DE102010041972A1 - A microfluidic device and method of controlling fluid flow using the same - Google Patents

A microfluidic device and method of controlling fluid flow using the same Download PDF

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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 koreanischen Patentanmeldungen Nr. 10-2009-0096431 vom 9. Oktober 2009 sowie 10-2010-0051082 vom 31. Mai 2010, deren Offenbarungen durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden.This application claims priority from the Korean Intellectual Property Office Korean Patent Application No. 10-2009-0096431 from October 9, 2009 as well 10-2010-0051082 of May 31, 2010, the disclosures of which are incorporated herein by reference.

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:

1 eine perspektivische Explosionsansicht einer Mikrofluidikvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; 1 an exploded perspective view of a microfluidic device according to an exemplary embodiment of the present invention;

2a bis 2c perspektivische Ansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zum Steuern eines Fluidflusses unter Verwendung einer Mikrofluidikvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind; 2a to 2c are perspective views for explaining a method for controlling a fluid flow using a microfluidic device according to an exemplary embodiment of the present invention;

3 eine schematische Ansicht ist, die ein Phänomen erläutert, bei dem an einem Fluidauslaß einer ersten oberen Platte ein Tröpfchen erzeugt wird; und 3 Fig. 12 is a schematic view explaining a phenomenon in which a droplet is generated at a fluid outlet of a first upper plate; and

4 eine Schnittansicht ist, die die Implementierung einer Immunreaktion unter Verwendung eines Mikrofluidikelements gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 4 Fig. 10 is a sectional view showing the implementation of an immune response using a microfluidic element according to an exemplary embodiment of the present invention.

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.

1 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Mikrofluidikvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 FIG. 11 is an exploded perspective view of a microfluidic device according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG.

Die Mikrofluidikvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine untere Platte 10 sowie zwei obere Platten 20 und 30 auf, die sequentiell auf die untere Platte 10 gestapelt sind.The microfluidic device according to an exemplary embodiment of the present invention includes a lower plate 10 as well as two upper plates 20 and 30 on, which is sequential on the lower plate 10 are stacked.

In diesem Fall ist die erste obere Platte 20, die an die untere Platte angrenzt, an der unteren Platte 10 fixiert, und die zweite obere Platte 30 wird in Nuten (bzw. Aussparungen) der ersten oberen Platte 20 eingeführt und bewegt sich frei entlang der Nuten.In this case, the first top plate is 20 which adjoins the lower plate, on the lower plate 10 fixed, and the second top plate 30 is in grooves (or recesses) of the first upper plate 20 inserted and moves freely along the grooves.

Ein erster Kanal 11, der eine voreingestellte Breite und Tiefe aufweist, ist an einem linken Bereich der untere Platte 10 ausgebildet.A first channel 11 which has a preset width and depth is at a left portion of the lower plate 10 educated.

Die erste obere Platte 20 weist eine Nut auf, um es zu ermöglichen, dass die zweite obere Platte 30 in sie eingeführt werden kann. Entlang eines zentralen Bereichs einer unteren Oberfläche der Nut ist ein Flußweg 21 ausgebildet, der einen Abschnitt aufweist, der mit Bezug auf die untere Oberfläche nach oben vorsteht. Führungsschienennuten 22, in die Seitenvorsprünge der zweiten oberen Platte 30 eingeführt werden sollen, sind auf einem unteren Bereich auf der Seite der Nut ausgebildet. Am Flußweg 21 sind ein Fluideinlaß 23 und ein Fluidauslaß 24 ausgebildet. Der Fluideinlaß 23 und der Fluidauslaß 24 sind an Positionen ausgebildet, die jeweils beiden Enden des ersten Kanals 11 entsprechen, der auf der unteren Platte 11 ausgebildet ist.The first top plate 20 has a groove to allow the second top plate 30 can be introduced into it. Along a central portion of a lower surface of the groove is a flow path 21 formed having a portion which projects upwardly with respect to the lower surface. Führungsschienennuten 22 into the side protrusions of the second upper plate 30 are to be introduced are formed on a lower portion on the side of the groove. At the river way 21 are a fluid inlet 23 and a fluid outlet 24 educated. The fluid inlet 23 and the fluid outlet 24 are formed at positions, both ends of the first channel 11 match that on the lower plate 11 is trained.

Ein Kanal, der eine voreingestellte Breite und Tiefe aufweist, ist auf einem unteren Bereich der zweiten oberen Platte 30 ausgebildet, um einen Flußweg zu bilden. Ein Loch 31 ist ausgebildet, um einen Bereich der zweiten oberen Platte zu durchdringen, und ein Reservoir 32 ist so ausgebildet, dass es rechts vom Loch 31 von dem Loch 31 beabstandet ist. Betreffend den auf der zweiten oberen Platte 30 ausgebildeten Kanal wird der Bereich des Kanals auf der linken Seite des Lochs 31 als zweiter Kanal bezeichnet, und ein Kanal zwischen dem Loch 31 und dem Reservoir 32 wird als dritter Kanal bezeichnet.A channel having a preset width and depth is on a lower portion of the second upper plate 30 designed to form a flow path. A hole 31 is formed to penetrate a portion of the second upper plate, and a reservoir 32 is designed to be right off the hole 31 from the hole 31 is spaced. Regarding the on the second upper plate 30 Trained channel becomes the area of the channel on the left side of the hole 31 referred to as the second channel, and a channel between the hole 31 and the reservoir 32 is referred to as the third channel.

Die weiter oben erwähnte untere Platte 10, die erste obere Platte 20 und die zweite obere Platte 30 sind sequentiell gestapelt, um eine Mikrofluidikvorrichtung zu bilden, die eine zweistückige Struktur aufweist. Auf den entsprechenden Schichten sind Flußwege ausgebildet, entlang derer ein Fluid fließt. Das Fluid wird zunächst in einen Flußweg der unteren Schicht injiziert, und während die zweite Platte 30 bewegt wird, werden der Flußweg der unteren Schicht sowie derjenige der oberen Schicht verbunden, um es dem Fluid zu ermöglichen, von der unteren Schicht zur oberen Schicht zu fließen.The lower plate mentioned above 10 , the first top plate 20 and the second upper plate 30 are sequentially stacked to form a microfluidic device having a two-piece structure. On the corresponding layers flow paths are formed, along which a fluid flows. The fluid is first injected into a flow path of the lower layer, and while the second plate 30 is moved, the flow path of the lower layer and that of the upper layer are connected to allow the fluid to flow from the lower layer to the upper layer.

2a bis 2c sind perspektivische Ansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zum Steuern eines Fluidflusses unter Verwendung einer Mikrofluidikvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2a to 2c FIG. 15 are perspective views for explaining a method of controlling fluid flow using a microfluidic device according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG.

Bei der Struktur, bei der die obere Platte 10, die erste obere Platte 20 und die zweite obere Platte 30 sequentiell gestapelt sind, wie in 2a gezeigt ist, wird zunächst die bewegliche zweite Platte 30 ganz rechts an einem oberen Bereich der ersten oberen Platte 20 positioniert.In the structure where the top plate 10 , the first top plate 20 and the second upper plate 30 are sequentially stacked, as in 2a is shown, first, the movable second plate 30 far right at an upper area of the first upper panel 20 positioned.

Wenn das Fluid durch den auf der ersten oberen Platte 20 ausgebildeten Fluideinlaß 23 injiziert wird, fließt in dem in 2a gezeigten Zustand das Fluid entlang des ersten Kanals 11, der auf der unteren Platte 10 ausgebildet ist, und wird dann am Fluidauslaß 24 angehalten. Wenn eine ausreichende Menge an Fluid durch den Fluideinlaß 23 in den ersten Kanal 1 eingeführt wird, fließt das Fluid nach oben durch den Fluidauslaß 24, um ein Tröpfchen zu bilden, wie in 3 gezeigt ist. Weil die obere Schicht keinen, Kanal aufweist, der mit Fluidauslaß 24 verbunden ist, wird das Tröpfchen in diesem Fall aufrechterhalten, um eine bestimmte Größe und Form aufzuweisen, sofern keine Kraft auf den Fluideinlaß 23 ausgeübt wird, wodurch das Fluid angehalten wird.When the fluid passes through the on the first top plate 20 trained fluid inlet 23 injected into the flows in the 2a state the fluid along the first channel 11 on the lower plate 10 is formed, and then at the fluid outlet 24 stopped. When a sufficient amount of fluid through the fluid inlet 23 in the first channel 1 is introduced, the fluid flows upward through the fluid outlet 24 to form a droplet, as in 3 is shown. Because the top layer does not have any channel with the fluid outlet 24 In this case, the droplet is maintained to have a certain size and shape, provided there is no force on the fluid inlet 23 is exerted, whereby the fluid is stopped.

Danach wird die zweite obere Platte 30 nach links bewegt, so dass der zweite Kanal der zweiten oberen Platte 30 mit dem Fluidauslaß 24 verbunden werden kann, wie in 2b gezeigt ist. Dann fließt das Fluid, das sich entlang des ersten Kanals 11 bewegt hat, durch den Fluidauslaß 24 zum zweiten Kanal der zweiten Platte 30 und bewegt sich dann nach oben zu einem Bereich, der mit dem Loch 31 entlang des zweiten Kanals verbunden ist. Bald darauf trifft das Fluid auf das Loch 31, einen leeren Raum, so dass es nicht Weiterfließen kann und angehalten wird. Thereafter, the second upper plate 30 moved to the left, leaving the second channel of the second upper plate 30 with the fluid outlet 24 can be connected as in 2 B is shown. Then the fluid flows along the first channel 11 has moved through the fluid outlet 24 to the second channel of the second plate 30 and then moves up to an area with the hole 31 connected along the second channel. Soon after, the fluid hits the hole 31 , an empty space so that it can not continue to flow and is stopped.

Danach wird die zweite obere Platte 30 nach links bewegt, so dass der dritte Kanal der zweiten oberen Platte 30 mit dem Fluidauslaß 24 verbunden werden kann, wie in 2c gezeigt. Dann fließt das im Inneren des ersten Kanals 11 verbleibende Fluid durch den dritten Kanal, einen neuen Flußweg, um das Reservoir 32 zu erreichen.Thereafter, the second upper plate 30 moved to the left, leaving the third channel of the second upper plate 30 with the fluid outlet 24 can be connected as in 2c shown. Then it flows inside the first channel 11 remaining fluid through the third channel, a new flow path to the reservoir 32 to reach.

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.

4 ist eine Schnittansicht, die die Implementierung einer Immunreaktion unter Verwendung eines Mikrofluidikelements gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Insbesondere erläutert 4 ein Beispiel der Implementierung von Reaktionen verschiedener Schritte wie beispielsweise einen Sandwich-Immuntest in einem Element. 4 FIG. 10 is a sectional view showing the implementation of an immune response using a microfluidic element according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. Specifically explained 4 an example of implementing reactions of various steps, such as a sandwich immunoassay in an element.

Wenn, wie in 4(a) gezeigt, Blut 1 durch den Fluideinlaß injiziert wird, werden in einem Zustand, in dem die zweite obere Platte auf der ganz rechten Seite positioniert ist, im Blut enthaltene Blutkörperchen durch einen Filter 41 entfernt, der im Inneren des ersten Kanals installiert ist, und lediglich Blutplasma (Serum) 3 passiert durch den Filter 41, um einen Bereich zu erreichen, in dem eine Erststufen-Antigen-Antikörper-Reaktion des Sandwich-Immuntests auftritt.If, as in 4 (a) shown, blood 1 is injected through the fluid inlet, in a state where the second upper plate is positioned on the far right side, blood cells contained in the blood are passed through a filter 41 removed, which is installed inside the first channel, and only blood plasma (serum) 3 happens through the filter 41 to reach a range where a first-stage antigen-antibody reaction of the sandwich immunoassay occurs.

Eine fluoreszente Nanopartikeldetektion-Antikörperanordnung, die aus einer fluoreszenten Substanz oder fluoreszenten Nanopartikeln 43 sowie Detektionsantikörpern 42 gebildet ist, die physikalisch oder chemisch verbunden sind, wird in einem Erststufen-Antigen-Antikörper-Reaktionsbereich beschichtet und ausgebildet, d. h. einem Bereich an der rechten Seite des Filters 41, und es wird ein Reaktionsbereich positioniert, der mit einem bestimmten Material reagiert.A fluorescent nanoparticle detection antibody assembly consisting of a fluorescent substance or fluorescent nanoparticles 43 as well as detection antibodies 42 which are physically or chemically linked is coated and formed in a first-stage antigen-antibody reaction region, ie, a region on the right side of the filter 41 , and a reaction area is positioned that reacts with a particular material.

Wie in 4(b) gezeigt, wird, wenn die Blutplasmakomponente 3 den Erststufen-Antigen-Antikörper-Reaktionsbereich vollständig ausfüllt, der Fluidfluß angehalten und es findet eine ausreichende Reaktion statt. Zu diesem Zeitpunkt trifft die Blutplasmakomponente 3 auf die fluoreszente Nanopartikeldetektions-Antikörperanordnung, die auf den Erststufen-Antigen-Antikörper-Reaktionsbereich aufgebracht ist, und weil das Fluid angehalten ist und so lange nicht weiterfließen kann, bis die zweite obere Platte mit dem Fluidauslaß verbunden wird, kann die Antigen-Antikörper-Reaktion in einer ausreichenden Zeit stattfinden.As in 4 (b) is shown when the blood plasma component 3 Completely fills the first stage antigen-antibody reaction area, the fluid flow stopped and there is a sufficient reaction. At this time, the blood plasma component hits 3 to the fluorescent nanoparticle detection antibody assembly applied to the first-stage antigen-antibody reaction region, and because the fluid is stopped and can not continue to flow until the second top plate is connected to the fluid outlet, the antigen-antibody Reaction to take place in a sufficient amount of time.

Wie in 4(c) gezeigt, bewegt sich die fluoreszente Nanopartikeldetektions-Antikörperblutplasmaanordnung danach, wenn die zweite obere Platte nach links bewegt wird, so dass der zweite Kanal der zweiten oberen Platte mit dem Fluidauslaß verbunden wird, durch den Fluidauslaß zum zweiten Kanal der oberen Schicht. Ein spezifischer Antikörper 44, der für einen Antikörper spezifisch ist, wird am Eingang des zweiten Kanals fest ausgebildet, und eine Detektionseinheit wird positioniert, um die fluoreszente Nanopartikeldetektion-Antikörperblutplasmaanordnung zu detektieren. Daher trifft die fluoreszente Nanopartikeldetektion-Antikörperblutplasmaanordnung, die sich zum zweiten Kanal bewegt hat, auf den spezifischen Antikörper 44 der Detektionseinheit, die im zweiten Kanal enthalten ist, um eine Zweitstufenreaktion zu durchlaufen. In diesem Fall kann das Fluid, das den zweiten Kanal füllt, nicht durch das offene Loch weiterfließen und wird angehalten.As in 4 (c) 2, after the second top plate is moved to the left so that the second channel of the second top plate is connected to the fluid outlet, the fluorescent nanoparticle detection antibody blood plasma assembly moves through the fluid outlet to the second channel of the top layer. A specific antibody 44 which is specific for an antibody is solidly formed at the entrance of the second channel, and a detection unit is positioned to detect the fluorescent nanoparticle detection antibody blood plasma assembly. Therefore, the fluorescent nanoparticle detection antibody blood plasma assembly that has moved to the second channel encounters the specific antibody 44 the detection unit included in the second channel to undergo a second stage reaction. In this case, the fluid filling the second channel can not flow through the open hole and is stopped.

Wenn die Zweitstufenreaktion ausreichend erfolgt ist, wie in 4(d) gezeigt, wird die zweite obere Platte nach links bewegt, so dass der dritte Kanal der zweiten oberen Platte mit dem Fluidauslaß verbunden werden kann. Dementsprechend werden die fluoreszenten Nanopartikeldetektion-Antikörperblutplasmaanordnungen, die nicht mit dem spezifischen Antikörper 44 der Detektionseinheit verbunden worden sind, größtenteils zur linken Seite gedrückt, und nur die Anordnungen, die mit der Detektionseinheit verbunden wurden, verbleiben. Während die Blutplasmakomponenten, die nicht mit der fluoreszenten Nanopartikeldetektion-Antikörperblutplasmaanordnung reagiert haben, die im ersten Kanal verbleibt, weiterhin in den dritten Kanal eingeführt werden, werden die Anordnungen, die auf der Oberfläche verbleiben, nicht reagiert sondern zur linken Seite hin gedrückt, um das Reservoir zu erreichen. Dementsprechend werden alle nicht-spezifisch reagierenden Elemente entfernt, ohne an der Reaktion teilgenommen zu haben.If the second stage reaction has been done adequately, as in 4 (d) As shown, the second upper plate is moved to the left so that the third channel of the second upper plate can be connected to the fluid outlet. Accordingly, the fluorescent nanoparticle detection antibody blood plasma assemblies that are not containing the specific antibody 44 have been connected to the detection unit, mostly pressed to the left side, and only the arrangements that have been connected to the detection unit remain. While the blood plasma components that have not reacted with the fluorescent nanoparticle detection antibody blood plasma assembly remaining in the first channel will continue to be introduced into the third channel, the arrays remaining on the surface will not be reacted but will be pushed to the left to remove the blood plasma Reach reservoir. Accordingly, all non-specifically responsive elements are removed without having participated in the reaction.

Wie in 4(e) gezeigt, wird danach die Menge der fluoreszenten Nanopartikel, die mit Antikörpern verbunden sind, unter Verwendung von LD/PD gemessen.As in 4 (e) Thereafter, the amount of fluorescent nanoparticles associated with antibodies is measured using LD / PD.

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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Claims (15)

Mikrofluidikvorrichtung, umfassend: eine untere 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 und 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.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 , Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste obere Platte ferner einen Flußweg, der einen Abschnitt aufweist, der mit Bezug zu einer unteren Oberfläche der Nuten entlang der unteren Oberfläche der Nuten nach oben vorsteht, sowie Führungsschienennuten umfaßt, die es seitlichen Vorsprüngen der zweiten oberen Platte ermöglichen, einführbar darin positioniert zu sein.The apparatus of claim 1, wherein the first top plate further includes a flow path having a portion that projects upwardly with respect to a bottom surface of the grooves along the bottom surface of the grooves, and guide rail grooves that are lateral projections of the second top plate allow it to be inserted into it. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite obere Platte ferner ein Reservoir umfaßt, das mit dem rechten Ende des dritten Kanals verbunden ist.Apparatus as claimed in any one of the preceding claims, wherein the second top plate further comprises a reservoir connected to the right end of the third channel. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten bis dritten Kanäle jeweils eine voreingestellte Breite und Tiefe aufweisen.Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the first to third channels each have a preset width and depth. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn die zweite obere Platte auf der ganz rechten Seite der ersten oberen Platte positioniert ist und das Fluid, das durch den Fluideinlaß in den ersten Kanal injiziert wird, den ersten Kanal vollständig füllt, der Fluidfluß angehalten wird.An apparatus according to any one of the preceding claims, wherein, when the second top plate is positioned on the far right side of the first top plate and the fluid injected through the fluid inlet into the first channel completely fills the first channel, fluid flow is stopped , Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei, wenn sich die zweite obere Platte nach links bewegt, so dass der Fluidauslaß und der zweite Kanal verbunden werden, das Fluid, das den ersten Kanal gefüllt hat, durch den Fluidauslaß zum zweiten Kanal fließt.The apparatus of claim 5, wherein, when the second top plate moves leftward to connect the fluid outlet and the second channel, the fluid that has filled the first channel flows through the fluid outlet to the second channel. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Fluid, das sich zum zweiten Kanal bewegt hat, entlang des zweiten Kanals fließt und das Fluid dann, wenn das Fluid auf das Loch trifft, angehalten wird.The apparatus of claim 6, wherein the fluid that has moved to the second channel flows along the second channel and the fluid is stopped when the fluid hits the hole. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei sich das Fluid, das im Inneren des ersten Kanals verbleibt, durch den Fluidauslaß zum dritten Kanal bewegt, wenn sich die zweite obere Platte nach links bewegt, so dass der Fluidauslaß und der dritte Kanal verbunden werden.The apparatus of claim 7, wherein the fluid remaining in the interior of the first passage moves through the fluid outlet to the third passage as the second top plate moves leftward to connect the fluid outlet and the third passage. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Kanal umfaßt: einen Filter; und einen Reaktionsteil, der durch Beschichten einer fluoreszenten Nanopartikeldetektion-Antikörperanordnung gebildet ist und auf ein bestimmtes Material reagiert, das durch den Filter gelaufen ist.Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the first channel comprises: a filter; and a reaction member formed by coating a fluorescent nanoparticle detection antibody assembly and responsive to a particular material that has passed through the filter. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein spezifischer Antikörper am zweiten Kanal fest ausgebildet ist, und wobei der zweite Kanal eine Detektionseinheit umfaßt, die eine Anordnung detektiert, die sich bildet, wenn die fluoreszente Nanopartikel-Antikörperanordnung und das spezifische Material reagieren.The device of claim 9, wherein a specific antibody is solidly formed on the second channel, and wherein the second channel comprises a detection unit that detects an assembly that forms when the fluorescent nanoparticle antibody assembly and the specific material react. Verfahren zum Steuern eines Fluidflusses unter Verwendung einer Mikrofluidikvorrichtung, die durch sequentielles Stapeln einer unteren Platte, einer ersten oberen Platte und einer zweiten oberen Platte so ausgebildet 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, wobei das Verfahren umfaßt: 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 Fluid, das durch den Fluideinlaß injiziert wurde, gefüllt ist, so dass der Fluidfluß angehalten wird, Bewegen der zweiten oberen Platte, um einen Fluidauslaß, der auf der ersten oberen Platte ausgebildet ist, und einen zweiten Kanal zu verbinden, der auf der zweiten oberen Platte ausgebildet ist.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 so that the first top plate is fixed to an upper portion of the bottom plate and the second top plate movably inserted in grooves of the first upper plate, the method 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 channel 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 and a second channel formed on the second upper plate. Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend: wenn das Fluid, das sich vom ersten Kanal durch den Fluidauslaß zum zweiten Kanal bewegt hat, entlang des zweiten Kanals fließt und durch einen leeren Raum angehalten wird, Bewegen der zweiten oberen Platte, um den Fluidauslaß und einen dritten Kanal zu verbinden, der auf er zweiten oberen Platte ausgebildet ist.The method of claim 11, further comprising: when the fluid having moved from the first passage through the fluid outlet to the second passage flows along the second passage and is stopped by an empty space, moving the second upper plate to connect the fluid outlet and a third passage directed to it second upper plate is formed. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend: Durchführen einer Antigen-Antikörper-Reaktion zwischen einem Reaktionsbereich, der im Inneren des ersten Kanals vorgesehen ist, und einem Zielmaterial, das in dem Fluid enthalten ist, nachdem das Fluid in den ersten Kanal injiziert wurde.The method of claim 12, further comprising: Performing an antigen-antibody reaction between a reaction region provided inside the first channel and a target material contained in the fluid after the fluid has been injected into the first channel. Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend: Detektieren einer Anordnung gemäß der Antigen-Antikörper-Reaktion durch eine Detektionseinheit, die im Inneren des zweiten Kanals vorgesehen ist, nachdem der zweite Kanal verbunden wurde.The method of claim 13, further comprising: Detecting an arrangement according to the antigen-antibody reaction by a detection unit provided inside the second channel after the second channel has been connected. Verfahren nach Anspruch 14, wobei ein nicht-spezifisches reaktives Element, das beim Detektieren der Anordnung nicht detektiert worden ist, durch das Verbinden des dritten Kanals entfernt wird. The method of claim 14, wherein a nonspecific reactive element that has not been detected upon detecting the array is removed by connecting the third channel.
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