KR101492332B1 - Specimen focusing apparatus - Google Patents

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고려대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 전기적 제어를 통해 유체 내의 시료를 포커싱하기 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 의한 시료 포커싱 장치는 시료가 포함된 용액을 저장하기 위한 저장부; 상기 저장부와 연결되어 상기 용액의 이동 경로가 형성된 채널- 상기 채널의 내벽의 적어도 일부에는 이온 선택성 물질이 패터닝됨-; 상기 저장부에 전압을 인가하는 양전극; 상기 채널의 소정 영역에 위치한 접지 전극; 및 상기 양전극 및 상기 접지 전극과 연결되어 상기 양전극 및 상기 접지 전극을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.The present invention relates to an apparatus for focusing a sample in a fluid through electrical control.
A sample focusing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a storage unit for storing a solution containing a sample; A channel coupled with the reservoir to form a path of movement of the solution, the ion selective material being patterned on at least a portion of the inner wall of the channel; A positive electrode for applying a voltage to the storage unit; A ground electrode disposed in a predetermined region of the channel; And a control unit connected to the positive electrode and the ground electrode to control the positive electrode and the ground electrode.

Description

시료 포커싱 장치{SPECIMEN FOCUSING APPARATUS}[0001] SPECIMEN FOCUSING APPARATUS [0002]

본 발명은 시료 포커싱(focsuing) 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기적 제어를 통해 유체 내의 시료를 포커싱하기 위한 장치에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a sample focussing apparatus, and more particularly to an apparatus for focusing a sample in a fluid through electrical control.

환경 모니터링, 식품 검사, 의료 진단 분야 등 다양한 응용 분야에서 시료를 분석하는 다양한 방법들이 개발되어 있으나, 기존의 검사방법은 많은 수작업과 다양한 장비들을 필요로 한다. 정해진 프로토콜(protocol)에 의한 검사를 수행하기 위하여, 숙련된 실험자가 수 회의 시약 주입, 혼합, 분리 및 이동, 반응, 원심분리 등의 다양한 단계를 수작업으로 진행해야 하며, 이러한 검사 방법은 검사결과의 오류를 유발하는 원인이 된다.Various methods have been developed for analyzing samples in various application fields such as environmental monitoring, food inspection, medical diagnosis, etc. However, existing inspection methods require many manual and various equipments. In order to carry out the inspection by the defined protocol, skilled experimenters must manually perform various steps such as injection, mixing, separation and transfer of reagents, reaction, centrifugation, etc., It causes an error.

특히, 시료의 분석을 위해 미세 유체 시스템이 사용되기도 한다. 미세유체 시스템 내에서 화학, 생체 시료는 액체의 유동에 의해 그 거동이 조절된다. 따라서 flow cytometry, cell sorting, cell patterning, micro flow switch 등에서는 이러한 유동의 포커싱이 매우 중요하다. In particular, microfluidic systems are used for analyzing samples. In a microfluidic system, the behavior of chemical and biological samples is controlled by the flow of liquid. Therefore, this flow focusing is very important for flow cytometry, cell sorting, cell patterning, and micro flow switch.

대한민국 공개특허 제10-2004-0030988호는 유입 포트와 유출 포트를 구비하는 분석 대상 유체 시료용 시료 저장소와; 상기 유입 포트를 통해 상기 저장소와 유체 연통하는 유체 시료 수납 구역과; 상기 유출 포트를 통해 상기 저장소와 유체 연통하는 과잉 유체 시료 탐지 구역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 분석용 장치가 개시된다.Korean Patent Laid-Open No. 10-2004-0030988 discloses a sample container for a fluid sample to be analyzed, which has an inlet port and an outlet port; A fluid sample receiving section in fluid communication with the reservoir through the inlet port; And an excess fluid sample detection area in fluid communication with the reservoir through the outlet port.

하지만 상기 대한민국 공개특허 제10-2004-0030988호는 시료를 포커싱하여 시료 검사를 편리하게 하는 기술에 대해서는 개시하고 있지 않다.However, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2004-0030988 does not disclose a technique for focusing a sample to facilitate sample inspection.

따라서 시료를 효율적으로 포커싱하여 시료 검사의 편리성을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 연구가 필요한 실정이다.Therefore, it is necessary to study the technology that can improve the convenience of sample inspection by efficiently focusing the sample.

본 발명의 목적은 전기적 제어를 통해 유체 내의 시료를 효율적으로 포커싱하기 위한 장치를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide an apparatus for efficiently focusing a sample in a fluid through electrical control.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예에 의하면, 시료가 포함된 용액을 저장하기 위한 저장부; 상기 저장부와 연결되어 상기 용액의 이동 경로가 형성된 채널- 상기 채널의 내벽의 적어도 일부에는 이온 선택성 물질이 패터닝됨-; 상기 저장부에 전압을 인가하는 양전극; 상기 채널의 소정 영역에 위치한 접지 전극; 및 상기 양전극 및 상기 접지 전극과 연결되어 상기 양전극 및 상기 접지 전극을 제어하는 제어부를 포함하는 시료 포커싱 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for analyzing a sample solution, comprising: a reservoir for storing a solution containing a sample; A channel coupled with the reservoir to form a path of movement of the solution, the ion selective material being patterned on at least a portion of the inner wall of the channel; A positive electrode for applying a voltage to the storage unit; A ground electrode disposed in a predetermined region of the channel; And a control unit connected to the positive electrode and the ground electrode to control the positive electrode and the ground electrode.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예에 의하면, 시료가 포함된 용액을 저장하기 위한 제1저장부; 상기 용액을 저장하기 위한 제2저장부; 상기 제1저장부 및 상기 제2저장부와 연결되어, 상기 용액의 이동 경로가 형성된 제1채널- 상기 제1채널의 내벽의 적어도 일부에는 이온 선택성 물질이 패터닝됨-; 상기 제1저장부에 전압을 인가하는 양전극; 상기 제2저장부와 연결되어 상기 제2저장부의 소정 영역에 위치한 접지 전극; 및 상기 양전극 및 상기 접지 전극과 연결되어 상기 양전극 및 상기 접지 전극을 제어하는 제어부를 포함하는 시료 포커싱 장치가 제공된다.In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, there is provided an apparatus for analyzing a sample, comprising: a first storage unit for storing a solution containing a sample; A second reservoir for storing the solution; A first channel connected to the first reservoir and the second reservoir to form a flow path of the solution, the ion selective material being patterned on at least a portion of the inner wall of the first channel; A positive electrode for applying a voltage to the first storage unit; A ground electrode connected to the second storage unit and positioned in a predetermined region of the second storage unit; And a control unit connected to the positive electrode and the ground electrode to control the positive electrode and the ground electrode.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예에 의하면, 시료가 포함된 용액을 저장하기 위한 제1저장부; 상기 용액을 저장하기 위한 제2저장부; 상기 제1저장부 및 상기 제2저장부와 연결되어, 상기 용액의 이동 경로가 형성된 제1채널- 상기 채널의 내벽의 적어도 일부에는 이온 선택성 물질이 패터닝됨-; 상기 제1저장부에 전압을 인가하는 양전극; 상기 제2저장부와 연결되어 상기 제2저장부의 소정 영역에 위치한 접지 전극; 및 상기 양전극 및 상기 접지 전극과 연결되어 상기 양전극 및 상기 접지 전극; 상기 제2저장부와 연결되어, 상기 용액의 이동 경로가 형성된 제2채널; 및 상기 제2채널의 일측에 연결되어 상기 용액의 유량을 제어하는 유량 제어부를 포함하는 시료 포커싱 장치가 제공된다.In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, there is provided an apparatus for analyzing a sample, comprising: a first storage unit for storing a solution containing a sample; A second reservoir for storing the solution; A first channel connected to the first reservoir and the second reservoir to form a path for the solution, the ion-selective material being patterned on at least a portion of the inner wall of the channel; A positive electrode for applying a voltage to the first storage unit; A ground electrode connected to the second storage unit and positioned in a predetermined region of the second storage unit; And the positive electrode and the ground electrode connected to the positive electrode and the ground electrode; A second channel connected to the second reservoir and having a flow path for the solution; And a flow controller connected to one side of the second channel to control a flow rate of the solution.

본 발명의 일실시예에 의한 시료 포커싱 장치는 전기적 제어를 통해 유체 내의 시료를 간단하게 포커싱할 수 있으므로, 시료의 검사를 편리하게 수행할 수 있다.The sample focusing device according to an embodiment of the present invention can easily focus a sample in a fluid through electrical control, and thus can easily perform a test of a sample.

본 발명의 일실시예에 의한 시료 포커싱 장치는 간단한 전기적 제어를 통해 시료의 포커싱을 수행하므로, 제조 단가를 절감할 수 있다.Since the sample focusing device according to the embodiment of the present invention performs focusing of a sample through simple electrical control, the manufacturing cost can be reduced.

도 1은 본 발명의 일실시예와 관련된 시료 포커싱 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예와 관련된 시료의 포커싱 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 다른 일실시예와 관련된 시료 포커싱 장치를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a sample focusing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining the principle of focusing a sample according to an embodiment of the present invention.
3 to 5 are views showing a sample focusing apparatus according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일실시예와 관련된 시료 포커싱 장치에 대해 도면을 참조하여 설명하도록 하겠다.Hereinafter, a sample focusing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprising ", or" comprising ", etc. should not be construed as necessarily including the various elements or steps described in the specification, Or may be further comprised of additional components or steps.

본 명세서에서 시료 포커싱(focusing)이란 시료의 탐지를 용이하게 하기 위해 시료를 일정 영역으로 집중시키는 것을 말한다. 시료 포커싱을 통해 분산된 시료가 특정 영역으로 모이게 된다.In this specification, the term "sample focusing" refers to concentrating a sample in a certain region to facilitate detection of the sample. Sample focusing causes the dispersed sample to converge to a specific area.

도 1은 본 발명의 일실시예와 관련된 시료 포커싱 장치를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a sample focusing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 시료 포커싱 장치(100)는 저장부(110), 채널(120), 양전극(130), 접지 전극(140), 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.The sample focusing apparatus 100 may include a storage unit 110, a channel 120, a positive electrode 130, a ground electrode 140, and a control unit 150.

상기 저장부(110)에는 시료를 포함하는 유체(예: 용액)이 저장될 수 있다. 시료는 전하를 가진 입자를 포함할 수 있다. 상기 전하를 가진 입자는 바이러스, 이온, 단백질, 항체, 세포 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 액체 상태의 시료는 세포배양액, 혈액, 타액, 비강스왑액, 뇌척수액, 소변 등 인체에서 추출한 시료 혹은 그 시료를 후처리한 시료, 나노입자 포함액, 항원 포함액 등 포함할 수 있다. 상기 저장부(110)는 미세 유체 시스템에 적용하기 위해 지름이 4~10mm이고, 높이가 10~50mm 정도인 실린더 형태로 제조될 수 있다.The storage unit 110 may store a fluid (e.g., a solution) including a sample. The sample may include charged particles. The charged particles may include viruses, ions, proteins, antibodies, cells, and the like. In addition, the liquid sample may include a sample extracted from a human body such as a cell culture fluid, blood, saliva, nasal swab liquid, cerebrospinal fluid, urine, a sample obtained by post-treating the sample, a nanoparticle-containing liquid, and an antigen-containing liquid. The storage unit 110 may be manufactured in the form of a cylinder having a diameter of 4 to 10 mm and a height of about 10 to 50 mm for application to a microfluidic system.

상기 채널(120)은 상기 저장부(110)와 연결되어 상기 용액의 이동 경로를 형성할 수 있다. 즉, 상기 용액은 상기 채널(120)을 통해 좌측 방향으로 이동될 수 있다. 그리고 상기 채널(120)의 내벽의 적어도 일부 영역에는 이온 선택성 물질이 패터닝(patterning)되어 있다. 이온 선택성 물질이 패터닝(patterning)되어 있다는 것은 이온 선택성 물질이 채널(120) 내벽의 적어도 일부에 코팅되어 있다는 것을 포함할 수 있다. 상기 이온 선택성 물질이 패터닝되어 있는 채널(120)의 특정 부근에서는 포커싱 영역이 형성될 수 있다. 포커싱 영역이란 시료가 집중적으로 모이는 영역을 의미한다.The channel 120 may be connected to the storage unit 110 to form a path for transferring the solution. That is, the solution may be moved in the left direction through the channel 120. An ion selective material is patterned in at least a part of the inner wall of the channel 120. The patterning of the ion selective material may include that the ion selective material is coated on at least a portion of the inner wall of the channel 120. A focusing region may be formed in a specific vicinity of the channel 120 in which the ion-selective material is patterned. The focusing area is an area where the sample is concentrated.

이온 선택성 물질의 패터닝 및 이를 이용한 시료 포커싱 원리는 후술하도록 하겠다.Patterning of ion-selective materials and principle of sample focusing using the same will be described later.

상기 채널(120)은 미세 유체 시스템에 적용하기 위해 너비가 500~1000um이고, 높이 50~150um 정도인 사이즈로 제조될 수 있다.The channel 120 may be fabricated to a width of 500-1000 um and a height of 50-150 um for application to a microfluidic system.

상기 양전극(130)은 상기 저장부(110)에 +V의 전압을 인가할 수 있다. 이 경우, 상기 양전극(130)은 상기 저장부(110)에 저장된 용액과 접촉되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 양전극(130)은 저장부(110)의 하측면에 형성된 구멍을 통해 상기 용액에 침지되어 있을 수 있다.The positive electrode 130 may apply a voltage of + V to the storage unit 110. In this case, the positive electrode 130 may be in contact with the solution stored in the storage unit 110. For example, the positive electrode 130 may be immersed in the solution through a hole formed in the lower side of the storage unit 110.

접지 전극(140)은 상기 채널(120)의 소정 영역에 위치하여 용액을 통해 흐르는 전류를 접지시킬 수 있다.The ground electrode 140 may be positioned in a predetermined region of the channel 120 to ground a current flowing through the solution.

제어부(150)는 상기 양전극(130) 및 상기 접지 전극(140)을 제어하여 전압의 인가 및 접지를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(150)는 상기 채널(120)의 일측에 연결되어 상기 용액의 유량을 제어할 수 있다. 상기 채널(120)의 일측은 채널(120)에서 저장부(110)가 위치한 곳의 반대측을 포함할 수 있다. 상기 유량 제어는 시린지 펌프, 페리스태틱 펌프 등을 이용할 수 있다. 즉, 유량 제어를 통해 상기 시료에 역학적 에너지가 인가되어 상기 시료가 좌측 방향으로 이동될 수 있다.The control unit 150 controls the positive electrode 130 and the ground electrode 140 to control the voltage application and the grounding. In addition, the controller 150 may be connected to one side of the channel 120 to control the flow rate of the solution. One side of the channel 120 may include the opposite side of the channel 120 where the storage unit 110 is located. A syringe pump, a peristaltic pump, or the like may be used for the flow rate control. That is, mechanical energy is applied to the sample through the flow rate control, so that the sample can be moved to the left.

도 2는 본 발명의 일실시예와 관련된 시료의 포커싱 원리를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining the principle of focusing a sample according to an embodiment of the present invention.

이온 선택성 물질(ion selective material)은 극성을 가지는 다공성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 이온 선택성 물질은 음전하를 띠는 물질로, nafion, 칼코겐유리(chalcogenide glass), 및 염화비닐 수지 등을 포함할 수 있다.The ion selective material may be made of a porous material having polarity. For example, the ion-selective material may be a negatively charged material, including nafion, chalcogenide glass, and vinyl chloride resin.

그리고 용액은 전하를 띠는 시료 입자(charged specimen), 양이온(cation), 음이온(anion) 등을 포함할 수 있다.And the solution may include charged specimen, cation, anion, and the like.

상기 이온 선택성 물질은 높은 전기 전도도로 인하여 시료 입자 보다는 양이온과 결합할 수 있다.The ion-selective material can bind to cations rather than to sample particles due to their high electrical conductivity.

이 경우, 시료 입자(charged specimen)를 포함하는 용액은 채널(120) 내에서 층류를 이루고 도시된 바와 같은 속도 분포(velocity profile)가 형성될 수 있다. 이로 인해, 입자간 관성 효과(inertia effect)가 다르게 나타날 수 있다.In this case, the solution containing the charged specimen forms a laminar flow in the channel 120 and a velocity profile as shown can be formed. As a result, the intergranular inertia effect may be different.

느린 유속을 가지는 채널(120)의 벽 가장자리부터 이온이 존재하지 않는 포커싱 서포터 영역(focusing supporter region)이 형성되고, 이 결과 용액(sample liquid) 속의 시료 입자(charged specimen)가 채널(120) 중심으로 포커싱 된다. 상기 포커싱 서포터 영역은 포커싱 영역을 형성하기 위해 상기 시료 입자(charged specimen)가 통과하지 못하도록 일종의 벽이 형성된 영역이라 할 수 있다. A focused supporter region in which no ions are present is formed from the wall edge of the channel 120 having a slow flow rate so that the charged specimen in the sample liquid is directed toward the center of the channel 120 Focused. The focusing supporter region may be a region in which a wall is formed to prevent the charged specimen from passing therethrough to form a focusing region.

좀 더 구체적으로, 채널(120)의 내벽에는 이온 선택성 물질이 부착된 상태에서 제어부(150)가 양전극(130)을 통해 전압을 인가해 주면, 채널(120)을 흐르는 용액 내에 포함된 양이온(cation)이 상기 이온 선택성 물질과 결합한다. 이 경우, 상기 이온 선택성 물질은 높은 전기 전도도로 인하여 시료 입자(charged specimen) 보다는 양이온과 우선적으로 결합하기 때문에, 상기 시료 입자(charged specimen)는 상기 이온 선택성 물질과는 거의 결합을 하지 않는다. 따라서 이온 선택성 물질과 양이온이 결합된 채널(120)의 벽 가장자리는 일종의 벽이 형성되어 시료 입자(charged specimen)를 포함한 액체(sample liquid)는 채널(120) 중앙 부분으로 포커싱되어 이동된다.More specifically, when the control unit 150 applies a voltage through the positive electrode 130 in a state where the ion selective material is attached to the inner wall of the channel 120, the positive ions included in the solution flowing through the channel 120 ) Binds to the ion selective substance. In this case, the ion-selective material binds preferentially to the cation rather than the charged specimen due to its high electrical conductivity, so that the charged specimen hardly bonds with the ion-selective material. Accordingly, the wall edge of the channel 120 in which the ion-selective material and the cation are combined forms a wall, and a sample liquid including the charged specimen is focused and moved to the central portion of the channel 120.

따라서 검사자는 상기 시료가 포커싱 되는 영역만을 관찰하여 시료를 분석하면, 편리하게 시료를 검사할 수 있다.Therefore, when the specimen is analyzed by observing only the region where the specimen is focused, the inspector can conveniently inspect the specimen.

한편, 양전극(130)의 전압 인가를 통해 시료가 포함된 용액에 전기가 인가되면서 전기분해에 의한 기포가 발생할 수 있다. 시료가 포함된 용액이 포커싱됨에 따라 용액 안의 구성 물질 농도 변화로 인하여 전류의 흐름이 바뀌고, 이로 인하여 전기분해에 의한 기포 발생량이 변화한다.Meanwhile, electricity may be applied to the solution containing the sample through the application of the voltage of the positive electrode 130, and bubbles due to electrolysis may occur. As the solution containing the sample is focused, the flow of current changes due to the concentration change of the constituent material in the solution, thereby changing the amount of bubbles generated by the electrolysis.

닫힌 시스템에서 발생된 기포는 튜브를 막거나 채널(120) 속에 거동하는 액체의 유량에 영향을 주어 정상 상태의 용액의 흐름을 비정상상태로 만들어 포커싱 서포터 형성에 부정적 영향을 주기 때문에, 기포의 제거가 필요하다. 본 명세서에서 닫힌 시스템이라 함은 상기 용액이 저장된 저장부가 공기와 접촉할 수 없도록 막혀진 환경을 의미한다.The bubbles generated in the closed system adversely affect formation of the focusing supporter by blocking the tube or affecting the flow rate of the liquid acting in the channel 120 to make the flow of the steady state solution abnormal, need. In this specification, a closed system means an environment in which the storage portion in which the solution is stored is blocked from being in contact with air.

이와 반대로 상기 용액이 저장된 저장부의 일측면이 공기와 접촉할 수 있도록 개방된 환경을 열린 시스템이라 한다.On the contrary, an environment in which one side of the storage part in which the solution is stored is opened to make contact with air is referred to as an open system.

상기 포커싱 장치(100)가 닫힌 시스템일 경우, 제어부(150)는 상기 용액에서 발생한 기포의 발생량에 따라 상기 용액의 유량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 기포량이 많아지면 유량을 늘리고(즉, 유속을 빠르게 함), 기포량이 적어지면 유량을 줄일 수 있다(즉, 유속을 느리게 함). 따라서 제어부(150)는 기포 발생에 따른 채널(120) 속 유량 변화 효과를 능동적으로 상쇄할 수 있다.If the focusing device 100 is a closed system, the controller 150 may control the flow rate of the solution according to the amount of bubbles generated in the solution. For example, the control unit 150 can increase the flow rate (i.e., increase the flow rate) when the amount of bubbles increases, and reduce the flow rate (i.e., slow the flow rate) when the amount of bubbles decreases. Accordingly, the control unit 150 can actively cancel the flow rate change effect in the channel 120 due to bubble generation.

도 3은 본 발명의 다른 일실시예와 관련된 시료 포커싱 장치를 나타내는 도면이다.3 is a view showing a sample focusing apparatus according to another embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 시료 포커싱 장치(300)는 제1저장부(310), 제2저장부(320), 제1채널(330), 양전극(340), 접지 전극(350), 제어부(360), 및 제2채널(370)을 포함할 수 있다.The sample focusing apparatus 300 includes a first storage unit 310, a second storage unit 320, a first channel 330, a positive electrode 340, a ground electrode 350, a control unit 360, , And a second channel (370).

상기 제1저장부(310) 및 제2저장부(320)에는 시료를 포함하는 유체(예: 용액)이 저장될 수 있다. 상기 시료 및 상기 제1저장부(310) 및 제2저장부(320)의 사이즈는 도 1에 도시된 설명이 동일하게 적용될 수 있으므로, 여기서는 자세한 설명은 생략하기로 한다.The first storage unit 310 and the second storage unit 320 may store a fluid (e.g., solution) including a sample. The sizes of the sample and the first and second storage units 310 and 320 may be the same as those shown in FIG. 1, so that a detailed description thereof will be omitted.

상기 제1채널(330)은 상기 제1저장부(310) 및 상기 제2저장부(320)와 연결되어 상기 용액의 이동 경로를 형성할 수 있다. 즉, 상기 용액은 상기 제1채널(330)을 통해 좌측 방향으로 이동될 수 있다. 그리고 상기 제1채널(330)의 내벽의 적어도 일부 영역에는 이온 선택성 물질이 패터닝(patterning)되어 있다.The first channel 330 may be connected to the first reservoir 310 and the second reservoir 320 to form a solution path. That is, the solution can be moved in the left direction through the first channel 330. An ion selective material is patterned in at least a part of the inner wall of the first channel 330.

상기 이온 선택성 물질이 패터닝되어 있는 제1채널(330)의 특정 부근에서는 포커싱 영역이 형성될 수 있다. 이온 선택성 물질의 패터닝 및 이를 이용한 시료 포커싱 원리는 도 2의 설명이 동일하게 적용될 수 있으므로, 여기서는 생략하도록 하겠다.A focusing region may be formed in the vicinity of a specific region of the first channel 330 on which the ion selective material is patterned. The principle of patterning an ion-selective material and the principle of focusing the sample using the ion-selective material can be similarly applied to the description of FIG. 2, and therefore will not be described here.

상기 제1채널(330)은 미세 유체 시스템에 적용하기 위해 너비가 500~1000um이고, 높이 50~150um 정도인 사이즈로 제조될 수 있다.The first channel 330 may have a width of 500-1000 um and a height of 50-150 um for application to a microfluidic system.

상기 양전극(340)은 상기 제1저장부(310)에 +V의 전압을 인가할 수 있다. 이 경우, 상기 양전극(340)은 상기 제1저장부(310)에 저장된 용액과 접촉되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 양전극(340)은 제1저장부(310)의 하측면에 형성된 구멍을 통해 상기 용액에 침지되어 있을 수 있다.The positive electrode 340 may apply a voltage of + V to the first storage unit 310. In this case, the positive electrode 340 may be in contact with the solution stored in the first reservoir 310. For example, the positive electrode 340 may be immersed in the solution through a hole formed in the lower side of the first reservoir 310.

접지 전극(350)은 상기 제2저장부(320)의 소정 영역에 위치하여 용액을 통해 흐르는 전류를 접지시킬 수 있다. 이 경우, 상기 접지 전극(350)은 상기 제2저장부(320)에 저장된 용액과 접촉되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 접지 전극(350)은 제2저장부(320)의 하측면에 형성된 구멍을 통해 상기 용액에 침지되어 있을 수 있다.The ground electrode 350 may be positioned in a predetermined region of the second storage unit 320 to ground a current flowing through the solution. In this case, the ground electrode 350 may be in contact with the solution stored in the second reservoir 320. For example, the ground electrode 350 may be immersed in the solution through a hole formed in the lower side of the second reservoir 320.

제어부(360)는 상기 양전극(340) 및 상기 접지 전극(350)을 제어하여 전압의 인가 및 접지를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(360)는 상기 제2저장부(320)의 일측과 연결된 제2채널(370)의 일측에 연결되어 상기 용액의 유량을 제어할 수 있다. 상기 제2채널(370)의 일측은 제2채널(370)에서 제2저장부(320)가 위치한 곳의 반대측을 포함할 수 있다. 상기 유량 제어는 시린지 펌프, 페리스태틱 펌프 등을 이용할 수 있다. 즉, 유량 제어를 통해 상기 시료에 역학적 에너지가 인가되어 상기 시료가 좌측 방향으로 이동될 수 있다.The control unit 360 controls the positive electrode 340 and the ground electrode 350 to control application of voltage and grounding. The control unit 360 may be connected to one side of the second channel 370 connected to one side of the second storage unit 320 to control the flow rate of the solution. One side of the second channel 370 may include the opposite side of the second channel 370 where the second storage unit 320 is located. A syringe pump, a peristaltic pump, or the like may be used for the flow rate control. That is, mechanical energy is applied to the sample through the flow rate control, so that the sample can be moved to the left.

한편, 양전극(340)의 전압 인가를 통해 시료가 포함된 용액에 전기가 인가되면서 전기분해에 의한 기포가 발생할 수 있다. 시료가 포함된 용액이 포커싱됨에 따라 용액 안의 구성 물질 농도 변화로 인하여 전류의 흐름이 바뀌고, 이로 인하여 전기분해에 의한 기포 발생량이 변화한다.Meanwhile, electricity may be applied to the solution containing the sample through the application of the voltage of the positive electrode 340, so that bubbles due to electrolysis may occur. As the solution containing the sample is focused, the flow of current changes due to the concentration change of the constituent material in the solution, thereby changing the amount of bubbles generated by the electrolysis.

닫힌 시스템에서 발생된 기포는 튜브를 막거나 제1채널(330) 및 제2채널(370) 속에 거동하는 액체의 유량에 영향을 주어 정상 상태의 용액의 흐름을 비정상상태로 만들어 포커싱 서포터 형성에 부정적 영향을 주기 때문에, 기포의 제거가 필요하다. The bubbles generated in the closed system affect the flow rate of the liquid that blocks the tube or behaves in the first channel 330 and the second channel 370 to make the flow of the steady state solution abnormal and negatively affect the formation of the focusing supporter Since it affects, it is necessary to remove bubbles.

상기 포커싱 장치(300)가 닫힌 시스템일 경우, 제어부(360)는 상기 용액에서 발생한 기포의 발생량에 따라 상기 용액의 유량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(360)는 기포량이 많아지면 유량을 늘리고(즉, 유속을 빠르게 함), 기포량이 적어지면 유량을 줄일 수 있다(즉, 유속을 느리게 함). 따라서 제어부(360)는 기포 발생에 따른 제1채널(330) 및 제2채널(370) 속 유량 변화 효과를 능동적으로 상쇄할 수 있다.When the focusing device 300 is a closed system, the controller 360 can control the flow rate of the solution according to the amount of bubbles generated in the solution. For example, the control unit 360 may increase the flow rate (i.e., increase the flow rate) when the amount of bubbles increases, and decrease the flow rate (i.e., decrease the flow rate) when the amount of bubbles decreases. Accordingly, the control unit 360 can actively cancel the flow rate change effect of the first channel 330 and the second channel 370 due to bubble generation.

도 4는 본 발명의 다른 일실시예와 관련된 시료 포커싱 장치를 나타내는 도면이다.4 is a view showing a sample focusing apparatus according to another embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 시료 포커싱 장치(400)는 제1저장부(410), 제2저장부(420), 제1채널(430), 양전극(440), 접지 전극(450), 전기 제어부(460), 제2채널(470), 및 유량 제어부(480)을 포함할 수 있다.The sample focusing device 400 includes a first storage unit 410, a second storage unit 420, a first channel 430, a positive electrode 440, a ground electrode 450, an electric control unit 460 ), A second channel 470, and a flow controller 480.

상기 제1저장부(410) 및 제2저장부(420)에는 시료를 포함하는 유체(예: 용액)이 저장될 수 있다. 상기 시료 및 상기 제1저장부(410) 및 제2저장부(420)의 사이즈는 도 1에 도시된 설명이 동일하게 적용될 수 있으므로, 여기서는 자세한 설명은 생략하기로 한다. The first storage unit 410 and the second storage unit 420 may store a fluid (e.g., solution) including a sample. The sizes of the sample and the first and second storage units 410 and 420 may be the same as those shown in FIG. 1, so that a detailed description thereof will be omitted here.

상기 제1저장부(410) 및 제2저장부(420)는 일측면이 공기와 접촉할 수 있도록 개방될 수 있다. 즉, 시료 포커싱 장치(400)는 열린 시스템으로 구현될 수 있다.The first storage unit 410 and the second storage unit 420 may be opened to allow one side of the first storage unit 410 and the second storage unit 420 to be in contact with air. That is, the sample focusing device 400 may be implemented as an open system.

상기 제1채널(430)은 상기 제1저장부(410) 및 상기 제2저장부(420)와 연결되어 상기 용액의 이동 경로를 형성할 수 있다. 즉, 상기 용액은 상기 제1채널(430)을 통해 좌측 방향으로 이동될 수 있다. 그리고 상기 제1채널(430)의 내벽의 적어도 일부 영역에는 이온 선택성 물질이 패터닝(patterning)되어 있다.The first channel 430 may be connected to the first reservoir 410 and the second reservoir 420 to form a solution path. That is, the solution can be moved in the left direction through the first channel 430. An ion selective material is patterned in at least a part of the inner wall of the first channel 430.

상기 이온 선택성 물질이 패터닝되어 있는 제1채널(430)의 특정 부근에서는 포커싱 영역이 형성될 수 있다. 이온 선택성 물질의 패터닝 및 이를 이용한 시료 포커싱 원리는 도 2의 설명이 동일하게 적용될 수 있으므로, 여기서는 생략하도록 하겠다.A focusing region may be formed in the vicinity of a specific region of the first channel 430 on which the ion-selective material is patterned. The principle of patterning an ion-selective material and the principle of focusing the sample using the ion-selective material can be similarly applied to the description of FIG. 2, and therefore will not be described here.

상기 제1채널(430)은 미세 유체 시스템에 적용하기 위해 너비가 500~1000um이고, 높이 50~150um 정도인 사이즈로 제조될 수 있다.The first channel 430 may have a width of 500-1000 um and a height of 50-150 um for application to a microfluidic system.

상기 양전극(440)은 상기 제1저장부(410)에 +V의 전압을 인가할 수 있다. 이 경우, 상기 양전극(440)은 상기 제1저장부(310)에 저장된 용액과 접촉되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 양전극(440)은 제1저장부(410)의 하측면에 형성된 구멍을 통해 상기 용액에 침지되어 있을 수 있다.The positive electrode 440 may apply a voltage of + V to the first storage unit 410. In this case, the positive electrode 440 may be in contact with the solution stored in the first reservoir 310. For example, the positive electrode 440 may be immersed in the solution through a hole formed in the lower side of the first reservoir 410.

접지 전극(450)은 상기 제2저장부(420)의 소정 영역에 위치하여 용액을 통해 흐르는 전류를 접지시킬 수 있다. 이 경우, 상기 접지 전극(450)은 상기 제2저장부(420)에 저장된 용액과 접촉되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 접지 전극(450)은 제2저장부(420)의 하측면에 형성된 구멍을 통해 상기 용액에 침지되어 있을 수 있다.The ground electrode 450 may be located in a predetermined region of the second storage part 420 to ground a current flowing through the solution. In this case, the ground electrode 450 may be in contact with the solution stored in the second reservoir 420. For example, the ground electrode 450 may be immersed in the solution through a hole formed in the lower side of the second reservoir 420.

전기 제어부(460)는 상기 양전극(440) 및 상기 접지 전극(450)을 제어하여 전압의 인가 및 접지를 제어할 수 있다. The electric control unit 460 controls the positive electrode 440 and the ground electrode 450 to control the voltage application and the grounding.

상기 제2채널(470)은 상기 제2저장부(420)와 연결되어 상기 용액의 이동 경로를 형성할 수 있다. The second channel 470 may be connected to the second reservoir 420 to form a path for the solution.

또한, 유량 제어부(780)는 제2채널(470)의 일측에 연결되어 상기 용액의 유량을 제어할 수 있다. 상기 제2채널(470)의 일측은 제2채널(470)에서 제2저장부(420)가 위치한 곳의 반대측을 포함할 수 있다. 상기 유량 제어는 시린지 펌프, 페리스태틱 펌프 등을 이용할 수 있다. 즉, 유량 제어를 통해 상기 시료에 역학적 에너지가 인가되어 상기 시료가 좌측 방향으로 이동될 수 있다.In addition, the flow controller 780 may be connected to one side of the second channel 470 to control the flow rate of the solution. One side of the second channel 470 may include the opposite side of the second channel 470 where the second storage unit 420 is located. A syringe pump, a peristaltic pump, or the like may be used for the flow rate control. That is, mechanical energy is applied to the sample through the flow rate control, so that the sample can be moved to the left.

한편, 양전극(340)의 전압 인가를 통해 시료가 포함된 용액에 전기가 인가되면서 전기분해에 의한 기포가 발생할 수 있다. 시료가 포함된 용액이 포커싱됨에 따라 용액 안의 구성 물질 농도 변화로 인하여 전류의 흐름이 바뀌고, 이로 인하여 전기분해에 의한 기포 발생량이 변화한다.Meanwhile, electricity may be applied to the solution containing the sample through the application of the voltage of the positive electrode 340, so that bubbles due to electrolysis may occur. As the solution containing the sample is focused, the flow of current changes due to the concentration change of the constituent material in the solution, thereby changing the amount of bubbles generated by the electrolysis.

열린 시스템의 경우, 제1저장부(410)와 제2저장부(420)의 일측면이 개방되어 있기 때문에, 포커싱 서포터 영역 형성 과정에서 만들어지는 기포를 제1저장부(410)와 제2저장부(420)를 통해 배출할 수 있다. 이 경우, 유량 제어와 전기 제어를 독립적으로 하면서 기포 발생에 따른 제1채널(430) 및 제2채널(470) 속 유량 변화 효과를 제거할 수 있다. 제1채널(430) 및 제2채널(470) 내의 용액의 유동은 수두차에 의해 조절될 수 있다. 상기 수두차는 제1저장부(410)에 저장된 용액의 높이와 제2저장부(420)에 저장된 용액의 높이 차이를 의미할 수 있다.In the case of the open system, since one side of the first storage unit 410 and the second storage unit 420 are opened, the bubbles generated in the focusing supporter region formation process are stored in the first storage unit 410 and the second storage (420). ≪ / RTI > In this case, the effect of varying the flow rate through the first channel 430 and the second channel 470 due to bubble generation can be eliminated while independently controlling the flow rate and the electrical control. The flow of the solution in the first channel 430 and the second channel 470 can be controlled by the head difference. The water head difference may mean the difference between the height of the solution stored in the first reservoir 410 and the height of the solution stored in the second reservoir 420.

도 5는 본 발명의 다른 일실시예와 관련된 시료 포커싱 장치를 나타내는 도면이다.5 is a view showing a sample focusing apparatus according to another embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 시료 포커싱 장치(500)는 제1저장부(510), 제2저장부(520), 채널(530), 양전극(540), 접지 전극(550), 및 전기 제어부(560)을 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 시료 포커싱 장치(500)는 도 3에 도시된 시료 포커싱 장치(300)와 유사한 구조를 가진다. 다만, 시료 포커싱 장치(500)는 제1저장부(510)에 저장된 용액과 제2저장부(520)에 저장된 용액이 수두차가 생기게 구현하여 수두압을 이용하여 별도의 유량 제어 없이(즉, 펌프 없이) 유량을 제어할 수 있다. 다른 나머지 구성에 설명은 도 3에 도시된 시료 포커싱 장치(300)에 대한 설명이 적용될 수 있으므로, 여기서는 생략하도록 하겠다.The sample focusing apparatus 500 includes a first storage unit 510, a second storage unit 520, a channel 530, a positive electrode 540, a ground electrode 550, and an electric control unit 560, . ≪ / RTI > The sample focusing apparatus 500 shown in FIG. 5 has a structure similar to the sample focusing apparatus 300 shown in FIG. However, the sample focusing apparatus 500 may be implemented such that the solution stored in the first storage unit 510 and the solution stored in the second storage unit 520 are caused to have a water head difference, The flow rate can be controlled. The description of the remaining configuration will be omitted because the description of the sample focusing apparatus 300 shown in FIG. 3 can be applied.

전술한 시료 포커싱 장치는 체외진단, 연구실 시료 검사 등에 적용될 수 있다. 또한, 전술한 시료 포커싱 장치는 간단한 전기적 제어를 통해 유체 내의 시료를 간단하게 포커싱할 수 있으므로, 시료의 검사를 편리하게 수행할 수 있다.The above-described sample focusing apparatus can be applied to in vitro diagnosis, laboratory sample inspection, and the like. In addition, since the sample focusing device described above can simply focus the sample in the fluid through simple electrical control, the sample can be conveniently inspected.

본 발명의 일실시예에 의한 시료 포커싱 장치는 간단한 전기적 제어를 통해 시료의 포커싱을 수행하므로, 제조 단가가 절감될 수 있다.Since the sample focusing device according to the embodiment of the present invention performs focusing of the sample through simple electrical control, the manufacturing cost can be reduced.

상기와 같이 설명된 시료 포커싱 장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The above-described sample focusing apparatus is not limited to the configuration and method of the embodiments described above, but the embodiments may be modified such that all or some of the embodiments are selectively combined .

100, 300, 400, 500: 시료 포커싱 장치
110, 310, 320, 410, 420, 510, 520: 저장부
120, 330, 370, 430, 470, 530: 채널
130, 340, 440, 540: 양전극
140, 350, 450, 550: 접지 전극
150, 360: 제어부
460, 560: 전기 제어부
480: 유량 제어부100, 300, 400, 500: Sample focusing device
110, 310, 320, 410, 420, 510, 520:
120, 330, 370, 430, 470, 530: channel
130, 340, 440, 540: positive polarity
140, 350, 450, 550: ground electrode
150, 360:
460, 560: electric control unit
480:

Claims (13)

시료가 포함된 용액을 저장하기 위한 저장부;
상기 저장부와 연결되어 상기 용액의 이동 경로가 형성된 채널- 상기 채널의 내벽의 적어도 일부에는 이온 선택성 물질이 패터닝됨-;
상기 저장부에 전압을 인가하는 양전극;
상기 채널의 소정 영역에 위치한 접지 전극; 및
상기 양전극 및 상기 접지 전극과 연결되어 상기 양전극 및 상기 접지 전극을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 포커싱 장치.A storage for storing a solution containing the sample;
A channel coupled with the reservoir to form a path of movement of the solution, the ion selective material being patterned on at least a portion of the inner wall of the channel;
A positive electrode for applying a voltage to the storage unit;
A ground electrode disposed in a predetermined region of the channel; And
And a control unit connected to the positive electrode and the ground electrode to control the positive electrode and the ground electrode. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
상기 채널의 일측에 연결되어 상기 용액의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 시료 포커싱 장치.The apparatus of claim 1, wherein the control unit
Wherein the sample is connected to one side of the channel to control the flow rate of the solution. 제 2 항에 있어서, 상기 이온 선택성 물질은
극성이 있는 다공성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 포커싱 장치.The method of claim 2, wherein the ion selective material comprises
Characterized in that the sample focusing device comprises a polar porous material. 제 2 항에 있어서, 상기 제어부는
상기 용액에서 발생한 기포의 발생량에 따라 상기 용액의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 시료 포커싱 장치.3. The apparatus of claim 2, wherein the control unit
Wherein the flow rate of the solution is controlled according to an amount of bubbles generated in the solution. 시료가 포함된 용액을 저장하기 위한 제1저장부;
상기 용액을 저장하기 위한 제2저장부;
상기 제1저장부 및 상기 제2저장부와 연결되어, 상기 용액의 이동 경로가 형성된 제1채널- 상기 제1채널의 내벽의 적어도 일부에는 이온 선택성 물질이 패터닝됨-;
상기 제1저장부에 전압을 인가하는 양전극;
상기 제2저장부와 연결되어 상기 제2저장부의 소정 영역에 위치한 접지 전극; 및
상기 양전극 및 상기 접지 전극과 연결되어 상기 양전극 및 상기 접지 전극을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 포커싱 장치.A first storage unit for storing a solution containing the sample;
A second reservoir for storing the solution;
A first channel connected to the first reservoir and the second reservoir to form a flow path of the solution, the ion selective material being patterned on at least a portion of the inner wall of the first channel;
A positive electrode for applying a voltage to the first storage unit;
A ground electrode connected to the second storage unit and positioned in a predetermined region of the second storage unit; And
And a control unit connected to the positive electrode and the ground electrode to control the positive electrode and the ground electrode. 제 5 항에 있어서,
상기 시료 포커싱 장치는 상기 제2저장부와 연결되어, 상기 용액의 이동 경로가 형성된 제2채널을 더 포함하되,
상기 제어부는 상기 제2채널의 일측에 연결되어 상기 용액의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 시료 포커싱 장치.6. The method of claim 5,
Wherein the sample focusing device further includes a second channel connected to the second storage unit and having a path for moving the solution,
Wherein the control unit is connected to one side of the second channel to control the flow rate of the solution. 제 6 항에 있어서, 상기 이온 선택성 물질은
극성이 있는 다공성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 포커싱 장치.The method of claim 6, wherein the ion selective material comprises
Characterized in that the sample focusing device comprises a polar porous material. 제 7 항에 있어서, 상기 이온 선택성 물질은
nafion, 칼코겐유리(chalcogenide glass), 및 염화비닐 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 포커싱 장치.8. The composition of claim 7, wherein the ion selective material comprises
nafion, a chalcogenide glass, and a vinyl chloride resin. 제 6 항에 있어서, 상기 제어부는
상기 용액에서 발생한 기포의 발생량에 따라 상기 용액의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 시료 포커싱 장치.7. The apparatus of claim 6, wherein the control unit
Wherein the flow rate of the solution is controlled according to an amount of bubbles generated in the solution. 시료가 포함된 용액을 저장하기 위한 제1저장부;
상기 용액을 저장하기 위한 제2저장부;
상기 제1저장부 및 상기 제2저장부와 연결되어, 상기 용액의 이동 경로가 형성된 제1채널- 상기 채널의 내벽의 적어도 일부에는 이온 선택성 물질이 패터닝됨-;
상기 제1저장부에 전압을 인가하는 양전극;
상기 제2저장부와 연결되어 상기 제2저장부의 소정 영역에 위치한 접지 전극; 및
상기 양전극 및 상기 접지 전극과 연결되어 상기 양전극 및 상기 접지 전극을 제어하는 전기 제어부;
상기 제2저장부와 연결되어, 상기 용액의 이동 경로가 형성된 제2채널; 및
상기 제2채널의 일측에 연결되어 상기 용액의 유량을 제어하는 유량 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 포커싱 장치.A first storage unit for storing a solution containing the sample;
A second reservoir for storing the solution;
A first channel connected to the first reservoir and the second reservoir to form a path for the solution, the ion-selective material being patterned on at least a portion of the inner wall of the channel;
A positive electrode for applying a voltage to the first storage unit;
A ground electrode connected to the second storage unit and positioned in a predetermined region of the second storage unit; And
An electric controller connected to the positive electrode and the ground electrode to control the positive electrode and the ground electrode;
A second channel connected to the second reservoir and having a flow path for the solution; And
And a flow rate controller connected to one side of the second channel to control a flow rate of the solution. 제 10 항에 있어서, 상기 이온 선택성 물질은
극성이 있는 다공성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 포커싱 장치.11. The method of claim 10, wherein the ion selective material comprises
Characterized in that the sample focusing device comprises a polar porous material. 제 11 항에 있어서, 상기 이온 선택성 물질은
nafion, 칼코겐유리(chalcogenide glass), 및 염화비닐 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 포커싱 장치.12. The method of claim 11, wherein the ion selective material comprises
nafion, a chalcogenide glass, and a vinyl chloride resin. 제 11 항에 있어서, 상기 제1저장부 및 상기 제2저장부는
일측면이 공기와 접촉할 수 있도록 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 시료 포커싱 장치.12. The apparatus of claim 11, wherein the first storage unit and the second storage unit
And the one side surface is opened to be in contact with the air.
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