플라스틱 마이크로플루이딕 칩을 이용한 다종의 DNA 검출

Abstract

마이크로플루이딕 칩에 DNA 또는 단백질 등의 생체 분자를 선택적으로 패턴을 하는 것은 다종의 물질 검출을 위해서는 중요한 요소이다. 현재 self-assembled monolayer, microcontact printing, photolithography, dip-pen nanolithography 등의 방법을 이용하여 패턴을 만들고 있다. 그러나 이러한 방법들은 마이크로플루이딕 칩처럼 밀폐된 환경에서의 생체분자 패턴을 만드는 것이 어렵다. 기판들의 접합을 위해 플라즈마 처리, 양극 처리, 열 처리 등의 접합 방법이 사용되는데, 이런 방법을 사용하면 기판에 고정된 생체분자가 변성이 되거나 활성이 떨어져 분석 민감도가 낮아지게 된다. 이러한 문제들을 극복하기 위해서 폴리머 플라스틱 기판을 가지고 용제를 사용한 새로운 접착 방법을 고안하게 되었다. 이 방법을 사용하면 생체분자의 변성 없이 마이크로플루이딕 칩을 만들 수 있다. 다종 물질 검출의 칩을 제작하기 위해 플라스틱 기판에 선택적으로 생체 분자를 고정시켜야 하는데, 이를 위해 micromolding in capillaries 방법을 사용하였다. 다른 방법들과 달리 여러 가지 물질을 동시에 고정할 수 있고, 쉽고 간단하게 패턴을 제작하는 것이 가능하다. 먼저 원하는 채널 모양대로 마스크를 디자인하고 soft lithography 방법으로 PDMS 몰드를 제작한다. 표면 성질을 변화시킨 플라스틱 기판에 PDMS 몰드를 올려놓고 모세관 현상을 이용하여 생체분자 용액을 몰드에 주입하여 선택적으로 생체분자의 패턴이 가능하다. 덮개 플라스틱 상판에 돌기를 만들어 돌기 사이에 유체가 흐를 수 있도록 마이크로채널을 제작해야 하는데, photolithography와 hot embossing 작업을 거쳐서 플라스틱 상판에 돌기를 제작할 수 있다. 용제를 주입하여 하판과 상판을 붙이면 돌기가 있는 곳까지 용제가 흘러 플라스틱을 서로 녹이게 된다. 녹여진 플라스틱이 굳어져 상판에 있는 돌기 사이의 모양대로 칩 안에 마이크로플루이딕 채널이 생성된다. 하판에 선택적으로 패턴이 되어진 DNA의 수직방향으로 상보적인 DNA를 상판에 주입하여 hybridization을 통해 여러 가지 시료에 대한 다양한 DNA의 반응을 한 기판 상에서 확인할 수 있다. 기존의 마이크로어레이는 하나의 시료에 대해 검출할 수 있는 반면, 이런 마이크로플루이딕 칩을 이용하면 여러 시료에 대해 동시에 빠르게 검출할 수 있는 이점이 있다. 또한 마이크로채널을 원하는 모양대로 조절할 수 있어, 시료 주입 및 시료와 반응물질간의 반응을 제어할 수 있다. 이러한 방법들을 이용하여 플라스틱 마이크로플루이딕 바이오칩에 여러 생체분자를 고정하고 시료를 흘려주어 여러 가지 질병들의 존재여부를 확인하는 방법으로 응용할 수도 있다. 값싸고 대량으로 플라스틱 기판들을 제작할 수 있고, 적은 시료의 양과 빠른 반응 시간을 통해 간단하게 이용할 수 있어 병원을 이용하지 않고 본인이 직접 손쉽게 자가진단이 가능하므로 앞으로 바이오나노 테크놀로지의 여러 분야에서 다양한 응용이 기대된다.; The controlled patterning of various biomolecules in microfluidic chip is critical for the development of biochips for multiplexing analysis. There are several methods for creating patterns such as self-assembled monolayers, microcontact printing, photolithography, soft lithography, and dip-pen nanolithography. However, These techniques have problems for creating complex biomolecule patterns on a spatial area in closed environments such as microfluidic channels. Because a cover plate such as glass or silicon must be bonded to the substrate to complete the fluidic channels using air plasma treatment, anodic bonding, or thermal bonding during fabrication of the chip. Biomolecules on the substrate are usually denatured in this treatment, which may lead to decrease in the sensitivity of the analysis. To overcome this problem, a solvent assisted bonding method using a plastic microfluidic chip has been developed. This method allows the fabrication of the bonded microfluidic chip without the degradation of biomolecules. In this study, we developed a highly efficient surface modification method for immobilization of biomolecules in poly(methyl methacrylate)(PMMA) microfluidic chips and the PMMA microfluidic chip with the spatially immobilized DNA molecules in microfluidic channels was used for multiplexing DNA detection The surface of PMMA after chemical modification has been examined by atomic force microscopy(AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and fluorescent microscopy to compare it with unmodified PMMA surface.