센서칩 및 유로시스템

Fig. 3-7 Beampass, when using 2-degree tilt prims sensorchip

Fig. 3-8 Antigen-antibody binding dynamics response using 2-degree tilt prims sensorchip

(2) 사다리꼴 프리즘 센서칩

2도 경사진 프리즘 센서칩 구조는 빛을 쉽게 분리할 수 있는 장점이 있는 반면 2도 경사진 금형 구조의 깊이만큼 질병진단용 시험편과 프리즘의 단차가 발생하기 때문에 상대적으로 완충용액의 소모량이 많고 Fig. 3-8에서 확인할 수 있듯이 유로의 높이가 커지는 단점이 있다. 따라서 고굴절률(n = 1.5 ~ 1.8) 광학유리를 이용한 사다리꼴 프 리즘 센서칩 구조를 개발하였으며, 제작된 구조는 Fig. 3-9와 Fig. 3-10과 같다. 선정 된 고굴절률 소재는 일반적으로 렌즈에도 많이 사용되는 광학 유리의 재료로 BK7 (n = 1.517), SF10 (n = 1.728)이다.

앞서 설명한 바와 같이 프리즘 경계면과 완충용액 사이에서 반사된 빛은 노이즈 및 에러가 되기 때문에 원하는 측정신호만을 광검출기를 통해 측정해야 한다. 고굴절률 프리즘 센서칩 구조는 프리즘 경계면과 완충용액 사이에서 반사된 빛이 프리즘 윗면에 서 전반사 조건을 충족하도록 설계하였으며, 빛 분리의 모사도는 Fig. 3-11과 Fig.

3-12와 같다.

Fig. 3-9 Trapezoid prism sensorchip of BK7 material

Fig. 3-10 Trapezoid prism sensorchip of SF10 material

Fig. 3-11 Light separation of Trapezoidal sensorchip ; BK7 material

Fig. 3-12 Light separation of Trapezoidal sensorchip ; SF10 material

(3) 미세유로 프리즘 센서칩

미세유로 프리즘 센서칩 구조는 완충용액 또는 항원․항체 바이오 시료를 주입 시 프 리즘 센서칩 내부에 미세유로를 가공하여 시료 소모량이 최소화 될 수 있도록 설계하 였다. 또한 사다리꼴 프리즘 센서칩과 같이 고굴절률 소재를 사용하여 완충용액과 센 서칩 경계면에서 반사된 빛을 분리할 수 있도록 미세유로 프리즘의 높이 및 입사각을 고려하였다. 센서칩의 재질은 홀 가공을 위한 마이크로 드릴링을 용이하며 강도 및 투

과율이 높은 PMMA(Poly Methyl Methacrylate) 재질로 선정하였다.

Fig. 3-13은 설계된 구조물의 3-D 모델 및 제작된 미세유로 프리즘 센서칩을 나타낸 다. 또한 Fig. 3-14는 미세유로 프리즘 센서칩을 이용한 빛 분리를 나타내며, 사다리 꼴 프리즘 센서칩과 마찬가지로 센서칩 윗면의 전반사 조건을 충족시킴으로써 빛이 분 리되어진다.

Fig. 3-13 Micro-fluidics prism sensorchip

Fig. 3-14 Light separation of micro-fluidics prism sensorchip

3.2.2.2 수직입사형 센서칩 구조

(1) 사출 금형 수직입사형 센서칩

고감도 실시간 타원편광측정기는 면역 및 질병진단을 위해 측정 시 수반될 수 있는 에러를 최소화함으로써 고정밀도의 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한 비표지 실시간 접

생 할 수 있다. 따라서 항원․항체 반응의 신뢰성은 세척 과정을 통해 향상될 수 있다.

본 수직입사형 센서칩은 제작단가와 오염방지 및 상용화를 고려하여 사출 금형 기법을 적용하였다. 사출 금형에 사용되는 재질은 광투과성(가시광선 영역의 93% 이상)이 높 고, 바이오물질과 반응이 없는 COC(Cyclic Olefin Copolymer) 재질을 선택하였다. 사 출 금형 제작 과정은 사출을 위한 금형틀 개발, COC 재질의 용융 및 주입, 냉각 및 표 면 가공의 순서로 제작되었다. Fig. 3-15는 개발된 사출 금형 수직입사형 센서칩을 나 타낸다.

Fig. 3-15 Vertical incidence type sensorchip of mold

Fig. 3-16은 사출 금형 수직입사형 센서칩의 광경로를 나타낸다. 수직입사형 구조는 프리즘 구조와 같이 프리즘과 완충용액 경계면에서 반사되는 빛이 없고, 입사면에 수 직으로 빛이 입사하여 측정 시료에 반사되기 때문에 보다 정확한 시료의 정보를 측정 할 수 있다.

Fig. 3-16 Light separation of vertical incidence type sensorchip of mold

(2) 분할 접합 수직입사형 센서칩

대표적인 광학 재질(BK7, SF10, FS)의 프리즘은 플라스틱 계열과 같은 재질에 비해 정밀 기계 가공이 매우 어려운 단점이 있다. 특히, 바이오 접합동특성 센서칩은 마이 크로 유로 및 질병진단용 시험편 사이즈(1cm×1cm)에 지배적인 영향을 받기 때문에 미 세 가공이 필요하다. 하지만 글라스 계열의 기계가공은 수 밀리미터 이하의 가공 시 글라스의 파손 발생률이 높고, 광을 이용하는 측정이기 때문에 표면 폴리싱으로 인한 설계 오차가 추가적으로 발생된다. 따라서 분할 접합 수직입사형 센서칩 제작은 소형 프리즘을 제작하여 이를 UV 접합함으로써 센서칩을 제작하도록 설계되었다. 센서칩에 사용된 재질은 석영유리 중에서도 우수한 FS(Fused Silica) 재질을 선정하였다. Fig.

3-17은 분할 접합 수직입사형 구조 및 형상을 나타낸다.

Fig. 3-17 Vertical incidence type sensorchip by Division/adhesion

3.2.2.3 유로시스템

질병진단용 시험편의 항원․항체 접합 동특성 측정은 버퍼 용액 및 다양한 시료(용 액)을 주입하고, 이에 따른 반응을 측정한다. 따라서 생체 물질의 접합 동특성을 모사 하기 위하여 SPR(Surface Plasmon Resonance) 기법에서 일반적으로 사용되는 유로시스 템을 적용하였다. 유로시스템의 구성은 밸브와 실린지 펌프로 구성되어 있다. Fig.

3-18은 버퍼 용액이 질병진단용 시험편에 주입될 경우 밸브 위치(position)를 나타내

시료 용액이 주입되며 (6 – 3)의 튜브(storage line)에 저장된다. 이 후 Fig. 30과 같 이 밸브를 회전하게 되면 (6 – 3) 튜브에 저장되어 있는 시료 용액이 질병진단용 시험 편에 흐르게 되며 유로 방향은 (2→3→6→1)로 형성된다. 질병진단용 시험편의 동특성 평가는 버퍼 용액 및 시료 용액이 주입되는 동안 실시간으로 광검출기를 통해 편광 변 화 신호를 측정하게 된다. Fig. 3-19는 SPR에서 보편적으로 사용되고 있는 시료 용액 주입에 따른 시퀀스를 나타내며, 본 개발 장비의 원리와 동일하다.

`

(a) Position 1 (a) Position 2 Fig. 3-18 flow of valve system position

(a) Flow-injection ; buffer

(a) Flow-injection ; sample

(a) Flow-injection after rotating valve system ; injection sample Fig. 3-19 Flow Injection sequence according to rotating valve system

(*source : www.bionavis.com, Flow injection analysis)