KR101810941B1 - Multiple discrimination device and method for fabricating the device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 분리 장치 및 이의 제조 방법을 제공한다. 이 다중 분리 장치에 따르면, 3차원의 미세한 강자성 패턴을 최적 설계 및 배치하여, 분리하고자 하는 분리 목표 입자에 가해지는 자기력을 분리가 잘 되도록 잘 조절할 수 있다. 본 발명의 다른 예에 따른 다중 분리 장치의 제조 방법은 반도체 공정기술을 사용함으로써 정밀한 제조가 가능하고 대량생산에 유리하다. The present invention provides a multiple separation apparatus and a method of manufacturing the same. According to this multiple separation apparatus, the three-dimensional fine ferromagnetic pattern can be optimally designed and arranged, so that the magnetic force applied to the separated target particle to be separated can be well controlled so as to be easily separated. The manufacturing method of the multiple separation device according to another example of the present invention can be precisely manufactured and advantageous for mass production by using the semiconductor process technology.

Description

다중 분리 장치 및 이의 제조 방법{Multiple discrimination device and method for fabricating the device}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a multiple separation apparatus and a method for fabricating the same,

본 발명은 생물질을 비롯한 물질종의 다중 분리 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for multiple separation of material species including biomaterials and a method for manufacturing the same.

의약 분야에서의 진단, 치료 및 연구 분야에서 최종 목적 또는 다른 분석을 하기 위한 준비적인 도구로서 세포 타입 또는 세포 내 성분의 분리가 요구된다. 예를 들면, 암 세포를 분석하는 것이 필요하다. 혈중 암세포란 암 환자의 말초 혈액 (peripheral blood)에 존재하는 암세포를 통칭하며 원발 병소 또는 전이 병소로부터 탈락된 암세포들이다. 이러한 혈중 암세포는 암 진단, 치료 예후 분석, 미세전이 분석 등에 있어서 유력한 바이오마커로 기대되고 있다. 뿐만 아니라 기존의 암 진단 방법에 비해 혈중 암세포 분석은 비침습 (non-invasive) 방법이라는 장점을 가지고 있기 때문에 미래의 암진단 방법으로 매우 유망하다. 하지만 혈중 암세포는 혈액중 분포 비율이 전체 세포 10억개 당 암세포 1개 또는 백혈구 106~107개 당 암세포 1개 수준으로 매우 낮기 때문에 정확한 분석이 매우 어려우며 매우 정교한 분석 방법을 필요로 한다. Separation of cell types or intracellular constituents is required as a preliminary tool for final purposes or other analyzes in the field of diagnosis, treatment and research in the medical field. For example, it is necessary to analyze cancer cells. Blood cancer cells are cancer cells that are present in the peripheral blood of cancer patients and are cancer cells that have disappeared from the primary lesion or metastatic lesion. Such blood cancer cells are expected to be a promising biomarker in cancer diagnosis, therapeutic prognosis analysis, and micro metastasis analysis. In addition, blood cancer cell analysis is more promising as a non-invasive method than the conventional cancer diagnosis method. However, blood cancer cells are very difficult to analyze accurately and require very sophisticated analysis methods because the distribution ratio of blood cells is very low in the blood distribution level of one cancer cell per one billion cells or one cancer cell per 10 6 to 10 7 white blood cells.

혈중 암세포 분리 방법으로 다양한 방법이 연구되고 있으나, 검사 시간이 오래 걸리고 암세포의 유무 및 수량에 대한 정보만을 제시할 뿐 암 종류 등에 대한 분석이 곤란하다는 단점이 있다. 또한 비특이 결합되는 혈구 세포에 의한 간섭이 문제가 된다. Various methods have been studied as methods for separating cancer cells from blood. However, it takes a long time to examine the cancer cells, and only the information on the presence or absence of cancer cells and the quantity of cancer cells is analyzed. In addition, interference by non-specific binding hemocytes is a problem.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 생물질을 비롯한 물질종의 다중 분리 장치 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an apparatus for multiple separation of material species including biomaterials and a method for manufacturing the same.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 분리 장치는, 제 1 방향으로 혼합 용액이 흐르는 채널; 및 상기 채널의 바닥 아래에 배치되 적어도 하나의 강자성 패턴을 포함하되, 상기 강자성 패턴의 접선의 기울기는 상기 채널의 위치에 따라 연속적으로 변하며, 상기 혼합 용액은 분리 목표 입자와 기타 입자를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a multiple separation apparatus comprising: a channel through which a mixed solution flows in a first direction; And at least one ferromagnetic pattern disposed beneath the bottom of the channel, wherein the slope of the tangent of the ferromagnetic pattern continuously varies with the position of the channel, and the mixed solution includes a separation target particle and other particles.

상기 강자성 패턴 상의 일 부분에서 접선과 상기 제 1 방향이 이루는 각도는 약 80~90°일 수 있다.An angle formed by the tangent line and the first direction in one portion of the ferromagnetic pattern may be about 80 to 90 degrees.

상기 강자성 패턴은 'J', 'U' 및 'ω' 중에 적어도 하나의 형태를 가질 수 있다. The ferromagnetic pattern may have at least one of 'J', 'U' and 'ω'.

상기 강자성 패턴의 선폭은 위치에 따라 변할 수 있다.The linewidth of the ferromagnetic pattern can vary depending on the position.

상기 강자성 패턴의 폭은 바람직하게는 10~1000㎛일 수 있다. The width of the ferromagnetic pattern may preferably be 10 to 1000 mu m.

상기 강자성 패턴의 두께는 바람직하게는 0.1~1000㎛일 수 있다.The thickness of the ferromagnetic pattern may preferably be 0.1 to 1000 mu m.

상기 채널의 높이는 바람직하게는 10~1000㎛일 수 있다. The height of the channel may preferably be 10 to 1000 mu m.

상기 채널에 인접하여 배치되는 적어도 하나의 영구자석을 더 포함할 수 있다. And at least one permanent magnet disposed adjacent to the channel.

상기 다중 분리 장치는, 상기 채널에 연결되며 상기 혼합 용액이 투입되는 적어도 하나의 혼합 용액 투입구; 상기 채널에 연결되는 버퍼 용액 투입구; 상기 채널에 연결되며, 상기 분리 목표 입자가 배출되는 목표 입자 배출구; 및 상기 채널에 연결되며, 상기 기타 입자가 배출되는 적어도 하나의 기타 입자 배출구를 더 포함하되, 상기 혼합 용액 투입구와 상기 기타 입자 배출구는 상기 채널의 일 측면에 연결되며, 상기 버퍼 용액 투입구와 상기 목표 입자 배출구는 상기 채널의 상기 일 측면과 이격된 타 측면에 연결될 수 있다. Wherein the multi-separation device comprises: at least one mixing solution inlet connected to the channel and into which the mixed solution is introduced; A buffer solution inlet connected to the channel; A target particle outlet connected to the channel, through which the separation target particle is discharged; And at least one other particle outlet connected to the channel for discharging the other particles, wherein the mixed solution inlet and the other particle outlet are connected to one side of the channel, and the buffer solution inlet and the target The particle outlet may be connected to the other side of the channel from the one side.

상기 강자성 패턴의 갯수는 복수개일 수 있으며, 상기 강자성 패턴들 간의 간격은 상기 기타 입자 배출구에 가까울수록 좁아질 수 있다. The number of the ferromagnetic patterns may be plural, and the interval between the ferromagnetic patterns may become narrower toward the other particle discharge ports.

상기 타측면과 상기 강자성 패턴이 만나는 지점에서의 접선이 상기 타측면과 이루는 각도는 80~90°일 수 있다. The angle formed by the tangent at the point where the other side meets the ferromagnetic pattern and the other side may be 80 to 90 degrees.

상기 분리 목표 입자의 자화량은 상기 기타 입자의 자화량보다 클 수 있다. The magnetization amount of the separation target particle may be larger than the magnetization amount of the other particles.

상기 분리 목표 입자는 자성 나노 입자가 결합되며, 유전자, DNA, RNA, 단백질, 펩타이드 및 암세포 중의 적어도 하나일 수 있다. The separation target particle may be at least one of a gene, a DNA, an RNA, a protein, a peptide, and a cancer cell to which the magnetic nanoparticle is bound.

상기 다중 분리 장치는, 상기 강자성 패턴이 배치되는 하판; 및 상기 하판 상에 배치되며 상기 채널을 제공하기 위한 내부 공간을 포함하는 상판을 더 포함할 수 있으며, 상기 하판과 상기 상판 중 적어도 하나는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)을 포함할 수 있다.The multi-separation device may further include: a lower plate on which the ferromagnetic pattern is disposed; And an upper plate disposed on the lower plate and including an inner space for providing the channel. At least one of the lower plate and the upper plate may include polydimethylsiloxane (PDMS).

상기 다중 분리 장치는, 상기 하판과 상기 상판 사이에 개재되며 상기 강자성 패턴의 측벽과 접하는 포토레지스트 패턴을 더 포함할 수 있다. The multiple separation device may further include a photoresist pattern interposed between the lower plate and the upper plate and in contact with the sidewalls of the ferromagnetic pattern.

상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 분리 장치의 제조 방법은, 상부면에 포토레지스트 패턴들과 상기 포토레지스트 패턴들 사이에 강자성 패턴을 포함하는 하판을 형성하는 단계; 내부에 함몰부와 상기 함몰부와 연결되는 복수개의 구멍을 포함하는 상판을 형성하는 단계; 및 상기 하판 상에 상기 상판을 결합시키는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a multiple separation apparatus, comprising: forming a lower plate including a photoresist pattern on a top surface and a ferromagnetic pattern between the photoresist patterns; Forming an upper plate including a depression therein and a plurality of holes connected to the depression; And bonding the top plate onto the bottom plate.

상기 하판 상에 상기 상판을 결합시키는 단계는 접착제를 이용하여 상기 상판을 상기 하판 상에 접합시키는 단계를 포함할 수 있다.The step of bonding the upper plate on the lower plate may include bonding the upper plate to the lower plate using an adhesive.

상기 하판을 형성하는 단계는, 상기 하판 상에 시드막을 형성하는 단계; 상기 시드막 상에 포토레지스트 패턴들을 형성하는 단계; 및 도금 공정을 진행하여 상기 포토레지스트 패턴들 사이에 상기 강자성 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The step of forming the lower plate may include: forming a seed film on the lower plate; Forming photoresist patterns on the seed film; And forming the ferromagnetic pattern between the photoresist patterns by performing a plating process.

상기 상판을 형성하는 단계는, 희생 기판을 준비하는 단계; 상기 희생 기판 상에 희생 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 희생 기판 상에 상기 희생 포토레지스트 패턴을 덮는 몰드막을 형성하는 단계; 상기 희생 기판과 상기 희생 포토레지스트 패턴을 제거하여 상기 몰드막에 함몰부를 형성하는 단계; 및 상기 몰드막에 상기 함몰부와 연결되도록 구멍을 뚫는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the upper plate may include: preparing a sacrificial substrate; Forming a sacrificial photoresist pattern on the sacrificial substrate; Forming a mold film covering the sacrificial photoresist pattern on the sacrificial substrate; Removing the sacrificial substrate and the sacrificial photoresist pattern to form a depression in the mold film; And punching the mold film to be connected to the depression.

상기 몰드막은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)을 포함할 수 있다. The mold film may comprise polydimethylsiloxane (PDMS).

본 발명의 일 예에 따른 다중 분리 장치에 따르면, 3차원의 미세한 강자성 패턴을 최적 설계 및 배치하여, 분리하고자 하는 분리 목표 입자에 가해지는 자기력을 분리가 잘 되도록 잘 조절할 수 있다. 상기 강자성 패턴은 채널 하부에 배치되어, 바이오 입자의 이동을 손쉽게 조절하여, 분리 목표 입자만 선택적으로 분리할 수 있게 한다. According to an embodiment of the present invention, a three-dimensional fine ferromagnetic pattern can be optimally designed and arranged, so that the magnetic force applied to the separated target particles to be separated can be well controlled so as to be easily separated. The ferromagnetic pattern is disposed at the bottom of the channel to easily control the movement of the bio-particles so that only the separated target particles can be selectively separated.

또한 상기 강자성 패턴의 접선의 기울기는 상기 채널의 위치에 따라 연속적으로 변한다. 이로써 원치 않는 위치에서 목표 입자의 트랩으로 인한 손실 없이 목표 입자들을 잘 분리해낼 수 있다.In addition, the slope of the tangent line of the ferromagnetic pattern changes continuously according to the position of the channel. This allows the target particles to be well separated without loss due to trapping of the target particles at undesired locations.

본 발명의 다른 예에 따른 다중 분리 장치의 제조 방법은 반도체 공정기술을 사용함으로써 정밀한 제조가 가능하고 대량생산에 유리하다. The manufacturing method of the multiple separation device according to another example of the present invention can be precisely manufactured and advantageous for mass production by using the semiconductor process technology.

도 1a는 본 발명의 일 예에 따른 다중 분리 장치의 사시도를 나타낸다.
도 1b는 도 1a를 I-I'선으로 자른 단면도를 나타낸다.
도 1c는 도 1a의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 혼합 용액 안에 포함되는 물질종들을 나타낸다.
도 3a는 본 발명의 일 예에 따른 다중 분리 장치 안에서 입자의 움직임을 나타낸다.
도 3b는 본 발명의 일 예에 따른 강자성 패턴을 확대한 평면도이다.
도 4a 내지 4e는 본 발명의 예들에 따른 개략적인 평면도들을 나타낸다.
도 5a 내지 5e는 도 1b의 하판의 제조 과정을 나타낸다.
도 6a 내지 6d는 도 1b의 상판의 제조 과정을 나타낸다.
1A is a perspective view of a multi-separation apparatus according to an embodiment of the present invention.
1B is a sectional view taken along line I-I 'of FIG. 1A.
1C is an exploded perspective view of FIG. 1A.
FIG. 2 shows species included in a mixed solution according to an example of the present invention.
FIG. 3A illustrates the movement of particles within a multiple separation apparatus according to an example of the present invention.
3B is an enlarged plan view of a ferromagnetic pattern according to an example of the present invention.
Figures 4A through 4E show schematic plan views according to examples of the present invention.
Figs. 5A to 5E show the manufacturing process of the bottom plate of Fig. 1B.
Figs. 6A to 6D show the manufacturing process of the top plate of Fig. 1B.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. It is to be understood that the disclosure of the present invention is only illustrative and not restrictive, and that the scope of the invention is to be informed to those skilled in the art. In the accompanying drawings, the constituent elements are shown enlarged for the sake of convenience of explanation, and the proportions of the constituent elements may be exaggerated or reduced.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "상에" 있다거나 "연결되어" 있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "바로 위에" 있다거나 "직접 연결되어" 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "~사이에"와 "직접 ~사이에" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.It is to be understood that when an element is described as being "on" or "connected to" another element, it may be directly in contact with or coupled to another element, but there may be another element in between . On the other hand, when an element is described as being "directly on" or "directly connected" to another element, it can be understood that there is no other element in between. Other expressions that describe the relationship between components, for example, "between" and "directly between"

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

단수의 표현은 문맥상 명맥하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.The singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. The word "comprising" or "having ", when used in this specification, is intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, A step, an operation, an element, a part, or a combination thereof.

본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다. 또한, "적어도 하나"는 최소한 하나와 동일한 의미로 사용되며 하나 또는 그 이상을 선택적으로 지칭할 수 있다.The terms used in the embodiments of the present invention may be construed as commonly known to those skilled in the art unless otherwise defined. Also, "at least one" is used in the same sense as at least one and may optionally refer to one or more.

도 1a는 본 발명의 일 예에 따른 다중 분리 장치의 사시도를 나타낸다. 도 1b는 도 1a를 I-I'선으로 자른 단면도를 나타낸다. 도 1c는 도 1a의 분해사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 예에 따른 혼합 용액 안에 포함되는 물질종들을 나타낸다. 도 3a는 본 발명의 일 예에 따른 다중 분리 장치 안에서 입자의 움직임을 나타낸다. 도 3b는 본 발명의 일 예에 따른 강자성 패턴을 확대한 평면도이다.1A is a perspective view of a multi-separation apparatus according to an embodiment of the present invention. 1B is a sectional view taken along line I-I 'of FIG. 1A. 1C is an exploded perspective view of FIG. 1A. FIG. 2 shows species included in a mixed solution according to an example of the present invention. FIG. 3A illustrates the movement of particles within a multiple separation apparatus according to an example of the present invention. 3B is an enlarged plan view of a ferromagnetic pattern according to an example of the present invention.

도 1a 내지 1c를 참조하면, 본 예에 따른 다중 분리 장치(300)는 하판(200) 상에 상판(250)이 접착제에 의해 접착되거나 또는 결합될 수 있다. 상기 하판(200)의 표면 상에는 시드막(202)이 배치된다. 상기 시드막(202)은 티타늄, 니켈, 구리, 크롬 중 선택되는 적어도 하나의 막 또는 이의 화합물로 형성될 수 있다. 상기 시드막(202) 상에는 하부 포토레지스트막(204)이 배치된다. 상기 하부 포토레지스트막(204)은 상기 시드막(202)을 노출시키는 홈들(206)이 형성된다. 상기 홈들(206) 안에는 강자성 패턴들(208)이 배치된다. 상기 강자성 패턴들(208)은 강자성을 띄는 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들면, 니켈, 니켈-코발트, 니켈-철, 마그네슘-알루미늄, 니켈-철-구리-크롬, 철-니켈-몰리브덴-마그네슘 중에 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 상기 강자성 패턴(208)의 두께는 예를 들면 0.1~1000㎛일 수 있다. 상기 강자성 패턴들(208)의 접선의 기울기는 상기 채널(CH1)의 위치에 따라 연속적으로 변할 수 있다. 상기 강자성 패턴의 선폭은 위치에 따라 변할 수 있다. 상기 강자성 패턴(208)의 폭은 바람직하게는 10~1000㎛일 수 있다. 상기 강자성 패턴(208)의 두께는 바람직하게는 0.1~1000㎛일 수 있다. Referring to FIGS. 1A to 1C, in the multi-separation apparatus 300 according to the present example, the upper plate 250 may be glued or bonded to the lower plate 200 with an adhesive. A seed film 202 is disposed on the surface of the lower plate 200. The seed film 202 may be formed of at least one selected from the group consisting of titanium, nickel, copper, and chromium, or a compound thereof. A lower photoresist film 204 is disposed on the seed film 202. Grooves 206 are formed in the lower photoresist film 204 to expose the seed film 202. In the grooves 206, ferromagnetic patterns 208 are disposed. The ferromagnetic patterns 208 may be formed of a ferromagnetic material such as nickel, nickel-cobalt, nickel-iron, magnesium-aluminum, nickel-iron-copper- Magnesium, and the like. The thickness of the ferromagnetic pattern 208 may be, for example, 0.1 to 1000 mu m. The slope of the tangent line of the ferromagnetic patterns 208 can be continuously changed according to the position of the channel CH1. The linewidth of the ferromagnetic pattern can vary depending on the position. The width of the ferromagnetic pattern 208 may preferably be 10 to 1000 mu m. The thickness of the ferromagnetic pattern 208 may preferably be 0.1 to 1000 mu m.

계속해서, 상기 상판(250)은 내부에 움푹 파인 함몰부(252)와 복수개의 구멍들(254a~254d)을 포함한다. 상기 구멍들(254a~254d)은 혼합 용액이 투입되는 혼합 용액 투입구(254a), 식염수 같은 버퍼 용액이 투입되는 버퍼 용액 투입구(254b), 분리 목표 입자(104)가 배출되는 목표 입자 배출구(254c), 및 기타 입자(105)가 배출되는 기타 입자 배출구(254d)를 포함한다. 상기 상판(250)은 상기 하판(200)과 만나서 상기 함몰부(252)와 상기 하판(200)의 상부면 사이에 채널(CH1)과 통로들(253a~253d)을 제공한다. 상기 통로들(253a~253d)은 상기 혼합 용액 투입구(254a)과 상기 채널(CH1)을 연결하는 혼합 용액 통로(253a), 상기 버퍼 용액 투입구(254b)와 상기 채널(CH1)을 연결하는 버퍼 용액 통로(253b), 상기 목표 입자 배출구(254c)와 상기 채널(CH1)을 연결하는 목표입자 통로(253c) 및 상기 기타 입자 배출구(254d)와 상기 채널(CH1)을 연결하는 기타 입자 통로(253d)를 포함한다. 상기 채널(CH1)의 높이는 바람직하게는 10~1000㎛일 수 있다. Subsequently, the upper plate 250 includes a recessed depression 252 and a plurality of holes 254a to 254d therein. The holes 254a to 254d are formed by a mixed solution inlet 254a through which a mixed solution is injected, a buffer solution inlet 254b through which a buffer solution such as saline is injected, a target particle outlet 254c through which the separated target particles 104 are discharged, And other particle outlets 254d through which other particles 105 are discharged. The upper plate 250 meets the lower plate 200 and provides a channel CH1 and passages 253a to 253d between the depressed portion 252 and the upper surface of the lower plate 200. [ The passages 253a to 253d include a mixed solution passage 253a for connecting the mixed solution inlet 254a and the channel CH1 and a buffer solution 253b for connecting the buffer solution inlet 254b and the channel CH1, A target particle passage 253c connecting the target particle outlet 254c and the channel CH1 and another particle passage 253d connecting the other particle outlet 254d and the channel CH1, . The height of the channel CH1 may be preferably 10 to 1000 mu m.

상기 상판(250)과 상기 하판(200) 중 적어도 하나는 COC(cyclo olefin copolymer), PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate),  COP(cyclo olefin polymer), LCP (liquid crystalline polymers), PDMS(polydimethylsiloxane),  PA(polyamide), PE(polyethylene), PI(polyimide), PP(polypropylene), PPE(polyphenylene ether), PS(polystyrene), POM(polyoxymethylene), PEEK(polyetheretherketone), PES(polyether sulfone),  PET(polyethylenephthalate), PTFE(polytetrafluoroethylene), PVC(polyvinylchloride), PVDF(polyvinylidene fluoride), PBT(polybutyleneterephthalate), FEP(fluorinated ethylenepropylene), PFA(perfluoralkoxyalkane) 중에서 선택된 적어도 하나의 고분자 물질로 이루어진 고분자 기판일 수 있다. 또는 상기 상판(250)과 상기 하판(200) 중 적어도 하나는 유리 기판, 실리콘 기판, 또는 금속일 수 있다. 바람직하게는 상기 상판(250)과 상기 하판(200) 중 적어도 하나는 광학적으로 투명하고 내화학성이 뛰어난 PDMS로 형성되거나 또는 열가소성 고분자로 형성될 수 있다. At least one of the upper plate 250 and the lower plate 200 may be a cycloolefin copolymer, a polymethylmethacrylate (PMMA), a polycarbonate (PC), a cycloolefin polymer (COP), a liquid crystalline polymer (LCP), a polydimethylsiloxane , Polyamide (PA), polyethylene (PE), polyimide (PI), polypropylene (PP), polyphenylene ether (PPE), polystyrene (PS), polyoxymethylene (POM), polyetheretherketone a polymer substrate made of at least one polymer material selected from polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylchloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polybutyleneterephthalate (PBT), fluorinated ethylenepropylene (FEP) and perfluoralkoxyalkane (PFA). At least one of the upper plate 250 and the lower plate 200 may be a glass substrate, a silicon substrate, or a metal. Preferably, at least one of the upper plate 250 and the lower plate 200 may be formed of PDMS that is optically transparent and has excellent chemical resistance, or may be formed of a thermoplastic polymer.

도시하지는 않았지만, 상기 강자성 패턴(208)을 지속적으로 자화시키기 위하여 상기 하판(200) 및 상기 상판(250) 중 적어도 하나에 인접하도록 영구자석을 배치시킬 수 있다. Although not shown, permanent magnets may be disposed adjacent to at least one of the lower plate 200 and the upper plate 250 to continuously magnetize the ferromagnetic pattern 208.

상기 혼합 용액은 상기 채널(CH1) 내에서 제 1 방향(D1)으로 흐른다. 상기 용액의 주입, 이송, 및 배출은 바람직하게는 실린지 펌프의 동작으로 발생한 압력에 의한 유동일 수 있다. The mixed solution flows in the first direction D1 in the channel CH1. The injection, transfer and discharge of the solution may preferably be a flow due to the pressure generated by the operation of the syringe pump.

상기 혼합 용액 통로(253a)와 상기 기타 입자 통로(253d)는 상기 채널(CH1)의 제 1 측면(S1)에 (또는 상기 제 1 측면(S1)을 사이에 두고 이에) 연결된다. 상기 버퍼 용액 통로(253b)와 상기 목표 입자 통로(253c)는 상기 채널(CH1)의 상기 제 1 측면(S1)과 이격된 제 2 측면(S2)에 연결될 수 있다. The mixed solution passage 253a and the other particle passage 253d are connected to the first side S1 of the channel CH1 (or between the first side S1 and the first side S1). The buffer solution passage 253b and the target particle passage 253c may be connected to the second side surface S2 spaced apart from the first side surface S1 of the channel CH1.

일 예에 있어서, 상판(250) 및 하판(200)은 소수성 및/또는 친수성이 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상판(250) 및 하판(200)은 서로 마주보는 표면들에 부분적으로 소수성 및/또는 친수성이 서로 다른 막들이 더 제공될 수 있다. 이는 채널의 미세 형상 조작 또는 채널의 표면 개질을 통해서 유체 시료의 이동 속도를 조절하는 것을 가능하게 하기 위한 것이다.In one example, the top plate 250 and the bottom plate 200 may be made of materials having different hydrophobic and / or hydrophilic properties. Further, the upper plate 250 and the lower plate 200 may further be provided with films having hydrophobic and / or hydrophilic portions which are partially different from each other on surfaces facing each other. This is to make it possible to adjust the moving speed of the fluid sample through manipulation of the fine shape of the channel or surface modification of the channel.

도 1a 및 2를 참조하면, 상기 혼합 용액 투입구(254a)로 혼합 용액이 투입되고, 상기 버퍼 용액 투입구(254b)로는 식염수와 같은 버퍼 용액이 투입된다. 상기 혼합 용액에는 분리하고자 하는 분리 목표 입자(104)와 기타 입자(105)를 포함한다. 상기 분리 목표 입자(104)에 상기 자성 나노 입자(101)를 결합시키기 위하여 상기 혼합 용액을 항체(102)와 결합된 자성 나노 입자들(101)과 혼합시킬 수 있다. 상기 분리 목표 입자(104)의 표면에는 항원(103)이 존재하여 상기 항원(102)이 상기 항체(102)와 결합한다. 이로써 상기 분리 목표 입자(104)의 표면에는 상기 항원(103), 상기 항체(102) 및 상기 자성 나노입자(101)가 차례대로 결합될 수 있다. 상기 기타 입자(105)에는 상기 항체(103)와 반응할 수 있는 항원(103)이 없어 상기 자성 나노 입자(101)가 특이적으로 결합될 수는 없다. 예를 들면 상기 혼합 용액은 혈액일 수 있으며, 상기 분리 목표 입자(104)는 상기 혈액 내에 포함된 암세포일 수 있다. 상기 암세포로는 순환 암세포(circulating tumor cells, CTC) 혹은 파종 암세포(disseminated tumor cells, DTC)일 수 있다. 상기 항원(103)은 예를 들면 EpCAM (epithelial cellular adhesion molecule) 표지자일 수 있다. 상기 기타 입자(101)는 상기 혈액에 포함되는 백혈구와 같은 정상 세포들일 수 있다. 또는 상기 분리 목표 입자(104)는 유전자, DNA, RNA, 단백질, 펩타이드 중에 하나일 수 있다. 상기 분리 목표 입자(104)에는 상기 자성 나노 입자(101)가 특이적으로 결합되고 상기 기타 입자(105)에는 상기 자성 나노 입자(101)가 특이적으로 결합될 수 없으므로, 자성 나노 입자의 수에 큰 차이가 발생한다. 자성 나노 입자의 수가 많을수록 자화량(magnetization)이 커진다. Referring to FIGS. 1A and 2, a mixed solution is introduced into the mixed solution inlet 254a and a buffer solution such as saline is injected into the buffer solution inlet 254b. The mixed solution includes separate target particles 104 and other particles 105 to be separated. The mixed solution may be mixed with the magnetic nanoparticles 101 coupled with the antibody 102 to bind the magnetic nanoparticles 101 to the separation target particles 104. An antigen 103 is present on the surface of the separation target particle 104 so that the antigen 102 binds to the antibody 102. Thus, the antigen 103, the antibody 102 and the magnetic nanoparticles 101 can be sequentially bonded to the surface of the separation target particle 104. The other particles 105 do not have an antigen 103 capable of reacting with the antibody 103, so that the magnetic nanoparticles 101 can not be specifically bound. For example, the mixed solution may be blood, and the separation target particles 104 may be cancer cells contained in the blood. The cancer cells may be circulating tumor cells (CTC) or disseminated tumor cells (DTC). The antigen 103 may be, for example, an epithelial cellular adhesion molecule (EpCAM) marker. The other particles 101 may be normal cells such as leukocytes contained in the blood. Alternatively, the separation target particle 104 may be one of a gene, a DNA, an RNA, a protein, and a peptide. Since the magnetic nanoparticles 101 are specifically bound to the separation target particles 104 and the magnetic nanoparticles 101 can not be specifically bound to the other particles 105, There is a big difference. The greater the number of magnetic nanoparticles, the greater the magnetization.

도 1a 및 3a를 참조하면, 상기 투입구들(254a, 254b)로 용액들이 각각 투입되면 이들은 통로들(253a, 253b)을 통해 상기 채널(CH1)로 흘러들어가 합류한다. 이때 상기 혼합용액들에 포함되는 입자들(104, 105)에는 다음 수학식 1과 같은 자기력(Fm)이 가해질 수 있다.Referring to FIGS. 1A and 3A, when solutions are injected into the inlet ports 254a and 254b, they flow into the channel CH1 through the passages 253a and 253b and join together. At this time, a magnetic force F m may be applied to the particles 104 and 105 included in the mixed solutions, as shown in the following Equation 1.

<수학식 1>&Quot; (1) &quot;

Figure 112013072962510-pat00001
Figure 112013072962510-pat00001

상기 수학식 1에서 Fm은 자장 구배에 의해 상기 입자들(104, 105)에 미치는 자기력이고, Ms는 상기 강자성 패턴(203)에 의해 상기 입자들(104, 105)이 가지게 되는 포화 자화력이고, ▽B는 상기 강자성 패턴(203)의 형태에 의해 발생되는 자기장 구배를 나타낸다. 상기 분리 목표 입자(104)는 상기 기타 입자(105) 보다 자성 나노 입자들을 상대적으로 많이 포함하므로, 포화 자화력 또한 상대적으로 보다 커지게 된다. 이로써 상기 분리 목표 입자(104)가 받는 자기력은 상기 기타입자(105)가 받는 것보다 훨씬 커지게 된다. 따라서 상기 분리 목표 입자(104)는 상기 강자성 패턴(208)에 포획될 확률이 더 커지게 된다. In the equation (1), F m is the magnetic force applied to the particles 104 and 105 by the magnetic field gradient, and Ms is the saturation magnetizing force possessed by the particles 104 and 105 by the ferromagnetic pattern 203 , And B indicates a magnetic field gradient generated by the shape of the ferromagnetic pattern 203. [ Since the separation target particle 104 contains a relatively large amount of magnetic nanoparticles than the other particles 105, the saturation magnetization force also becomes relatively large. As a result, the magnetic force received by the separation target particles 104 becomes much larger than that received by the other particles 105. Therefore, the separation target particles 104 are more likely to be trapped in the ferromagnetic pattern 208.

상기 입자들(104, 105)에는 상기 혼합 용액의 흐름에 따른 힘(Fd)도 작용한다. 따라서 상기 자기력(Fm)과 상기 혼합 용액의 흐름에 의한 힘(Fd)의 합력(Fs)이 상기 입자(104, 105)에 작용하게 된다. The particles (104, 105) are also subjected to a force (F d ) in accordance with the flow of the mixed solution. Therefore, the resultant force F s of the magnetic force F m and the force F d by the flow of the mixed solution acts on the particles 104 and 105.

상기 자기력(Fm)은 상기 혼합 용액의 흐름에 의한 힘(Fd)과 부호가 반대로 음의 값을 가질 수 있다. 상기 입자(104, 105)가 상기 강자성 패턴(203)에 포획될 조건은 다음 수학식 2와 같다. The magnetic force F m may have a negative sign with the sign of the force F d due to the flow of the mixed solution. The condition that the particles 104 and 105 are trapped in the ferromagnetic pattern 203 is expressed by the following equation (2).

<수학식 2>&Quot; (2) &quot;

Fm + Fd cosθ < 0F m + F d cos? < 0

상기 수학식 2에서 θ는 상기 혼합 용액의 흐름 방향과 자장 구배에 의해 자성 입자가 받은 힘의 방향이 이루는 각이다. 상기 각도(θ)가 커질수록, 상기 입자(104, 105)가 상기 강자성 패턴(203)에 포획되지 않고 통과할 가능성이 커진다. In Equation (2),? Is the angle formed by the direction of the force received by the magnetic particles by the magnetic field gradient and the flow direction of the mixed solution. As the angle? Increases, the possibility that the particles 104 and 105 pass through the ferromagnetic pattern 203 without being captured is increased.

도 1a 및 3a를 참조하면, 상기 분리 목표 입자(104)는 상기 채널(CH1)을 통해 흘러 이동하다가 상기 강자성 패턴(208) 상에 포획되어 상기 강자성 패턴(208)의 표면을 따라 이동할 수 있다. 상기 강자성 패턴 상의 일 부분에서 접선과 상기 제 1 방향이 이루는 각도는 약 80~90°인 제 1 지점(P1) 상에서 상기 분리 목표 입자(104)는 상기 강자성 패턴(208)의 표면으로부터 분리되어 다시 채널(CH1)을 따라 흘러가게 된다. 이로써 상기 강자성 패턴(208)은 제 1 화살표(A1)을 따라 흘러가서 상기 목표 입자 배출구(254c)를 통해 배출된다. 그러나 상기 기타 입자(105)에 미치는 자기력은 미미하므로 상기 강자성 패턴(208)의 표면에 포획되지 않고 층류 (laminar flow) 흐름 특성상 초기 방향(D1) 그대로 이송되게 되어 상기 기타 입자 배출구(254d)를 통해 배출된다. 이와 같이 분리 목표 입자(104)를 상기 기타 입자(105)로부터 효과적으로 분리할 수 있다. 1A and 3A, the separation target particle 104 may move along the channel CH1 and may be captured on the ferromagnetic pattern 208 to move along the surface of the ferromagnetic pattern 208. [ The separation target particle 104 is separated from the surface of the ferromagnetic pattern 208 on a first point P1 where an angle between the tangent line and the first direction is about 80 to 90 degrees at one portion of the ferromagnetic pattern And flows along the channel CH1. As a result, the ferromagnetic pattern 208 flows along the first arrow A1 and is discharged through the target particle outlet 254c. However, since the magnetic force applied to the other particles 105 is insignificant, it is not captured on the surface of the ferromagnetic pattern 208, but is transported as it is in the initial direction D1 due to laminar flow flow characteristics and is transmitted through the other particle outlet 254d . In this way, the separation target particles 104 can be effectively separated from the other particles 105.

상기 강자성 패턴 (208)이 전 채널(CH1)의 폭 보다 넓게 배치되므로 국부적으로 고 자장 구배가 발생하여 분리에 영향을 줄 수 있는 자성 입자 트랩 등을 없앨 수 있는 장점이 있다. 또한 상기 강자성 패턴(208)에는 도 3b와 같이 각진 부분이 없이 곡선 형태로 되어있다. 즉, 상기 강자성 패턴(208)의 접선들(L1, L2, L3, L4)의 기울기 각들(θ1,θ2,θ3,θ4)은 상기 채널(CH1)의 위치에 따라 연속적으로 변한다. 이로써 상기 분리 목표 입자(104)이 원치않는 위치에서 트랩 현상이 발생되지 않는다. 또한 상기 곡선 형태에 의해 자장 구배가 점진적으로 증진 되어 분리 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한 상기 제 1 지점(P1)에서 상기 강자성 패턴(208)의 접선과 상기 제 1 방향(D1)이 이루는 각도가 약 80~90도로, 보다 바람직하게는 약 90도를 이룸으로써, 상기 분리 목표 입자(104)의 트랩을 막을 수 있다. 상기 제 1 지점(P1)은 바람직하게는 상기 버퍼 용액 통로(253b)와 목표 입자 통로(253c) 사이의 상기 채널(CH1)의 측면에 인접하도록 배치될 수 있다.Since the ferromagnetic pattern 208 is arranged to be wider than the width of the entire channel CH1, there is an advantage that magnetic particle traps or the like, which may have a high magnetic field gradient locally and affect the separation, can be eliminated. In addition, the ferromagnetic pattern 208 has a curved shape without an angled portion as shown in FIG. 3B. That is, the tilt angles? 1,? 2,? 3,? 4 of the tangential lines L1, L2, L3, and L4 of the ferromagnetic pattern 208 continuously change according to the position of the channel CH1. As a result, the trapping phenomenon does not occur at the undesired position of the separation target particle 104. Also, the gradient of the magnetic field is gradually increased by the curved shape, thereby improving the separation efficiency. Further, the angle formed by the tangent of the ferromagnetic pattern 208 and the first direction D1 at the first point P1 is about 80 to 90 degrees, and more preferably about 90 degrees, Thereby preventing trapping of the exhaust gas 104. The first point P1 may preferably be disposed adjacent to the side of the channel CH1 between the buffer solution passage 253b and the target particle passage 253c.

도 4a 내지 4e는 본 발명의 예들에 따른 개략적인 평면도들을 나타낸다.Figures 4A through 4E show schematic plan views according to examples of the present invention.

도 4a를 참조하면, 상기 강자성 패턴들(208)의 갯수는 복수개일 수 있으며, 상기 강자성 패턴들(208) 간의 간격은 상기 배출구들(253c, 253d)에 가까울수록 넓어질 수 있다. 또는 도 4b를 참조하면, 상기 강자성 패턴들(208) 간의 간격은 상기 배출구들(253c, 253d)에 가까울수록 좁아질 수 있다. 상기 도 1a, 1c, 3, 4a 및 4b에서 모두 상기 강자성 패턴들(208)의 평면 형태는 'J'자와 유사할 수 있다. 이때 상기 제 1 지점(P1)은 바람직하게는 상기 버퍼 용액 통로(253b)와 목표 입자 통로(253c) 사이의 상기 채널(CH1)의 측면에 인접하도록 배치될 수 있다.Referring to FIG. 4A, the number of the ferromagnetic patterns 208 may be plural, and the interval between the ferromagnetic patterns 208 may be wider as the discharge ports 253c and 253d are closer to the discharge ports 253c and 253d. Referring to FIG. 4B, the spacing between the ferromagnetic patterns 208 may become narrower toward the discharge ports 253c and 253d. The planar shapes of the ferromagnetic patterns 208 in FIGS. 1A, 1C, 3, 4A and 4B may be similar to the 'J' character. At this time, the first point P1 may be disposed adjacent to the side of the channel CH1, preferably between the buffer solution passage 253b and the target particle passage 253c.

또는 도 4c 및 4d를 참조하면, 강자성 패턴들(208)의 평면 형태는 'U'자 형태와 유사할 수 있다. 그리고 두개의 혼합 용액 통로들(253a)과 두개의 기타 입자 통로들(253d)을 포함할 수 있다. 또는 도 4e를 참조하여, 강자성 패턴들(208)의 평면 형태는 'ω'자 형태와 유사할 수 있다. Or 4C and 4D, the planar shape of the ferromagnetic patterns 208 may be similar to the 'U' shape. And may include two mixing solution passages 253a and two other particle passages 253d. Or 4E, the planar shape of the ferromagnetic patterns 208 may be similar to the '?' Shape.

도 4c, 4d 및 4e의 경우, 입자 분리는 채널(CH1)의 중앙에서 이루어지게 된다. 도 1a, 1c, 3, 4a 및 4b에서처럼 상기 채널(CH1)의 측면에 인접하는 제 1 지점(P1)에서 입자 분리가 발생할 경우, 채널 벽 부분에서 발생할 수 있는 와류에 의해 입자 분리에 나쁜 영향이 미칠 가능성이 있다. 그러나 도 4c, 4d 및 4e와 같이 채널(CH1)의 중앙에서 분리가 일어나면 상기 와류에 의한 악영향을 배제시킬 수 있다. 4C, 4D and 4E, particle separation takes place at the center of the channel CH1. When particle separation occurs at the first point P1 adjacent to the side of the channel CH1 as shown in Figs. 1A, 1C, 3, 4A and 4B, there is a bad influence on the particle separation due to vortex that may occur in the channel wall portion There is a possibility of madness. However, if the separation occurs at the center of the channel CH1 as shown in Figs. 4C, 4D and 4E, the adverse influence due to the eddy current can be excluded.

상기 혼합 용액이 암세포를 포함하는 혈액일 경우, 예를 들면 1ml 당 10억개의 세포들을 포함하며 이들 중 대부분 정상 세포들이고 암세포는 대략 수개에서 수십개 정도가 될 수 있다. 포획된 암세포들의 종류 및 갯수를 이용하여 암의 종류 및 암의 진행 여부를 파악한다. 따라서 손실 없이 대부분의 분리 목표 입자들(104)이 상기 목표 입자 통로(253c)를 통해 빠져나오는 것, 즉 분리 목표 입자들(104)을 잘 포획하는 것이 매우 중요하다. When the mixed solution is blood containing cancer cells, for example, it contains 1 billion cells per 1 ml, most of them are normal cells, and cancer cells can be from several to dozens. The type and number of the cancer cells captured are used to determine the type of cancer and progress of cancer. Therefore, it is very important that most of the separated target particles 104 escape through the target particle passage 253c without loss, that is, to capture the separated target particles 104 well.

분리 목표 입자(104)의 포획에 영향을 주는 첫번째 요인은 강자성 패턴(208)의 평면적 패턴 형상이다. 만약 강자성 패턴(208)의 형태가 연속적으로 기울기가 변하는 곡선 형태가 아닌, 불연속적으로 변하는 기울기를 가지는 꺽인 선 모양을 가지면, 선이 꺽인 부분에서 분리 목표 입자(104)가 트랩될 수 있다. 이와 같이 원치 않는 위치에서 트랩이 되면 분리 효율이 떨어지게 된다. 따라서 도 4a 내지 도 4e에서 강자성 패턴들(208)의 평면 형태가 연속적으로 기울기가 변하는 곡선 형태를 가지도록 하여 분리 효율을 높일 수 있도록 하였다. The first factor affecting the capture of the separation target particles 104 is the planar pattern shape of the ferromagnetic pattern 208. If the shape of the ferromagnetic pattern 208 has a bent line shape having a discontinuously varying slope, rather than a curve shape in which the slope continuously changes, the separation target particle 104 may be trapped at the bent portion. When the trap is formed at such an undesired position, the separation efficiency is lowered. Therefore, in FIGS. 4A to 4E, the planar shape of the ferromagnetic patterns 208 has a curved shape in which the inclination continuously varies, thereby improving the separation efficiency.

분리 목표 입자(104)의 포획에 영향을 주는 두번째 요인은 채널(CH1)의 측벽(또는 경계면)이다. 혼합 용액의 유속은 채널(CH1)의 중심부에서 가장 빠르고 채널(CH1)의 측벽(경계면)에서 가장 느리다 (이론적으로 유속이 0인 지점이다). 또한 채널(CH1)의 측벽(경계면)에 강자성 패턴(208)이 배치되는 경우엔 분리 목표 입자(104)가 트랩되어 흘러가지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 또한 채널(CH1)의 측벽(경계면)에서는 유체(혼합 용액)의 와류가 발생하거나 측벽(경계면)에서 발생하는 기포의 영향을 받아서 입자 분리에 악영향을 줄 수도 있다. 도 4c, 4d 및 4e와 같이, 'U'자나 'ω'자 형태의 강자성 패턴(208)을 가지는 경우에는 채널(CH1)의 중심부에서 분리가 이루어져 이러한 문제들을 해결할 수 있다. The second factor affecting the capture of the separation target particles 104 is the sidewall (or interface) of the channel CHl. The flow rate of the mixed solution is the fastest at the center of the channel CH1 and slowest at the side wall (boundary) of the channel CH1 (theoretically the zero velocity point). Further, when the ferromagnetic pattern 208 is disposed on the sidewall (boundary surface) of the channel CH1, the separation target particles 104 may be trapped and may not flow. Further, vortices of fluid (mixed solution) may be generated on the side wall (boundary surface) of the channel CH1, or may be adversely affected by bubbles generated on the side wall (boundary surface). As shown in FIGS. 4C, 4D and 4E, when the ferromagnetic pattern 208 has a 'U' or '?' Shape, separation at the center of the channel CH1 can be achieved to solve these problems.

분리 목표 입자(104)의 포획에 영향을 주는 세번째 요인은 출구 쪽에서 분리 목표 입자(104)가 원치 않는 기타 입자 통로(253c)로 빠지는 것을 최소화해야 한다. 투입구들(254a, 254b)로부터 서로 다른 밀도의 혼합 용액(ex, 혈액)과 버퍼 용액이 들어오면 동일한 유속에서는 밀도가 낮은 쪽으로 유체가 움직이게 된다. 즉, 혼합용액이 버퍼 용액쪽으로 밀고 들어오게 된다. 그래서 유속을 조절하여 혼합 용액 중에서 분리 목표 입자들(104)만 잡아내고 나머지 기타 입자들(105)은 기타 입자 배출구(254d) 쪽으로 들어가게 해야 한다. 그리고 미세 채널 안에서 대부분 층류이지만 통로들(253c, 253d)에서 채널(CH1)의 폭이 변화하게 되어 와류가 발생할 수 있다. 이 와류에 의해 분리 목표 입자들(104)의 일부가 기타 입자 통로(253c)로 들어가지 못하도록 방지하는 구조가 필요하다. 도 4e의 'ω'자 형태의 강자성 패턴(208)을 가지는 경우에는, 중앙 부분에서 분리 목표 입자(104)가 받는 자기력이 수학식 1과 수학식 2에 의하여 최소화되어, 분리된 목표 입자들(104)에는 거의 용액의 층류 흐름에 따른 힘만 미치게 된다. 이로써 분리된 목표 입자들(104)이 층류 흐름에 따라 분리된 상태를 잘 유지할 수 있어 분리 목표 입자들(104)을 손실없이 최대한 포획할 수 있다.
A third factor affecting the capture of the separation target particles 104 should be minimization of the separation target particles 104 at the exit side into the other unwanted particle passage 253c. When the mixture solution (ex, blood) and the buffer solution of different densities are introduced from the injection ports 254a and 254b, the fluid moves to the lower density at the same flow rate. That is, the mixed solution is pushed into the buffer solution. So that the flow velocity must be controlled to capture only the separated target particles 104 in the mixed solution and the remaining other particles 105 to the other particle outlet 254d. Although the laminar flow is mostly laminar in the microchannel, the width of the channel CH1 in the passages 253c and 253d may change, and a vortex may occur. There is a need for a structure that prevents a part of the separation target particles 104 from entering the other particle passage 253c by this vortex. 4E, the magnetic force received by the separation target particle 104 at the center portion is minimized by Equations 1 and 2, so that the separated target particles (i.e., 104), only the force due to the laminar flow of the solution is almost reached. As a result, the separated target particles 104 can be maintained in a state of being separated according to the laminar flow, and the separated target particles 104 can be captured as much as possible without loss.

다음은 본 발명의 다중 분리 장치를 제조하는 과정을 설명하기로 한다. Hereinafter, the process of manufacturing the multiple separation apparatus of the present invention will be described.

상기 다중 분리 장치의 상판(250) 및 하판(200)은 각각 사출성형(Injection molding), 핫엠보싱(Hot embossing), 캐스팅(Casting), 광성형(Stereolithography), 레이저 어블레이션(Laser ablation), 쾌속조형(Rapid prototyping), 실크스크린(silk screen), 수치 제어 머시닝(Numerical Control machining; NC machining) 등과 같은 전통적인 기계 가공법 또는 포토리소그래피(Photolithography)를 이용한 반도체 가공법 중에서 선택된 하나의 방식으로 성형될 수 있으며, 포토리소그래피 공정을 이용하는 것이 바람직하다.The upper plate 250 and the lower plate 200 of the multi-separation apparatus are respectively formed by injection molding, hot embossing, casting, stereolithography, laser ablation, May be formed in one manner selected from conventional mechanical processing methods such as rapid prototyping, silk screen, numerical control machining (NC machining), or semiconductor processing using photolithography, It is preferable to use a photolithography process.

상기 상판(250)과 상기 하판(200)에 각각 상술한 미세 구조물들을 형성한 후에, 상기 상판(250)과 상기 하판(200)을 결합시킨다. 이때 표면 플라즈마 처리와 같은 표면 개질과 자기조립막 형성을 통해 표면에 접착을 위한 기능성 물질을 형성하여 결합한 후에 압력을 가하면서 열처리를 통해 결합을 하는 것이 바람직하다. 또는 상판 및 하판 결합은 접착 부재에 의해 결합될 수 있다. 상판(250)과 하판(200)이 동종 재료인 경우, 접착 부재는 열, 화학 약품, 초음파 등일 수 있고, 이종 재료인 경우, 액체형의 접착물질, 분말형의 접착 물질, 종이와 같은 얇은 판상형의 접착 물질일 수 있다. 상판(250)과 하판(200)의 결합 과정에서 생화학 물질(항체 등)의 변성을 막기 위해 상온 혹은 저온 접합이 필요한 경우에는 압력만으로 접합이 이루어지는 접착 물질(pressure sensitive adhesive)를 사용할 수 있다.After the microstructures described above are formed on the upper plate 250 and the lower plate 200, the upper plate 250 and the lower plate 200 are coupled to each other. At this time, it is preferable to form a functional material for bonding on the surface through surface modification such as surface plasma treatment and self-assembled film formation, and then, after bonding, bonding through heat treatment while applying pressure. Or the upper plate and the lower plate engagement can be combined by the adhesive member. When the upper plate 250 and the lower plate 200 are made of the same kind of material, the adhesive member may be heat, chemicals, ultrasonic waves or the like. In the case of different materials, a thin plate- Adhesive material. When room temperature or low temperature bonding is required to prevent denaturation of a biochemical substance (antibody or the like) in the process of bonding the upper plate 250 and the lower plate 200, a pressure sensitive adhesive can be used.

구체적인 예로써, 먼저 하판을 형성하는 과정을 도 5a 내지 5e를 참조하여 설명하기로 한다.As a concrete example, a process of forming the lower plate will be described first with reference to FIGS. 5A to 5E.

도 5a를 참조하면, 하판(200)을 준비한다. 상기 하판(200)은 예를 들면 실리콘 웨이퍼일 수 있으며 세정하여 준비할 수 있다. Referring to FIG. 5A, a lower plate 200 is prepared. The lower plate 200 may be, for example, a silicon wafer and may be prepared by cleaning.

도 5b를 참조하면 상기 하판(200) 상에 시드막(202)을 형성한다. 상기 시드막(202)은 티타늄, 니켈, 구리, 크롬 중 선택되는 적어도 하나의 금속 또는 이의 화합물로 증착 공정을 통해 형성될 수 있다. Referring to FIG. 5B, a seed film 202 is formed on the lower plate 200. The seed layer 202 may be formed by a deposition process using at least one metal selected from the group consisting of titanium, nickel, copper, and chromium or a compound thereof.

도 5c를 참조하면, 상기 시드막(202) 상에 하부 포토레지스트막(204)을 형성한다. Referring to FIG. 5C, a lower photoresist film 204 is formed on the seed film 202.

도 5d를 참조하면, 노광 및 현상 공정을 통해 상기 하부 포토레지스트막(204)에 상기 시드막(202)을 노출시키는 복수개의 홈들(206)을 형성한다. Referring to FIG. 5D, a plurality of grooves 206 are formed in the lower photoresist film 204 to expose the seed film 202 through an exposure and development process.

도 5e를 참조하면, 전기도금 방법 또는 전자빔을 이용한 증착 공정을 통해 상기 홈들(206)을 채우는 강자성 패턴들(208)을 형성한다. 상기 강자성 패턴들(208)은 니켈, 니켈-코발트, 니켈-철, 마그네슘-알루미늄, 니켈-철-구리-크롬, 철-니켈-몰리브덴-마그네슘 중에 선택되는 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다. 이때 상기 강자성 패턴(208)의 두께는 예를 들면 0.1~1000㎛일 수 있다. 후속으로 표면을 평탄화하기 위해 CMP(Chemical mechanical polishing)와 같은 평탄화 공정을 진행할 수 있다. 이로써 상기 하판(200)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5E, ferromagnetic patterns 208 filling the grooves 206 are formed through an electroplating process or a deposition process using an electron beam. The ferromagnetic patterns 208 may be formed of at least one material selected from the group consisting of nickel, nickel-cobalt, nickel-iron, magnesium-aluminum, nickel-iron-copper-chromium and iron-nickel-molybdenum-magnesium. At this time, the thickness of the ferromagnetic pattern 208 may be, for example, 0.1 to 1000 mu m. Subsequently, a planarizing process such as chemical mechanical polishing (CMP) may be performed to planarize the surface. Thus, the lower plate 200 can be formed.

그다음 상기 상판(250)을 형성하는 과정을 도 6a 내지 6d을 참조하여 설명하기로 한다.Next, a process of forming the upper plate 250 will be described with reference to FIGS. 6A to 6D.

도 6a를 참조하면, 먼저 주형 기판(240)을 형성한다. 상기 주형 기판(240)은 예를 들면 실리콘 웨이퍼일 수 있다. Referring to FIG. 6A, a mold substrate 240 is first formed. The mold substrate 240 may be, for example, a silicon wafer.

도 6b를 참조하면, 상기 주형 기판(240) 상에 상부 포토레지스트 패턴(242)을 형성한다. 상기 상부 포토레지스트 패턴(242)을 형성하기 위하여, 먼저 바람직하게는 에폭시 계열 감광성 포토레지스트를 도포한다. 상기 포토레지스트의 두께는 포토레지스트의 점도를 조절하거나 스핀 코팅 장비에서의 분당 회전 수(예: 500 내지 5000 rpm)에 비례하여 다양하게(예: 1 내지 1000㎛) 제어가 가능하다. 에폭시 계열 감광성 포토레지스트는 열경화가 일어난 후 추가로 노광 작업을 하더라도 영향을 받지 않고 정밀한 패턴형성이 가능하며 노광 공정에 의해 손쉽고 빠르게 원하는 패턴과 깊이를 얻을 수 있다. 대표적인 에폭시 계열 포토레지스트는 SU-8 계열 네거티브 포토레지스트일 수 있다. 정밀한 패턴 형상(1 ㎛ 이상의 분해능)은 노광 마스크의 패턴에 의해 제어될 수 있다. 이러한 공정에 의해 초정밀한 채널 깊이와 패턴 형상을 가지는 유체 채널 형상에 상응하는 상기 상부 포토레지스트 패턴(242)를 포함한 상판 몰드 원형을 완성할 수 있다.Referring to FIG. 6B, an upper photoresist pattern 242 is formed on the mold substrate 240. To form the upper photoresist pattern 242, an epoxy-based photosensitive photoresist is preferably applied first. The thickness of the photoresist can be controlled in various ways (for example, 1 to 1000 μm) in accordance with the viscosity of the photoresist or the number of revolutions per minute (eg, 500 to 5000 rpm) in the spin coating equipment. Epoxy-based photosensitive photoresists can be precisely patterned without further exposure after thermal curing and can easily and quickly reach desired pattern and depth by exposure process. Exemplary epoxy-based photoresists may be SU-8 series negative photoresists. A precise pattern shape (resolution of 1 탆 or more) can be controlled by the pattern of the exposure mask. By this process, a top mold mold including the upper photoresist pattern 242 corresponding to a fluid channel shape having an ultra-precise channel depth and pattern shape can be completed.

도 6c를 참조하면, 상기 주형 기판(240) 상에 PDMS 물질을 코팅하고 경화하여 상판(250)을 형성한다. Referring to FIG. 6C, a PDMS material is coated on the mold substrate 240 and cured to form an upper plate 250.

도 6d를 참조하면, 상기 상판(250)을 상기 주형 기판(240)으로부터 분리한다. 상기 상판(250)에는 상기 상부 포토레지스트 패턴(242)이 있던 곳에 함몰부(252)가 형성될 수 있다. 그리고 구멍들(254a~254d)을 펀칭 등의 방법으로 형성할 수 있다. Referring to FIG. 6D, the upper plate 250 is separated from the mold substrate 240. A depression 252 may be formed in the upper plate 250 where the upper photoresist pattern 242 is located. The holes 254a to 254d may be formed by a method such as punching.

도시하지는 않았지만, 상기 PDMS 물질을 코팅하기 전에, 상판 몰드 원형의 구조물에 전기 도금 공정을 적용하여 금속 몰드를 제작할 수 있다. 전기 도금은 Ti, Cr, Al, Au 등의 금속으로 이루어진 시드(seed)층을 형성한 후 수행될 수 있다. 금속 몰드의 두께는 전사될 기판(예: 고분자 기판)상에 전사할 때 휘어짐이나 부서짐이 없을 정도이면 충분하다. 이후, 주형 기판(예: 실리콘 기판)을 금속 몰드만 남도록 습식 식각 등의 방법으로 제거한다. Although not shown, before the PDMS material is coated, a metal mold may be manufactured by applying an electroplating process to the circular mold structure of the upper plate. The electroplating may be performed after forming a seed layer made of a metal such as Ti, Cr, Al, or Au. The thickness of the metal mold is sufficient to prevent warping or bending when transferred onto a substrate (for example, a polymer substrate) to be transferred. Thereafter, the mold substrate (for example, the silicon substrate) is removed by wet etching or the like so that only the metal mold remains.

금속 몰드는 사출 성형(injection molding), 핫엠보싱(hot embossing), 캐스팅(casting) 등의 방법으로 기판(예: 고분자 기판)에 전사될 수 있다. 이후, 구멍들(254a~254d)을 형성할 수 있다. The metal mold may be transferred to a substrate (e.g., a polymer substrate) by a method such as injection molding, hot embossing, casting, or the like. Thereafter, holes 254a through 254d may be formed.

도 1c를 참조하여, 상기 상판(250)을 상기 하판(200) 상에 결합시킨다. 이때 강자성 패턴(208)와 채널(CH1)과 서로 대응되도록 결합한다. 상기 상판(250)과 상기 하판(200)이 동종 재료인 경우, 열, 화학 약품, 초음파 등에 의해 접착될 수 있고, 이종 재료인 경우, 액체형의 접착물질, 분말형의 접착 물질, 종이와 같은 얇은 판상형의 접착 물질이 이용될 수 있다. 상기 상판(250)과 상기 하판(200)의 결합 과정에서 생화학 물질(항체 등)의 변성을 막기 위해 상온 혹은 저온 접합이 필요한 경우에는 압력만으로 접합이 이루어지는 접착 물질(pressure sensitive adhesive)을 사용할 수 있다. Referring to FIG. 1C, the upper plate 250 is coupled to the lower plate 200. At this time, the ferromagnetic pattern 208 and the channel CH1 are coupled so as to correspond to each other. When the upper plate 250 and the lower plate 200 are made of the same material, they can be adhered by heat, chemicals, ultrasonic waves or the like. In the case of different materials, a liquid adhesive material, a powdery adhesive material, A plate-like adhesive material may be used. In order to prevent denaturation of biochemical substances (antibodies, etc.) in the process of bonding the upper plate 250 and the lower plate 200, a pressure sensitive adhesive may be used in which bonding is performed only by pressure when room temperature or low temperature bonding is required .

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
The embodiments of the present invention described above are not only implemented by the apparatuses and methods, but can be easily implemented by those skilled in the art from the description of the embodiments described above.

Claims (20)

제 1 방향으로 혼합 용액이 흐르는 채널; 및
상기 채널의 바닥 아래에 배치되 적어도 하나의 강자성 패턴을 포함하되,
상기 적어도 하나의 강자성 패턴은 평면적으로 채널의 가장자리 부분에서 채널의 중심 부분으로 갈수록 돌출되는 곡선의 형태를 가지고,
상기 강자성 패턴의 접선의 기울기는 상기 채널의 위치에 따라 연속적으로 변하며,
상기 혼합 용액은 분리 목표 입자와 기타 입자를 포함하되,
상기 분리 목표 입자는 상기 채널의 중심 부분을 따라 분리되는 다중 분리 장치.
A channel through which the mixed solution flows in the first direction; And
At least one ferromagnetic pattern disposed beneath the bottom of the channel,
Wherein the at least one ferromagnetic pattern has a curved shape protruding from an edge portion of the channel to a center portion of the channel in a plan view,
Wherein the slope of the tangent of the ferromagnetic pattern varies continuously with the position of the channel,
Wherein the mixed solution includes a separation target particle and other particles,
Wherein the separation target particles are separated along a central portion of the channel.
제 1 항에 있어서,
상기 강자성 패턴 상의 일 부분에서 접선과 상기 제 1 방향이 이루는 각도는 80~90°인 다중 분리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the angle formed by the tangent line and the first direction at one portion of the ferromagnetic pattern is 80 to 90 degrees.
제 1 항에 있어서,
상기 강자성 패턴은 'U' 및 'ω' 중에 적어도 하나의 형태를 가지는 다중 분리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the ferromagnetic pattern has at least one of 'U' and 'ω'.
제 1 항에 있어서
상기 강자성 패턴의 선폭은 위치에 따라 변하는 다중 분리 장치.
The method of claim 1, wherein
Wherein the line width of the ferromagnetic pattern varies depending on the position.
제 1 항에 있어서,
상기 강자성 패턴의 폭은 10~1000㎛인 다중 분리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the ferromagnetic pattern has a width of 10 to 1000 mu m.
제 1 항에 있어서,
상기 강자성 패턴의 두께는 0.1~1000㎛인 다중 분리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the ferromagnetic pattern is 0.1 to 1000 mu m.
제 1 항에 있어서,
상기 채널의 높이는 10~1000㎛인 다중 분리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the channel has a height of 10 to 1000 mu m.
제 1 항에 있어서,
상기 채널에 인접하여 배치되는 적어도 하나의 영구자석을 더 포함하는 다중 분리 장치.
The method according to claim 1,
And at least one permanent magnet disposed adjacent to the channel.
제 1 항에 있어서,
상기 채널에 연결되며 상기 혼합 용액이 투입되는 적어도 하나의 혼합 용액 투입구;
상기 채널에 연결되는 버퍼 용액 투입구;
상기 채널에 연결되며, 상기 분리 목표 입자가 배출되는 목표 입자 배출구; 및
상기 채널에 연결되며, 상기 기타 입자가 배출되는 적어도 하나의 기타 입자 배출구를 더 포함하되,
상기 혼합 용액 투입구와 상기 기타 입자 배출구는 상기 채널의 일 측면에 연결되며
상기 버퍼 용액 투입구와 상기 목표 입자 배출구는 상기 채널의 상기 일 측면과 이격된 타 측면에 연결되는 다중 분리 장치.
The method according to claim 1,
At least one mixing solution inlet connected to the channel and into which the mixed solution is introduced;
A buffer solution inlet connected to the channel;
A target particle outlet connected to the channel, through which the separation target particle is discharged; And
And at least one other particle outlet connected to the channel and through which the other particles are discharged,
The mixing solution inlet and the other particle outlet are connected to one side of the channel
Wherein the buffer solution inlet and the target particle outlet are connected to the other side and the other side of the channel.
제 9 항에 있어서,
상기 강자성 패턴의 갯수는 복수개이며,
상기 강자성 패턴들 간의 간격은 상기 기타 입자 배출구에 가까울수록 좁아지는 다중 분리 장치.
10. The method of claim 9,
The number of the ferromagnetic patterns is plural,
Wherein the spacing between the ferromagnetic patterns is narrower toward the other particle outlet.
제 9 항에 있어서,
상기 타측면과 상기 강자성 패턴이 만나는 지점에서의 접선이 상기 타측면과 이루는 각도는 80~90°인 다중 분리 장치.
10. The method of claim 9,
Wherein an angle formed by the tangent at the point where the other side meets the ferromagnetic pattern and the other side is 80 to 90 degrees.
제 1 항에 있어서,
상기 분리 목표 입자의 자화량은 상기 기타 입자의 자화량보다 큰 다중 분리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the magnetization amount of the separation target particle is larger than the magnetization amount of the other particles.
제 12 항에 있어서,
상기 분리 목표 입자는 자성 나노 입자가 결합되며, 유전자, DNA, RNA, 단백질, 펩타이드 및 암세포 중의 적어도 하나인 다중 분리 장치.
13. The method of claim 12,
Wherein the separation target particle is at least one of a gene, a DNA, an RNA, a protein, a peptide, and a cancer cell, to which the magnetic nanoparticles are bound.
제 1 항에 있어서,
상기 강자성 패턴이 배치되는 하판; 및
상기 하판 상에 배치되며 상기 채널을 제공하기 위한 내부 공간을 포함하는 상판을 더 포함하되,
상기 하판과 상기 상판 중 적어도 하나는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)을 포함하는 다중 분리 장치.
The method according to claim 1,
A lower plate on which the ferromagnetic pattern is disposed; And
Further comprising an upper plate disposed on the lower plate and including an inner space for providing the channel,
Wherein at least one of the lower plate and the upper plate comprises polydimethylsiloxane (PDMS).
제 14 항에 있어서,
상기 하판과 상기 상판 사이에 개재되며 상기 강자성 패턴의 측벽과 접하는 포토레지스트 패턴을 더 포함하는 다중 분리 장치.
15. The method of claim 14,
And a photoresist pattern interposed between the lower plate and the upper plate and in contact with the sidewalls of the ferromagnetic pattern.
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