KR100618320B1 - 유체이동장치 및 이를 구비한 일회용칩 - Google Patents

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Abstract

구조가 간단한 유체이동장치가 개시된다. 본 발명에 의한 유체이동장치는, 유체가 저장되는 리저버 및 상기 유체가 이동하는 구조가 마련된 베이스와, 상기 베이스에 설치되며 외부의 작용력에 의하여 상기 리저버에 저장된 유체에 압력을 전달하여 상기 유체를 유동시키는 구동유닛을 포함한다.
일회용칩, 바이오칩, 시료, 시약, 유체이동장치, 공압, 챔버

Description

유체이동장치 및 이를 구비한 일회용칩{An apparatus for making a fluid flow, and a disposable chip having the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오칩을 개략적으로 나타낸 평면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오칩의 유체이동장치를 개략적으로 나타낸 사시도,
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 취한 단면도,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오칩의 유체이동장치의 동작을 설명하기 위한 단면도들이다.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
10 ...유체이동장치 100...베이스
120...구동유닛 122...챔버
140...리저버 160...밸브
180...채널 P1,P2...필름
S...시료 R...시약
본 발명은 바이오칩과 같은 일회용칩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시료 또는 시약등과 같은 유체를 이동시키는 유체이동장치 및 그것을 구비한 일회용칩에 관한 것이다.
최근에 마이크로 머시닝기술의 비약적인 발전은 다양한 기능을 하는 마이크로 전자기계 시스템(MEMS:Micro- Electro Mechanical System)의 개발을 가능하게 하였다. 이러한 마이크로 전자기계 시스템은 유전공학, 의료진단, 신약개발 분야등에서 널리 적용되어 사용되는데, 특히 최근에는 통상의 화학반응 및 분석등과 같은 필요한 모든 공정을 하나의 칩상에서 수행하는, 소위 LOC(Lab On a Chip)의 개념이 도입되어 마이크로 전자기계 시스템에 대한 연구가 더욱 활발히 진행 중에 있다.
이러한 LOC개념의 일예로는, 혈액, 뇨, 셀, 침등과 같은 생체 시료(Sample)를 다양한 종류의 시약(Reagent)으로 처리하여 필요한 정보를 얻기 위한 바이오칩(Bio-Chip)이나, 초소형 화학분석시스템등이 있으며, 이러한 바이오칩이나 초소형 화학분석시스템등은 시료를 분석한 후에는 그 내부가 오염되어 다시 사용할 수 없는 일회성칩인 것이 일반적이다.
이러한 칩 또는 시스템을 구동시키기 위해서는 시료 또는 시약등의 유체를 마이크로 리터 단위로 유동시켜야 한다. 따라서, 이러한 유체를 유동시키기 위한 구동원이 필요하며, 이러한 구동원으로서 압전디스크(Piezo disk)형, 정전형, 열팽창형등의 마이크로 펌프가 개발되어 사용되고 있다. 특히, 상기 마이크로 펌프가 시약 및 시료와 직접 접촉할 경우, 시약 또는 시료가 오염되어 재사용이 불가능하므로, 비접촉식으로 시약 또는 시료를 유동시킬 수 있는 공압형의 펌프가 필요하 다.
그러나, 상기 마이크로 펌프는 구조가 복잡하며 펌프이외의 부가장치들이 필요하여 그 부피가 커지는 문제점이 있다. 또한 본 마이크로 펌프들을 공압형으로 사용하고자 하는 경우 유체 이송에 필요한 큰 힘을 만들지 못한다.
따라서, 바이오칩이나 초소형 화학분석시스템과 같은 소형의 일회용칩에 상술한 바와 같이 구조가 복잡한 마이크로 펌프를 적용하기가 어렵고, 또한 고가의 마이크로 펌프를 사용할 경우 제품의 가격이 상승하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 구조가 간단하고 제품가격을 줄일 수 있는 유체이동장치 및 이를 구비한 일회성칩을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체이동장치는, 유체가 저장되는 리저버가 마련된 베이스와, 상기 베이스에 설치되며 외부의 작용력에 의하여 상기 리저버에 저장된 유체에 압력을 전달하여 상기 유체를 유동시키는 구동유닛을 포함한다.
상기 구동유닛은, 소정압력의 가스가 충전된 챔버; 상기 챔버에 발생한 가스압을 상기 리저버에 전달하는 가스이동통로;를 포함한다.
상기 가스이동통로는, 상기 챔버를 밀폐시키며, 상기 가스의 소정압력이상에서 개방되는 협착부를 포함한다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체이동장치는, 상기 유체가 이동될 수 있도록 상기 베이스에 마련된 채널과, 상기 채널과 상기 리저버를 연결시키는 밸브를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 밸브는 상기 유체의 일정압력이상에서 개방되는 협착부를 포함하는 것이 좋다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 구동유닛 및 상기 밸브는 두겹의 폴리머계통의 필름이 접착되어 구성된다.
한편, 상기한 바와 같은 목적은, 시료가 저장되는 시료리저버와, 시약이 저장되는 적어도 하나 이상의 시약리저버 및 상기 시료 및 상기 시약이 혼합되어 이동되는 적어도 하나 이상의 채널이 마련된 베이스와; 상기 베이스에 설치되며, 외부의 작용력에 의하여 상기 시료리저버에 저장된 시료에 압력을 전달하여 상기 시료를 유동시키는 시료구동유닛과; 상기 베이스에 설치되며, 외부의 작용력에 의하여 상기 시약리저버에 저장된 시약에 압력을 전달하여 상기 시약을 유동시키는 시약구동유닛; 및 상기 채널과 상기 시료리저버, 상기 채널과 상기 시약리저버를 각각 연결하는 복수개의 밸브;를 포함하여 구성된 일회용칩에 의해서도 달성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유체이동장치 및 이를 구비한 바이오칩에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예에서는 일회성칩으로서 바이오칩을 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명에 따른 유체이동장치는, 유체의 유동이 필요하며 일회용으로 사용되는 모든 소형칩에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체이동장치가 적용된 바이오칩을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오칩은, 시료이동장치(10a)와 복수개의 시약이동장치(10b)를 포함한다.
상기 시료이동장치(10a)는, 테스트 하고자 하는 시료(S)를 유동시키기 위한 것으로서, 하나의 시료(S)가 주입된 시료리저버(140a)에 3개의 시료구동유닛(120a)이 연결되어 있다. 그리고, 각각의 시료구동유닛(120a)은, 시료(S)를 이동시키기 위한 적정압력을 상기 시료리저버(140a)에 전달하기 위해서 각각 다른 압력 및 부피의 가스, 예컨대, 불활성가스가 충전된다. 본 실시예에서는 3개의 시료구동유닛(120a)이 적용되었으나, 시료구동유닛(120a)의 갯수는 시료(S)의 유동에 필요한 압력정도에 따라 다양한 갯수로 변형하여 사용이 가능하다.
상기 시약이동장치(10b)는, 시료(S)를 처리하기 위한 시약(R)을 유동시키기 위한 것으로서, 복수개의 시약리저버(140b)에 각각 하나씩의 시약구동유닛(120b)이 연결되어 있다. 그러나, 필요에 따라 하나의 시약리저버(140b)에 복수개의 시약구동유닛(120b)이 설치될 수 있다. 그리고, 상기 시약구동유닛(120b)에는 필요한 시약(R)의 양에 따라 각각 다른 압력 및 부피를 가지는 가스가 충전된다.
그리고, 상기 시약 및 시료리저버(140a)(140b)는 각각 밸브(160)의 일단과 연결되며, 상기 밸브(160)의 타단은 시료(S) 및 시약(R)을 이동시키고 서로 혼합시키는 복수개의 채널(180)에 연결된다.
상기와 같은 구조에 의하여 상기 시료(S)는 시료구동유닛(120a)에 의하여 유동되어 밸브(160)를 통해 채널(180)로 이동하게 되고, 상기 시약(R)은 상기 시약구동유닛(120b)에 유동되어 상기 채널(180)로 이동하게 되어, 상기 채널(180)에서 상기 시료(S)와 시약(R)은 서로 혼합되어 화학처리된다. 이후, 다른 채널(180)로 이동하여 복수개의 다른 시약(R)에 의해 각각 화학처리되며, 최종적으로 화학처리된 시료(S)는 센서부(200)로 이동되어 상기 시료(S)에 대한 정보가 취득된다.
상기 시료 및 시약이동장치(10a)(10b)는 그 구조 및 동작이 동일하므로 이하 유체이동장치(10)로 통합하여 그 구조 및 동작에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오칩의 유체이동장치를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 3는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ를 따라 절개한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 바이오칩의 유체이동장치(10)는, 베이스(100)와, 상기 베이스(100)의 상부에 설치되는 구동유닛(120)과, 상기 구동유닛(120)에 연결되도록 상기 베이스(100)에 형성된 리저버(140)와, 상기 리저버(140)와 연결되도록 상기 베이스(100)의 상부에 설치되는 밸브(160) 및 상기 밸브(160)에 연결되도록 상기 베이스에 형성된 채널(180)을 포함한다. 여기서, 상기 리저버(140)와 채널(180)은 상기 베이스(100)상에 함몰하여 형성되며, 상기 구동유닛(120) 및 밸브(160)는 상기 베이스(100)의 일면에 부착되는 두겹의 폴리에틸렌등과 같은 폴리머 계통의 필름(P1, P2)사이에 형성된다.
상기 베이스(100)는 유리, 실리콘, 또는 나일론 등의 재질로 이루어진 작은 고형의 기판등으로 구현될 수 있다. 그리고, 상기 베이스(100)의 상면에는 본딩등의 접착수단(B)에 의하여 부착된 두겹의 필름(P1,P2)이 부착된다.
상기 구동유닛(120)은 일정압력의 가스가 충전되어 있는 챔버(122)와, 상기 챔버(122)와 연결되는 가스이동통로(124)를 포함한다.
상기 챔버(122)는 상기 두겹의 필름(P1, P2)사이에 일정압력의 가스가 충전된 버블(Bubble)형태로 형성된다. 이러한 챔버(122)의 일예로는 상품 포장시 박스 내부에 상품의 충격을 방지할 수 있도록 설치되는 에어캡(Aircap)등을 들 수 있다. 본 실시예에서는 챔버(122)가 폴리머 계통의 필름(P1,P2)으로 형성되는 것을 예시하였으나, 이외에도 고무등과 같이 유연성 및 탄력성을 가져서 외부에서 가압할 수 있는 부재라면 챔버(122)를 형성하기 위한 재료로 사용될 수 있다. 이 처럼 챔버(122)내에 미리 준비된 공압을 사용하므로서 간단한 구조로 유체를 유동시킬 수 있게 된다. 또한, 고가의 마이크로 펌프를 대체할 수 있게 되어 제품의 가격을 낮출 수 있다.
상기 가스이동통로(124)는, 일단이 상기 챔버(122)와 연통되고 타단에는 상기 리저버(140)와 연결될 수 있도록 통공(128)이 형성된다. 그리고, 양단의 중간쯤에는 상기 챔버(122)에 충전된 가스가 리저버(140)로 새는 것을 방지하기 위하여 협착부(126)가 형성된다. 이 협착부(126)는 두개의 필름(P1,P2)을 접착제에 의하여 접착시키거나 열 및 압력을 가하여 압착시킴으로서 형성된다. 그리고, 상기 협착부(126)는 챔버(122)가 일정압력 이상인 경우 붙어 있는 두개의 필름(P1,P2)이 떨어지면서 개방된다.
상기 리저버(140)는 상술한 바와 같이 베이스(100)에 함몰하여 형성되며 분석하고자 하는 시료나 상기 시료를 화학처리하기 위한 시약등의 유체가 저장된다. 또한, 상기 리저버(140)의 상면은 상기 통공(128)과 타측의 밸브(160)와 연통시키기 위한 통공(166)을 제외하고는 상기 필름(P1,P2)에 의해 밀폐된다.
상기 밸브(160)는 양단에는 각각 상기 리저버(140) 및 상기 채널(180)과 연통되도록 통공(162,166)이 형성된다. 그리고 상기 밸브(160)의 중앙부에는 협착부(164)가 형성된다. 이 협착부(164)는 상기 가스이동통로(124)의 협착부(126)와 동일한 방법으로 형성되며, 상기 리저버(140)에 저장된 유체의 일정정도 이상의 압력이 작용하면 상기 협착부(126)에 붙어 있는 두개의 필름(P1,P2)이 떨어져서 개방된다.
상기 채널(180)은 상술한 바와 같이 베이스(100)에 함몰하여 형성되며, 상기 밸브(160)의 일단에 형성된 통공(166)에 의해 상기 밸브(160)와 연통된다. 상기 채널(180)은 상기 유체가 이동하는 통로로 사용될 수 있으며, 또한, 시료와 시약이 섞이는 믹싱챔버로 사용될 수 도 있다.
이하, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오칩의 유체이동장치의 동작에 대하여 설명한다. 참고적으로 도 4a 내지 도 4c에 도시된 점선의 화살표는 가스의 흐름을 나타낸 것이고 실선의 화살표는 유체의 흐름을 나타낸 것이다.
도 4a를 참조하면, 바이오칩 사용자는 시료나 시약을 유동시키기 위해, 손으로 상기 챔버(122)를 누르거나, 또는 별도의 기기등을 이용하여 챔버(122)를 눌러서 상기 챔버(122)에 외부의 작용력(F)을 가한다. 그러면, 눌린 챔버(122)는 그 내부의 가스를 가스이동통로(124)의 협착부(126)로 이동시켜 상기 협착부(126)에 소정의 압력을 가한다. 이러한 압력에 의해 협착부(126)에 붙어 있던 두개의 필름(P1,P2)은 서로 떨어져서 가스이동통로(124)가 개방된다.
도 4b를 참조하면, 가스이동통로(124)가 개방되면, 챔버(122)내의 가스는 가스이동통로(124)의 통공(128)을 통하여 리저버(140)에 도달하게 된다. 그러면, 리저버(140)에 도달한 가스는 리저버(140)에 저장된 유체에 압력을 가하여 상기 유체를 유동시킨다. 유동하는 유체는 밸브(160)의 일단에 형성된 통공(162)을 통하여 밸브(160)의 협착부(164)에 도달하게 된다. 상기 협착부(164)에 도달한 유체는 협착부(164)에 압력을 가하여 협착부(164)에 붙어 있던 두개의 필름(P1,P2)을 떨어뜨려서 밸브(160)를 개방하게 된다.
도 4c를 참조하면, 밸브(160)가 개방되면, 유체는 밸브(160)의 타단에 형성된 통공(166)을 통하여 채널(180)로 이동하게 된다. 채널(180)로 이동된 유체는 다른 유체와 섞여서 화학처리되고, 다시 다른 시약과 혼합되어 화학처리되기 위해 다른 채널로 이동하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 미리 준비된 공압을 이용하는 간단한 구조로 복잡한 마이크로 공압펌프를 대체하므로서 일회성칩의 원가를 절감할 수 있다.
또한, 일반인이 다른 기기나 장치를 사용하지 않고서도 일회성칩을 편리하게 이용할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으 나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (12)

  1. 유체가 저장되는 리저버가 마련된 베이스; 및
    상기 베이스에 설치되며, 외부의 작용력에 의하여 상기 리저버에 저장된 유체에 압력을 전달하여 상기 유체를 유동시키는 구동유닛;을 포함하며,
    상기 구동유닛은, 소정압력의 가스가 충전된 챔버; 및
    상기 챔버에 발생한 가스압을 상기 리저버에 전달하는 가스이동통로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체이동장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 가스이동통로는,
    상기 챔버를 밀폐시키며, 상기 가스의 소정압력이상에서 개방되는 협착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체이동장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유체가 이동될 수 있도록 상기 베이스에 마련된 채널; 및
    상기 채널과 상기 리저버를 연결시키는 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체이동장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 밸브는,
    상기 유체의 일정압력이상에서 개방되는 협착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체이동장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동유닛 및 상기 밸브는 두겹의 폴리머계통의 필름으로 구성되며, 상기 구동유닛의 챔버 및 상기 가스이동통로는 상기 두 겹의 필름이 서로 떨어뜨려 구성되고, 상기 구동유닛의 협착부 및 상기 밸브의 협착부는 상기 두 겹의 필름이 서로 접촉되어 구성되는 것을 특징으로 하는 유체이동장치.
  7. 시료가 저장되는 시료리저버와, 시약이 저장되는 적어도 하나 이상의 시약리저버 및 상기 시료 및 상기 시약이 혼합되어 이동되는 적어도 하나 이상의 채널이 마련된 베이스;
    상기 베이스에 설치되며, 외부의 작용력에 의하여 상기 시료리저버에 저장된 시료에 압력을 전달하여 상기 시료를 유동시키는 시료구동유닛;
    상기 베이스에 설치되며, 외부의 작용력에 의하여 상기 시약리저버에 저장된 시약에 압력을 전달하여 상기 시약을 유동시키는 시약구동유닛; 및
    상기 채널과 상기 시료리저버, 상기 채널과 상기 시약리저버를 각각 연결하는 복수개의 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 일회용칩.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 시료구동유닛은,
    소정압력의 가스가 충전된 적어도 하나 이상의 챔버; 및
    상기 챔버에 발생한 가스압을 상기 시료리저버에 전달하는 제1가스이동통로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 일회용칩.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1가스이동통로는,
    상기 챔버를 밀폐시키며, 상기 가스의 소정압력이상에서 개방되는 협착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 일회용칩.
  10. 제7항에 있어서, 상기 시약구동유닛은,
    소정압력의 가스가 충전된 적어도 하나 이상의 챔버; 및
    상기 챔버에 발생한 가스압을 상기 시약리저버에 전달하는 제2가스이동통로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 일회용칩.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2가스이동통로는,
    상기 챔버를 밀폐시키며, 상기 가스의 소정압력이상에서 개방되는 협착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 일회용칩.
  12. 제7항에 있어서, 상기 밸브는,
    상기 시약 또는 상기 시료의 일정압력이상에서 개방되는 협착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 일회용칩.
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