PDMS를 이용한 lab-on-a-chip 용 microfluidic channel 제작 및 유기용제와의 반응 연구
저자
발행사항
서울 : 성균관대학교 일반대학원, 2013
학위논문사항
학위논문(석사)-- 성균관대학교 일반대학원 : 신소재공학과 2013. 2
발행연도
2013
작성언어
한국어
주제어
DDC
620.11 판사항(22)
발행국(도시)
서울
기타서명
Thermal treatment of PDMS and its effectiveness on chemical resistance of microfluidic channels for lab-on-a-chip aplications
형태사항
65 p. : 삽화, 표 ; 30 cm
일반주기명
지도교수: 김형섭
참고문헌 : p. 61-63
DOI식별코드
소장기관
최근 MEMS (micro electro mechanical system) 기술에 대한 연구가 활발히 진행 되면서 MEMS 기술에 기반을 둔 여러 분야에 대한 관심도가 높아지고 있으며 그 중 Bio-MEMS 분야는 유전자 분석과 인간의 질병에 대한 치료 및 신약 개발의지에 맞물려 괄목할 만한 성장을 보이고 있다. Bio-MEMS 분야의 최종적인 시스템은 하나의 칩 위에서 모든 생체의 반응과 검출을 가능하게 하는 것으로서, 이를 가능하게 하는 랩온어칩 혹은 미세종합분석시스템 (micro total analysis system)의 분야에 연구가 집중되고 있다. 랩온어칩으로 총칭되는 이 기술은 노동 및 시간 집약적, 고비용의 기존 바이오 실험을 간편하게 대체할 수 있어 실험실의 기능을 소형 칩 위에 구현하는 차세대 바이오 분석 소자로서 주목받고 있고, 최근 정보 통신 기술과의 접목으로 응용을 넓혀 가고 있다.
본 연구에서는 PDMS를 이용한 lab-on-a-chip 용 microfluidic channel을 제작하여 PDMS의 문제점인 유기용제에 대한 화학적 저항 한계를 극복하고자, replication 과정을 마친 완성된 PDMS microfluidic channel chip을 thermal treatment를 통하여 surface modification을 하고 다양한 유기용제와의 반응 연구를 하였다. 최적의 thermal treatment의 조건을 찾기 위해 TG-DTA, FT-IR 분석을 통하여 무게 변화, 화학적 특성, 광학적 특성 분석을 함으로써 300℃의 온도를 설정하였다.
300℃의 열처리를 통해 완성된 microfluidic channel chip은 열처리 후에도 채널의 모양을 그대로 유지하였고 접합계면 역시 어떠한 결함도 발견 할 수 없었다. 또한 PDMS의 장점인 광학적 특성 역시 가시광선 영역에서 약 85% 이상의 투과도를 유지하여 chip 안에서의 시료 반응을 관찰 하는데 효과적임을 확인 하였다. 또한 microfluidic channel chip에 다섯 가지 유기용제 (Toluene, Chlorobenzene, Dichloromethane, Methanol, Acetone)를 노출 시키고 시간에 따른 표면의 변화 및 특성을 관찰 분석 하였다. 다섯 가지 유기용제 중 특히 유전자 분석의 DNA 추출과 다른 실험에 많이 쓰이는 Dichloromethane 경우 열처리 공정을 통하여 PDMS의 단점인 화학적 내성이 약한 특성을 약 50% 이상 향상 시킬 수 있음을 확인 하였다.
마지막으로 열처리 후의 microfluidic channel 안에서 정상적으로 유체가 거동을 하는지 확인하기 위하여 채널안으로 유체를 흘리고 관찰한 결과 유체는 정상적으로 거동함을 알 수 있었고, 어떠한 누설도 발견 되지 않았다. 그러나 유체의 거동에 있어서는 차이점을 발견 할 수 있었다. 열처리 공정을 통해 제작된 microfluidic channel chip 은 열처리를 하지 않은 시편 보다 더욱 친수성(hydrophilic)한 특성을 보였고 이는 유체의 거동에 더욱 효과적으로 작용할 수 있을 것으로 예상된다.
복잡한 화학요법이나 PDMS 기판의 변형 또는 오염을 필요로 하지 않고도 간단하고 쉬운 단일 공정으로 통하여 PDMS의 화학적 내성 향상에 기여할 수 있었으며, PDMS를 기반으로 하는 microfluidics의 응용 영역을 확장 기대 할 수 있다.
Lab-on-a-chip systems are finding increasing applications to chemical analysis, medical diagnosis system, drug screening, and enviromental monitoring. Conventional methods of fabricating lab-on-a-chip systems have utilized photolithography and etching techniques in glass or silicon substrate. Fabrication of lab-on-a-chip systems in poly-dimethylsiloxane(PDMS) by the replica molding method provides faster, less expensive than these conventional methods to fabricate microchips that handle aqueous solutions. Mainly the ease of fabrication, optical transparency, elasticity for movable components, and non-toxicity are among the reasons why PDMS has been popular. However, PDMS is permeable and can be swollen when exposed to aggressive organic solvents. With this known weakness, the application area of PDMS is quite limited where organic solvents are indirect contact with PDMS.
In this work, we performed a thermal treatment of PDMS as a single step, post-curing method and studied its effectiveness on the chemical resistance of PDMS, more specifically for microfluidic devices in contact with various organic solvents. When the PDMS underwent the thermal treatment at 300 °C, swelling was reduced and the surface of the PDMS microfluidic channel endured well in the extracting media such as dichloromethane. Furthermore, despite the small decrease in size after thermal treatment, both the channel shape and transparency were maintained without showing fluid leakage. The thermally-treated PDMS had more hydrophilic properties compared to the untreated PDMS. A single step post-casting process described in this work does not require complex chemical treatments or introduction of foreign materials to the host PDMS substrate, thus expanding the application area of PDMS-based microfluidics.
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