마이크로 전기영동 소자의 유로 면 특성에 따른 전기삼투 및 전기영동 효과에 관한 연구 = (The) effects of the properties of channel surface on electrophoretic separation efficiency in microchip electrophoresis

국문 초록 (Abstract)

마이크로 칩에서의 전기영동 실험은 기판 재료가 달라져서 유로의 특성이 바뀌면 전기 삼투적 흐름과 시료의 분리 결과가 영향을 받게 된다. 본 논문의 목적은 전기영동 마이크로 칩을 제작하는 기술을 확립하고 칩의 기판에 따른 유로 면의 특성이 전기삼투와 전기영동 분리에 미치는 영향을 조사하는 것이다. 제작된 칩의 성능을 비교하기 위해서 폴리머 계열인 polydimethyl siloxane(PDMS), polymethyl methacrylate(PMMA)와 실리카 계열인 석영, 유리를 사용하였다. 전기영동 실험에 앞서 마이크로 칩의 제작에 있어서는 기존의 유체 소자 제작 공정 기술을 보완할 수 있는 새로운 방법을 제안하여 제작상의 효율을 높였다. PDMS 칩은 사진 식각 공정으로 몰드를 제작하고 PDMS를 경화시켜 제작하였고 접합을 위해서 플라즈마처리를 하였다.
PMMA 칩의 유로의 형성을 위해 핫엠보싱 공정을 이용하였다. 이를 위한 몰드는 실리콘 이방 식각이나 도금을 통해서 제작하였다. 석영을 사용한 칩에서는 불산을 이용한 습식 식각 방법으로 유로를 형성하였고 입자분사 방법으로 저장부 기판의 제작을 용이하게 하였다. 유리칩에서는 제작 상에 있어 문제가 되는 접합방법의 보완을 위해서 비정질 실리콘을 이용하여 양극 접합하였고 실리콘 막의 보호를 위해서 산화막을 증착하여 제작하였다.
제작된 전기영동 칩의 성능분석을 위해서 전기 삼투적 흐름과 시료의 분리 결과를 분석하였다. 전기 삼투 흐름 속도의 측정을 위해서 전하를 띠지 않는 아세톤을 시료에 첨가하고 간접 검출 방법을 사용하여 검출하였다. 시료인 형광 물질의 분리를 통하여 전기 영동 실험에 있어서 각 칩의 성능을 비교할 수 있었다. 제안된 제작 방법과 실험 결과 분석을 통하여 마이크로 유체소자의 제작방법과 응용에 있어서 그 범위의 확대 가능성을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

We investigated the influence of the properties of substrate material on the separation efficiency in microchip electrophoresis. The efficiency is the function of migration time, which is affected by the electroosmotic flow (EOF), and bandwidth of an analyte. EOF is highly dependent upon the characteristics of a microchannel wall surface. We fabricated the various microchips and studied separation efficiency in microchannels composed of a single material such as glass, quartz, polydimethylsiloxane, and polymethylmethacrylate, as well as hybrid microchannels composed of different materials. New fabrication process for glass chip was suggested and some treatment is added to improve fabrication process in other chip.
We compared the separation efficiency by measuring migration times and bandwidths of EOF and analytes in each microchip.
Microchip electrophoresis was performed using laboratory-constructed capillary electrophoresis equipment. 10-mM fluorescein and 10-mM dichlorofluorescein (DCF) were separated in microchips to compare the performance in each microchip. EOF was measured using 1% acetone as a neutral marker by indirect detection method. The microchip was operated under a gated sample loading mode. The migration time of EOF in each microchip was dependent on the characteristic of microchip material. The separation and band broadening on various chip materials were compared.
More band broadening was observed in the microchip composed of hybrid material such as glass/silicon oxide membrane or PDMS/glass substrate than in the microchip of single material due to non-uniformity of surface charge density at the walls of the channel.