Fabrication of Paper-based Biosensor Chip Using ...
Transcript of Fabrication of Paper-based Biosensor Chip Using ...
100
Korean Chem. Eng. Res., 59(1), 100-105 (2021)
https://doi.org/10.9713/kcer.2021.59.1.100
PISSN 0304-128X, EISSN 2233-9558
PDMS ๋ธ๋ ์ด๋ ์ฝํ ๋ฒ์ ์ด์ฉํ ์ข ์ด-๊ธฐ๋ฐ ๋ฐ์ด์ค์ผ์์นฉ ์ ์
์ ํํธ* ยท ๋ฐ์ฐจ๋ฏธ
์ ๋จ๋ํ๊ต ๊ณตํ๋ํ ํ๊ณต์๋ช ๊ณตํ๊ณผ
59626 ์ ๋ผ๋จ๋ ์ฌ์์ ๋ํ๋ก 50
(2020๋ 7์ 22์ผ ์ ์, 2020๋ 9์ 9์ผ ์์ ๋ณธ ์ ์, 2020๋ 9์ 21์ผ ์ฑํ)
Fabrication of Paper-based Biosensor Chip Using Polydimethylsiloxane
Blade Coating Method
Heon-Ho Jeong* and Chami Park
Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Chonnam National University,
50 Daehak-ro, Yeosu-si, Jeollanam-do 59626, Korea
(Received 22 July 2020; Received in revised from 9 September 2020; accepted 21 September 2020)
์ ์ฝ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ ์ ์ ๋น์ฉ์ผ๋ก ๋ถ์ ์ฅ์น ์์ด ์ง๋ณ ์ง๋จ ๋ฐ ๊ฒฝ๊ณผ๋ฅผ ๋ชจ๋ํฐ๋งํ ์ ์๋ ์ข ์ด-๊ธฐ๋ฐ ๋ถ์ ์ฅ์น(paper-based
analytical device, PAD)๋ฅผ ์ ์ํ๊ธฐ ์ํด polydimethylsiloxane (PDMS) ๋ธ๋ ์ด๋ ์ฝํ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ ์ํ์๋ค. PAD ๋์์ธ์
๋ ์ด์ ์ปคํ ๊ธฐ์ ๋ก ์ฝ๊ฒ ๋ชฐ๋์ ์ ์ฉํ ์ ์์ผ๋ฉฐ, ์ ์๋ ๋ชฐ๋๋ก ๋ธ๋ ์ด๋ ์ฝํ ์ ์ํํ์ฌ ์์ ํ ์์์ฑ ์ฅ๋ฒฝ ํ์ฑ
์ ํ์ํ ์กฐ๊ฑด์ ํ๋ฆฝํ์๋ค. ์ฝํ ์กฐ๊ฑด์ธ ์ํฌ์ ๋๊ป์ ์ข ์ด์์ ์ ์ด์๊ฐ์ ๋ฐ๋ผ PDMS ์์์ฑ ์ฅ๋ฒฝ์ ๊ตฌ์กฐ์ ์น
์์ฑ ์ฑ๋์ ํฌ๊ธฐ ๋ณํ๋ฅผ ๋ถ์ํ์ฌ ์์ ์ ์ผ๋ก ์์์ฑ ์ฅ๋ฒฝ์ ํ์ฑํ ์ ์๋ ์กฐ๊ฑด์ ์ต์ ํํ์๋ค. ์ต์ ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ ๋ฐ
ํ์ผ๋ก PAD๋ฅผ ์ ์ํ์ฌ ํน๋ณํ ๋ถ์๊ธฐ๊ธฐ ์์ด ๋จ๋ฐฑ์ง, ๋น, ๋ฉํ์ด์จ์ ๊ฒ์ถํ์ฌ ๋ฐ์ด์ค์ผ์์ ์์ฉ๊ฐ๋ฅํจ์ ์ฆ๋ช ํ์๋ค.
Abstract โ This paper proposes the polydimethylsiloxane (PDMS) blade coating method for fabrication of paper-
based analytical device (PAD) that is able to monitor the disease diagnosis and progress without special analytical
equipment. The mold that has PAD design is easily modified by using laser cutting technique. And the fabricated mold is
used for hydrophobic barrier formation by blade coating. We have optimized the stable formation of PDMS hydrophobic
barrier as blade coating condition, which is established by analyzing the structure of the PDMS hydrophobic barrier and
change of hydrophilic channel size as thickness of the ink and contact time with the chromatography paper. Based on
optimal condition, we demonstrate that PAD as biosensor can apply to detect protein, glucose, and metal ion without
special analysis equipment.
Key words: Paper chip, Blade coating, Polydimethylsiloxane, Glucose detection
โ To whom correspondence should be addressed.E-mail: [email protected] is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Com-mons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduc-tion in any medium, provided the original work is properly cited.
1. ์ ๋ก
์ข ์ด-๊ธฐ๋ฐ ๋ถ์ ์ฅ์น(paper-based analytical device, PAD)๋ ๋ถ์ํ
ํ ๋ถ์ผ์์ ์ ๋ง ๋์ ๊ธฐ์ ๋ก ์ค์ฉ์ฑ์ ์ธ์ ๋ฐ์ ๊ฐ๊ด์ ๋ฐ๊ณ ์๋ค.
PAD๋ ์ธ๋ถ ์ฅ์น์ ๋์์์ด ๋ชจ์ธ๊ด ํ์์ ํตํด ์ ์ฒด ํ๋ฆ์ ์
๋ํ๊ณ ์ฅ์น ์ ์กฐ์ ๊ฐํธํจ๊ณผ ํจ๊ป ๋ฎ์ ๋น์ฉ, ์ฌ์ฉ ํธ์์ฑ์ผ๋ก ์ธํด
์ํ ํ์ง ๊ด๋ฆฌ ๋ฐ ํ๊ฒฝ ๋ชจ๋ํฐ๋ง ๋ถ์ผ์ ์ ์ฉ๊ฐ๋ฅํ๋ฉฐ ํนํ ๋์
์ ๋ขฐ์ฑ์ด ์๊ตฌ๋๋ ์ง๋ฃ ์์ ์ง๋จ์์๋ ์์ฉ์ด ๊ฐ๋ฅํ๋ค[1-4].
PAD์ ์์ ์ํ ์ด๊ธฐ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์น์์ฑ ํฌ๋ก๋งํ ๊ทธ๋ํผ ์ฉ์ง์ ์
์์ฑ ์ฅ๋ฒฝ์ ํ์ฑํ๊ธฐ ์ํด ํฌํ ๋ฆฌ์๊ทธ๋ํผ(photo-lithography) ๊ธฐ
์ ์ ์ ์ฉํ์ฌ ๊ฐ๊ด์ก(photoresist)์ ์ ํ์ ์ผ๋ก ํจํฐ๋ํ์๋ค[5].
ํ์ง๋ง ์ด ๋ฐฉ๋ฒ์ ์์์ฑ ์ฅ๋ฒฝ ํ์ฑ๊ณผ์ ์ด ๋ณต์กํ๊ณ ๊ฐ๊ด์ก์ ๋น์ฉ์ด
๋น์ธ๋ฉฐ ํ๊ฒฝ์ ๋ฌธ์ ๊ฐ ์์ด ์ด๋ฅผ ๋์ฒดํ๊ธฐ ์ํด, ์ํฌ์ ฏ ์์นญ[6], ์ ๋จ
[7-9], ์์ค ์ธ์[10,11], ํ๋ ์ ์ธ์(flexography printing)[12], ์ค
ํฌ๋ฆฐ ์ธ์[13] ๋ฑ์ ํฌํจํ์ฌ ์ข ์ด ํจํฐ๋์ ์ํ ๋ช ๊ฐ์ง ์ ์กฐ ๋ฐฉ
๋ฒ์ด ๊ฐ๋ฐ๋์๋ค. ํ์ฌ๊น์ง ์์ค ์ธ์๋ ์นํ๊ฒฝ ์์ฌ๋ก ์ ๋ ดํ ๋น
์ฉ๊ณผ ์งง์ ์ ์ ์๊ฐ, ๋๋์์ฐ ๊ฐ๋ฅ, ์ ํฉํ ํด์๋ ๋ฑ์ ์ฅ์ ์ผ๋ก
์ธํด ๊ฐ์ฅ ๋ง์ด ์ฌ์ฉ๋๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ด๋ค[14]. ํ์ง๋ง ์์ค ์ธ์ ๋ฐฉ๋ฒ์
์ฃผ์ ๋จ์ ์ ์์ค์ ์ผ๋ถ ์ ๊ธฐ ์ฉ๋งค ๋ฐ ๊ณ๋ฉด ํ์ฑ์ ์ฉ์ก๊ณผ์ ์ฉํด
์ฑ์ผ๋ก ์ธํ ๋นํธํ์ฑ์ด๋ค[15,16]. ์ด๋ฌํ ํน์ ์ ๊ธฐ์ฉ๋งค์์ ๋นํธ
ํ์ฑ์ ์ธํฌ ์ฉํด๊ฐ ํ์ํ ๋ถ์ ๋ฐ ๋น์์ฉ์ฑ ํํ ๋ฌผ์ง์ ์ด์ฉํ๋
PDMS ๋ธ๋ ์ด๋ ์ฝํ ๋ฒ์ ์ด์ฉํ ์ข ์ด-๊ธฐ๋ฐ ๋ฐ์ด์ค์ผ์์นฉ ์ ์ 101
Korean Chem. Eng. Res., Vol. 59, No. 1, February, 2021
์ ์ฝ์ฝ๋ฌผ, ํํ ์์ฉ์ ๋ฐ ์ด์ถฉ์ ๋ถ์ ๋ฑ์ ์ผ๋ถ ์ค์ํ ์์ฉ ๋ถ์ผ์
์ PAD์ฌ์ฉ์ด ์ ํ๋๋ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ์ด๋ํ๋ค. ๋ํ ์์ฉ์ก ๊ธฐ๋ฐ์ ๊ณ
๋ฉดํ์ฑ์ ์ฉ์ก๊ณผ์ ๋น์์ฉ์ฑ์ ์๋ฌผ๋ถ์ ๋ฐ ์ง๋จ๋ถ์ผ์์์ ์์ฉ์ด
์ ํ๋์ด PAD์ ๋ฒ์ฉ์ฑ์ ํฐ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๊ฒ ๋๋ค. ๋ค๋ฅธ ํํธ์ผ๋ก,
์ํฌ์ ฏ ์ธ์๋ฅผ ํตํด ์ ํ์ ์ผ๋ก ์กธ-๊ฒ์ ์์์ฑ ์ฅ๋ฒฝ์ ํ์ฑํ
PAD๋ ์ผ๋ถ ์ ๊ธฐ ์ฉ๋งค ๋ฐ ๊ณ๋ฉด ํ์ฑ์ ์ฉ์ก์ ํฌํจํ๋ ์์ฉ์ ์
ํฉํ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ์ง๋ง ๋ช๋ช์ ์์ฝ์ฌ๋ฅ ์ฉ๋งค์๋ ์ฌ์ ํ ๋นํธํ
์ฑ์ด์๋ค[17].
PDMS (polydimethylsiloxane)์ ์ ์กฐ ์ฉ์ด์ฑ, ํฌ๋ช ์ฑ, ํ์ฑ, ๋ฎ์
์ ๊ธฐ ์ ๋์ฑ, ์์ฒด์ ํฉ์ฑ์ผ๋ก ์ธํด ๋ฏธ์ธ์ ์ฒด๊ธฐ๋ฐ์ ์ํ, ์๋ฌผํ,
์์ฝํ ์ฐ๊ตฌ์์ ๊ฐ์ฅ ๋ง์ด ์ฌ์ฉ๋๋ ์คํฉ์ฒด์ด๋ค[18-22]. ๋ํ
PDMS๋ ์ผ๋ถ ์์ฝ์ฌ(1-propanol, ethanol, methanol, phenol, ethylene
glycol, glycerol), ๋ํธ๋ฆด(acetonitrile), ์ด์นํ ๋ ์๋ฏธ๋(N-methyl-
2-pyrrolidone, N,N-dimethylformamide), ์คํญ ์ฌ์ด๋(dimethyl sulfoxide),
ํผ๋ฆฌ๋(pyridine) ๋ฑ์ ์ฉ๋งค์ ํธํ์ฑ์ด ์์ด PDMS ์์์ฑ ์ฅ๋ฒฝ์ผ๋ก
์ ์กฐ ๋ PAD๋ ๋น์์ฉ์ฑ ์ฉ๋งค๋ฅผ ํ์๋ก ํ๋ ๊ด๋ฒ์ํ ๋ถ์ ์คํ์
์ํํ๊ธฐ ์ฉ์ดํ ์ ์๋ค[23,24]. ์๋ฅผ ๋ค์ด ๋ฉํ์ฌ๊ณผ ์์ธํ ๋ํธ
๋ฆด์ ์ก์ฒด ํฌ๋ก๋งํ ๊ทธ๋ํผ ๋ฐ ๋น์์ฑ ๋ชจ์ธ๊ด ์ ๊ธฐ ์๋์์ ๊ฐ์ฅ
๋๋ฆฌ ์ฌ์ฉ๋๋ ์ฉ๋งค์ด๋ฉฐ, DMF, DMSO ๋ฐ ํผ๋ฆฌ๋๊ณผ ํจ๊ป ์ ๊ธฐ ๋ถ
์ํํ๋ถ์ผ์์๋ ๊ด๋ฒ์ํ๊ฒ ์ฌ์ฉ๋๊ณ ์๋ค[25,26]. ๋ฐ๋ผ์
PDMS๊ธฐ๋ฐ์ PAD๋ ์ด๋ฌํ ๋น์์ฑ์ฉ๋งค๊ฐ ์๊ตฌ๋๋ ๋ถ์ผ์ ์ ์ฉ์ด
๊ฐ๋ฅํ์ฌ ์์ฉ๋ฒ์๋ฅผ ๋์ฑ ๋ํ ์ ์๋ค. PDMS ๊ธฐ๋ฐ์ PAD ์์
์ฑ์ฅ๋ฒฝ ํ์ฑ์ x, y-plotter๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์ข ์ด ์์ ์ง์ ์ธ์ํ๋ ๋ฐฉ
๋ฒ์ด ์๋ค[27]. ์ด ๋ฐฉ๋ฒ์ PDMS๋ฅผ ์ด์ฉํ PAD ์ ์์ ํธ๋ฆฌ์ฑ์
์ ๊ณตํ์ง๋ง ๋ถ๊ท ์ผํ ๊ตฌ์กฐ์ ์์์ฑ ์ฅ๋ฒฝ ํ์ฑ๊ณผ ๋ ธ์ฆ์ ๋งํํ์,
๋ถ์ฌ๋๋ ๊ณ ๋ถ์์ ์ ์กฐ์ ์ ์ด๋ ค์ ๋ฑ์ ๋จ์ ์ด ์๋ค.
๋ณธ ๋ ผ๋ฌธ์์ ๊ณ ๋ถ์๋ธ๋ ์ด๋ ์ฝํ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ ์ฉํ์ฌ PDMS ๊ธฐ๋ฐ์
์นํ๊ฒฝ์ ์ธ PAD ์ ์ ๋ฐฉ๋ฒ ๊ฐ๋ฐ ๋ฐ ๋ฐ์ด์ค์ผ์์ ์์ฉํ์๋ค. ์ข
์ด์ ํ์ฑ๋๋ ์์์ฑ ์ฅ๋ฒฝ ๊ตฌ์กฐ๋ ๋ธ๋ ์ด๋ ์ฝํ ์กฐ๊ฑด์ธ ๊ณ ๋ถ์์
์ข ์ด๊ฐ์ ์ ์ด์๊ฐ๊ณผ ์ํฌ ๋๊ป์ ๋ฐ๋ผ ๋ณํํ์์ผ๋ฉฐ PAD ์ ์์
์ํ ์ต์ ์ ์กฐ๊ฑด์ ํ์ธํ์๋ค. ์ ์๋ PAD๋ฅผ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ์ ๋ณํ๋ฅผ
์ด์ฉํ ๋ถ์๋ฐฉ๋ฒ์ ์ ์ฉํ ๊ฒฐ๊ณผ ๋น, ๋จ๋ฐฑ์ง, ์ด์จ์ ํ ์ฅ์น์์ ๊ฒ
์ถ์ด ๊ฐ๋ฅํจ์ ์ฆ๋ช ํ์๋ค. ๋ฐ๋ผ์ PDMS ๊ธฐ๋ฐ์ PAD๋ ๋ฐ์ด์ค์ผ
์, ํ๊ฒฝ๋ฌผ์ง ๊ฒ์ถ, ์ง๋จ ๋ฐ ์น๋ฃ๋ถ์ผ ๋ฑ ๋ค์ํ ๋ถ์ผ์์ ์์ฉ๋
๊ฒ์ผ๋ก ๊ธฐ๋๋๋ค.
2. ์คํ ๋ฐ ๋ฐฉ๋ฒ
2-1. ์ฌ๋ฃ
PAD๋ฅผ ์ ์ํ๊ธฐ ์ํด ํฌ๋ก๋งํ ๊ทธ๋ํผ์ข ์ด(Whatman 3MM
chromatography)๋ฅผ ์ด์ฉํ์์ผ๋ฉฐ, ์์์ฑ์ฅ๋ฒฝ ํ์ฑ์ polydime-
thylsiloxane (PDMS, Sylgard 184, Dow corning, USA)์ ์ฌ์ฉํ์๋ค.
๋น๋ถ์์ ์ํด glucose oxidase, o-dianisidine, peroxidase, D-glucose๋ฅผ
์ฌ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ, ๋จ๋ฐฑ์ง ๋ถ์์ tetrabromopheno blue sodium salt
(TBPB), Bovine serum albumin (BSA)๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์๋ค. Ni์ด์จ์ ๋ถ์ํ๊ธฐ
์ํด sodium fluoride, sodium thiosulfate, dimethylglycoxine, nikel
chloride๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ ์์ฝ์ sigma-aldrich์์ ๊ตฌ๋งคํ์๋ค.
2-2. PAD ์ ์ ๋ฐฉ๋ฒ
ํฌ๋ก๋งํ ๊ทธ๋ํผ ์ข ์ด์ PDMS ์์์ฑ ์ฅ๋ฒฝ์ ํ์ฑํ๊ธฐ ์ํด ๋ธ
๋ ์ด๋ ์ฝ๋ฉ๋ฐฉ๋ฒ์ ๊ณ ์ํ์๋ค(Fig. 1). ์ฐ์ , ์ ์ฒด๊ฐ ํ๋ฅผ ์ ์๋
์น์์ฑ ์ฑ๋์ ํ์ฑํ๊ธฐ ์ํด์๋ ์ข ์ด์ ์ ํ์ ์ธ ์์์ฑ์ฅ๋ฒฝ ์ธ
์๊ฐ ํ์ํ๋ค. ์ด๋ฅผ ์ํด ์ํ๋ PAD์ ํํ๋ฅผ AutoCAD ํ๋ก๊ทธ
๋จ์ผ๋ก ๋์์ธํ์ฌ ๋ ์ด์ ๊ธฐ๊ธฐ(Laser engraving & cutting machine,
Thunder laser, NOVA24)์ ์ ๋ ฅํ๋ฉด ์ํ๋ ํํ์ ์ํฌ๋ฆด์ ์ปคํ
ํ์ฌ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ์ ์ํ์๋ค(Fig. 1A). ๋ธ๋ ์ด๋ ์ฝํ ์ ์ค๋นํ๊ธฐ ์ํด
์ปคํ ๋ ์ํ์ ์ํฌ๋ฆด์ ์ผ์ ํ ๋๊ป์ ์คํ์ด์๋ฅผ ๋ถ์ฐฉํ์๋ค
(Fig. 1B). ์ด๋ ์คํ์ด์์ ๋๊ป์ ๋ฐ๋ผ ์ฝํ ๋๊ป๋ ๋ฌ๋ผ์ง๋ค. ๊ทธ
๋ฐ ๋ค์ ์ํฌ๋ฆด ํจํด ์์ PDMS์ ๊ฒฝํ์ ๋ฅผ 10:1์ ๋น์จ๋ก ํผํฉ
ํ ๊ณ ๋ถ์ ์ฉ์ก์ ๋ถ์ด ํ ๋ธ๋ ์ด๋๋ก ์๊ฒ ์ฝํ ํ๋ค(Fig. 1C-D).
์ด ์ํ์์ ์ปคํ ๋ ์ํฌ๋ฆด๋ง ๋ฐ๋ก ๋ถ๋ฆฌ๋ฅผ ํ๋ฉด ํน์ ํจํด์๋ง
PDMS๊ฐ ์ฝํ ๋ ๋ชฐ๋๋ฅผ ์ป์ ์ ์๋ค(Fig. 1E). ๊ทธ ์์ ํฌ๋ก๋งํ
๊ทธ๋ํผ ์ข ์ด๋ฅผ ๋๊ณ ์ผ์ ํ ์๋ ฅ์ ์ฃผ๊ธฐ ์ํด ์ ๋ฆฌ๊ธฐํ์ ์์ฐจ์ ์ผ๋ก
์นํ์ PDMS๊ฐ ์ข ์ด์ ์ ์ฌ๋์ด ์นจํฌ๋ ์ ์๋๋ก ์ ์ด์ํจ๋ค
(Fig. 1F-G). ์ ์ด์๊ฐ์ด ์ง๋ ํ ๊ฐ๊ฐ์ ๋ถ๋ฆฌํ์ฌ 65 ยฐC์์ ์ฝ 4
์๊ฐ ๋์ ๊ฒฝํํ์ฌ PDMS ์์์ฑ ์ฅ๋ฒฝ์ด ์ธ์๋ ์ข ์ด๋ฅผ ์ ์ํ
์ ์๋ค(Fig. 1H).
2-3. ๋ถ์ ๋ฐฉ๋ฒ
๋ธ๋ ์ด๋์ฝํ ์กฐ๊ฑด์ ๋ฐ๋ฅธ ์์์ฑ์ฅ๋ฒฝ์ ๋ณํ๋ฅผ ๊ด์ฐฐํ๊ธฐ ์ํด
์์ฉ์ก ์ํฌ๋ฅผ ์ข ์ด์ ํก์์ํจ ํ ํ๋ฏธ๊ฒฝ(Stereo zoom microscope,
Amscope)์ผ๋ก ์ดฌ์ํ์์ผ๋ฉฐ ์ด๋ฅผ ImageJ ํ๋ก๊ทธ๋จ์ ์ด์ฉํ์ฌ ๋ถ
์ํ์๋ค. PAD๊ธฐ๋ฐ์ ๋น์๋ถ์์ ์ํ ๋ฌผ์ง๋์์ ๊ธ๋ฃจ์ฝ์ฆ
Fig. 1. Schematic diagram of PAD fabrication in the chromatogra-
phy paper by PDMS blading coating. (A) Acrylic plate mold
cutting using programmed laser. (B) Preparation of blade
coating by putting spacers on acrylic plate. (C) Loading and
blading the PDMS solution along the spacers. (D) Forma-
tion of thin PDMS layer and (E) detachment of acrylic mold
with selectively coated PDMS layer. (F-G) Assembly of chro-
matography paper and PDMS coated mold and then put the
glass slide onto the paper top. (H) Formation of hydrophobic
barrier after disassembly of paper and acrylic mold.
102 ์ ํํธ ยท ๋ฐ์ฐจ๋ฏธ
Korean Chem. Eng. Res., Vol. 59, No. 1, February, 2021
(glucose), ๋จ๋ฐฑ์ง, ๋์ผ ์ด์จ(Ni+)๋ก ์ ์ ํ์ฌ ์ํํ์๋ค. ๋น๋ถ์์
์ํด ๋จผ์ 0.6 M ์์ค๋ํ ์นผ๋ฅจ(potassium iodide) ์ฉ์ก์ ์ข ์ด์
๋น๊ฒ์ถ ์์ญ ์์ ํก์์ํจ ํ ๊ฑด์กฐ์ํจ๋ค. ๊ทธ๋ฐ ๋ค์ 5 mg/ml o-
dianisidine์ 5:1 glycose oxidase/horseradish peroxidase ํผํฉ์ฉ์ก์ ์
์ค๋ํ ์นผ๋ฅจ ์์ ํก์์ํจ ํ ๊ฑด์กฐํ์ฌ ์ค๋นํ๋ค. ๋จ๋ฐฑ์ง ๋ถ์์
pH 3.0 ์ธ 250 mM citrate buffer์ 3.3 mM tetrabromophenol blue
(TBPB)์ ์์ฐจ์ ์ผ๋ก ํก์์ ๊ฑด์กฐํ์ฌ ์ค๋นํ๋ค. ๋์ผ ์ด์จ ๋ถ์์
๋จผ์ 1 M sodium fluoride (NaF)์ 1 M sodium thiosulfate๋ฅผ ๋์ผ
๊ฒ์ถ ์์ญ ์์ ์์ฐจ์ ์ผ๋ก ํก์์ ๊ฑด์กฐํ์ฌ ์ค๋นํ๋ค. ๊ทธ ํ 0.1 M
dimethylglyoxime (DMG) ์ฉ์ก 2 ยตL๋ฅผ 5๋ฒ ํก์์ํค๋ฉฐ ๋ง์ง๋ง์ผ๋ก
ammonium hydroxide buffer (pH = 9.5)๋ฅผ ํก์์ํจ ํ ๊ฑด์กฐํ์ฌ
์ค๋นํ๋ค.
3. ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ํ ์
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ PDMS ๊ณ ๋ถ์ ๋ธ๋ ์ด๋ ์ฝํ ๊ธฐ์ ์ ์ด์ฉํ์ฌ ์ข
์ด-๊ธฐ๋ฐ์ ๋ฐ์ด์ค์ผ์์นฉ ์ ์ ๋ฐฉ๋ฒ์ ๊ฐ๋ฐํ์๋ค. ์ด๋ ์์์ฑ ์ฅ
๋ฒฝ์ ์ญํ ์ ํ๋ PDMS๋ฅผ ์ข ์ด ๋ด์ ํน์ ๋์์ธ์ผ๋ก ํ์ฑํ๋
๊ฒ์ด ์ค์ํ๋ค. PAD์ ๋์์ธ์ ๋ ์ด์ ์ปคํ ๊ธฐ๊ธฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ฝ๊ฒ
๊ตฌํ์ด ๊ฐ๋ฅํ๋ฉฐ ๋ธ๋ ์ด๋ ์ฝํ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ์ ํ์ ์ธ PDMS ์์์ฑ
์ฅ๋ฒฝ์ ํ์ฑํ๊ธฐ ์ํด์๋ ๋ ์ด์ ์ปคํ ๊ธฐ๊ธฐ๊ฐ ํ์์ ์ด๋ค. ๋ธ๋ ์ด
๋ ์ฝํ ์ ํ๋ฉด ์ ์ฒด์ ์ฉ์ก์ด ๋ํฌ๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ํ๋ฉด ํน์ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ
์ด ์๋๋ผ๋ ์ฝํ ์ ์ํํ๋ฉด ์ํ์ง ์๋ ํํ๋ก PDMS๊ฐ ์ ์ฌ๋
๋ค. ์ํ๋ ๋์์ธ์ ํน์ ๋ถ๋ถ์๋ง PDMS๋ฅผ ์ ์ฌํ๊ธฐ ์ํด์ ๋ ์ด
์ ์ปคํ ๋ ์ํฌ๋ฆด์ ๊ฐ๋ณ์ ์ผ๋ก ๋ถ๋ฆฌํ์ง ์์ ์ํ์์ PDMS ๋ธ
๋ ์ด๋ ์ฝํ ์ ์ํํด์ผ ๋๋ค(Fig. 1C-D). ๊ทธ ํ PDMS๊ฐ ์ฝํ ๋
ํ์ํ ๋ถ๋ถ์ ์ํฌ๋ฆด๋ง ๋ฐ๋ก ๋ถ๋ฆฌํ์ฌ ์ข ์ด๋ก์ ์ ์ฌ๋ฅผ ํตํด ์ํ๋
๋์์ธ์ผ๋ก PAD๋ฅผ ์ ์ํ ์ ์๋ค(Fig. 1E-H).
์ข ์ด์ ์ ์ฌ๋๋ PDMS์ ๊ตฌ์กฐ๋ ๋ธ๋ ์ด๋ ์ฝํ ๋ฐ ์ ์ฌ ์กฐ๊ฑด์
๋ฐ๋ผ ๋ฌ๋ผ์ง ์ ์๋ค. PDMS ๋ธ๋ ์ด๋ ์ฝํ ์ ๊ท ์ผํ๊ฒ ํ๊ธฐ ์ํด
๊ธฐํ ์์ชฝ ๋์ ์ผ์ ํ ๋๊ป๋ฅผ ๊ฐ๋ ์คํ์ด์๋ฅผ ๋์์ผ๋ฉฐ ์ํฌ์
์ญํ ์ ํ๋PDMS ์ฝํ ๋๊ป๋ ์คํ์ด์์ ๋๊ป์ ๋ฐ๋ผ ๋ฌ๋ผ์ง ์
์๋ค. ๋จผ์ PDMS ์ํฌ ์ฝํ ๋๊ป์ ๋ฐ๋ผ ์ข ์ด์ ์ ์ฌ๋๋ PDMS
๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ํ์ธํ๊ธฐ ์ํด ์ํฌ์ ๋๊ป๋ฅผ 0.2~0.6 mm๋ก ์กฐ์ ํ์ฌ
PAD์ ์ํ ํ ์ข ์ด์ ์ธก๋ฉด์ ๊ด์ฐฐํ์๋ค. ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ์๊ฐํ ํ๊ธฐ
์ํด ์น์์ฑ ๋ถ๋ถ์ ์์ฉ์ฑ ์ผ๋ฃ๊ฐ ํฌํจ๋ ์์ฉ์ก์ ์ข ์ด์ ํ๋ ค
ํก์์์ผ ์ด๋ฏธ์งํ ๋ฐ ๋ถ์ํ์๋ค(Fig. 2). ๊ทธ ๊ฒฐ๊ณผ ์ฝํ ๋ PDMS
์ํฌ๊ฐ ์์ ๊ฒฝ์ฐ(0.2~0.4 mm) ์ข ์ด ๋ด๋ถ๋ฅผ ํต๊ณผํ์ฌ ๋ฐ๋ํธ ๋ฉด๊น
์ง ์นจํฌํ์ง ๋ชปํ์์ผ๋ฉฐ, ์ด ๊ฒฝ์ฐ ์์์ฑ ์ฅ๋ฒฝ์ ์ญํ ์ด ๋ถ๊ฐ๋ฅํ
์ฌ ์์ฉ์ก์ด ์ฅ๋ฒฝ ์๋ซ๋ถ๋ถ์ผ๋ก ํ๋ฌ ๋์ถ์ด ๋ฐ์ํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ
์๋ค(Fig. 2A). ๋ฐ๋ฉด, ์ฝํ ๋ ์ํฌ๊ฐ ์ถฉ๋ถํ ๋๊บผ์ด 0.6 mm์์๋
PDMS ์ฅ๋ฒฝ์ด ์ข ์ด๋ด๋ถ ์ ์ฒด์ ํ์ฑ๋์ด ์์ฉ์ก์ด ํต๊ณผ๋์ง ์๋
๊ฒ์ ํ์ธํ์๋ค. ์ด ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ์ ๋์ ์ผ๋ก ๋ถ์ํ์ฌ ์ข ์ด์ ๋ด๋ถ์
ํ์ฑ๋ PDMS ์ฅ๋ฒฝ์ ๋๊ป๋ฅผ ์นจํฌ์จ(penetration rate)๋ก ๋ํ๋ด์
์ผ๋ฉฐ, ์ด๋ PDMS๊ฐ ์นจํฌ๋ ๊น์ด๋ฅผ ์ ์ฒด ์ข ์ด์ ๋๊ป๋ก ๋๋์ด ๋
ํ๋ด์๋ค. ์ด๋ 0%๋ PDMS๊ฐ ์นจํฌ๋์ง ์์ ์ข ์ด๋ฅผ ๋ํ๋ด๋ฉฐ,
50%๋ ์ ์ฒด ์ข ์ด์ ์ ๋ฐ๋ถ๋ถ๊น์ง PDMS ์ฅ๋ฒฝ์ด ํ์ฑ๋์์ผ๋ฉฐ,
100%๋ ์ข ์ด์ ์ ์ฒด ๋๊ป 0.4 mm์ PDMS ์ฅ๋ฒฝ์ด ํ์ฑ๋์์์
์๋ฏธํ๋ค. ๊ทธ ๊ฒฐ๊ณผ ์ํฌ์ ๋๊ป๊ฐ ๋๊บผ์ธ์๋ก ์นจํฌ์จ์ ์ ์ฐจ ์ฆ๊ฐ
๋๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์ด๋ฉฐ ๋๋ต 0.5 mm์ด์์ ์ํฌ ๋๊ป์์ ์์ ํ
PDMS ์ฅ๋ฒฝ์ด ํ์ฑ๋๊ณ ์์์ ํ์ธํ์๋ค(Fig. 2B). ์ด๋ ์ํฌ์
๋๊ป๊ฐ ๋ฎ์ ์กฐ๊ฑด์์ ํ์คํธ์ฐจ์ ๊ฐ์ด ํฐ ์ด์ ๋ ๊ฐ ์ข ์ด๋ง๋ค ๋ด
๋ถ ์ฌ์ ๋คํธ์ํฌ๊ฐ ์ฐจ์ด๊ฐ ์์ด PDMS ์ฉ์ก์ด ์นจํฌ๋๋ ์ ๋์ ์
ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์ฌ๊ฒจ์ง๋ค. ์ฝํ ๋ ์ํฌ๊ฐ 0.6 mm์ธ ๊ฒฝ์ฐ์๋
PDMS๊ฐ ์ข ์ด์ ์ฒด์ ์นจํฌ๋ ์ ์๋ ์ถฉ๋ถํ ์กฐ๊ฑด์ผ๋ก ์์ ์ ์ผ๋ก
์์์ฑ ์ฅ๋ฒฝ์ด ํ์ฑ๋๊ณ ์์์ ํ์ธํ์๋ค.
PAD์ ์น์์ฑ ์ฑ๋ ํ์ฑ๋ฟ๋ง ์๋๋ผ ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ์กฐ์ ํ์ฌ ์ํ๋ ๋
์์ธ์ ๊ตฌํํ ์ ์๋ ์ ์กฐ๊ณผ์ ์ ์ต์ ํํ๋ ๊ฒ์ ๋ฒ์ฉ์ฑ์ ์ํด
์ค์ํ๋ค. Fig. 3์์๋ ์ํฌ์ ๋๊ป์ ๋ฐ๋ผ ์ ์๋ PAD์ ์น์์ฑ
์ฑ๋ ๋ถ๋ถ์ ์ผ๋ฃ๋ฅผ ํ๋ ค์ฃผ์ด ์ฑ๋์ ํฌ๊ธฐ ๋ณํ๋ฅผ ํ์ธํ์๋ค. ๊ทธ
๊ฒฐ๊ณผ ์ฝํ ๋ ์ํฌ๊ฐ ๋๊บผ์ธ์๋ก ์น์์ฑ ์ฑ๋์ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ์ ์ฒด์ ์ผ๋ก
์ข์์ง๋ ๊ฒ์ ์๊ฐ์ ์ผ๋ก ํ์ธํ ์ ์๋ค(Fig. 3A). ์ฑ๋์ ํฌ๊ธฐ๋
๊ธธ์ด์ ๋๋น์์ ๋์์ ๊ฐ์ํ์์ผ๋ฉฐ ์ด๋ฅผ ์ ๋์ ์ธ ๋ถ์์ ์ํด
์น์์ฑ ์ฑ๋ ๋ถ๋ถ์ ๋ฉด์ ์ ์ธก์ ํ์ฌ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ์ป์๋ค(Fig. 3B). ๋ชจ๋
์ ์์กฐ๊ฑด์์ ํ์ฑ๋ ์น์์ฑ ์ฑ๋์ ๋ฉด์ ์ ์ด๊ธฐ ๋์์ธ์ ์น์์ฑ
์ฑ๋ ๋ถ๋ถ์ ๋ฉด์ ์ธ 60 mm2 (3 mm ร 20 mm) ๋ณด๋ค ๊ฐ์ํ์๋ค,
Fig. 2. The optimal thickness of blade coated PDMS ink on the acrylic
mold. (A) Cross-sectional views of the cured PDMS within
the paper at different ink thickness. PDMS non-patterned
region stained with pink color, indicating the hydrophilic
channel region. No staining indicate the PDMS hydrophobic
barriers. Scale bar indicates 0.4 mm. (B) Quantitative result
for penetration rate of PDMS in the paper at different ink
thickness.
PDMS ๋ธ๋ ์ด๋ ์ฝํ ๋ฒ์ ์ด์ฉํ ์ข ์ด-๊ธฐ๋ฐ ๋ฐ์ด์ค์ผ์์นฉ ์ ์ 103
Korean Chem. Eng. Res., Vol. 59, No. 1, February, 2021
ํนํ, PDMS ์์์ฑ์ฅ๋ฒฝ์ ์ญํ ์ด ๊ฐ๋ฅํ๋ 0.6 mm ์ํฌ๋๊ป ์กฐ
๊ฑด์์ ์น์์ฑ ์ฑ๋์ ๋ฉด์ ์ 28.5 mm2์ผ๋ก ๋๋ต 50% ๊ฐ์ํ์์
ํ์ธํ์๋ค. ์ด๋ PDMS ์ฉ์ก์ด ์ํฌ๋ฆด ๋ชฐ๋์์ ์ข ์ด๋ก ์ ์ฌ๋
๋ x-, y-, z-์ถ ๋ชจ๋ ๋ฐฉํฅ์ผ๋ก ์ด๋ํ๋ฉฐ ํก์๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค. ๋ฐ๋ผ์
PAD์ ์ฑ๋ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๋์์ธ์ ๋ฐ๋ผ ์ ํํ ๊ตฌํํ๊ธฐ ์ํด์๋ ์ํฌ
๋ฆด ๋์์ธ๊ณผ ํ์ฑ๋๋ ์น์์ฑ ์ฑ๋๊ณผ์ ํฌ๊ธฐ ๊ฐ์์จ์ ๋ฐ๋์ ๊ณ ๋ ค
ํ ํ์๊ฐ ์๋ค.
๋ค์์ผ๋ก ์์์ฑ ์ฅ๋ฒฝ ํ์ฑ์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ ๋ค๋ฅธ ์ค์ํ ์ ์
์กฐ๊ฑด์ ์ํฌ๋ฆด์ ๋ธ๋ ์ด๋ ์ฝํ ๋ PDMS์ ์ข ์ด์ ์ ์ด์๊ฐ์ด๋ค.
์์์ ์ํฌ์ ๋๊ป ์กฐ์ ์ PDMS ์ฅ๋ฒฝํ์ฑ์ ์ํ ์์ ์กฐ์ ์ด์
๋ค๋ฉด, ์ ์ด์๊ฐ์ PDMS์ํฌ๊ฐ ์ข ์ด์ ์์ ํ ์์์ฑ์ฅ๋ฒฝ์ ํ์ฑ
ํ ์ ์๋ ์นจํฌ ์๊ฐ์ด ๋๋ค. PDMS ์ํฌ์ ์์ด ์ถฉ๋ถํ์ฌ๋ ์นจํฌ
๋ ์ ์๋ ์๊ฐ์ด ๋ถ์กฑํ ๊ฒฝ์ฐ ์์ ํ ์์์ฑ ์ฅ๋ฒฝ ํ์ฑ์ด ์ด๋ฃจ์ด
์ง ์ ์๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ์ด๋ฅผ ์ต์ ํํ๊ธฐ ์ํด ์ํฌ์ ๋๊ป๋ ์์ ์ต์
ํ ํ์๋ 0.6 mm๋ก ๊ณ ์ ํ ์ํ์์ ์ ์ด์๊ฐ์ ๋ณํํ์ฌ PDMS
์ฅ๋ฒฝ์ ์นจํฌ์จ์ ์น์์ฑ ์ฑ๋์ ๋ฉด์ ์ ์ธก์ ํ์๋ค(Fig. 4). ๊ทธ ๊ฒฐ
๊ณผ ์ ์ด์๊ฐ์ด 120 sec๋ก ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์นจํฌ์จ์ ์ฆ๊ฐํ์์ผ๋ฉฐ ์ด
ํ๋ก๋ ์นจํฌ์จ์ด 100%์ ๋๋ฌํ์๋ค(Fig. 4A). ์์ ํ ์์์ฑ ์ฅ
๋ฒฝ์ 120 sec์์๋ ํ์ฑ์ด ๋์์ง๋ง ๊ฐ PAD๋ง๋ค ์ค์ฐจ๊ฐ ์์ด ๋ถ
์์ ํ ์ฅ๋ฒฝ์ด ํ์ฑ๋ PAD์ ๋ถ์จ์ด ๋์ ์ต์ 150 sec ์ด์์ ์
์ด์๊ฐ์ด ํ์ํจ์ ํ์ธํ์๋ค. Fig. 4B์์๋ ์ ์ด์๊ฐ์ ๋ฐ๋ผ ์น
์์ฑ ์ฑ๋์ ๋ฉด์ ์ด ๋ณํํ๊ณ ์์์ ๋ณด์ฌ์ฃผ๊ณ ์๋ค. ์ ์ด์๊ฐ์ด
์ฆ๊ฐํ ์๋ก ์น์์ฑ ์ฑ๋์ ๋ฉด์ ์ด ๊ฐ์ํ์์ผ๋ฉฐ ์ด๋ Fig. 3์์
์ํฌ์ ๋๊ป์ ๋ฐ๋ฅธ ์ฑ๋ ๋ฉด์ ๋ณํ์ ์ผ๊ด์ฑ์ด ์๋ ๊ฒฐ๊ณผ์ด๋ค. ๋ฐ
๋ผ์ PDMS ๋ธ๋ ์ด๋ ์ฝํ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ด์ฉํ์ฌ PAD๋ฅผ ์ ์ํ๊ธฐ ์ํด
์๋ ์ํฌ์ ๋๊ป์ ์ข ์ด์์ ์ ์ด์๊ฐ์ ๋ฐ๋ผ ๋ณํ๋๋ ์์์ฑ ์ฅ
๋ฒฝ์ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๋ฐ๋์ ๊ณ ๋ คํด์ผ ํ๋ค.
๋ค์์ผ๋ก, ์ต์ ํ๋ ์กฐ๊ฑด์ผ๋ก ์ ์๋ PAD์ ๊ฒ์ถ ๋ฅ๋ ฅ์ ํ์ธํ
๊ธฐ ์ํด ์์ฒด๋ฌผ์ง(BSA, ๊ธ๋ฃจ์ฝ์ค) ๋ฐ ๊ธ์์ด์จ(๋์ผ์ด์จ) ๋ถ์์
Fig. 3. The optimal thickness of blade coated PDMS ink on the acrylic
mold. (A) Top views of the PDMS cured paper at different ink
thickness. PDMS non-patterned region stained with pink color,
indicating the hydrophilic channel region. No staining region
indicates the PDMS hydrophobic barriers. Scale bar indicates
10 mm. (B) Quantitative result for hydrophilic region are in
the paper at different ink thickness.
Fig. 4. The optimal contact time of PDMS blade coated mold and
chromatography paper. (A) Quantitative result for penetra-
tion rate of PDMS in the paper at different contact time. (B)
Quantitative result for hydrophilic region are in the paper
at different contact time.
104 ์ ํํธ ยท ๋ฐ์ฐจ๋ฏธ
Korean Chem. Eng. Res., Vol. 59, No. 1, February, 2021
์ํํ์๋ค. Fig. 5A๋ 3๊ฐ์ง ๋ฌผ์ง์ ๋ถ์์ด ๊ฐ๋ฅํ๋๋ก ๋์์ธํ
PAD๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ฃผ๊ณ ์๋ค. ์ฃผ์ฑ๋์ ์ํ์ ํก์์ํค๋ฉด ๋ชจ์ธ๊ดํ์์ผ๋ก
์ธํด ์ ์ฒด๊ฐ ์ด๋ํ๋ฉฐ ์ฃผ์ฑ๋ ๋์๋ 3๊ฐ์ ๊ฒ์ถ์ฑ๋๋ก ๋๋๊ฒ ๋๋ค.
๊ฐ ๊ฒ์ถ์ฑ๋์๋ BSA, ๊ธ๋ฃจ์ฝ์ค, ๋์ผ์ด์จ์ ๋น์๊ฒ์ถํ ์ ์๋
์์ฝ์ด ํก์ ๋์ด ์๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ๋ถ์ ์ํ์ด ๊ฐ ๊ฒ์ถ์ฑ๋์ ๋๋ฌํ
๋ฉด ๊ฒ์ถ์์ฝ๊ณผ ํํ์ ๋ฐ์ํ ํ ์์ผ๋ก ๋ํ๋๊ฒ ๋์ด ํน๋ณํ ๋ถ
์๊ธฐ๊ธฐ์์ด ๊ฒ์ถ์ด ๊ฐ๋ฅํ๋ค. BSA ๊ฒ์ถ์ ๋จ๋ฐฑ๋จ ์ง๋จ์ ํ์ํ
๊ฒ์ฌ๋ก ํฉ์์ TBPB๊ฐ ๋จ๋ฐฑ์ง๊ณผ ๋ง๋ ๊ฒฐํฉํ๋ฉด ํ์ด์ ์์ ์ ์
์ค์๊ฐ ๋ฎ์์ ธ ์ฒญ์์ผ๋ก ๋ณํํ์ฌ ํ์ธํ ์ ์๋ค(Fig. 5B left). ๊ธ
๋ฃจ์ฝ์ค๋ ๋น๋จ๋ณ์ง๋จ์ ํ์ํ ๊ฒ์ฌ๋ก ํจ์๋ฐ์์ ์์ฑ๋ฌผ๋ก์ธํ
์๋ณํ๋ก ๊ฒ์ถ์ด ๊ฐ๋ฅํ๋ค. ๊ธ๋ฃจ์ฝ์ค๋ ๊ธ๋ฃจ์ฝ์ค์ฐํํจ์(glucose
oxidase)์ ๋ฐ์ํ์ฌ ๊ณผ์ฐํ์์(H2O
2)๊ฐ ์์ฑ๋๋ฉฐ ๊ณผ์ฐํํจ์
(peroxidase)๋ ๊ณผ์ฐํ์์์ ํจ๊ป ๋ฐ์ํ์ฌ o-dianisidine๋ฅผ ์ฐํ์
ํจ๋ค. ์ด๋ ์ฐํ๋ o-dianisidine์ ๋ฌด์์์ ๊ฐ์์ผ๋ก ๋ณํํ์ฌ ์
๊ฒ์ถ์ด ๊ฐ๋ฅํ๋ค(Fig. 5B middle). ๋ค์์ผ๋ก ๋์ผ์ ์์ฉ์ ๋ฐ ์์๋ฌผ
์ญ์ทจ๋ฅผ ํตํด ์ฒด๋ด๋ก ๋ค์ด์ ํผ๋ถ์งํ, ๋ฐ์ ๋ฑ ๋ ์ฑ์ ์ผ์ผํค๋ ๋ฌผ
์ง์ด๋ฏ๋ก ์์ง ๋ฐ ์ฒด๋ด์ ์กด์ฌํ๋ ๋์ผ์ ๊ฒ์ถํ ํ์๊ฐ ์๋ค. ๋
์ผ์ด์จ์ DMG์ ๊ฒฐํฉํ์ฌ ์ ์์ Ni(DMG)2๋ฅผ ํ์ฑํ์ฌ ์๊ฒ์ถ
์ด ๊ฐ๋ฅํจ์ ์ฆ๋ช ํ์๋ค(Fig. 5B right).
4. ๊ฒฐ ๋ก
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ ์ข ์ด๊ธฐ๋ฐ์ ๋ฐ์ด์ค์ผ์์นฉ์ธ PAD๋ฅผ ์ ์ํ๊ธฐ ์ํด
PDMS ๋ธ๋ ์ด๋ ์ฝํ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ ์ํ์์ผ๋ฉฐ ์์ ํ ์์์ฑ ์ฅ๋ฒฝ
ํ์ฑ์ ํ์ํ ์กฐ๊ฑด์ ํ๋ฆฝํ์๋ค. PAD ๋์์ธ์ ํ์ฅ์ฑ๊ณผ ์์จ์ฑ์
์ํด ๋ ์ด์ ์ปคํ ๊ธฐ์ ์ ์ ์ฉํ์ฌ ๋ชฐ๋๋ฅผ ์ ์ํ์ฌ ๋ธ๋ ์ด๋ ์ฝํ ์
์ํํ์๋ค. ์ฝํ ์กฐ๊ฑด์ธ ์ํฌ์ ๋๊ป์ ์ข ์ด์์ ์ ์ด์๊ฐ์ ๋ฐ๋ผ
PDMS ์์์ฑ ์ฅ๋ฒฝ์ ๊ตฌ์กฐ์ ์น์์ฑ ์ฑ๋์ ํฌ๊ธฐ ๋ณํ๋ฅผ ๋ถ์ํ์ฌ
์ต์ ์ ์กฐ๊ฑด์ ํ์ธํ ๊ฒฐ๊ณผ, ์ํฌ์ ๋๊ป ์ต์ 0.5 mm์ ์ ์ด์๊ฐ
150 sec์์ ๊ฐ์ฅ ์์ ์ ์ผ๋ก ์์์ฑ ์ฅ๋ฒฝ์ ํ์ฑํ์๋ค. ์๊ธฐ์
์ต์ ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ ๋ฐํ์ผ๋ก PAD๋ฅผ ์ ์ํ์ฌ ํน๋ณํ ๋ถ์๊ธฐ๊ธฐ ์์ด
๋จ๋ฐฑ์ง, ๋น, ๋ฉํ์ด์จ์ ๊ฒ์ถํ์ฌ ๋ฐ์ด์ค์ผ์์ ์์ฉ๊ฐ๋ฅํจ์ ์ฆ๋ช
ํ์๋ค. ๋ฐ๋ผ์, ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ํตํด ๊ฐ๋ฐํ PAD๋ ๊ณ ๊ฐ์ ๋ถ์ ์ฅ์น
์์ด ์ ์ ๋น์ฉ์ผ๋ก ์ง๋ณ ์ง๋จ ๋ฐ ์งํ์ํฉ์ ๋ชจ๋ํฐ๋งํ ์ ์์ด
ํ์์ ๋ถ๋ด ๊ฐ์ ๋ฐ ์น๋ฃ์ ์ฆ๊ฐ์ ์ธ ๋์ฒ๊ฐ ๊ฐ๋ฅํ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ธฐ๋
ํ๋ค.
๊ฐ ์ฌ
์ด ๋ ผ๋ฌธ์ 2019๋ ๋ ์ ๋ถ(๊ณผํ๊ธฐ์ ์ ๋ณดํต์ ๋ถ)์ ์ฌ์์ผ๋ก ํ๊ตญ
์ฐ๊ตฌ์ฌ๋จ-์ ์ง์ฐ๊ตฌ์ง์์ฌ์ (No. NRF-2020R1C1C1005505)์ ์ง
์์ ๋ฐ์ ์ํ๋์์ผ๋ฉฐ ์ด์ ๊ฐ์ฌ๋๋ฆฝ๋๋ค.
References
1. Martinez, A. W., Phillips, S. T., Whitesides, G. M. and Carrilho,
E., โDiagnostics for the Developing World: Microfluidic Paper-
Based Analytical Devices,โ Anal Chem, 82(1), 3-10(2010).
2. Yamada, K., Henares, T. G., Suzuki, K. and Citterio, D., โPaper-
Based Inkjet-Printed Microfluidic Analytical Devices,โ Angew
Chem Int Edit, 54(18), 5294-5310(2015).
3. Yamada, K., Shibata, H., Suzuki, K. and Citterio, D., โToward
Practical Application of Paper-based Microfluidics for Medical
Diagnostics: State-of-the-art and Challenges,โ Lab on a chip, 17(7),
1206-1249(2017).
4. Li, F., Hu, Y. T., Li, Z. M., Liu, J. C., Guo, L. and He, J. B.,
โThree-dimensional Microfluidic Paper-based Device for Multi-
plexed Colorimetric Detection of Six Metal Ions Combined with Use
of a Smartphone,โ Anal Bioanal Chem, 411(24), 6497-6508(2019).
5. Martinez, A. W., Phillips, S. T., Butte, M. J. and Whitesides, G. M.,
โPatterned Paper as a Platform for Inexpensive, Low-volume, Porta-
ble Bioassays,โ Angew Chem Int Edit, 46(8), 1318-1320(2007).
6. Abe, K., Suzuki, K. and Citterio, D., โInkjet-printed Microfluidic
Multianalyte Chemical Sensing Paper,โ Anal Chem, 80(18), 6928-
6934(2008).
7. Fenton, E. M., Mascarenas, M. R., Lopez, G. P. and Sibbett, S.
S., โMultiplex Lateral-Flow Test Strips Fabricated by Two-Dimen-
sional Shaping,โ Acs Appl Mater Inter, 1(1), 124-129(2009).
8. Nie, J. F., Liang, Y. Z., Zhang, Y., Le, S. W., Li, D. N. and Zhang,
S. B., โOne-step Patterning of Hollow Microstructures in Paper
by Laser Cutting to Create Microfluidic Analytical Devices,โ Ana-
lyst, 138(2), 671-676(2013).
9. Evans, E., Gabriel, E. F. M., Coltro, W. K. T. and Garcia, C. D.,
โRational Selection of Substrates to Improve Color Intensity and
Uniformity on Microfluidic Paper-based Analytical Devices,โ Ana-
lyst, 139(9), 2127-2132(2014).
10. Lu, Y., Shi, W. W., Jiang, L., Qin, J. H. and Lin, B. C., โRapid
Prototyping of Paper-based Microfluidics with Wax for Low-cost,
Portable Bioassay,โ Electrophoresis, 30(9), 1497-1500(2009).
11. Carrilho, E., Martinez, A. W. and Whitesides, G. M., โUnderstand-
ing Wax Printing: A Simple Micropatterning Process for Paper-
Based Microfluidics,โ Anal Chem, 81(16), 7091-7095(2009).
12. Olkkonen, J., Lehtinen, K. and Erho, T., โFlexographically Printed
Fluidic Structures in Paper,โ Anal Chem, 82(24), 10246-10250(2010).
13. Dungchai, W., Chailapakul, O. and Henry, C. S., โA Low-cost,
Simple, and Rapid Fabrication Method for Paper-based Micro-
fluidics Using Wax Screen-printing,โ Analyst, 136(1), 77-82(2011).
Fig. 5. The PAD for a multiplexed assay including protein, glucose,
and Ni2+. (A) Schematic diagram of PAD operation. The PAD
is designed to detect three type of materials. The sample
solution is absorbed into the main channel and transported
into the protein, glucose Ni2+ detection regions. (B) Positive
colorimetric detection for each 1 mg/ml BSA, 1 mg/ml D-
glucose, or 0.1 M Ni2+ solution.
PDMS ๋ธ๋ ์ด๋ ์ฝํ ๋ฒ์ ์ด์ฉํ ์ข ์ด-๊ธฐ๋ฐ ๋ฐ์ด์ค์ผ์์นฉ ์ ์ 105
Korean Chem. Eng. Res., Vol. 59, No. 1, February, 2021
14. Kim, D. H., Jeong, S. G. and Lee, C. S., โAngular-based Mea-
surement for Quantitative Assay of Albumin in Three-dimensional
Paper-based Analytical Device,โ Korean Chem Eng Res, 58(2),
286-292(2020).
15. Chen, B., Kwong, P. and Gupta, M., โPatterned Fluoropolymer
Barriers for Containment of Organic Solvents within Paper-Based
Microfluidic Devices,โ Acs Appl Mater Inter, 5(23), 12701-12707
(2013).
16. Dornelas, K. L., Dossi, N. and Piccin, E., โA Simple Method for
Patterning Poly(dimethylsiloxane) Barriers in Paper Using Con-
tact-printing with Low-cost Rubber Stamps,โ Anal Chim Acta, 858,
82-90(2015).
17. Wang, J. Y., Monton, M. R. N., Zhang, X., Filipe, C. D. M., Pelton,
R. and Brennan, J. D., โHydrophobic Sol-gel Channel Patterning
Strategies for Paper-based Microfluidics,โ Lab on a chip, 14(4),
691-695(2014).
18. McDonald, J. C. and Whitesides, G. M., โPoly(dimethylsiloxane) as
a Material for Fabricating Microfluidic Devices,โ Accounts Chem
Res, 35(7), 491-499(2002).
19. Tanaka, H., Yamamoto, S., Nakamura, A., Nakashoji, Y., Okura,
N., Nakamoto, N., Tsukagoshi, K. and Hashimoto, M., โHands-Off
Preparation of Monodisperse Emulsion Droplets Using a Poly
(dimethylsiloxane) Microfluidic Chip for Droplet Digital PCR,โ
Anal Chem, 87(8), 4134-4143(2015).
20. Baipaywad, P., Kim, Y., Wi, J. S., Paik, T. and Park, H., โSize-con-
trolled Synthesis, Characterization, and Cytotoxicity Study of Mono-
disperse Poly(dimethylsiloxane) Nanoparticles,โ J Ind Eng Chem,
53, 177-182(2017).
21. Jeong, H. H., โControlled Production of Monodisperse Polycapro-
lactone Microparticles using Microfluidic Device,โ Clean Technol,
25(4), 283-288(2019).
22. Shim, G., Jeong, S. G., Hong, W., Kang, K. K. and Lee, C. S.,
โFabrication of Fluorescent Labeled Bi-compartmental Particles
via the Micromolding Method,โ Korean Chem Eng Res, 56(6),
826-831(2018).
23. Lee, J. N., Park, C. and Whitesides, G. M., โSolvent Compatibility
of Poly(dimethylsiloxane)-based Microfluidic Devices,โ Anal Chem,
75(23), 6544-6554(2003).
24. Lee, J., Kim, M. J. and Lee, H. H., โSurface Modification of
Poly(dimethylsiloxane) for Retarding Swelling in Organic Sol-
vents,โ Langmuir : the ACS journal of surfaces and colloids, 22(5),
2090-2095(2006).
25. Riekkola, M. L., โRecent Advances in Nonaqueous Capillary
Electrophoresis,โ Electrophoresis, 23(22-23), 3865-3883(2002).
26. Bao, D. D., Millare, B., Xia, W., Steyer, B. G., Gerasimenko, A.
A., Ferreira, A., Contreras, A. and Vullev, V. I., โElectrochemical
Oxidation of Ferrocene: A Strong Dependence on the Concen-
tration of the Supporting Electrolyte for Nonpolar Solvents,โ J
Phys Chem A, 113(7), 1259-1267(2009).
27. Bruzewicz, D. A., Reches, M. and Whitesides, G. M., โLow-cost
Printing of Poly(dimethylsiloxane) Barriers to Define Microchan-
nels in Paper,โ Anal Chem, 80(9), 3387-3392(2008).