마이크로믹서와 리엑터로 이루어진 DNA ligaition 반응용 PDMS/유리 bio-chip 에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 MEMS(Micro Electro Mechanical System)기술을 이용하여 DNA(Deoxyribo Nucleic Acid) 라이게이션 반응(Ligation reaction)을 수행할 수 있는 PDMS(Polydimethylsioxane)와 유리로 제작된 마이크로바이오칩을 개발하였다. 칩은 노즐(Nozzle)과 필라(Pillar)가 조합된 마이크로믹서(Micromixer)와 채널타입(Channel type)의 마이크로리엑터(Microreactror)로 구성되어 있다. 제작된 칩에 시료 주입 시 PDMS의 소수성에 인해 기포가 생성되는 문제점이 발생하였다. 그래서 0.25 % PVP(polyvinypyrrolidone) 용액으로 표면처리를 하여 PDMS의 표면상태를 시간경과에 상관없이 친수성화 시켜 해결하였다. 그리고 표면처리 한 믹서의 혼합효율을 구한 후 시뮬레이션(CFD)과 비교하여 성능평가를 하였다. 실험유체로 물과 에탄올을 사용했으며 현미경에 연결된 디지털 카메라(Digital camera)로 촬영한 사진의 명암도(Intensity)를 측정하여 혼합효율을 계산하였다. 그 결과 유량이 500 일 때 약 90 %의 혼합효율을 보였으며, 우리가 제안한 노즐-필라 혼합형의 믹서가 노즐형 믹서와 필라형 믹서보다 효율이 높은 것을 알 수 있었다. 특히 유량이 50, 100 일 때 필라형의 믹서보다 10 % 이상 높게 나오는 것을 확인할 수 있었다. 최종적으로 제작된 칩에서 DNA 라이게이션 반응의 적정 반응시간을 구하는 실험을 하였다. 반응 시간을 1, 3, 5분 별로 실험한 결과 5분에서만 반응이 일어나는 것을 알 수 있었다. 그런 후 적정 반응 시간 5분에서 시료의 양을 줄이기 위해 벡터 양을 각각 1,2 씩 줄여가며 라이게이션 반응 실험을 하였지만 라이게이션 반응은 일어나지 않았다. 칩에서 라이게이션 반응 실험은 실험실에서 4시간 걸리는 반응시간을 5분으로 단축시켰다.; In this research, we developed the new PDMS/Glass based microbiochip consisted of the micromixer combined with nozzles and pillars and the microreactor of channel type for DNA ligation reaction. It was fabricated by lithography process and PDMS(polydimethysiloxane) molding method. When biochemical samples were injected into the fabricated chip, bubbles were generated in microchannel due to the hydrophobic property of PDMS. We coated inside of microchannel with 0.25% PVP(polyvinypyrrolidone) solution. As a result, the interior of microchannel kept 20 degree of contact angle independent of the time. We evaluated the mixing efficiency of the coated micromixer and compared with the simulation based on computational fluid dynamics(CFD). The result of our mixing experiment used ethanol and water was evaluated to determine the mixing efficiency by calculating the standard deviation of the pixel intensity of the observed image. And we compared our micromixer with only nozzle and only pillar type of micromixer, ours efficiency comes out being higher overall. Specially, about 10% above it is higher than only pillar type at flow rate 50, 100ul/min (Re 6, 12). We made an experiment of the DNA ligation reaction by using fabricated chip. Comparing with conventional method we shortened reaction time from 4 hours to 5 min. This micro biochip could be practically applicable to biochemical reaction with short reaction time and easy procedure.