KR100634525B1 - 복수 개의 전자석이 배치되어 있는 마이크로채널을포함하는 미세유동 장치, 그를 이용하여 시료를 혼합하는방법 및 세포를 용해하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하나 이상의 입구 및 출구룰 포함하고, 상기 입구와 출구는 마이크로채널을 통하여 연결되어 있는 미세유동 장치에 있어서, 상기 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 소정의 방향으로 2 개 이상의 전자석이 상기 마이크로채널의 벽면에 대하여 배치되어 있는 미세유동 장치 및 그를 이용하여 유체를 혼합하는 방법을 제공한다.
자기장, 회전, 순환적
Description
도 1은 2개의 입구 포트, 챔버 및 출구 포트를 포함하는 미세유동 장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 수직으로 전자석이 벽멱에 배열되어 있는 마이크로채널의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 마이크로채널 (400)의 진행 방향에 대하여 수직으로 교차하는 평면에 의하여 만들어지는 교차선 상에 4개의 전자석 (710)이 배치되어 있는 마이크로믹서부 (700)를 나타내는 모식도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 마이크로믹서부의 전자석을 유체의 진행 방향으로부터 보았을 때, 시계방향으로 순환적으로 작동(on)시키는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 나타낸 바와 같이, 마이크로믹서부의 전자석을 유체의 진행 방향으로부터 보았을 때, 시계방향으로 순환적으로 작동(on)시키는 경우 자기장 벡터의 변화에 따른 자성물질의 이동을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4에 나타낸 바와 같이, 마이크로믹서부의 전자석을 유체의 진행 방향으로부터 보았을 때, 시계방향으로 순환적으로 작동(on)시키는 경우 자성물질의 이동에 따른 유체의 속도 벡터의 변화를 나타내는 도면이다.
도 7은 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 수직인 방향으로 각각 4 개의 전자석으로 이루어지는 전자석 세트가 4개 연속하여 배치되어 있고 시계 방향으로 순환적으로 작동(on)시키는 경우의 마이크로채널을 나타내는 도면이다.
도 8은 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 수직인 방향으로 각각 4 개의 전자석으로 이루어지는 전자석 세트가 4개 연속하여 배치되어 있는 마이크로채널을 나타내는 도면이다.
본 발명은 복수 개의 전자석이 배치되어 있는 마이크로채널을 포함하는 미세유동 장치, 그를 이용하여 시료를 혼합하는 방법 및 세포를 용해하는 방법에 관한 것이다.
미세유동 장치의 마이크로채널에 있어서 유체는 보통 층류 흐름 (laminar flow)으로 거동하기 때문에 유체의 혼합이 잘 이루어지지 않는다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래 여러 가지 시도가 있었다. 예를 들면, 채널 자체의 구조를 2차원 또는 3차원으로 복잡하게 하여 확산이 일어나는 접촉 면적을 증가시키는 방법 및 전기장을 이용하는 방법이 이용된 바 있다. 그러나, 2차원 또는 3차원으로 복잡하게 제작된 채널 구조를 이용하는 경우, 복잡한 채널의 구조로 인하여 채널의 제 조 공정이 복잡하고, 유체의 흐름 중에 막힘 현상이 발생할 수 있다는 문제점이 있었다. 또한, 전기장을 이용하는 경우, 유체가 흐르는 채널 이외에 혼합이 일어나는 혼합 영역 (mixing zone)이 필요하여, 추가적인 공간 (dead volume)이 생긴다는 문제점이 있었다.
또한, 종래에 자기장을 이용하여 용기 중의 유체를 혼합하는 방법이 개시된 바 있다. 예를 들면, 미국특허 제6,467,946호에는 용기 내에 포함되어 있는 용액 중에 강자성 물질을 도입하는 단계; 및 위바닥 (false bottom) 위치 근처에서 상기 용기에 근접하여 원형으로 한 쌍의 자기장을 회전 (rotating)시키는 단계를 포함하는 위바닥을 갖는 용기 내에 포함되어 있는 용액을 혼합하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법에 의하는 경우, 막대 모양의 전자석을 외부의 모터와 연결하여 회전시켜야 하고, 한 쌍의 자기장을 동기화하기가 어렵다는 문제점이 있었다.
따라서, 종래 기술에 의하더라도 간단하면서도 효율적으로 자기장을 이용하여 마이크로채널 내에서 유체를 혼합할 수 있는 방법이 여전히 요구되고 있었다.
본 발명의 목적은 전자석이 배치되어 있는 마이크로채널을 갖는 미세유동 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 미세유동 장치를 이용하여 자성물질을 포함하는 시료를 효율적으로 혼합하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 미세유동 장치를 이용하여 세포를 효율적으로 용해시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 하나 이상의 입구 및 출구를 포함하고, 상기 입구와 출구는 마이크로채널을 통하여 연결되어 있는 미세유동 장치에 있어서, 상기 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 소정의 방향으로 2 개 이상의 전자석이 상기 마이크로채널의 벽면에 대하여 배치되어 있는 미세유동 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, "미세유동 장치"란 하나 이상의 입구 및 출구를 포함하고, 이들 입구와 출구는 마이크로채널에 의하여 연통되어 있는 장치를 말한다. 이러한 미세유동 장치는 일반적으로 일정한 화학반응 또는 분석을 하기 위한 마이크로챔버를 포함한다. 본 발명에 있어서, 마이크로채널의 단면은 임의의 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 원형, 사각형 및 사다리형 등이 포함될 수 있다.
본 발명의 미세유동 장치는 상기한 바와 같은 미세유동 장치에 있어서, 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 소정의 방향으로 2 개 이상의 전자석이 상기 마이크로채널의 벽면에 대하여 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 사용되는 "전자석"이란 당업계 알려진 임의의 전자석이 사용될 수 있다. 이러한 전자석은 일반적으로 전원, 전원과 연결된 코일 및 상기 코일이 감겨진 코어로 구성된다. 상기 전자석은 순환적으로 작동되어 상기 마이크로채널 내에 회전 자기장을 제공할 수 있도록 하는 것이면 상기 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 임의의 각도로 배치되어질 수 있다. 바람직하게는, 상기 전자석은 상기 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 실질적으로 수직인 각도, 더욱 바람직하게는 수직인 각도로 배치되는 것이다. 본 발명에 있어서, "전자석이 마이크로채널의 벽면에 대하여 배치된다"란 상기 전자석이 상기 마이크로채널에 벽면에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라 상기 벽면을 통하여 마이크로채널 내에 자기장을 제공할 수 있도록 근접하여 배치되는 것도 포함하는 의미이다.
본 발명에 있어서, 상기 전자석은 상기 마이크로채널과 상기 마이크로채널의 진행 방향에 소정의 각도를 이루는 평면이 교차되어 형성되는 교차선 상에서 복수 개의 전자석으로 이루어지는 전자석 세트로 배치되어질 수 있다. 본 발명의 일 구체예에서, 본 발명의 미세유동 장치는 4 개의 전자석이 상기 마이크로채널과 상기 마이크로채널의 진행 방향에 수직을 이루는 평면이 교차되어 형성되는 교차선 상에서 위치되어 있는 것이다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 미세유동 장치는 상기 마이크로채널과 상기 마이크로채널의 진행 방향에 소정의 각도를 이루는 평면이 교차되어 형성되는 복수 개의 교차선의 각각에 복수 개의 전자석이 세트로 배치되어 있는 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 미세유동 장치는 4 개의 교차선에 각각 4 개의 전자석이 배치되어 있는 것인 미세유동 장치일 수 있다.
본 발명의 또다른 일 구체예에서, 상기 전자석은 상기 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 나선상으로 상기 마이크로채널의 벽면에 배치되어 있는 것인 미세유동 장치일 수 있다.
본 발명은 또한, 하나 이상의 입구 및 출구룰 포함하고, 상기 입구와 출구는 마이크로채널을 통하여 연결되어 있는 미세유동 장치에 있어서, 상기 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 소정의 방향으로 2 개 이상의 전자석이 상기 마이크로채널 의 벽면에 대하여 배치되어 있는 미세유동 장치를 이용하여 자성물질을 포함하는 유체를 혼합하는 방법으로서,
자성 물질을 포함하는 유체를 상기 미세유동 장치의 입구를 통하여 마이크로채널에 도입하는 단계; 및
상기 마이크로채널의 벽면에 배치되어 있는 2 개 이상의 전자석을 동시에 또는 순환적으로 가동시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명의 방법은 자성물질을 포함하는 유체를 본 발명의 미세유동 장치의 입구를 통하여 마이크로채널에 도입하는 단계를 포함한다. 본 발명에 있어서, 자성물질은 혈액 또는 조직과 같은 생물학적 시료 또는 화학적 시료 중에 포함되어 있거나, 인공적으로 상기 시료 중에 제공되는 것일 수 있다. 자성물질은 자성을 띠는 물질이면 임의의 형태의 물질이 포함될 수 있다. 예를 들면, 철, 니켈, 크롬 및 이들의 산화물로 구성되는 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나 이들 예에 한정되는 것은 아니다. 상기 자성물질은 예를 들면, 마이크로비드 또는 나노비드의 형태를 띠고 있을 수 있으나 이들 예에 한정되는 것은 아니다. 시료를 도입하는 단계에 있어서, 자성물질과 시료는 하나의 입구를 통하여 동시에 또는 혼합되어 도입되거나, 서로 다른 입구를 통하여 도입되어 상기 미세유동 장치 내의 임의의 위치에서 혼합되어지는 것일 수 있다.
본 발명의 방법은 도입된 자성물질을 포함하는 시료를 본 발명의 미세유동 장치의 상기 마이크로채널의 벽면에 배치되어 있는 2 개 이상의 전자석을 동시에 또는 순환적으로 작동시켜 마이크로채널 내에 회전 자기장을 발생시켜 시료가 혼합 되어지도록 하는 단계를 포함한다. 상기 전자석이 동시에 가동되는 경우에는, 상기 2 개의 이상의 전자석은 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 마이크로채널의 벽면에 나선 상으로 배치되어지는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, "전자석을 순환적으로 작동시킨다"란 2 개 이상의 전자석으로 이루어지는 전자석 세트에 대하여 일정한 주기로 하나 이상의 전자석을 온/오프시키는 것을 의미한다.
본 발명의 방법의 일 구체예에서, 상기 미세유동 장치는 상기 전자석이 상기 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 수직으로 배치되어 있는 것인 방법일 수 있다.
본 발명의 방법의 다른 일 구체예에서, 상기 미세유동 장치는 상기 전자석이 상기 마이크로채널과 상기 마이크로채널의 진행 방향에 소정의 각도를 이루는 평면이 교차되어 형성되는 교차선 상에서 위치되어 있는 것인 방법일 수 있다.
본 발명의 방법의 또다른 일 구체예에서, 상기 미세유동 장치는 4 개의 전자석이 상기 마이크로채널과 상기 마이크로채널의 진행 방향에 수직을 이루는 평면이 교차되어 형성되는 교차선 상에서 위치되어 있는 것인 방법일 수 있다.
본 발명의 방법의 또다른 일 구체예에서, 상기 미세유동 장치는 복수 개의 교차선의 각각에 복수 개의 전자석이 배치되어 있는 것인 방법일 수 있다.
본 발명의 방법의 또다른 일 구체예에서, 상기 미세유동 장치는 4 개의 교차선에 각각 4 개의 전자석이 배치되어 있는 것인 방법일 수 있다.
본 발명의 방법의 또다른 일 구체예에서, 상기 미세유동 장치는 상기 전자석은 상기 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 나선상으로 상기 마이크로채널의 벽면에 배치되어 있는 것인 방법일 수 있다.
본 발명의 방법의 일 구체예에서, 자성물질은 리간드 물질과 고정화되어 있고, 상기 자성물질을 포함하고 있는 유체에는 상기 리간드 물질과 특이적으로 결합할 수 있는 분자가 포함되어 있는 것인 방법일 수 있다. 상기 리간드 물질의 예에는 리간드, 항원, 효소의 기질 또는 저해제 등이 포함될 수 있고, 이들과 특이적으고 결합할 수 있는 분자의 예에는 수용체, 항체 및 효소 등이 포함되나, 이들 예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 미세유동 장치를 이용하여 세포를 용해하는 방법으로서, 자성 비드와 세포를 상기 미세유동 장치의 입구를 통하여 마이크로채널에 도입하는 단계; 및 상기 마이크로채널의 벽면에 배치되어 있는 2 개 이상의 전자석을 동시에 또는 순환적으로 가동시켜 세포를 용해하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명의 방법에 있어서, 사용되는 미세유동 장치는 상기한 본 발명의 미세유동 장치에 대하여 설명한 바와 동일하다.
이하 본 발명을 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 2개의 입구 포트, 챔버 및 출구 포트를 포함하는 미세유동 장치의 일 예를 나타내는 도면이다. 유체는 2 개의 입구 포트 (110, 120)를 통하여 미세유동 장치 내에 도입되고, 입구 마이크로채널 (410, 420) 및 마이크로채널 (430)을 통하여 챔버 (200)로 이송되고, 챔버로부터 마이크로채널 (440)을 통하여 출구 포트 (300)를 통하여 외부로 배출되어질 수 있다. 본 발명의 미세유동 장치는 상기 마이크로채널 (410, 420, 430 또는 440)의 진행 방향에 대하여 소정의 방향으로 2 개 이상의 전자석이 상기 마이크로채널의 벽면에 대하여 배치되어 있는 것이다 (도시하지 않음).
도 2는 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 수직으로 전자석이 벽면에 배열되어 있는 마이크로채널의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 마에는 마이크로채널 (400)의 벽면에 유체의 진행 방향에 대하여 수직으로 배열되어 있는 전자석 (710)이 배열되어 있는 마이크로믹서부 (700)가 배치되어 있다. 이러한 마이크로믹서부 (700)는 자성물질을 포함하는 유체가 마이크로채널에 존재하거나 이동하는 경우 자성물질에 자기장을 인가하여 자기장에 의하여 유체가 혼합에 되도록 한다. 이러한 혼합은 마이크로채널의 벽면에 대하여 배치되어 있는 전자석을 순환적으로 또는 동시에 작동 (on)시킴으로써 상기 자기물질을 포함하는 유체가 자기력을 받도록 함으로써 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 상기 전자석은 상기 마이크로채널의 벽면의 둘레 방향으로 각각의 전자석이 순환적으로 작동되어 유체에 회전 자기력을 인가하도록 온/오프가 조절된다. 이러한 온/오프의 조절은 당업계에 잘 알려진 방법에 의하여 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 각 전자석의 순차적인 작동은 상기 전자석에 가하여지는 전원을 순환적으로 단속하는 스위치 장치에 의하여 이루어질 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 마이크로채널 (400)의 진행 방향에 대하여 수직으로 교차하는 평면에 의하여 만들어지는 교차선 상에 4개의 전자석 (710)이 배치되어 있는 마이크로믹서 부 (700)를 나타내는 모식도이다. 도 3에 있어서, 상기 마이크로채널의 단면은 직사각형의 형태를 가지고 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니고 본 발명에 있어서 마이크로채널의 단면의 임의의 형태를 갖는 것일 수 있다.
도 4는 도 3에 나타낸 마이크로믹서부의 전자석을 유체의 진행 방향으로부터 보았을 때, 시계방향으로 순환적으로 작동(on)시키는 과정을 나타내는 도면이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 시간이 A,B,C 및 D로 진행함에 따라 작동되는 전자석도 시계방향으로 순환적으로 이동한다.
도 5는 도 4에 나타낸 바와 같이, 마이크로믹서부의 전자석을 유체의 진행 방향으로부터 보았을 때, 시계방향으로 순환적으로 작동(on)시키는 경우 자기장 벡터의 변화에 따른 자성물질의 이동을 나타내는 도면이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 전자석이 순환적으로 온/오프되는 경우 자기장이 회전함에 따라 마이크로채널 내의 자성물질이 회전할 수 있음을 알 수 있다.
도 6은 도 4에 나타낸 바와 같이, 마이크로믹서부의 전자석을 유체의 진행 방향으로부터 보았을 때, 시계방향으로 순환적으로 작동(on)시키는 경우 자성물질의 이동에 따른 유체의 속도 벡터의 변화를 나타내는 도면이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 전자석이 순환적으로 온/오프되는 경우 자기장이 회전함에 따라 마이크로채널 내의 유체가 회전되어 혼합될 수 있음을 알 수 있다.
도 7은 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 수직인 방향으로 각각 4 개의 전자석으로 이루어지는 전자석 세트가 4개 연속하여 배치되어 있고 시계 방향으로 순환적으로 작동(on)시키는 경우 마이크로채널을 나타내는 도면이다. 도 7에 나타 낸 각 전자석 세트는 각각 순환적으로 온/오프되어 작동되어질 수 있다. 이때 각 전자석 세트의 온/오프 변환 주기 (f1, f2, f3 및 f4) 및 각속도 (ω1, ω2, ω3 및 ω4)는 서로 같거나 다를 수 있다.
도 8은 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 수직인 방향으로 각각 4 개의 전자석으로 이루어지는 전자석 세트가 4개 연속하여 배치되어 있고 순차적으로 각각 시계 방향과 반시계 방향으로 순환적으로 작동 (on)시키는 경우 마이크로채널을 나타내는 도면이다. 도 8에 나타낸 각 전자석 세트는 각각 순환적으로 온/오프되며, 그 방향은 서로 이웃하는 전자석 세트와 반대 방향으로 온/오프되어 작동되어질 수 있다. 이때 각 전자석 세트의 온/오프 변환 주기 (f1, f2, f3 및 f
4) 및 각속도 (ω1, ω2, ω3 및 ω4)는 서로 같거나 다를 수 있다.
본 발명의 미세유동 장치에 의하면, 상기 미세유동 장치 내의 마이크로채널을 통과하는 자성물질을 포함하는 유체를 효율적으로 혼합할 수 있다.
본 발명의 상기 미세유동 장치를 이용하여 자성물질을 포함하는 유체를 혼합하는 방법에 의하면, 마이크로채널 내에서 유체를 효율적으로 혼합할 수 있다.
본 발명의 상기 미세유동 장치를 이용하여 세포를 용해하는 방법에 의하면, 마이크로채널 내에서 자기장을 이용하여 세포를 효율적으로 용해시킬 수 있다.
Claims (17)
- 하나 이상의 입구 및 출구룰 포함하고, 상기 입구와 출구는 마이크로채널을 통하여 연결되어 있는 미세유동 장치에 있어서, 상기 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 2 개 이상의 전자석이 상기 마이크로채널의 벽면에 대하여 배치되어 있는 미세유동 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전자석은 상기 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 수직으로 배치되어 있는 미세유동 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전자석은 상기 마이크로채널과 상기 마이크로채널의 진행 방향에 소정의 각도를 이루는 평면이 교차되어 형성되는 교차선 상에서 위치되어 있는 것인 미세유동 장치로서, 4 개의 전자석이 상기 마이크로채널과 상기 마이크로채널의 진행 방향에 수직을 이루는 평면이 교차되어 형성되는 교차선 상에서 위치되어 있는 것인 미세유동 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 전자석은 상기 마이크로채널과 상기 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 평면이 교차되어 형성되는 교차선 상에서 위치되어 있는 것인 미세유동 장치로서 복수 개의 교차선의 각각에 복수 개의 전자석이 배치되어 있는 것인 미세유동 장치.
- 제5항에 있어서, 4 개의 교차선에 각각 4 개의 전자석이 배치되어 있는 것인 미세유동 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전자석은 상기 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 나선상으로 상기 마이크로채널의 벽면에 배치되어 있는 것인 미세유동 장치.
- 하나 이상의 입구 및 출구룰 포함하고, 상기 입구와 출구는 마이크로채널을 통하여 연결되어 있는 미세유동 장치에 있어서, 상기 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 2 개 이상의 전자석이 상기 마이크로채널의 벽면에 대하여 배치되어 있는 미세유동 장치를 이용하여 자성물질을 포함하는 유체를 혼합하는 방법으로서,자성 물질을 포함하는 유체를 상기 미세유동 장치의 입구를 통하여 마이크로채널에 도입하는 단계; 및상기 마이크로채널의 벽면에 배치되어 있는 2 개 이상의 전자석을 동시에 또는 순환적으로 가동시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 미세유동 장치는 상기 전자석이 상기 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 수직으로 배치되어 있는 것인 방법.
- 삭제
- 제8항에 있어서, 상기 미세유동 장치는 4 개의 전자석이 상기 마이크로채널과 상기 마이크로채널의 진행 방향에 수직을 이루는 평면이 교차되어 형성되는 교차선 상에서 위치되어 있는 것인 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제8항에 있어서, 상기 미세유동 장치는 상기 전자석은 상기 마이크로채널의 진행 방향에 대하여 나선상으로 상기 마이크로채널의 벽면에 배치되어 있는 것인 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 유체의 도입 단계는 자성물질을 포함하는 유체와 혼합되어질 유체가 상기 미세유동 장치의 각각 다른 입구를 통하여 마이크로채널에 도입되는 것인 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 자성물질은 리간드가 고정화되어 있고, 상기 자성물질을 포함하고 있는 유체에는 상기 리간드와 특이적으로 결합할 수 있는 분자가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 미세유동 장치를 이용하여 세포를 용해하는 방법으로서,자성 비드와 세포를 상기 미세유동 장치의 입구를 통하여 마이크로채널에 도입하는 단계; 및마이크로채널의 벽면에 배치되어 있는 2 개 이상의 전자석을 동시에 또는 순환적으로 가동시켜 세포를 용해하는 단계를 포함하는 방법.
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