랩온어칩
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1. 개요
랩온어칩(Lab-on-a-chip, LOC)은 1979년 처음 개발된 분석 시스템으로, 미세유체공학 및 MEMS 기술을 활용하여 칩 상에서 소량의 액체 시료를 다루는 기술이다. 랩온어칩은 화학 분석, 환경 모니터링, 의료 진단 등 다양한 분야에 적용되며, 특히 의료 자원이 부족한 지역에서 전염병 진단에 유용하게 사용될 수 있다. 랩온어칩의 장점은 소량의 시료 사용, 빠른 분석 시간, 높은 처리량 등이며, 3D 프린팅 기술을 활용하여 제작 비용을 낮추는 연구가 진행되고 있다.
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랩온어칩 | |
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개요 | |
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유형 | 미세 유체 장치 |
상세 정보 | |
정의 | 실험실 기능을 칩 하나에 통합하는 장치 |
응용 분야 | 진단학 화학 생물학 환경 모니터링 |
관련 기술 | |
관련 분야 | 미세 유체 공학 나노 기술 생명 공학 |
추가 정보 | |
장점 | 소형화 자동화 고처리량 분석 낮은 시약 소비 빠른 분석 시간 |
단점 | 복잡한 설계 및 제조 높은 초기 비용 제한된 응용 분야 |
2. 역사
마이크로기술의 발명(≈1954년) 이후, 마이크로 전자 칩을 위한 집적된 반도체 구조를 구현하기 위해 이러한 리소그래피 기반 기술들은 곧 압력 센서 제조(1966년)에도 적용되었다. CMOS 호환성 제한적인 공정들의 추가적인 개발로 인해, 실리콘 웨이퍼 내에서 마이크로미터 또는 서브마이크로미터 크기의 기계적 구조를 만들 수 있게 되었는데, 이것이 바로 미세전자기계 시스템(MEMS) 시대의 시작이었다.
압력 센서, 에어백 센서 및 기타 기계적으로 움직일 수 있는 구조 외에도 유체 처리 장치가 개발되었다. 채널(모세관 연결), 믹서, 밸브, 펌프 및 투약 장치가 그 예시이다. 최초의 LOC 분석 시스템은 1979년 스탠퍼드 대학교의 S.C. 테리가 개발한 가스 크로마토그래피였다.[2][3] 1980년대 말과 1990년대 초, 유럽의 몇몇 연구 그룹이 마이크로펌프, 유량 센서 및 분석 시스템을 위한 통합 유체 처리 개념을 개발하면서 LOC 연구가 본격적으로 성장하기 시작했다.[4] 이러한 μTAS 개념은 실험실 규모에서 수행되는 전처리 단계를 통합하면 단순한 센서 기능에서 완전한 실험실 분석으로 확장될 수 있음을 보여주었다.
1990년대 중반, μTAS 기술이 유전체학 응용 분야(예: 모세관 전기 영동, DNA 마이크로어레이)에 유용한 도구로 나타나면서 연구 및 상업적 관심이 크게 증가했다. 특히 DARPA(방위고등연구계획국)는 생물학전 및 화학전 물질 탐지를 위한 휴대용 시스템 개발에 관심을 가지면서 연구 지원을 늘렸다. "랩온어칩"이라는 용어는 분석을 위한 실험실 공정 통합뿐만 아니라 개별 구성 요소의 특성, 다른 비분석 실험실 공정에의 적용 가능성까지 고려하여 도입되었다.
LOC의 적용은 아직 초기 단계이지만, 화학 분석, 환경 모니터링, 의료 진단, 세포학 뿐만 아니라 제약 분야의 신속 스크리닝 및 마이크로 반응기와 같은 합성 화학 분야에서도 기업과 연구 그룹의 관심이 증가하고 있다.
2. 1. 개발 초기

1979년 스탠퍼드 대학교에서 처음으로 개발되었으나[2][3] 실용화는 더디게 진행되었다. 1990년대에 들어서야 미세유체공학(microfluidics)와 관련된 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 기존의 분석 기술에 접목시켜 수 나노리터(nanoliter)에 해당하는 적은 양의 액체 시료를 칩 상에서 다룰 수 있게 되었다.
랩온어칩의 미세한 유로에 액체를 흘릴 때, 유로의 직경이 작고 유속이 느리므로 레이놀즈 수가 1보다 작으며, 이로 인해 층류가 흐르므로 매우 재현성 있는 실험을 할 수 있다. 랩온어칩에는 다양한 미세 유체 제어 소자를 탑재할 수 있다. 마이크로밸브와 마이크로펌프는 1990년대에 중점적으로 연구되었으며, 2000년대 들어와서는 마이크로믹서, 광학 검출기, 전기화학 검출기 등이 개발되었다.
마이크로기술의 발명(≈1954년) 이후, 마이크로 전자 칩을 위한 집적된 반도체 구조를 구현하기 위해 이러한 리소그래피 기반 기술들은 곧 압력 센서 제조(1966년)에도 적용되었다. 이러한 일반적으로 CMOS 호환성 제한적인 공정들의 추가적인 개발로 인해, 실리콘 웨이퍼 내에서 마이크로미터 또는 서브마이크로미터 크기의 기계적 구조를 만들 수 있는 도구 상자가 생겨났는데, 이것이 바로 미세전자기계 시스템(MEMS) 시대의 시작이었다.
초기의 랩온어칩은 1970년대에 개발된 기체 크로마토그래피였다.[36]
2. 2. 1990년대 이후 발전
1979년 스탠퍼드 대학교에서 가스 크로마토그래피 랩온어칩 시스템이 처음 개발되었으나,[2][3] 실용화는 더디게 진행되었다. 1990년대에 들어서야 미세유체공학(microfluidics)과 관련된 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 기존의 분석 기술에 접목시켜 나노리터(nL) 수준의 적은 양의 액체 시료를 칩 상에서 다룰 수 있게 되었다.랩온어칩의 미세한 유로에 액체를 흘릴 때, 유로의 직경이 작고 유속이 느려 레이놀즈 수가 1보다 작으며, 이로 인해 층류가 흘러 매우 재현성 있는 실험을 할 수 있다. 랩온어칩에는 마이크로밸브, 마이크로펌프 등 다양한 미세 유체 제어 소자를 탑재할 수 있는데, 1990년대에는 마이크로밸브와 마이크로펌프가 중점적으로 연구되었고, 2000년대에는 마이크로믹서, 광학 검출기, 전기화학 검출기 등이 개발되었다.
1990년대 중반, 유전체학 응용 분야에서 모세관 전기 영동 및 DNA 마이크로어레이와 같은 기술에 μTAS(Micro Total Analysis System) 기술이 활용되면서 랩온어칩 연구 및 상업적 관심이 크게 증가했다. 또한 DARPA(방위고등연구계획국)는 생물학전 및 화학전 물질 탐지를 위한 휴대용 시스템 개발에 관심을 가지면서 연구 지원을 늘렸다.
LOC(Lab-on-a-chip)의 적용은 아직 제한적이지만, 화학 분석, 환경 모니터링, 의료 진단, 세포학 등의 분야와 제약 분야의 신속 스크리닝 및 마이크로 반응기와 같은 합성 화학 분야에서 활용도가 높아지고 있다. 앞으로 나노기술을 이용하여 유체 처리 구조를 축소하는 방향으로 연구가 진행될 것으로 예상되며, 단일 세포 감지 및 분석, 나노 센서 등을 통해 생물학적 종 및 거대 분자와의 상호 작용을 연구할 수 있을 것으로 기대된다.
글로벌 랩온어칩 시장 규모는 2021년에 56.98억달러로 추산되었으며, 2022년부터 2030년까지 연평균 성장률(CAGR) 11.5%로 성장하여 2030년에는 147.72억달러에 이를 것으로 예상된다.[13]
2. 3. 2000년대 이후 응용 분야 확장
LOC의 적용은 아직 새롭고 제한적이지만, 화학 분석, 환경 모니터링, 의료 진단 및 세포학과 같은 다양한 분야뿐만 아니라 제약 분야의 신속한 스크리닝 및 마이크로 반응기와 같은 합성 화학 분야에서도 기업과 응용 연구 그룹의 관심이 증가하고 있다. 추가적인 응용 개발 외에도, LOC 시스템 연구는 나노기술을 사용하여 유체 처리 구조의 축소 방향으로 확장될 것으로 예상된다. 서브마이크로미터 및 나노 크기의 채널, DNA 미로, 단일 세포 감지 및 분석,[5] 및 나노 센서는 생물학적 종 및 거대 분자와의 새로운 상호 작용 방식을 가능하게 할 수 있다. 이러한 장치의 다양한 측면을 다룬 많은 책이 쓰여졌으며, 여기에는 유체 수송,[6][7][8] 시스템 특성,[9] 감지 기술,[10] 및 생물 분석 응용 분야가 포함된다.[11][12]
2021년 글로벌 랩온어칩 시장 규모는 56.98억달러로 추산되었으며, 2022년부터 2030년까지 연평균 성장률(CAGR) 11.5%로 성장하여 2030년에는 147.72억달러에 이를 것으로 예상된다.[13]
3. 장점
랩온어칩(LOC)은 응용 분야에 따라 특정한 장점을 제공할 수 있다. 일반적인 장점[10]은 다음과 같다.
- 낮은 유체 소비량(폐기물 감소, 시약 비용 절감, 진단을 위한 시료량 감소)
- 짧은 확산 거리, 빠른 가열, 높은 표면적 대 부피 비율, 작은 열 용량으로 인한 더 빠른 분석 및 응답 시간
- 시스템의 빠른 응답으로 인한 더 나은 공정 제어 (예: 발열 화학 반응에 대한 열 제어)
- 많은 기능과 작은 부피의 통합으로 인한 시스템의 소형화
- 소형화로 인한 대량 병렬화, 이를 통해 고처리량 분석 가능
- 저렴한 제작 비용으로 대량 생산된 비용 효율적인 일회용 칩 가능[21]
- 부품 품질의 자동 검증 가능[22]
- 기능 통합, 더 작은 유체 부피 및 저장된 에너지로 인해 화학, 방사성 또는 생물학적 연구에 더 안전한 플랫폼
실험실에서의 혼합, 반응, 분리, 검출을 축소하여 칩 위의 마이크로 유체에서 수행한다.[35] 미소 유체 소자인 마이크로 반응기의 일종으로, 칩 위에 반도체 제조에서 길러진 미세 가공 기술을 구사하여 미세한 유로가 형성되며, 정밀 합성 기술이나 미소 유체 제어 기술을 응용한 소자로 Micro-TAS도 포함한다.
4. 단점
랩온어칩은 새로운 기술이지만 아직 완벽하게 개발되지는 못했다. 반응 과정에서 모세관 현상이나 표면 장력, 물질 간의 화학 반응 등 결과를 얻는 데 방해되는 물리적, 화학적 효과가 작은 규모에서 더 많이 일어난다. 이는 전통적인 실험 장비보다 랩온어칩에서의 실험을 더 어렵게 만든다.[23]
랩온어칩의 가장 두드러진 단점은 다음과 같다.
- 제작에 필요한 미세 제조 공정은 복잡하고 노동 집약적이며, 고가의 장비와 전문 인력을 필요로 한다.[24] 이는 저가 3D 프린팅 및 레이저 각인에 대한 최근 기술 발전을 통해 극복할 수 있다.
- 복잡한 유체 구동 네트워크는 여러 펌프와 커넥터를 필요로 하며, 미세한 제어가 어렵다. 이는 신중한 시뮬레이션, 에어백 내장 칩과 같은 고유 펌프를 사용하거나, 펌핑을 대체하기 위해 원심력을 사용하여 극복할 수 있다. 예를 들어 원심 미세유체 바이오칩이 있다.
- 대부분의 랩온어칩(LOC)은 광범위한 사용을 위해 아직 완전히 개발되지 않은 새로운 개념 증명 응용 분야이다.[25] 실제 사용 전에 더 많은 검증이 필요하다.
- 랩온어칩(LOC)이 다루는 마이크로리터 규모에서는 모세관력, 표면 거칠기 또는 화학적 상호 작용과 같은 표면 의존적 효과가 더 지배적이다.[25] 이것은 때때로 랩온어칩(LOC)에서 실험실 프로세스를 복제하는 것을 기존 실험실 장비보다 훨씬 더 어렵고 복잡하게 만들 수 있다.
- 검출 원리는 항상 긍정적인 방식으로 축소되지 않아 낮은 신호 대 잡음비를 초래할 수 있다.
5. 칩 재료 및 제작 기술
대부분의 랩온어칩(LOC) 제작 공정은 광 식각을 기반으로 한다. 초기에는 대부분 반도체 제작 기술에서 파생된 실리콘을 이용했다. 그러나 특정 광학적 특성, 생물학적 또는 화학적 적합성, 낮은 생산 비용, 더 빠른 시제품 제작에 대한 요구로 인해 다음과 같은 새로운 공정들이 개발되었다.
- 유리, 세라믹, 금속 에칭, 증착 및 접합
- 폴리디메틸실록산 (PDMS) 가공 (예: 소프트 리소그래피)
- 화학량론적 불균형 티올-엔 중합체 (OSTEmer) 가공
- 후막 및 입체 조형 기반 3D 프린팅[14]
- 전기도금, 사출 성형 및 엠보싱을 통한 빠른 복제 방법
저렴하고 쉬운 LOC 시제품 제작에 대한 요구에 따라, PDMS 미세 유체 장치 제작을 위한 간단한 방법론인 ESCARGOT(Embedded SCAffold RemovinG Open Technology)이 개발되었다.[15] 이 기술은 3D 프린팅 등으로 제작된 용해성 스캐폴드를 이용하여 PDMS 단일 블록 내에 미세 유체 채널을 만들 수 있게 한다.[16]
LOC 분야는 리소그래피 기반 마이크로 시스템 기술, 나노 기술, 정밀 공학의 경계를 넘어서고 있다. 프린팅은 칩 제작에서 신속한 시제품 제작을 위한 확립된 방법으로 간주된다.[17]
인쇄 회로 기판 (PCB) 기판을 사용한 LOC 장치 개발은 다음과 같은 특징으로 인해 주목받고 있다. 이러한 장치는 Lab-on-PCBs (LOP)로 알려져 있다.[18] PCB 기술의 장점은 다음과 같다.
장점 |
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실험실에서 이루어지던 혼합, 반응, 분리, 검출 과정을 칩 위의 마이크로 유체에서 수행한다.[35] 이는 미소 유체 소자인 마이크로 반응기의 일종으로, 칩 위에 반도체 제조 기술을 응용하여 미세한 유로를 형성한다. 정밀 합성 기술이나 미소 유체 제어 기술을 활용한 소자로 Micro-TAS도 포함된다.
6. 분류
랩온어칩은 액체 구동 방식, 재료, 구조에 따라 다양하게 분류된다. 랩온어칩은 실험실에서 수행되는 혼합, 반응, 분리, 검출 등의 과정을 칩 위에서 마이크로 유체를 이용하여 구현한 장치이다.[35] 미소 유체 소자의 일종인 마이크로 반응기는 칩 위에 반도체 제조 기술을 활용한 미세 가공 기술로 미세한 유로를 형성하며, 정밀 합성 기술이나 미소 유체 제어 기술을 응용한 Micro-TAS 소자도 포함한다.
6. 1. 액체 구동 방식
랩온어칩은 액체 구동 방식에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.- 공기압 방식
- 진공 흡입 방식
- 주사기 펌프 방식
- 전기삼투압 방식
- 공기압 구동 펌프 방식
- 전기 젖음 방식
6. 2. 재료
랩온어칩은 사용되는 재료에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.- 연질 실리콘 PDMS 칩
- 아크릴 칩
- COC 수지 칩
- 유리 칩
최근 발표된 논문들에 따르면, 랩온어칩 연구의 약 2/3가량이 PDMS 수지를 사용했다. PDMS는 제작이 쉽고 빠르다는 장점이 있지만, 대량 생산이 어려워 주로 연구실 용도로 사용된다. 반면, 경질 플라스틱 칩은 대량 생산에 용이하지만, PDMS처럼 다양한 형태로 만들기 어렵다. 예를 들어, PDMS 칩은 다층 칩 제작이 쉬워 별다른 설비 없이도 고도의 기능을 갖는 랩온어칩을 쉽게 제작할 수 있다.
6. 3. 구조
랩온어칩은 다양한 유형이 있으나, 크게 액체 구동방식, 재료, 구조에 따라 분류할 수 있다.분류 | 내용 |
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액체 구동 방식 | 공기압 방식, 진공흡입방식, 주사기펌프방식, 전기삼투압방식, 공기압구동펌프 방식, 전기젖음방식 등 |
재료 | 연질 실리콘 PDMS 칩, 아크릴 칩, COC수지 칩, 유리칩 등 |
구조 | 이층칩, 다층칩 등 |
최근 발표된 랩온어칩 관련 논문의 약 2/3가량이 PDMS 수지를 사용한 것으로 나타났다. 연질 수지는 제작이 쉽고 빠르다는 장점이 있지만, 대량생산이 어려워 주로 연구실 용도로 사용된다. 반면, 경질 플라스틱 칩은 대량생산에 용이하지만, PDMS처럼 다양한 형태로 만들기 어렵다. 특히 PDMS 칩은 다층칩 제작이 쉬워 별다른 설비 없이도 고도의 기능을 갖는 랩온어칩을 쉽게 제작할 수 있다는 장점이 있다.
7. 응용
랩온어칩은 과학 실험, 의학 및 보건, 생명 과학 등 다양한 분야에 응용되는 기술이다.
분야 | 설명 |
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과학 실험 | 유체역학적 거동 관찰, 단백질 결정학, DNA 분석, 단백질 분석, 화학 분석 및 합성 등에 활용된다. |
의학 및 보건 | 현장 검사 장치 개발, 전염병 진단 및 관리, HIV 감염 관리 등에 활용된다. |
생명 과학 | 화학 분석, 환경 모니터링, 의료 진단, 세포학, 합성 화학, 나노기술 등과 결합하여 활용된다. |
기타 | 가정 보안 (휘발성 유기 화합물(VOC) 자동 모니터링) 등에도 활용될 수 있다. |
각 분야에 대한 자세한 내용은 하위 섹션을 참고할 수 있다.
7. 1. 과학 실험
랩온어칩은 다음과 같은 다양한 과학 실험에 활용된다.- 유체역학적 거동 관찰:
- 1자유로 칩: 유체 흐름을 관찰한다.
- Y자 유로칩: 두 액체를 합쳐 층류 현상 및 확산 현상을 연구한다.
- 열십자 유로칩: 전기영동에 사용된다.
- 하이드로다이나믹 포커싱칩: 유로를 좁혀 세포 수를 측정한다.
- 단백질 결정학: 긴 뱀 모양 유로에 용해된 단백질을 주입, 유로를 따라 결정화되도록 한다.
- DNA 분석: 좁고 긴 유로에 DNA 절편 혼합액을 주입하고 고압 직류 전기를 가해 염기수에 따라 DNA를 분리한다.
- 단백질 분석: 항원항체 반응을 이용한 ELISA 분석법을 랩온어칩 위에서 구현한다.
- 화학 분석 및 합성: 미세 유로에서 화학 합성이나 분석을 수행한다.
이 외에도 랩온어칩은 생물학, 환경, 식품화학, 의학진단, 약학 등 다양한 분야에서 활용되며, 최근에는 나노기술과 결합하여 나노물질 합성 및 분석에도 사용된다. 랩온어칩 장치는 애기장대의 꽃가루관 유도를 특성화하는 데 사용될 수 있으며, 식물 과학 연구를 위해 꽃가루 조직과 배주를 배양할 수 있는 소형 장치로 활용된다.[34]
7. 2. 의학 및 보건
랩온어칩 기술은 세계 보건 개선, 특히 현장 검사 장치 개발에 중요한 역할을 할 수 있다. 의료 자원이 부족한 국가에서는 선진국에서 치료 가능한 전염병이 종종 치명적인 경우가 많다. 어떤 경우에는 의료 시설이 특정 질병을 치료할 약품을 갖추고 있지만, 약품을 투여해야 하는 환자를 식별할 진단 도구가 부족한 상황도 발생한다. 많은 연구자들은 랩온어칩(LOC) 기술이 이러한 문제를 해결할 강력한 새로운 진단 도구가 될 수 있다고 믿고 있다.[26][27]이러한 목표를 위해 연구자들은 의료 자원이 부족한 진료소의 의료 제공자가 미생물 배양 분석, 면역 분석, 핵산 분석과 같은 진단 검사를 실험실 지원 없이 수행할 수 있도록 돕는 마이크로유체 칩을 개발하고 있다.
하지만 칩이 자원 부족 지역에서 사용되기 위해서는 여러 과제를 해결해야 한다. 선진국에서는 진단 도구의 가장 중요한 특성으로 속도, 민감도, 특이도를 꼽지만, 의료 인프라가 덜 발달된 국가에서는 사용 편의성과 보존 기간과 같은 속성도 고려해야 한다. 예를 들어, 칩과 함께 제공되는 시약은 칩이 온도 조절 환경에 보관되지 않더라도 수개월 동안 효과를 유지할 수 있도록 설계되어야 한다. 또한 칩 설계자는 어떤 재료와 제작 기술을 사용할지 선택할 때 비용, 확장성, 재활용 가능성을 염두에 두어야 한다.
가장 두드러지고 잘 알려진 LOC 장치 중 하나는 종이 기반 미세 유체 기술을 사용하는 가정용 임신 진단 키트이다.
LOC 연구는 세균(예: 세균뇨증) 또는 바이러스(예: 인플루엔자)에 의해 발생하는 흔한 전염병을 진단하고 관리하는 방법과도 관련이 있다. 세균뇨증(요로 감염)을 진단하는 표준 방법은 미생물 배양이다. 최근 랩온어칩 기술을 기반으로 한 연구인 Digital Dipstick[28]은 미생물 배양을 딥스틱 형태로 소형화하여 현장 진료에서 사용할 수 있게 했다. 랩온어칩 기술은 바이러스 감염의 진단 및 관리에도 유용할 수 있는데, 2023년 연구자들은 LoCKAmp라고 불리는 RT-LAMP 랩온어칩 시스템의 작동 프로토타입을 개발하여 SARS-CoV-2 검사 결과를 3분 이내에 제공했다.[29][30]
HIV 감염 관리는 랩온어칩이 유용할 수 있는 또 다른 분야이다. 오늘날 전 세계적으로 약 3,690만 명이 HIV에 감염되어 있으며, 이 중 59%가 항 레트로바이러스 치료를 받고 있다. HIV 감염자 중 자신의 상태를 알고 있는 사람은 75%에 불과했다.[31] 사람의 혈액 내 CD4+ T 림프구 수를 측정하는 것은 HIV 감염 여부를 판단하고 HIV 감염의 진행 상황을 추적하는 정확한 방법이다. 현재 유세포 분석은 CD4 수치를 얻는 표준 방법이지만, 훈련된 기술자와 값비싼 장비가 필요하기 때문에 대부분의 개발도상국에서는 사용할 수 없는 복잡한 기술이다. 하지만 최근에는 단 5달러에 이와 같은 유세포 분석기를 개발하기도 하였다.[32]
최근에는 오가노이드 칩으로 기존의 인공 장기로는 재현할 수 없었던 생체의 기능을 재현하는 것이 가능하며, 동물 실험의 대체 선택지로서도 개발이 진행되고 있다.[36][37]
인체의 기능을 재현하기 위해 여러 개의 장기 칩을 집적화한 인체 칩 개발이 진행되고 있다.[38][39]
7. 3. 생명 과학
2000년대 들어와 랩온어칩은 생물학 분야를 넘어 환경, 식품화학, 의학진단, 화학분석, 합성화학, 약학 등 광범위한 분야에서 연구되고 있다. 또한 유체역학 거동을 살피는 유용한 실험 도구로 사용되기도 하며, 최근에는 나노기술과 결합하여 나노물질 합성 및 분석에도 활용된다.[2]
랩온어칩(LOC)의 적용은 아직 새롭고 제한적이지만, 화학 분석, 환경 모니터링, 의료 진단, 세포학뿐만 아니라 제약 분야의 신속한 스크리닝 및 마이크로 반응기와 같은 합성 화학 분야에서도 기업 및 연구 그룹의 관심이 증가하고 있다. 추가적인 응용 개발 외에도, LOC 시스템 연구는 나노기술을 이용하여 유체 처리 구조를 축소하는 방향으로 확장될 것으로 예상된다. 서브마이크로미터 및 나노 크기의 채널, DNA 미로, 단일 세포 감지 및 분석,[5] 나노 센서는 생물학적 종 및 거대 분자와의 새로운 상호 작용 방식을 가능하게 할 수 있다.
2021년 글로벌 랩온어칩 시장 규모는 56.98억달러로 추산되었으며, 2022년부터 2030년까지 연평균 성장률(CAGR) 11.5%로 성장하여 2030년에는 147.72억달러에 이를 것으로 예상된다.[13] 랩온어칩 장치는 ''애기장대''의 꽃가루관 유도를 특성화하는 데 사용될 수 있다. 구체적으로, 식물 칩은 식물 과학 연구를 위해 꽃가루 조직과 배주를 배양할 수 있는 소형 장치이다.[34]
최근에는 오가노이드 칩을 통해 기존의 인공 장기로는 재현할 수 없었던 생체 기능을 재현하는 것이 가능해졌으며, 동물 실험의 대체 수단으로도 개발이 진행되고 있다.[36][37]
인체 칩 개발은 인체 기능을 재현하기 위해 여러 개의 장기 칩을 집적화하는 방식으로 진행되고 있다.[38][39]
7. 4. 기타
랩온어칩은 생물학 분야를 넘어 환경, 식품화학, 의학 진단, 화학 분석, 합성 화학, 약학 등 광범위한 분야에서 연구되고 있다.[1] 유체역학적 거동을 살피는 유용한 실험 도구로 사용되기도 하며, 최근에는 나노 기술과 결합하여 나노 물질 합성 및 분석에도 사용된다.[2]다음은 여러 유형의 랩온어칩 예시이다.
칩의 종류 | 설명 |
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유체역학적 거동 관찰 칩 | 1자유로 칩, Y자 유로칩(두 액체를 합쳐 층류 현상, 확산 현상 연구에 사용), 열십자 유로칩(전기영동에 사용), 하이드로다이나믹 포커싱칩(유로를 좁혀 세포 수 계산에 사용) 등이 있다. |
단백질 결정학 칩 | 긴 뱀 모양 유로 초입에 Y자형으로 서너 가지 액체를 혼합하여 넣고, 그중 한 입구에 용해된 단백질을 주입하여 긴 유로를 따라 용해된 단백질이 결정화되도록 한다. |
DNA 분석 칩 | 좁고 긴 유로에 각기 길이가 다른 DNA 절편 혼합액을 주입하고 고압 직류 전기를 유로 양 끝에 가하여, 전기장에서 DNA가 염기 수에 따라 분리되게 한다. |
단백질 분석 칩 | 항원-항체 반응을 이용한 ELISA 분석법을 랩온어칩 위에서 실현한다. |
화학 분석/합성 칩 | 미세 유로에서 화학 합성이나 분석을 가능하게 한다. |
8. 전망
실험실에서의 혼합, 반응, 분리, 검출을 축소하여 칩 위의 마이크로 유체에서 수행한다.[35] 미소 유체 소자인 마이크로 반응기의 일종으로, 칩 위에 반도체 제조에서 길러진 미세 가공 기술을 구사하여 미세한 유로가 형성되며, 정밀 합성 기술이나 미소 유체 제어 기술을 응용한 소자로 Micro-TAS도 포함한다.
최근에는 오가노이드 칩으로 기존의 인공 장기로는 재현할 수 없었던 생체의 기능을 재현하는 것이 가능하며, 동물 실험의 대체 선택지로서도 개발이 진행되고 있다.[36][37]
참조
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논문
Commercialization of microfluidic devices
2014-07
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논문
Silicon Micromechanical Devices
1983-04
[3]
논문
A Gas Chromatographic Air Analyzer Fabricated on a Silicon Wafer
[4]
간행물
Miniaturized total Chemical Analysis systems: A Novel Concept for Chemical Sensing
[5]
논문
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[6]
서적
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http://www.kirbyrese[...]
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[7]
서적
Theoretical Microfluidics
[8]
서적
Microflows and Nanoflows
Springer Verlag
[9]
서적
Introduction to Microfluidic
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