狀的氣泡去除部(220)的至少一部分以沉浸在流體(30)內的狀態位于光測定區域(212)，由此，包含于流體(30)內的氣泡(1)通過上升至流體(30)的上部的氣泡(1)的浮力，推向光測定區域(212)的周邊區域而配置于周邊空間。由此，使得氣泡(10)從由存在于光測定區域(212)上的反應產物釋放的光信號(20)的釋放路徑脫離，對用于實時測定反應產物的光信號(20)靈敏度未造成影響。
[0036]因此，對于利用本發明的一實施例的微流控芯片(200)而實時測定反應腔體(210)內的反應產物的情況，盡管微流控芯片(200)極小型化，且不受反應腔體(210)內產生的氣泡(10)的影響，由此，極大增加光信號(20)靈敏度，由此，同時快速并準確地測定稍微少量的反應產物。
[0037]圖3為顯示本發明的一實施例的微流控芯片的更具體的結構。
[0038]參照圖3，在本發明的一實施例的微流控芯片(200)具有一個以上反應腔體(210)。圖3中顯示兩個反應腔體(210)，但其為例示，反應腔體(210)根據本發明的一實施例的微流控芯片(200)的使用目的及范圍能夠存在兩個以上。另外，反應腔體(210)如圖3中顯示所示，中心區域彎曲為“U”字形狀，反應腔體(210)的兩末端位于相同的垂直線上。此時，氣泡去除部(220)及光測定區域(212)能夠位于該反應腔體(210)的彎曲的中心區域上。但圖3中顯示的反應腔體(210)的形狀及反應腔體(210)上的氣泡去除部(220)及光測定區域(212)的位置用于例示，并非限定于此，根據本發明的實施例，能夠進行各種變形而適用。
[0039]對圖3中顯示的本發明的一實施例的微流控芯片(200)的結構進行更具體地說明，微流控芯片(200)包括:平板形狀的第一板(230);平板形狀的第二板(240)，其配置于第一板(230)的上部，具有反應腔體(210);及第三板(250)，其配置于第二板(240)的上部，形成有氣泡去除部(220)。
[0040]第一板(230)構成為平板形狀，起到本發明的一實施例的微流控芯片(200)的地面支撐體(support)作用。此時，第一板(230)能夠由各種材質形成，但優選的，為由聚二甲基娃氧燒(polydimethylsiloxane，PDMS)、環稀經類共聚物(eyeIeoIef incopolymer，C0C)、聚甲基丙稀酸甲酸(polymethylmetharcylate，PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚丙撐碳酸酯(poIypropyIenecarbonate，PPC)、聚釀諷樹脂(poIyethersulfone，PES)及聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate，PET)，及其組合物構成的組中選擇的材質，根據實施例，第一板(230)至少一部分由透光材質形成。并且，根據實施例，第一板(230)表面，處理得使具有親水性表面。此時，親水性物質能夠為各種物質，但優選地，為由羧基(_C00H)、氨基(-NH2)、羥基(-0H)及巰基(-SH)構成的組中選擇，親水性物質的處理根據本領域技術人員公知的方法執行。
[0041]第二板(240)配置于第一板(230)的上部，起到形成本發明的一實施例的微流控芯片(200)的反應腔體(210)的作用。第二板(240)能夠由各種材質形成，但優選地，為由聚甲基丙稀酸甲酸(polymethylmethacrylate，PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、環稀經類共聚物(cycloolefincopolymer，C0C)、聚酰胺纖維(polyamide，PA)、聚乙稀(polyethylene，PE)、聚丙稀(polypropyIene，PP)、聚苯釀(polyphenyIeneether，PPE)、聚苯乙稀(polystyrene ,PS)、聚甲酸(polyoxymethylene ,Ρ0Μ)、聚釀釀酮(po lye there therke tone，PEEK)、聚四氣乙稀(polytetraf luoroethylene，PTFE)、聚氯乙稀(poly vinyl chloride ,PVC)、聚偏氣乙稀(poly viny lidenefluor ide，PVDF)、聚對苯二甲酸丁二酯(polybutyleneterephthalate，PBT)、氟化乙稀丙稀共聚物(f luorinatedethylenepropylene ,FEP)、全氣燒氧基樹脂(perf luoralkoxyalkane，PFA)及其組合物構成的組中選擇的熱可塑性樹脂或熱固化性樹脂材質，根據實施例，第二板(240)至少一部分由透光性材質構成。另外，根據實施例，第二板(240)內壁由娃燒(silane)系列、牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin，BSA)等物質涂敷，用于防止吸附DNA、蛋白質(protein)，并且，對于物質的處理根據本領域公知的方法執行。
[0042]第三板(250)配置于第二板(240)的上部，起到覆蓋反應腔體(210)的蓋子作用，在第三板(250)的下部面向反應腔體(210)內側突出形成有氣泡去除部(220)。第三板(250)能夠由各種材質形成，但，優選地，為由聚二甲基娃氧燒(polydimethylsi loxane，PDMS)、環稀經類共聚物(eyeIeoIef incopolymer，C0C)、聚甲基丙稀酸甲酸(polymethylmetharcylate，PMMA)、聚碳酸酯(poIycarbonate，PC)、聚丙撐碳酸酯(polypropylenecarbonate，PPC)、聚醚砜樹脂(polyethersulfone，PES)及聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate，PET)及其組合物構成的組中選擇的材質，并且，根據實施例，第三板(250)至少一部分由透光性材質構成。另外，在第三板(250)具有與反應腔體(210)的兩末端連接的流入部(251)及流出部(252)。流入部(251)為注入要執行任意的反應的樣品試劑、樣本等流體(30)的部分，流出部(252)為在反應結束之后，供排出流體(30)的部分。根據實施例，在流入部(251)及流出部(252)具有另外的蓋裝置(未圖示)，在反應腔體(210)內進行對流體(30)的任意的反應時，能夠防止溶液泄漏的問題。該蓋裝置形成為各種形狀、大小或由各種材質形成。
[0043]另外，本發明的一實施例的微流控芯片(200)為相互粘合單獨形成的第一板(230),第二板(240)、第三板(250)而形成，但根據實施例，第一板(230)、第二板(240)及第三板(250)中兩個板形成為一體，剩下的板以粘合于其的方式形成。例如，以第一板(230)及第二板(240)形成為一體，剩下的第三板(250)粘合于其，或以第二板(240)及第三板(250)形成為一體，第一板(230)粘合于其的方式形成。此時，第一板(230)、第二板(240)、第三板(250)之間的粘合，例如，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能夠適用的各種粘合方法執行。
[0044]圖4為顯示本發明的一實施例的微流控芯片的熒光照片。
[0045]如圖4所示，本發明的一實施例的微流控芯片(200)上能夠形成多個反應腔體(210 )，以使同時測定多個反應產物。并且，在各個反應腔體(210)的一個區域，優選地，反應腔體(210)的彎曲的中心區域分別形成光測定區域(212)及配置于光測定區域(212)的內部的氣泡去除部(220)。
[0046]根據圖4，能夠確認到，通過存在于各個反應腔體(210)的光測定區域(212)的氣泡去除部(220)，從各個光測定區域(212)有效地去除了反應腔體(210)內部的氣泡(10)。即，能夠確認到，氣泡(10)被移動配置于光測定區域(212)的周邊空間，由此，從由光測定區域(212)釋放的光信號(20)的釋放路徑上脫離。
[0047]由此，根據本發明的一實施例的微流控芯片(200)，通過排除在反應腔體(210)內產生氣泡(10)而造成的影響，而確保對反應產物進行的測定結果的可靠性。
[0048]圖5至圖7顯示對于本發明的一實施例的微流控芯片，氣泡去除部的各種實現例。另外，在圖5至圖7中，為便于說明，僅顯示氣泡去除部及具有氣泡去除部的微流控芯片的一部分。
[0049]首先，參照圖5的(a)，氣泡去除部(520)由位于氣泡去除部(520)的中央的平坦面與從所述平坦面的圓周延伸而與微流控芯片上部的里面連接的傾斜面構成。如上所示，氣泡去除部(520)的側面形成為傾斜面時，氣泡(10)能夠沿著傾斜面而向反應腔體的上側移動，由此，使得氣泡(10)更容易地移動配置至光測定區域(512)的周邊空間。此時，光測定區域(512)，如圖5的(b)所示，能夠選擇氣泡去除部(520)的平坦面所處的反應腔體上的區域，以使未包含氣泡(10)。
[0050]并且，參照圖6的(a)，氣泡去除部(620)的下端面的至少一區域，優選地，具有由與所述下端面的圓周鄰接的周邊部分的至少一區域凹陷形成的氣泡收集部(622)。形成氣泡收集部(622)的部分的表面，與未形成氣泡收集部(622)的部分相比，相對地，因位于反應腔體的上側，從氣泡去除部(620)的中心部分推出的氣泡(10)，如圖6的(b)所示，收集在氣泡收集部(622)上。此時，光測定區域(612)，如圖6的(b)所示，能夠選擇為除氣泡去除部(620)中形成有氣泡收集部(622)的部分之外的部分所處的反應腔體上的區域。
[0051 ]另外，氣泡收集部(722)，如圖7所示，沿著氣泡去除部(720)的圓周形成。即，氣泡收集部(722)沿著突出形成的氣泡去除部(720)的圓周中至少一部分而由微流控芯片上部的里面向上側方向凹陷形成。此時，圖7中雖未圖示，但與參照圖6說明的相似，通過氣泡去除部(720)推動的氣泡(1)被收集在凹陷形成的氣泡收集部(722)上。
[0052]另外，根據本發明的一實施例，能夠提供分析裝置。分析裝置，參照圖2及圖3，包括:上述本發明的一實施例的微流控芯片(200);及光測定模塊。光測定模塊是一種將光照射至微流控芯片(200)并檢測由光測定區域(212)釋放的光信號(20)而用于實時檢測反應腔體(210)內的反應產物的裝置，能夠利用在本發明所屬技術領域中能夠適用的各種光測定模塊。例如，所述光測定模塊包括:光源，配置使得將光提供至微流控芯片(200)的反應腔體(210);及光檢測部，配置得使容納由反應腔體(210)釋放的光，其中，光源與光檢測部中間配置反應腔體(210)(透光型方式)，或全部配置于反應腔體(210)的一個方向(反射型方式)。
[0053]圖8a及圖Sb顯示利用未具備氣泡去除裝置的現有的微流控芯片與本發明的一實施例的微流控芯片而分別執行的反應產物測定結果的對比例。
[0054]具體地，分別將PCR用樣本及試劑注入未具備氣泡去除裝置的現有的微流控芯片與根據圖3實現的微流控芯片(200)，并進行了 PCR，并通過光測定模塊測定根據執行PCR而產生的核酸增幅結果，且通過實時PCR結果圖表(X軸:周期(cycle)數，Y軸:熒光度)而進行了確認。
[0055]參照圖8a，顯示利用不具備氣泡去除裝置的現有的微流控芯片的實時PCR測定結果，參照圖Sb，顯示利用本發明的微流控芯片(200)的實時PCR測定結果。如圖8a及圖Sb所示，執行利用本發明的一實施例的微流控芯片(200)的實時PCR時，與產生大量噪音的現有的微流控芯片不同，能夠確認到有效地去除包含于所檢測的光信號(20)的噪音。
[0056]如上所示，在附圖與說明書中公開了最適合的實施例。在此，使用了特定的用語，但僅以用于說明本發明的目的使用，并非限定意義或限制記載于權利要求書中記載的本發明的范圍而使用。因此，應當理解，本技術領域的普通技術人員能夠由此進行各種變形及同等的其它實施例。因此，本發明的真正的技術保護范圍通過權利要求書限定。
【主權項】
1.一種微流控芯片，該微流控芯片(microfluidic chip)特征在于， 包括: 至少一個反應腔體，對容納的流體執行任意的反應，并包括至少一個光測定區域;及氣泡去除部，為透光性材質，由所述微流控芯片上部的里面向所述反應腔體的內側突出形成，用于防止包含于所述流體的氣泡位于所述光測定區域內。2.根據權利要求1所述的微流控芯片，其特征在于， 所述氣泡去除部由所述反應腔體的底面向上至分隔規定間距的位置形成。3.根據權利要求2所述的微流控芯片，其特征在于， 所述氣泡去除部由平坦面與傾斜面構成，其中，所述平坦面，位于所述氣泡去除部的中央;所述傾斜面，由所述平坦面的圓周延伸，與所述微流控芯片上部的里面連接。4.根據權利要求2所述的微流控芯片，其特征在于， 所述氣泡去除部具有氣泡收集部，由所述氣泡去除部的下端面中至少一區域凹陷形成。5.根據權利要求2所述的微流控芯片，其特征在于， 還包括:氣泡收集部，沿著所述氣泡去除部的圓周中至少一部分而由所述微流控芯片上部的里面凹陷形成。6.根據權利要求1所述的微流控芯片，其特征在于， 所述微流控芯片包括: 平板形狀的第一板； 第二板，配置于所述第一板的上部，具有所述反應腔體;及 第三板，配置于所述第二板的上部，形成有所述氣泡去除部。7.根據權利要求6所述的微流控芯片，其特征在于， 在所述第三板上具有與所述反應腔體的兩末端連接的所述流體的流入部及流出部。8.根據權利要求1所述的微流控芯片，其特征在于， 所述微流控芯片的至少一部分由具有透光性的塑料材質構成。9.一種分析裝置，其包括: 微流控芯片，根據權利要求1至8中任一項制造;及 光檢測模塊，將光照射至所述微流控芯片，而檢測由所述光測定區域釋放的光信號，以用于實時測定所述反應腔體內的反應產物。
【文檔編號】G01N33/48GK105980863SQ201580007655
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年2月9日
【發明人】金成佑, 卞在榮, 金德中
【申請人】納米生物系統株式會社