DE102010041972A1 - A microfluidic device and method of controlling fluid flow using the same - Google Patents
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Abstract
Eine Mikrofluidikvorrichtung weist auf: eine untere Platte mit einem ersten Kanal; eine erste obere Platte, die unbeweglich auf die untere Platte gestapelt ist und auf einem oberen Bereich derselben Nuten aufweist, einen Fluideinlaß und einen Fluidauslaß, die an Positionen ausgebildet sind, die beiden Enden des ersten Kanals entsprechen; und eine zweite obere Platte, die beweglich in die Nuten der ersten oberen Platte eingeführt ist und einen zweiten Kanal, ein Loch, das mit einem rechten Ende des zweiten Kanals verbunden ist, sowie einen dritten Kanal aufweist, der mit der rechten Seite des Lochs verbunden ist.A microfluidic device includes: a lower plate with a first channel; a first upper plate immovably stacked on the lower plate and having grooves on an upper portion thereof, a fluid inlet and a fluid outlet formed at positions corresponding to both ends of the first channel; and a second upper plate movably inserted into the grooves of the first upper plate and having a second channel, a hole connected to a right end of the second channel, and a third channel connected to the right side of the hole is.
Description
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGENCROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der beim Koreanischen Amt für geistiges Eigentum eingereichten
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikrofluidikvorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Fluidflusses unter Verwendung derselben, sowie insbesondere eine Technik zum einfachen und präzisen Steuern eines Fluidflusses, indem lediglich ein zweite obere Platte in einer Mikrofluidikvorrichtung bewegt wird, die gebildet wird durch das sequentielle Stapeln (bzw. Laminieren) einer unteren Platte, einer ersten oberen Platte, die an einem oberen Bereich der unteren Platte fixiert ist, und das bewegliche Einführen der zweiten oberen Platte in eine Nut (bzw. Aussparung) der ersten oberen Platte.The present invention relates to a microfluidic device and a method of controlling a fluid flow using the same, and more particularly to a technique for controlling a fluid flow simply and precisely by merely moving a second top plate in a microfluidic device formed by sequential stacking Laminating) a lower plate, a first upper plate fixed to an upper portion of the lower plate, and movably inserting the second upper plate into a groove (s) of the first upper plate.
Beschreibung des Stands der TechnikDescription of the Related Art
Die Technik des Stands der Technik zum Steuern eines Fluidflusses weist eine Technik zum Steuern der Form und Größe eines Kanals, eine Technik zum Bearbeiten einer inneren Wand eines Kanals derart, dass sie Hydrophilie oder Hydrophobie aufweist, eine Technik zur Verwendung von Druck oder elektrischer Energie oder dergleichen auf.The prior art technique for controlling fluid flow includes a technique for controlling the shape and size of a channel, a technique for working an inner wall of a channel to have hydrophilicity or hydrophobicity, a technique for using pressure or electrical energy, or the like like that.
Die Technik zum Steuern der Form und Größe eines Kanals, wobei die Breite und Tiefe eines Kanals unterschiedlich sind, um eine Flußgeschwindigkeit eines Fluids basierend auf Hydromechanik zu justieren, und wobei die Form des Kanals so gesteuert wird, dass eine große oder kleine Kapillarkraft induziert wird, wird herkömmlicherweise verwendet, um einen Fluidfluß zu justieren. Die Technik des Stands der Technik zum Steuern eines Fluidflusses, indem lediglich die Form und Größe eines Kanals angepaßt wird, ist jedoch auf die Anwendung auf das Gebiet der Bio-Chips begrenzt, wobei Fähigkeiten zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Übertragungsgeschwindigkeit eines Fluids in einem Mikrokanal, zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Reaktionszeit in einem reaktionsfähigen Bereich sowie zum Anhalten einer Fluidübertragung und dergleichen für eine Quantisierung von Analysen unerläßlich sind.The technique for controlling the shape and size of a channel, wherein the width and depth of a channel are different to adjust a flow velocity of a fluid based on hydromechanics, and wherein the shape of the channel is controlled to induce a large or small capillary force is conventionally used to adjust fluid flow. However, the prior art technique for controlling fluid flow by merely adapting the shape and size of a channel is limited to application to the field of biochips, with capabilities to maintain a particular transfer rate of a fluid in a microchannel Maintaining a certain reaction time in a reactive region as well as stopping a fluid transfer and the like are essential for quantization of analyzes.
Darüber hinaus ist die Technik zum Steuern eines Fluids durch Behandlung der inneren Wand eines Kanals derart, dass sie Hydrophilie oder Hydrophobie aufweist, auf die Anwendung auf das Gebiet der Bio-Chips begrenzt, in dem ein Fluid an einer gewünschten Position angehalten oder an eine gewünschte Position übertragen werden soll. Beispielsweise gibt es eine Technik zum Anhalten eines Fluidflusses durch Einrichten eines hydrophoben Bereichs auf einem Kanal, um eine bestimmte Reaktionszeit aufrechtzuerhalten. Wenn ein Fluid auf den hydrophoben Bereich trifft, wird der Fluß des Fluids aufgrund der Eigenschaften des Hinausdrückens des Fluids aus der inneren Wand des Kanals gestoppt, und in diesem Fall ist die Zeitdauer, in der das Fluid gestoppt wird, proportional zum Bereich und zur Länge des hydrophoben Bereichs. Obwohl die meisten Materialien in einer Anfangsphase hydrophobe Eigenschaften aufweisen, neigen die Materialien jedoch im Allgemeinen dazu, sich so zu ändern, dass sie Hydrophilie aufweisen, wenn sich die Dauer verlängert, in der sie dem Fluid begegnen. Mit fortschreitender Zeit passiert das Fluid daher mit sehr langsamer Geschwindigkeit durch den hydrophoben Bereich. Wenn der hydrophobe Bereich des Kanals dazu eingerichtet ist, den Fluidfluß zu stoppen, um eine bestimmte Reaktionszeit aufrechtzuerhalten, wird die Hydrophobie des hydrophoben Bereichs daher aufgrund einer Absorption von Umgebungsfeuchtigkeit, der Menge eines Reaktants, einer Trägheitskraft des Fluidflusses am Reaktionsbereich daher unzureichend, was in einer Situation resultiert, in der der Reaktant am Reaktionsbereich zum hydrophoben Bereich hinausfließen kann. Wenn die Reaktionszeit mit diesem Verfahren eingestellt werden soll, muß darüber hinaus ein bestimmter Bereich des Kanals so behandelt werden, dass er Hydrophobie aufweist, wozu folglich unter Berücksichtigung der physikalischen und chemischen Eigenschaften eines verwendeten Fluids ein geeignetes Material und ein geeignetes Verarbeitungsverfahren entwickelt werden müssen.Moreover, the technique of controlling a fluid by treating the inner wall of a channel to have hydrophilicity or hydrophobicity is limited to application to the biochip area where a fluid is stopped at a desired position or to a desired one Position to be transferred. For example, there is a technique for stopping fluid flow by establishing a hydrophobic region on a channel to maintain a certain reaction time. When a fluid hits the hydrophobic region, the flow of fluid is stopped due to the properties of expelling the fluid from the inner wall of the channel, and in this case, the period of time in which the fluid is stopped is proportional to the range and length of the hydrophobic region. However, while most materials have hydrophobic properties in an initial phase, the materials generally tend to change to have hydrophilicity as the length of time that they encounter the fluid increases. As time passes, therefore, the fluid passes through the hydrophobic region at a very slow rate. Therefore, when the hydrophobic portion of the channel is arranged to stop the flow of fluid to maintain a certain reaction time, the hydrophobicity of the hydrophobic portion becomes insufficient due to absorption of ambient humidity, amount of reactant, inertial force of the fluid flow at the reaction portion results in a situation in which the reactant can flow out to the hydrophobic region at the reaction area. In addition, when the reaction time is to be adjusted by this method, a certain portion of the channel must be treated to have hydrophobicity, and accordingly, considering the physical and chemical properties of a fluid used, a suitable material and processing method must be developed.
Darüber hinaus erfordert die Technik zur Steuerung eines Fluidflusses unter Verwendung von Druck eine Druckjustierungsvorrichtung wie beispielsweise eine Spritzenpumpe, eine peristaltische Pumpe und dergleichen, was zu einer Zunahme der Größe eines diagnostischen Systems führt, das diese Systemelemente aufweist, und weil die Kosten der Konfiguration des Systems durch die Kosten der Druckjustierungsvorrichtung und nicht durch Kosten der Systemelemente bestimmt werden, ist diese Technik in einem Point-of-Care-(POCS)-Markt, der Elemente geringer und niedriger Kosten anstrebt, nicht akzeptabel. Ferner ist die Technik zur Steuerung eines Fluidflusses unter Verwendung von elektrischer Energie dahingehend vorteilhaft, dass die Größe eines Systems reduziert werden kann, aber sie ist dahingehend nachteilig, dass sie nur in sehr begrenzten Fällen anwendbar ist. Darüber hinaus muß, um elektrische Energie anzuwenden, eine Elektrode auf einem Element ausgebildet werden, was eine äußerst ungewöhnliche, besondere Form und ein Schema gemäß der Eigenschaften von Fluiden erfordert, und um ein elektrisches Signal an das Innere des Elements zu übertragen, müssen zur Konfiguration verschiedene Vorrichtungen kombiniert werden. Obwohl es ein kleines, kompaktes System ist, ist es folglich sehr schwierig, das System herzustellen und zu implementieren. Wenn ein Element in verschiedenen Stufen Reaktionen durchführt, muß, wenn sich die elektrischen Eigenschaften eines Fluids je nach Stufe ändern, insbesondere die elektrische Energie je nach Stufe angepaßt werden, was die Prozesse kompliziert.Moreover, the technique of controlling fluid flow using pressure requires a pressure adjusting device such as a syringe pump, a peristaltic pump, and the like, resulting in an increase in the size of a diagnostic system having these system elements, and because the cost of configuring the system This is not acceptable in a point-of-care (POCS) market, which seeks low and low cost elements, by the cost of the pressure adjustment device and not by the cost of the system elements. Further, the technique of controlling fluid flow using electrical energy is advantageous in that the size of a system can be reduced, but it is disadvantageous in that it only has a lot of power limited cases is applicable. Moreover, in order to apply electrical energy, an electrode must be formed on an element, which requires a very unusual, particular shape and scheme according to the properties of fluids, and in order to transmit an electrical signal to the interior of the element must be configured different devices are combined. Although it is a small, compact system, it is therefore very difficult to manufacture and implement the system. In particular, when an element performs reactions at different stages, as the electrical properties of a fluid change depending on the stage, the electrical energy must be adjusted depending on the stage, which complicates the processes.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Mikrofluidikvorrichtung bereit, hergestellt durch sequentielles Stapeln einer unteren Platte, einer ersten oberen Platte, die an einem oberen Bereich der unteren Platte fixiert ist, und einer zweiten oberen Platte, die beweglich in eine Nut (bzw. eine Aussparung) der ersten oberen Platte eingeführt ist, die dazu in der Lage ist, einen Fluidfluß einfach und präzise zu steuern, indem lediglich die zweite obere Platte bewegt wird.One aspect of the present invention provides a microfluidic device fabricated by sequentially stacking a bottom plate, a first top plate fixed to an upper portion of the bottom plate, and a second top plate movably inserted into a groove ) of the first upper plate capable of simply and precisely controlling fluid flow by only moving the second upper plate.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Mikrofluidikvorrichtung bereitgestellt, aufweisend: eine unter Platte mit einem ersten Kanal; eine erste obere Platte, die unbeweglich auf die untere Platte gestapelt ist und Nuten auf einem oberen Bereich derselben, einen Fluideinlaß sowie einen Fluidauslaß aufweist, die an Positionen ausgebildet sind, die beiden Enden des ersten Kanals entsprechen; und eine zweite obere Platte, die beweglich in die Nuten der ersten oberen Platte eingeführt ist und einen zweiten Kanal, ein Loch, das mit einem rechten Ende des zweiten Kanals verbunden ist, und einen dritten Kanal aufweist, der mit der rechten Seite des Lochs verbunden ist.According to one aspect of the present invention, there is provided a microfluidic device comprising: a lower plate having a first channel; a first upper plate immovably stacked on the lower plate and having grooves on an upper portion thereof, a fluid inlet and a fluid outlet formed at positions corresponding to both ends of the first channel; and a second upper plate movably inserted in the grooves of the first upper plate and having a second channel, a hole connected to a right end of the second channel, and a third channel connected to the right side of the hole is.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern eines Fluidflusses unter Verwendung einer Mikrofluidikvorrichtung bereitgestellt, die durch sequentielles Stapeln einer unteren Platte, einer ersten oberen Platte sowie einer zweiten oberen Platte so gebildet wird, dass die erste obere Platte an einem oberen Bereich der unteren Platte fixiert ist und die zweite obere Platte beweglich in Nuten der ersten oberen Platte eingeführt ist, aufweisend: Injizieren eines Fluids in einen ersten Kanal, der auf der unteren Platte ausgebildet ist, durch einen Fluideinlaß, der auf der ersten oberen Platte ausgebildet ist; und, wenn der erste Kanal mit dem durch den Fluideinlaß injizierten Fluid gefüllt ist, so dass der Fluidfluß gestoppt wird, Bewegen der zweiten oberen Platte, um einen Fluidauslaß, der auf der ersten oberen Platte ausgebildet ist, mit einem zweiten Kanal zu verbinden, der auf der zweiten oberen Platte ausgebildet ist.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling fluid flow using a microfluidic device formed by sequentially stacking a bottom plate, a first top plate, and a second top plate such that the first top plate is at an upper portion the lower plate is fixed and the second upper plate is movably inserted in grooves of the first upper plate, comprising: injecting a fluid into a first channel formed on the lower plate through a fluid inlet formed on the first upper plate ; and, when the first passage is filled with the fluid injected through the fluid inlet so that the fluid flow is stopped, moving the second upper plate to connect a fluid outlet formed on the first upper plate to a second passage is formed on the second upper plate.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die oben beschriebenen sowie weitere Aspekte, Merkmale und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Figuren klarer verständlich, wobei:The above-described and other aspects, features and other advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings, in which:
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Die Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt werden, und sie sollte nicht als auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen beschränkt interpretiert werden. Diese Ausführungsformen sind vielmehr zur gründlichen und vollständigen Offenbarung der Erfindung vorgesehen und vermitteln dem Fachmann den Umfang der Erfindung vollständig. Falls davon auszugehen ist, dass eine detaillierte Erklärung einer verwandten, bekannten Funktion oder Konstruktion unnötigerweise vom Wesentlichen der vorliegenden Erfindung ablenkt, wird auf eine solche Erklärung verzichtet, die aber gleichwohl von einem Fachmann mitgelesen würde.Exemplary embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the invention may be embodied in many different forms, and it should not be interpreted as limited to the embodiments described herein. Rather, these embodiments are provided for a thorough and complete disclosure of the invention and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. If it is to be understood that a detailed explanation of a related, known function or construction unnecessarily detracts from the gist of the present invention, such explanation will be omitted, which, nonetheless, would be understood by one of ordinary skill in the art.
In den Zeichnungen können die Formen und Dimensionen zum Zweck der Verdeutlichung übertrieben sein, und für gleiche oder ähnliche Komponenten werden durchgehend gleiche Bezugszeichen verwendet.In the drawings, the shapes and dimensions may be exaggerated for the purpose of illustration, and like or similar components will use like reference numerals throughout.
Es ist selbstverständlich, dass, wenn darauf hingewiesen wird, dass ein Element ”mit” einem anderen Element ”verbunden” ist, es direkt mit dem anderen Element verbunden sein kann, oder dass auch zwischengeschaltete Elemente vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu sind, wenn darauf hingewiesen wird, dass ein Element ”direkt mit” einem anderen Element ”verbunden” ist, keine zwischengeschalteten Elemente vorhanden. Wenn nicht ausdrücklich gegenteilig beschrieben, ist das Wort ”umfassen” sowie Variationen wie beispielsweise ”umfaßt” oder ”umfassend” so zu verstehen, dass es angegebene Elemente einschließt, jedoch nicht irgendwelche anderen Elemente ausschließt. It will be understood that it should be understood that an element is "connected" to another element, it may be directly connected to the other element, or intervening elements may also be present. In contrast, when it is pointed out that one element is "directly connected" to another element, there are no intermediary elements. Unless expressly stated to the contrary, the word "comprising" and variations such as "comprises" or "comprising" is to be understood to include specified elements, but not to exclude any other elements.
Die Mikrofluidikvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine untere Platte
In diesem Fall ist die erste obere Platte
Ein erster Kanal
Die erste obere Platte
Ein Kanal, der eine voreingestellte Breite und Tiefe aufweist, ist auf einem unteren Bereich der zweiten oberen Platte
Die weiter oben erwähnte untere Platte
Bei der Struktur, bei der die obere Platte
Wenn das Fluid durch den auf der ersten oberen Platte
Danach wird die zweite obere Platte
Danach wird die zweite obere Platte
Auf diese Weise können bei der Mikrofluidikvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Bewegung und das Anhalten des Fluids genau gesteuert werden, indem lediglich die obere zweite Platte bewegt wird.In this way, in the microfluidic device according to an exemplary embodiment of the present invention, the movement and the stopping of the fluid can be accurately controlled by only moving the upper second plate.
Wenn, wie in
Eine fluoreszente Nanopartikeldetektion-Antikörperanordnung, die aus einer fluoreszenten Substanz oder fluoreszenten Nanopartikeln
Wie in
Wie in
Wenn die Zweitstufenreaktion ausreichend erfolgt ist, wie in
Wie in
Wie oben beschrieben kann die Mikrofluidikvorrichtung daher die Bewegung und das Anhalten des Fluids durch die simple Operation des Bewegens der zweiten oberen Platte genau steuern und es unnötigen Fluiden, die nicht an der Reaktion teilnehmen, ermöglichen, hinauszufließen, sowie es ermöglichen, dass ein neues Fluid kontinuierlich zugeführt werden kann, wodurch die Reaktion abgeschlossen wird.As described above, therefore, the microfluidic device can accurately control the movement and the stopping of the fluid by the simple operation of moving the second top plate and allow unnecessary fluids that do not participate in the reaction to flow out as well as allow a new fluid can be fed continuously, whereby the reaction is completed.
Wie oben beschrieben kann gemäß beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung bei der Mikrofluidikvorrichtung, die durch sequentielles Stapeln der unteren Platte, der ersten oberen Platte, die an dem oberen Bereich der unteren Platte fixiert ist, und der zweiten oberen Platte gebildet ist, die beweglich in eine Nut der ersten oberen Platte eingeführt wird, ein Fluidfluß durch Bewegen der zweiten oberen Platte einfach und präzise gesteuert werden.As described above, according to exemplary embodiments of the invention in the A microfluidic device formed by sequentially stacking the lower plate, the first upper plate fixed to the upper portion of the lower plate, and the second upper plate movably inserted into a groove of the first upper plate, a fluid flow by agitation The second top plate can be easily and precisely controlled.
Weil die Mikrofluidikvorrichtung eine einfachere Struktur aufweist, können Elemente darüber hinaus als kompakte und kleine Elemente sowie zu niedrigen Kosten implementiert werden, und die Mikrofluidikvorrichtung kann extensiv verwendet werden, ungeachtet des Typs des in Verwendung befindlichen Fluids.Moreover, because the microfluidic device has a simpler structure, elements can be implemented as compact and small elements as well as at a low cost, and the microfluidic device can be used extensively, regardless of the type of fluid in use.
Darüber hinaus kann eine Analyse, die Reaktionen mehrerer Stufen durchführt, beispielsweise einen Sandwich-Immuntest, durch die Mikrofluidikvorrichtung implementiert werden, und ein Fluid kann genauer analysiert werden, indem ein Fluidfluß präzise gesteuert wird.Moreover, an analysis that performs multiple-step reactions, such as a sandwich immunoassay, can be implemented by the microfluidic device, and a fluid can be more accurately analyzed by precisely controlling fluid flow.
Zwar ist die vorliegende Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden, es ist jedoch für den Fachmann offensichtlich, dass Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.While the present invention has been shown and described in connection with exemplary embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R079 | Amendment of ipc main class |
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R016 | Response to examination communication | ||
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |