KR100764022B1 - Microfluidic biochip for blood typing based on agglutination reaction - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩의 기본적인 구조를 보여주는 평면도이다.1 is a plan view showing the basic structure of a microfluidic biochip for blood type diagnosis according to a first embodiment of the present invention.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩의 마이크로 믹서의 개념을 설명하기 위해 도시한 사시도이고, 도 2b는 도 2a에 표시된 위치에서 일어나는 단면에서의 혼합 거동을 나타내는 모식도이다. FIG. 2A is a perspective view illustrating the concept of a micromixer of a microfluidic biochip for blood type diagnosis according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2B illustrates a mixing behavior in a cross section occurring at a position shown in FIG. 2A. It is a schematic diagram to show.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩에 도입된 마이크로 필터의 도입 구간 형상을 보여주는 평면도이다.3 is a plan view illustrating an introduction section shape of a micro filter introduced into a microfluidic biochip for blood type diagnosis according to a first embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 4개의 검사라인을 갖는 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오칩을 도시한 평면도이다.4 is a plan view showing a microfluidic biochip for blood type diagnosis having four test lines according to a second embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 4개의 검사라인을 갖는 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오칩을 도시한 사시도이다.5 is a perspective view illustrating a microfluidic biochip for blood type diagnosis having four test lines according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6k는 본 발명의 한 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩의 제조 과정, 특히 사출 성형 등의 대량 생산을 통한 제조 과정을 순차적으로 나타낸 공정도이다.6A to 6K are flowcharts sequentially illustrating a manufacturing process of a microfluidic biochip for blood type diagnosis according to an embodiment of the present invention, in particular, a manufacturing process through mass production such as injection molding.
도 7은 본 발명의 한 실시 예에 따라 사출성형 및 열 접합 공정에 따라 실제 로 제작된 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩을 보여주는 사진이다.7 is a photograph showing a microfluidic biochip for diagnosing blood types actually manufactured according to an injection molding and heat bonding process according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 한 실시 예에 따라 사출성형 및 열 접합 공정에 따라 실제로 제작된 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩을 이용하여 실제로 수행된 혈액형 진단 실험 결과들을 보여주는 사진들이다.8A to 8C are photographs showing blood group diagnosis test results actually performed using a microfluidic biochip for diagnosing blood types actually manufactured according to an injection molding and heat bonding process according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명은 원하는 곳에서 직접 검사를 시행할 수 있는 point-of-care 미세 유체 바이오 칩 (microfluidic biochip) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a point-of-care microfluidic biochip and a method of manufacturing the same, which can be directly carried out where desired.
수혈이 필요할 경우, 수혈 사고를 미연에 방지하기 위해서, 수혈 전 혈액형 진단은 헌혈자, 수혈자 모두에게 반드시 필요하다. 수혈 전 혈액형 검사로는, ABO식 혈액형과 Rh(D)식 혈액형 진단이 수행된 후 교차 시험(crossmatching)이 수행된다. 특히, 여러 혈액형 중에서 ABO 시스템의 혈청 (serum) 내에 존재하는 응집소(agglutinin)들은 부적합 적혈구를 고정시켜 혈관 내 용혈(hemolysis)을 유도하여 환자를 죽음으로 몰 수 있기 때문에 정확한 혈액형 진단이 반드시 필요하다. If a blood transfusion is needed, pre-transfusion blood type diagnosis is necessary for both donors and blood donors in order to prevent a transfusion accident. As pre-transfusion blood group test, cross-matching is performed after ABO blood group and Rh (D) blood group diagnosis is performed. In particular, agglutinin (agglutinin) present in the serum of the ABO system among various blood types can fix the inadequate erythrocytes and induce vascular hemolysis (hemolysis), which is necessary for accurate blood type diagnosis.
혈액형 진단은 일반적으로 적혈구와 혈청의 응집(agglutination) 반응을 확인하여, 응집이 일어난 경우 적혈구에 혈청 응집소에 상응하는 응집원(agglutinogen)이 존재하는 것으로 판단하여 혈액형 진단이 이루어진다. 즉, Anti-A 혈청과 반응을 일으켜 응집이 일어나고 Anti-B 혈청과는 반응이 일어나지 않은 경우 검체 적혈구가 A형에 대한 응집원만을 가지고 있다고 판단할 수 있어, 검체 적혈구를 A형으로 진단할 수 있다. 이 때, 보다 정확한 ABO 혈액형 진단은 혈구 검사(red cell typing; forward typing)와 혈청 검사(serum typing; backward typing)를 수행하여 이루어지는데, 두 가지 검사를 동시에 수행하는 이유는 서로 간의 검사 결과를 확인하여 혈액형 진단의 신뢰를 높이는 한편, 검체 내에 존재할 지 모르는 아형(weak antigen)의 혈액형을 검출하기 위함이다. Blood group diagnosis is generally confirmed by agglutination reaction of red blood cells and serum, and when aggregation occurs, it is determined that agglutination source (agglutinogen) corresponding to serum aggregates exists in red blood cells. That is, when the reaction occurs with the anti-A serum and the aggregation occurs and the reaction does not occur with the anti-B serum, it can be judged that the sample erythrocytes have only the aggregation source for type A, and the sample erythrocytes can be diagnosed as type A. . At this time, more accurate ABO blood group diagnosis is performed by performing red cell typing (forward typing) and serum typing (serum typing; backward typing). The reason for performing both tests simultaneously is to check the test results between each other. This is to increase the confidence of blood type diagnosis and to detect blood types of subtypes (weak antigen) that may be present in the sample.
실제로 A형의 혈액형의 경우 A2, A3, Aint 등의 아형 혈액형이 존재하며, B형의 혈액형의 경우 B3, Bint 등의 아형 혈액형이 존재한다. 이들 아형 혈액형의 경우 이에 상응하는 혈청과의 반응에서 약한 응집 반응을 보이기 때문에 자칫 O형으로 진단될 수 있는 확률이 높다. 따라서 보다 정확한 혈액형 진단을 위해 적혈구와 혈청의 효과적인 혼합은 필수적이며, 진단의 신뢰성 확보를 위해 혈구 검사와 혈청 검사를 동시에 수행하는 것이 필수적이다.In fact, the subtype blood types such as A 2 , A 3 , and A int exist for the blood type A, and the subtype blood types such as B 3 and B int exist for the blood type B. These subtype blood types have a weak aggregation reaction in response to the corresponding serum, so the probability of being diagnosed as O type is high. Therefore, effective mixing of red blood cells and serum is essential for more accurate blood type diagnosis, and it is essential to perform blood cell test and serum test at the same time to ensure the reliability of diagnosis.
종래의 혈액형 검사 방법으로는 플레이트 검사, gel card 검사, 자동화 혈액형 진단 시스템 및 최근에 보고된 소형화 혈액형 진단 시스템(S.-J. Lee, H.-W. Kang, Y. Kim, G.-W. Lee, G. Lim and D.-W. Cho, 및 evelopment of a Micro-Blood-Typing System Using Micro-Stereolithography, Sensors and Materials, Vol. 17, pp. 113-123, 2005)과 미세 채널, 마이크로 필터를 이용한 혈액형 검사장치(대한민국 특허 제0520896호)가 있다. Conventional blood typing methods include plate testing, gel card testing, automated blood typing diagnostics, and recently reported miniaturized blood typing (S.-J. Lee, H.-W. Kang, Y. Kim, G.-W). Lee, G. Lim and D.-W. Cho, and evelopment of a Micro-Blood-Typing System Using Micro-Stereolithography, Sensors and Materials, Vol. 17, pp. 113-123, 2005) and microchannels, micro There is a blood type test apparatus using a filter (Korean Patent No. 0520896).
플레이트 검사의 경우, 검체와 시약을 슬라이드 글라스와 같은 판 위에 주입하여 혼합시키고 일정 반응 시간 후에 응집 여부를 파악하는 방식으로 수행되며 대 부분 모든 과정이 수작업으로 이루어진다. 하지만 이렇게 모든 과정이 수작업으로 이루어질 경우 응집 여부 파악이 검사자의 주관에 의존하므로, 이에 검사 결과의 객관성이 결여될 수 있으며, 결과 기재에 있어서도 검사 수가 많아질 경우 기재오류의 가능성이 있다. 또한 검체를 직접 수작업으로 다루기 때문에 자칫 검사자의 검체 혈액에 대한 감염 위험성도 내재하게 된다.In the case of plate inspection, samples and reagents are injected by mixing on a plate such as slide glass, mixed, and agglomerated after a certain reaction time, and most of the process is performed manually. However, if all the processes are made by hand, the determination of the agglomeration depends on the subjectivity of the inspector. Therefore, there may be a lack of objectivity of the test results, and there may be a description error if the number of inspections is increased even in the description of the results. In addition, since the specimen is handled by hand, the risk of infection of the sample blood is inherent.
최근 진단 의학 전반에 걸친 자동화 노력에 힘입어 진단 의학 검사용 자동화 시스템들이 개발되어 도입되고 있다. 이 중에서 gel card 검사 방식은 반자동화된 검사 방법 및 정확한 검사 결과를 주는 검사로 인식되고 있다. 하지만 gel card 검사 방식은 검사 소모품이 고가일 뿐 아니라 전문적으로 원심분리기와 같은 기계를 다룰 줄 아는 검사자를 필요로 하며, 혈액의 침강 시간이 오래 걸려 검사 시간이 많이 소요되어 응급 상황에 적용하기 어렵다는 단점을 가지고 있다. Recently, automation systems for diagnostic medical tests have been developed and introduced due to automation efforts throughout diagnostic medicine. Among these, the gel card test method is recognized as a semi-automated test method and a test that gives accurate test results. However, the gel card test method is not only expensive, but also requires a tester who can professionally handle machines such as centrifuges, and it takes a long time to settle the blood and makes it difficult to apply in an emergency. Have
자동화 혈액형 진단 시스템은 실제로 전자동화된 혈액형 진단 검사를 제공하고 있다. 하지만 이 시스템의 경우 가격이 매우 비싸고 장비의 크기도 크기 때문에 혈액은행과 같이 규모가 큰 병원 외에서는 운영이 어렵다는 단점이 있다. Automated blood group diagnostic systems actually provide fully automated blood group diagnostic tests. However, this system is very expensive and the size of the equipment is large, so it is difficult to operate outside a large hospital such as a blood bank.
이에 최근에 Lee 등은 마이크로 광조형기술(micro-stereolithography)을 이용하여 유동 분리 채널, 카오스 마이크로 믹서, 반응 챔버를 통합하는 소형화 혈액형 진단 시스템을 보고한 바 있다. 이 소형화 혈액형 진단 시스템은 주입된 혈액을 유동 분리 채널을 통해 분리하고, 동시에 주입된 시약과 함께 카오스 마이크로 믹서를 통해 혼합 시킨 후 반응 챔버에서 혈구 응집 여부를 파악하는 방식으로 검사가 진행된다. 소형화 혈액형 진단 시스템은 크기가 작아 휴대가 간편하여 응급 상 황에 대처할 수 있다는 장점을 가지지만, 이 시스템의 경우 마이크로 광조형기술로 제작하는데 시간이 많이 소요되고 제작 단가가 비싸다는 단점을 가지고 있다. Recently, Lee et al. Reported a miniaturized blood type diagnostic system that integrates a flow separation channel, a chaotic micromixer, and a reaction chamber using micro-stereolithography. This miniaturized blood type diagnosis system separates the injected blood through the flow separation channel, simultaneously mixes the injected reagent with the chaotic micromixer, and checks the hemagglutination in the reaction chamber. The miniaturized blood type diagnosis system has the advantage of being small in size and easy to carry, so that it can cope with emergencies, but this system has a disadvantage in that it takes much time to manufacture by micro-optic molding technology and high manufacturing cost.
마지막으로, 이들 기존의 방법들은 혈액형 검사를 위해 약 20㎕의 검체량을 필요로 하기 때문에 수작업과 비교하여 큰 차이가 나지 않으며, 반복적인 검체 체취에 대한 불편함이 남아있다. Finally, these conventional methods require about 20 μl of sample volume for blood typing, so there is no significant difference compared to manual, and the inconvenience of repeated sample taking remains.
대한민국 특허 제0520896호에서는 미세 채널과 마이크로 필터를 이용하는 혈액형 검사장치를 제안하고 있다. 이 혈액형 검사 장치는 혈액을 주입하여 미세 채널을 통해 분리하고 시약 저장 챔버에서 반응시켜 마이크로 필터를 통해 응집된 혈액을 걸러내는 방식을 취하고 있으며, 사용되는 검체 양도 10㎕ 이하의 적은 양을 사용한다. 하지만 이 혈액형 검사 장치는 미세 챔버 내에서 만난 검체와 시약의 자연적인 혼합 및 반응을 유도하게 되어 있다. 위에서 언급한 바와 같이 존재할 지 모를 비예기 항체를 검출하기 위해서 검체와 시약의 효과적인 혼합은 필수적이다. 실제로 미세 채널 혹은 마이크로 채널의 경우 특성 길이의 현저한 저하로 오직 확산에 의한 혼합 효과만을 기대할 수 있으며, 난류(turbulence)에 의한 혼합은 기대할 수 없어, 혼합 성능이 현저히 떨어진다. 예를 들어 100㎛의 너비를 가지는 마이크로 채널에서 확산에 의한 자연스런 혼합 시간은 몇 시간 정도가 필요하게 된다. 따라서 혼합 장치가 없는 미세 혈액형 검사 장치는 그 성능 면에서 한계를 가지게 된다. 또한 이 혈액형 검사 장치에서 도입한 길이 방향으로 동일한 두께를 가지는 형상의 기둥으로 이루어진 마이크로 필터는 기둥의 두께가 너무 얇아서 사출성형과 같은 대량 생산 방식으로 생산하기에는 한계를 가지고 있다. 마지막으로 대한민국 특허 제0520896호의 혈액형 검사 장치는 사용하는 시약이 정해져 있으며, 혈구 검사만을 수행하도록 디자인 되어 있어 정확한 혈액형 진단에는 한계가 있다.Korean Patent No. 0520896 proposes a blood type test apparatus using a microchannel and a micro filter. This blood type test apparatus is injecting blood, separated through a microchannel and reacted in a reagent storage chamber to filter out the agglomerated blood through a micro filter, and a small amount of the sample used is 10 μl or less. However, this blood type test device is intended to induce a natural mixing and reaction of the sample and reagents encountered in the microchamber. As mentioned above, effective mixing of the sample and reagent is essential to detect unexpected antibodies that may be present. In fact, in the case of a microchannel or a microchannel, only a mixing effect due to diffusion can be expected due to a significant decrease in the characteristic length, and mixing due to turbulence cannot be expected, so that the mixing performance is significantly reduced. For example, in a microchannel having a width of 100 μm, the natural mixing time by diffusion requires several hours. Therefore, the micro blood test apparatus without the mixing device has its limit in terms of performance. In addition, the micro filter composed of pillars having the same thickness in the longitudinal direction introduced by the blood test apparatus has a limitation that the pillar thickness is too thin to be produced in a mass production method such as injection molding. Lastly, the blood type test apparatus of Korean Patent No. 0520896 has a predetermined reagent to be used, and is designed to perform blood cell tests only, and thus, there is a limit in accurate blood type diagnosis.
이에 검체와 시약 모두 적은 양을 사용하면서, 검체와 시약의 혼합, 반응 및 응집 여부의 판독이 하나의 장치에서 간단하게 이루어져, 혈액형 진단을 위한 응집 검사의 객관적인 진단이 가능하고 수행된 응집 검사 결과를 보존하는 것이 가능하면서도, 값싼 가격에 장치 제작이 가능하고 휴대가 간편하여 point-of-care가 가능한 진단 의학 응집 검사용 장치 개발이 요구된다.The sample and reagent are used in small amounts, and the mixing and reaction of the sample and reagent, reaction and aggregation can be easily read in a single device, enabling the objective diagnosis of the agglutination test for diagnosing blood types and performing the agglutination test results. It is necessary to develop a diagnostic medical flocculation device that can be preserved, yet can be manufactured at low cost and is portable because of its portability.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 검체와 시약 모두 적은 양을 사용하면서도, 검체와 시약의 효과적인 혼합, 반응 및 응집 여부 판독을 미세 유체 바이오 칩 위에서 모두 구현하여 객관적인 혈액형 진단 검사가 가능하게 하는데 있다. The objective of the present invention is to solve this problem of the prior art, while using a small amount of both the sample and the reagents, while the effective mixing, reaction and aggregation of the sample and reagents are all implemented on the microfluidic biochip for objective blood type diagnosis To make it possible.
또한 본 발명은 미세 유체 바이오 칩을 사출 성형 등의 대량 생산 방식을 통해 플라스틱으로 구현하여 값싼 가격에 바이오 칩을 제작하고자 한다. In addition, the present invention is to produce a biochip at a low price by implementing the microfluidic biochip into plastic through a mass production method such as injection molding.
또한 본 발명은 휴대가 간편하여 point-of-care 진단이 가능하도록 하며 수행된 응집 검사 결과를 보존할 수 있게 하는데 그 목적이 있다. It is also an object of the present invention to enable point-of-care diagnosis and to preserve the result of the aggregation test, which is easy to carry.
결과적으로 본 발명에서는 검체 주입구, 시약 주입구, 검체와 시약의 분리 및 이동을 위한 마이크로 채널 시스템 (microchannel system), 검체와 시약의 효과적인 혼합을 위한 마이크로 믹서 (micromixer), 혼합된 검체와 시약의 반응을 위한 반응 마이크로 챔버 (reaction microchamber), 반응이 일어난 검체와 시약의 검출 을 위한 다단계 마이크로 필터 (multi-step microfilter), 검체 및 시약의 유동 제어를 위한 수동 마이크로 밸브 (passive microvalve) 및 배출구를 모두 플라스틱 마이크로 칩 위에서 구현하여, 진단 의학 응집 검사를 기초로 하는 혈액형 진단을 바이오 칩 위에서 간단하게 수행할 수 있는 point-of-care용 미세 유체 바이오 칩을 제시하고자 한다. As a result, the present invention provides a sample inlet, a reagent inlet, a microchannel system for separating and moving a sample and a reagent, a micromixer for effective mixing of a sample and a reagent, and a reaction of the mixed sample and the reagent. Reaction microchamber, multi-step microfilter for detection of reacted samples and reagents, passive microvalve for control of sample and reagent flow and outlet Implementing on a chip, we propose a microfluidic biochip for point-of-care that can perform blood type diagnosis based on a diagnostic medical flocculation test on a biochip.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 응집반응 기반의 진단 검사용 미세 유체 바이오 칩은, i)검체 주입구가 형성된 검체 이송 마이크로 채널, ii)시약 주입구가 형성된 시약 이송 마이크로 채널, iii)상기 검체 이송 마이크로 채널과 상기 시약 이송 마이크로 채널의 후단에 연결되며, 상기 이송된 검체와 시약이 만나 함께 이송되면서 혼합되는 마이크로 믹서, iv)상기 각 마이크로 채널들의 후단과 상기 마이크로 믹서의 전단 사이에 형성되며, 상기 검체와 시약의 유동을 제어하는 제1 수동 마이크로 밸브, v)상기 마이크로 믹서의 후단에 연결되며, 상기 혼합된 검체와 시약을 보관하여 반응을 유도하는 반응 마이크로 챔버, vi)상기 반응 마이크로 챔버의 후단에 연결되며, 상기 혼합된 검체와 시약의 응집반응에 의해 형성된 응집체를 걸러내는 마이크로 필터, vii)상기 마이크로 챔버의 후단과 상기 마이크로 필터의 전단 사이에 형성되며,상기 혼합된 검체와 시약이 상기 반응 마이크로 챔버에 머물도록 제어하는 제2 수동 마이크로 밸브, 및 viii)상기 마이크로 필터의 후단에 연결되어, 검사가 끝난 검체와 시약을 배출하는 배출구를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, the microfluidic biochip for agglutination reaction based diagnostic test according to the present invention includes: i) a sample transfer microchannel in which a sample inlet is formed, ii) a reagent transfer microchannel in which a reagent inlet is formed, and iii) the sample. A micromixer connected to a transfer microchannel and a rear end of the reagent transfer microchannel, wherein the transferred sample and reagent meet and are mixed together, iv) formed between the rear end of each of the microchannels and the front end of the micromixer, A first passive microvalve for controlling the flow of the sample and the reagent, v) a reaction microchamber connected to a rear end of the micromixer, and storing the mixed sample and the reagent to induce a reaction, vi) of the reaction microchamber It is connected to the rear stage, and filters the aggregate formed by the agglomeration reaction of the mixed sample and reagent Vii) a second manual microvalve formed between the rear end of the microchamber and the front end of the microfilter, the second passive microvalve controlling the mixed sample and reagent to stay in the reaction microchamber, and viii) the microfilter It is connected to the rear of the chamber, and includes an outlet for discharging the tested sample and reagent.
상기 마이크로 필터는 유체의 이송방향을 따라 주기적인 간격을 두고 복수 행의 마이크로 기둥이 배열되고, 각 행의 마이크로 기둥 사이로 필터 공간이 형성되며, 상기 각각의 필터 공간은 입구가 출구보다 더 넓게 형성될 수 있다.The micro filter has a plurality of rows of micro pillars arranged at regular intervals along the direction of transport of the fluid, and filter spaces are formed between the micro pillars of each row, and each filter space has an inlet wider than the outlet. Can be.
상기 마이크로 필터에서 복수 행의 마이크로 필터는 유체 이송방향을 따라 균일한 간격을 가지며 배열될 수 있다.In the micro filter, a plurality of rows of micro filters may be arranged at uniform intervals along the fluid conveying direction.
상기 마이크로 필터는 초기구간에 각 행의 필터공간이 유체 이송방향을 따라 단계적으로 감소하는 부분을 가질 수 있다.The micro filter may have a portion in which the filter space of each row decreases stepwise along the fluid transfer direction in the initial section.
상기 마이크로 필터는 초기구간에 각 행의 마이크로 기둥의 크기가 유체 이송방향을 따라 단계적으로 커지는 부분을 가질 수 있다.The micro filter may have a portion in the initial section in which the size of the micro pillars in each row increases step by step along the fluid transfer direction.
상기 마이크로 필터는 초기구간에 각 행의 마이크로 기둥의 개수가 유체 이송방향을 따라 단계적으로 많아지는 부분을 가질 수 있다.The micro filter may have a portion in which the number of micro pillars in each row increases gradually in the initial section along the fluid transport direction.
상기 마이크로 기둥은 유체 이송방향에 따른 전방에 위치하는 면이 후방에 위치하는 면보다 더 크게 형성될 수 있다.The micro pillars may be formed to have a larger front surface in the fluid conveying direction than a rear surface.
상기 마이크로 기둥의 평단면은 사다리꼴, 오각형 또는 육각형으로 이루어질 수 있다.The flat cross section of the micro pillar may be made of a trapezoid, a pentagon or a hexagon.
상기 제1 수동 마이크로 밸브는 상기 검체 이송 마이크로 채널 또는 상기 시약 이송 마이크로 채널로부터 급격히 너비가 줄어들게 형성되고, 상기 제2 수동 마이크로 밸브는 상기 반응 마이크로 챔버로부터 급격히 너비가 줄어들게 형성될 수 있다.The first manual microvalve may be formed to have a sharply reduced width from the sample transfer microchannel or the reagent transfer microchannel, and the second manual microvalve may be formed to have a rapidly reduced width from the reaction microchamber.
한편, 상기 검체 이송 마이크로 채널은 복수 개로 분기되어 복수 개로 마련 되는 마이크로 믹서들의 각각에 연결되며, 주입된 검체를 분리하여 상기 각 마이크로 믹서로 이송할 수 있다.On the other hand, the sample transfer micro-channel is connected to each of the plurality of micro-mixer branched into a plurality of pieces, it is possible to separate the injected sample to be transferred to each of the micro mixer.
상기 시약 이송 마이크로 채널은 복수 개로 형성되어 각각 상기 복수 개의 마이크로 믹서들과 연결되며, 각각의 시약 이송 마이크로 채널은 서로 분리된 복수 개의 시약 주입구가 형성되어 서로 다른 종류의 시약을 주입할 수 있다.The reagent transfer micro channel may be formed in plural and connected to the plurality of micro mixers, respectively, and each reagent transfer micro channel may be provided with a plurality of reagent inlets separated from each other to inject different types of reagents.
상기 마이크로 믹서는 상기 이송된 검체와 시약을 3차원 나선형 유로를 통하여 이송하며 분할 및 재배열과 카오스 이류의 카오스 혼합 메커니즘을 결합하여 혼합시킨다.The micromixer transfers the transferred sample and reagent through a three-dimensional spiral flow path and combines and divides and rearranges and combines chaotic mixing mechanism of chaotic advection.
상기 마이크로 믹서는, 상기 이송된 검체와 시약이 각각 주입되는 한 쌍의 주입구를 구비하며 이송된 검체와 시약이 합류되어 지나는 유입채널과, 상기 이송된 검체와 시약이 혼합되어 유출되는 유출채널, 및 상기 유입채널과 유출채널 사이에서 이들과 연결되면서 연이어 배치되어 3차원 나선형 유로를 형성하면서 상기 이송된 검체와 시약을 혼합시키는 제1 혼합유닛과 제2 혼합유닛을 구비하는 혼합부를 포함한다.The micromixer includes a pair of inlets through which the transferred sample and the reagent are respectively injected, an inlet channel through which the transferred sample and the reagent are joined, an outlet channel through which the transferred sample and the reagent are mixed and discharged, and And a mixing unit including a first mixing unit and a second mixing unit for mixing the transferred sample and the reagent while being connected to each other between the inflow channel and the outflow channel to form a three-dimensional spiral flow path.
상기 마이크로 믹서에서, 상기 제1 혼합유닛은, 상기 유입채널로부터 분지(分枝)되어 상기 유입채널 진행방향에 대한 제1 측편을 향해 연장되면서 상기 합류된 유체가 재분할되어 지나는 적어도 한 쌍의 1차 분할채널과, 상기 1차 분할채널과 서로 다른 층으로 배치되면서 상기 1차 분할채널의 각 끝단과 연통되어 분할된 유체가 합류되어 지나는 1차 합류채널을 포함하며, 상기 제2 혼합유닛은, 상기 1차 합류채널로부터 분지(分枝)되어 상기 제1 측편과 반대방향인 제2 측편을 향해 연장 되면서 상기 합류된 유체가 재분할되어 지나는 적어도 한 쌍의 2차 분할채널과, 상기 2차 분할채널과 서로 다른 층으로 배치되면서 상기 2차 분할채널의 각 끝단과 연통되어 분할된 유체가 합류되어 지나는 2차 합류채널을 포함하고, 상기 2차 합류채널은 상기 유출채널로 이어진다.In the micromixer, the first mixing unit is branched from the inlet channel and extends toward the first side in the inflow direction of the inflow channel while at least one pair of primarys through which the joined fluid is repartitioned. A split channel and a primary confluence channel disposed in a different layer from the primary split channel and in communication with each end of the primary split channel, where the divided fluid passes through the split channel, wherein the second mixing unit comprises: At least a pair of secondary divided channels branched from the primary confluence channel and extending toward the second side opposite to the first side, through which the joined fluid is repartitioned; A second confluence channel disposed in a different layer and communicating with each end of the secondary division channel to allow the divided fluids to merge; and the secondary confluence channel is connected to the outlet channel. It leads.
상기 1차 분할채널은, 상기 유입채널과 나란한 방향으로 이어지는 주채널과, 상기 제1 측편을 향해 상기 주채널의 진행방향에 대하여 실질적으로 직각 방향으로 꺾어져 형성되는 분지채널을 포함한다.The primary divided channel may include a main channel extending in a direction parallel to the inflow channel, and a branch channel formed to be bent in a direction substantially perpendicular to a traveling direction of the main channel toward the first side.
상기 2차 분할채널은, 상기 유입채널과 나란한 방향으로 이어지는 주채널과, 상기 제2 측편을 향해 상기 주채널의 진행방향에 대하여 실질적으로 직각 방향으로 꺾어져 형성되는 분지채널을 포함한다.The secondary divided channel includes a main channel extending in a direction parallel to the inflow channel, and a branch channel formed to be bent in a direction substantially perpendicular to a direction in which the main channel extends toward the second side.
상기 혼합부는 연이어 배치되는 제1 혼합유닛과 제2 혼합유닛이 교번하여 다수 반복되어 구비될 수 있다.The mixing unit may be provided by alternately repeating the first mixing unit and the second mixing unit which are arranged in succession.
상기 제1 혼합유닛의 1차 분할채널은 상기 제2 혼합유닛의 2차 분할채널과 서로 다른 층으로 형성되고, 상기 제1 혼합유닛의 1차 합류채널은 상기 제2 혼합유닛의 2차 합류채널과 서로 다른 층으로 형성될 수 있다.The primary splitting channel of the first mixing unit is formed in a different layer from the secondary splitting channel of the second mixing unit, and the primary joining channel of the first mixing unit is the secondary joining channel of the second mixing unit. And may be formed of different layers.
상기 제1 혼합유닛의 1차 합류채널은 상기 제2 혼합유닛의 2차 분할채널과 같은 층에 형성될 수 있다.The primary confluence channel of the first mixing unit may be formed in the same layer as the secondary division channel of the second mixing unit.
상기 1차 및 2차 분할채널과 상기 1차 및 2차 합류채널은, 상기 각 분할채널을 통하여 분할된 유체가 상기 각 합류채널을 통해 재결합 지점까지 이송되는 동안 각각 실질적으로 동일한 거리만큼 이동하도록 형성될 수 있다.The primary and secondary division channels and the primary and secondary confluence channels are each formed to move substantially the same distance while the fluid divided through the respective division channels is transferred through the respective confluence channels to the recombination point. Can be.
상기 검체로 검사 혈액의 적혈구를 주입하고, 상기 시약으로 표준 혈청을 주입하여 혈구검사를 수행하거나, 상기 검체로 검사 혈액의 혈청을 주입하고, 상기 시약으로 표준 적혈구를 주입하여 혈청검사를 수행함으로써 혈액형 진단을 할 수 있다.Blood test is performed by injecting red blood cells of test blood into the sample, injecting standard serum into the reagent, or performing blood cell test by injecting serum of test blood into the sample, and performing serum test by injecting standard red blood cells into the reagent. Diagnosis can be made.
상기 응집반응 기반의 진단검사용 미세 유체 바이오 칩을 제조하는 방법은, i)상기 검체 및 시약 이송 마이크로 채널, 상기 마이크로 믹서의 제1층부, 상기 제1 및 제2 수동 마이크로 밸브, 상기 반응 마이크로 챔버의 제1 층부, 및 상기 마이크로 필터의 각 형상을 갖는 제1 홈을 포함하는 제1 판을 제조하는 단계와, ii)상기 마이크로 믹서의 제2 층부, 및 상기 반응 마이크로 챔버의 제2 층부의 각 형상을 갖는 제2 홈을 포함하는 제2 판을 제조하는 단계, 및 iii)상기 제1 판과 제2 판을 맞대어 접합하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a microfluidic biochip for agglutination based diagnostic tests may include: i) the sample and reagent transfer microchannel, the first layer portion of the micromixer, the first and second passive microvalve, and the reaction microchamber. Fabricating a first plate comprising a first layer portion of and a first groove having a respective shape of the micro filter; ii) a second layer portion of the micromixer, and a second layer portion of the reaction microchamber. Manufacturing a second plate comprising a second groove having a shape, and iii) bonding the first plate and the second plate to each other.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like elements throughout the specification.
먼저, 도 1을 통해 본 발명에서 제안된 응집 반응을 기초로 하는 혈액형 진단 검사용 Point-of-care 미세 유체 바이오 칩 의 구조와 작동 개념을 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩의 기본적인 구조를 보여주는 평면도이다. First, the structure and operation concept of the point-of-care microfluidic biochip for blood type diagnostic tests based on the aggregation reaction proposed in the present invention will be described with reference to FIG. 1. 1 is a plan view showing the basic structure of a microfluidic biochip for blood type diagnosis according to a first embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 혈액형 진단용 미세 유체 바이오칩(100)은 검체 주입구 (110), 시약 주입구(115), 검체 및 시약 이송을 위한 마이크로 채널(120, 125), 검체 및 시약 유동 제어를 위한 제1 수동 마이크로 밸브(130, 135), 검체와 시약의 효과적인 혼합을 위한 카오스 마이크로 믹서(140), 혼합된 검체와 시약을 보관하여 반응을 유도하기 위한 반응 마이크로 챔버(150), 혼합된 검체와 시약이 반응 마이크로 챔버에 머물게 하기 위한 제2 수동 마이크로 밸브(160), 혼합된 검체와 시약의 응집 반응(agglutination)에 의해 형성된 적혈구 응집체를 걸러내기 위한 마이크로 필터(170) 및 검사가 끝난 검체와 시약을 배출하기 위한 배출구(180)로 구성되어 있다. Referring to FIG. 1, the blood type diagnostic
혈구 검사(red cell typing; forward typing)는 검사 혈액의 적혈구와 Anti-A, Anti-B, Anti-AB, Anti-A1, Anti-H, Anti-D 등의 표준 혈청의 반응을 통해, 표준 혈청과 응집 반응이 일어난 경우 표준 혈청에 상응하는 응집원이 적혈구에 존재하는 것으로 판단하여 혈액형 진단이 이루어진다. 예를 들어, Anti-A와 응집 반응을 일으키는 적혈구의 경우 A형의 응집원이 있다고 판단할 수 있다 (혈액형 A형 혹은 AB형). 따라서 혈구 검사의 경우 검체로는 검사 혈액의 적혈구가 되며, 시약으로는 표준 혈청이 된다. Red cell typing (forward typing) is a standard serum through the reaction of red blood cells in the test blood with standard serum such as Anti-A, Anti-B, Anti-AB, Anti-A1, Anti-H, Anti-D, etc. When agglutination occurs, a blood group diagnosis is made by determining that agglutinants corresponding to standard serum are present in red blood cells. For example, in the case of erythrocytes that cause an aggregation reaction with Anti-A, it can be determined that there is a type A aggregation source (blood type A or AB type). Therefore, in the case of blood cell test, the sample becomes red blood cells of the test blood, and the reagent becomes standard serum.
혈청 검사(serum typing; backward typing)는 검사 혈액의 혈청과 Test cell A1, Test cell A2, Test cell B, Test cell O 등의 표준 적혈구와의 반응을 통해, 표준 적혈구와 응집 반응이 일어난 경우 표준 적혈구에 상응하는 응집소가 혈청 내 에 존재하는 것으로 판단하여 혈액형 진단이 이루어진다. 예를 들어, Test cell A와 응집 반응을 일으키는 혈청의 경우 A형의 응집소가 있다고 판단할 수 있다 (혈액형 B형 혹은 AB형). 따라서 혈청 검사의 경우 검체로는 검사 혈액의 혈청이 되며, 시약으로는 표준 적혈구가 된다.Serum typing (backward typing) is the reaction of test blood serum with standard erythrocytes such as Test cell A1, Test cell A2, Test cell B, and Test cell O. A blood group diagnosis is made by determining that agglutinates correspond to the presence in the serum. For example, serum that causes agglutination with test cell A may be determined to have agglutinates of type A (blood type B or AB). Therefore, in the case of serum test, the sample is serum of test blood, and the reagent is standard red blood cell.
각 검사에 따라 검체 및 시약이 각각 검체 주입구(110)와 시약 주입구(115)를 통해 각각 약 1 ~ 3㎕ 씩 주입된다. 특히 검체 주입구(110)와 시약 주입구(115)가 따로 존재하여 혈구 검사 혹은 혈청 검사에서 사용될 수 있는 여러 가지 다른 종류의 시약들을 검사에 맞게 사용하는 것이 가능하다. 주입된 검체와 시약은 주사기 펌프와 같은 외부 압력 전달 장치, 표면 장력, 칩을 흔들어서 생성되는 중력 등에 의해 주어지는 구동력에 의해서 각 이송 마이크로 채널(120, 125)을 통해 제1 수동 마이크로 밸브(130, 135)까지 주입된다. According to each test, the sample and the reagent are respectively injected by about 1 to 3 μl through the
제1 수동 마이크로 밸브(130, 135)는 갑자기 너비가 줄어드는 형상을 가지고 있으며, 이러한 형상은 표면장력의 급작스런 변화를 유도하여 검체와 시약 유체 유동이 마이크로 밸브에서 멈추게 하는 효과를 유도한다. 특히 이러한 마이크로 밸브는 플라스틱 표면 계질에 따라 소수성 (hydrophobic) 혹은 친수성 (hydrophilic) 표면으로 만들어 표면 장력 효과를 증대시킬 수도 있다. 이렇게 도입된 제1 수동 마이크로 밸브(130, 135)는 주입된 검체와 시약 유체 유동이 뒤 따르는 카오스 마이크로 믹서(140)로 동시에 도입되어 효과적으로 혼합될 수 있도록 하는 역할을 한다. 제1 수동 마이크로 밸브(130, 135)에서 멈춰선 검체와 시약 유체 유동은 다시 주사기 펌프와 같은 외부 압력 전달 장치, 표면 장력, 칩을 흔들어서 생성되는 중 력 등에 의해 주어지는 구동력에 의해서 동시에 카오스 마이크로 믹서(140)로 주입되어 서로 효과적으로 혼합된다. The first passive microvalve (130, 135) has a shape that suddenly decreases in width, this shape induces a sudden change in the surface tension to induce the effect of stopping the sample and reagent fluid flow in the microvalve. In particular, such microvalve may increase the surface tension effect by making the hydrophobic or hydrophilic surface depending on the plastic surface quality. The first
특히 상기 카오스 마이크로 믹서(140)는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서로서 F-형상의 혼합 유닛이 아래, 위 판에 주기적으로 배열되어 분할/재결합 및 카오스 이류의 두 가지 카오스 혼합 메커니즘을 효과적으로 결합하여, 주입된 검체와 시약을 효과적으로 혼합시킨다. 이러한 효과적인 혼합은 혈액형 진단 검출 성능을 월등히 상승시킬 뿐 아니라, 존재할 지 모를 비예기 혈액형을 효과적으로 검출하는데 도움을 준다. 또한 본 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서(140)는 간단한 형상을 가지고 있어 대량 생산으로 제조하는 것이 가능하다. 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서(140)에 의해 혼합된 검체와 시약은 주사기 펌프와 같은 외부 압력 전달 장치, 표면 장력, 칩을 흔들어서 생성되는 중력 등에 의해 주어지는 구동력에 의해서 뒤 따르는 반응 마이크로 챔버(150)로 주입된다. In particular, the
반응 마이크로 챔버(150)는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서(140)와 같이 위, 아래 층에 패터닝되어 있어 챔버의 용량을 늘려주게 디자인되어 있다. 이 때, 주입된 검체와 시약 혼합물은 제2 수동 마이크로 밸브(160)에 의해 검체와 시약의 반응 시간 (대략 1 ~ 3분) 동안 반응 마이크로 챔버(150)에 머물게 된다. 이 때 검체와 시약 내에 상응하는 응집원과 응집소가 존재할 경우 적혈구 간에 응집 반응이 일어난다. The
제2 수동 마이크로 밸브 (160) 역시 상기 제1 수동 마이크로 밸브(130, 135)와 같이 갑자기 너비가 줄어드는 형상을 가지고 있으며, 이러한 형상은 표면장력의 급작스런 변화를 유도하여 반응 마이크로 챔버 내의 검체와 시약 혼합 유체 유동이 마이크로 밸브에서 멈추게 하는 효과를 유도한다. 특히 이러한 마이크로 밸브는 플라스틱 표면 계질에 따라 소수성 혹은 친수성 표면으로 만들어 표면 장력 효과를 증대시킬 수도 있다. 1 ~ 3분의 검체와 시약 혼합체의 일정 반응 시간 후에 다시 주사기 펌프와 같은 외부 압력 전달 장치, 표면 장력, 칩을 흔들어서 생성되는 중력 등에 의해 주어지는 구동력에 의해서 뒤따르는 마이크로 필터(170)로 주입된다. The second
본 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩(100)에 도입된 마이크로 필터(170)는 다단계로 줄어드는 필터 공간을 가지고 있어 응집 반응이 일어난 응집 적혈구를 효과적으로 여과할 수 있다. 특히 필터 공간이 일반적인 적혈구의 크기보다 크게 되어 있어 응집 반응이 일어나지 않은 적혈구는 쉽게 마이크로 필터(170)를 빠져나가며, 응집 반응이 일어나서 크기가 커진 응집 적혈구들은 마이크로 필터(170)에 쉽게 여과되게 되어 있다. The
마지막으로 반응시간 후의 검체와 시약 반응물은 마이크로 필터(170)를 지나 배출구(180)을 통해 배출된다. 이 때, 검체와 시약 사이에 응집 반응이 일어났을 경우 응집 적혈구가 마이크로 필터(170)에 여과되어 있고, 응집 반응이 일어나지 않았을 경우 적혈구들이 마이크로 필터(170)를 모두 빠져 나가기 때문에 눈으로 쉽게 응집 반응 여부를 파악할 수 있으며, 이를 기초로 혈액형 진단이 가능해진다.Finally, the sample and reagent reactants after the reaction time are discharged through the
도 2a 및 도 2b를 통해 상기 제1 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩의 일부 구성인 마이크로 믹서의 구조와 혼합의 기본 개념을 설명한다. 도 2a는 본 실시예에 따른 마이크로 믹서의 개념을 설명하기 위해 도시한 사시 도이고, 도 2b는 도 2a에 표시된 위치에서 일어나는 단면에서의 혼합 거동을 나타내는 모식도이다.2A and 2B illustrate the basic concept of the structure and mixing of the micromixer, which is a part of the microfluidic biochip for blood type diagnosis according to the first embodiment. FIG. 2A is a perspective view illustrating the concept of the micromixer according to the present embodiment, and FIG. 2B is a schematic diagram showing the mixing behavior in the cross section occurring at the position indicated in FIG. 2A.
본 실시예에 따른 마이크로 믹서(10)는 이송 마이크로 채널로부터 이송된 서로 다른 유체, 즉 검체와 시약이 유입되는 한 쌍의 주입구(12a, 12b)를 구비하며 검체와 시약이 합류되어 지나는 유입채널(12)과, 검체와 시약이 혼합되어 유출되는 유출채널(13), 및 유입채널(12)과 유출채널(13) 사이에 형성되어 이들을 연결하면서 상기 검체와 시약을 혼합시키는 혼합부(15)로 구성된다. 상기 혼합부(15)는 연이어 배치되는 제1 혼합유닛(20)과 제2 혼합유닛(30)을 포함한다.The
제1 혼합유닛(20)은, 상기 유입채널(12)로부터 분지(分枝)되는 한 쌍의 1차 분할채널(21, 22)과, 이 1차 분할채널(21, 22)의 각 끝단과 연통되는 1차 합류채널(23)을 포함한다. 1차 분할채널(21, 22)은 상기 유입채널(12) 내 유체 이송방향에 대한 제1 측편을 향해 연장되면서 상기 유입채널(12)에서 합류된 검체와 시약의 혼합유체가 재분할되어 지나게 된다. 1차 합류채널(23)은 상기 1차 분할채널(21, 22)과는 서로 다른 층으로 배치되면서 상기 1차 분할채널(21, 22)에서 분할된 혼합유체가 합류되어 지나게 된다.The
제2 혼합유닛(30)은, 상기 1차 합류채널(23)로부터 분지(分枝)되는 한 쌍의 2차 분할채널(32, 34)과, 이 2차 분할채널(32, 34)의 각 끝단과 연통되는 2차 합류채널(35)을 포함한다. 2차 분할채널(32, 34)은 상기 제1 측편과는 반대방향인 제2 측편을 향해 연장되면서 상기 1차 합류채널(23)에서 합류된 혼합유체가 재분할되어 지나게 된다. 2차 합류채널(35)은 상기 2차 분할채널(32, 34)과는 서로 다른 층으 로 배치되면서 상기 2차 분할채널(32, 34)에서 분할된 혼합유체가 합류되어 지나게 된다.The
본 실시예에서 1차 분할채널(21, 22)은 상기 유입채널(12)의 진행방향에 대하여 좌측편을 향하도록 형성되고 있으며, 2차 분할채널(32, 34)은 상기 유입채널(12)의 진행방향에 대하여 우측편을 향하도록 형성되고 있다. 이 때, 상기 1차 분할채널(21, 22)은 상기 유입채널(12) 내 유체 진행방향에 대하여 실질적으로 직각인 방향으로 꺾여져 형성되며, 2차 분할채널(32, 34) 또한 상기 유입채널(12) 내 유체 진행방향에 대하여 실질적으로 직각인 방향으로 꺾여져 형성된다. 그러나 본 발명은 이에 국한되지 않으며, 상기 1차 분할채널(21, 22)이 우측편을 향하고, 2차 분할채널(32, 34)이 좌측편을 향하도록 형성되는 것도 가능하다.In the present exemplary embodiment, the primary divided
1차 분할채널(21, 22)은 상기 유입채널(12)과 나란한 방향으로 이어지는 주채널과, 상기 제1 측편을 향해 상기 주채널의 진행방향에 대하여 실질적으로 직각 방향으로 꺾어져 형성되는 분지채널로 구분할 수 있다. 한 쌍의 분지채널을 구비함으로써 본 실시예의 분할채널은 F-자 형상을 갖게 된다. 분할채널의 개수가 늘어나는 경우에 상기 주채널은 길이가 더 길어지고 분지채널은 개수가 더 늘어난다. 마찬가지로 2차 분할채널(32, 34)도 상기 유입채널(12)과 나란한 방향으로 이어지는 주채널과, 상기 제2 측편을 향해 상기 주채널의 진행방향에 대하여 실질적으로 직각 방향으로 꺾어져 형성되는 분지채널로 구분할 수 있다.The
상기 혼합부(15)는 연이어 배치되는 제1 혼합유닛(20)과 제2 혼합유닛(30)의 구조가 교번하여 다수 반복되어 구비될 수 있다. 도 2a에서 도시하고 있는 혼합 부(15)는 유출채널(13)에 이르기까지 제1 혼합유닛(20)과 제2 혼합유닛(30)의 구조가 2번씩 반복되어 형성되고 있다. 이 때, 최종 합류채널(51)은 유출채널(13)과 연결되면서 균질하게 혼합된 검체와 시약을 유출하게 된다.The mixing
한편, 연이어 배치되는 혼합유닛에서 분할채널과 합류채널은 층을 서로 바꾸어가며 형성된다. 즉 제1 혼합유닛(20)의 1차 분할채널(21, 22)은 제2 혼합유닛(30)의 2차 분할채널(32, 34)과 서로 다른 층으로 형성되고, 제1 혼합유닛(20)의 1차 합류채널(23)은 제2 혼합유닛(30)의 2차 합류채널(35)과 서로 다른 층으로 형성된다. 그리고 상기 1차 합류채널(23)은 2차 분할채널(32, 34)과 같은 층에 형성되며 서로 연결되고, 다시 상기 2차 합류채널(35)은 상기 1차 분할채널(21, 22)과 같은 층에 형성된다. 이와 같이 구비되는 제1 혼합유닛(20)과 제2 혼합유닛(30)에 의하여 3차원 나선형 유로를 형성하게 되며, 이송된 검체와 시약은 이를 통하여 이송되면서 분할 및 재배열의 카오스 혼합 메커니즘과 카오스 이류(chaotic advection)의 카오스 혼합 메커니즘이 결합되어 균질하게 혼합될 수 있다.On the other hand, in the mixing unit arranged in succession, the split channel and the confluence channel are formed by changing the layers. That is, the
이 때, 상기 1차, 2차 분할채널(21, 22, 32, 34)과 1차, 2차 합류채널(23, 35)은, 각 분할채널을 통하여 분할된 혼합유체가 상기 각 합류채널을 통해 재결합 지점까지 이송되는 동안 각각 실질적으로 동일한 거리만큼 이동하도록 형성된다.In this case, the primary and
그리고 상기 1차 합류채널(230)과 이로부터 분지되는 2차 분할채널(32, 34)의 시점에는 확장부(31)를 형성하여 혼합유체의 유동을 원활하게 할 수 있다.In addition, the
이하에서는 도 2b를 참조하여 주입된 혼합유체가 분할되는 과정을 설명한다.Hereinafter, a process of dividing the injected mixed fluid will be described with reference to FIG. 2B.
한 쌍의 주입구(12a, 12b)를 통해 주입되어 유입채널(12)에서 합류된 검체와시 약의 유체 유동은 제1 혼합유닛(20)을 만나게 될 경우 1차 분할채널(210, 220)을 통해 두 유동으로 분할되며, 1차 합류채널(230)에서 다시 결합한다. 즉 주입구(12a, 12b)를 통해 각각 주입된 검체(17)와 시약(18)은 도 2a의 A구간에서 도 2b의 A와 같이 만나게 되며, 1차 분할채널(210, 220)에서 분할되어 각각 도 2b의 B, C와 같이 분할된다. 분할된 검체(17)와 시약(18)은 1차 합류채널(230)에서 본 실시예에 따른 제1 혼합유닛(20)의 배열 방식 때문에 두께 방향으로 결합하게 되어 재결합 양상은 도 2b의 D와 같은 적층이 이루어진다. 이러한 혼합 메커니즘에 의해 도 2a의 D, G, J, K에서 두께 방향의 적층이 이루어져 유체의 경계 면을 기하급수적으로 늘려 카오스 혼합을 유도하게 된다. When the fluid flow of the sample and the reagent injected through the pair of
이 때, Schonfeld 등의 연구(F. Schonfeld, V. Hessel and C. Hofmann, "An Optimized Split-and-Recombine Micro-mixer with Uniform 'Chaotic Mixing", Lab on a Chip, vol. 4, pp. 65-69, 2004)에서 보여지듯이 재결합 구간에서 분리 벽이 존재하지 않을 경우 도 2b의 이상적인 적층은 기대하기 어렵지만, 본 실시예에 따른 마이크로 믹서(10)는 전체적인 마이크로 채널의 유동 진로가 3차원 나선형 형상(3-dimensional serpentine)을 띄고 있기 때문에, 유체 유동이 마이크로 믹서(10)의 유출채널(13) 방향으로 진행할 때 카오스 이류(chaotic advection)를 유도하게 되어 각 합류채널(23, 35)에서 회전 운동량을 야기하게 되며, 결과적으로 도 2b에서 보인 이상적인 적층을 이루어 낼 수 있게 된다.In this case, Schonfeld et al. (F. Schonfeld, V. Hessel and C. Hofmann, "An Optimized Split-and-Recombine Micro-mixer with Uniform 'Chaotic Mixing", Lab on a Chip , vol. 4, pp. 65 As shown in (69, 2004), the ideal stacking of FIG. 2B is difficult to expect when there is no separation wall in the recombination section. However, in the
따라서 본 실시예에 따른 마이크로 믹서(10)는 분리 벽이 없이도 이상적인 적층을 유도하게 되어, 두 유체간의 경계 면을 기하 급수적으로 늘려 보다 효과적 인 카오스 혼합을 야기하게 된다. 특히 분리 벽이 존재하지 않아 사출 성형 등의 대량 생산 방법을 통해 저렴한 가격에 제조가 가능해지는 장점을 가지고 있다. 또한 일반적인 MEMS 공정을 통해 제작되는 일반적인 사각 단면을 가지는 마이크로 채널들이 가지는 특징인, 채널의 너비가 두께보다 상당히 큰 형상에 대해, 본 실시예에 따른 마이크로 믹서(10)는 얇은 방향인 두께 방향으로 적층을 유도하여 유체의 확산 길이를 보다 효과적으로 줄이는 큰 장점을 가진다. 마지막으로 본 실시예에 따른 마이크로 믹서(10)의 연속적으로 배열된 제1, 제2 혼합유닛(20, 30)은 유입되어 분할된 유동의 유동 진로 길이를 동일하게 하여 혼합이 전혀 일어나지 않는 부분을 없앨 수 있는 장점 또한 가지고 있다. Therefore, the
한편, 상기 제1 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩의 일부 구성인 상기 마이크로 필터(170)의 형상의 한 예를 도 3에 도시하였다. 도 3은 특히 본 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩에 도입된 마이크로 필터(170)의 초기구간(200)을 보여준다. Meanwhile, FIG. 3 illustrates an example of the shape of the
상기 마이크로 필터(170)는 유체의 이송방향을 따라 주기적으로 균일한 간격을 두고 복수 행의 마이크로 기둥(210)이 배열되고, 각 행의 마이크로 기둥 사이로 필터 공간(220)이 형성된다. 이 때, 각각의 필터 공간(220)은 입구가 출구보다 더 넓게 형성되며, 초기구간(200)에는 각 행의 필터 공간(220)이 유체 이송방향을 따라 단계적으로 감소하는 부분을 갖는다. 또한 초기구간(200) 각 행의 마이크로 기둥(210)의 크기가 유체 이송방향을 따라 단계적으로 커지는 부분을 가질 뿐만 아니라, 각 행의 마이크로 기둥(210)의 개수가 유체 이송방향을 따라 단계적으로 많아 지는 부분을 갖는다. 상기 마이크로 기둥(210)은 유체 이송방향에 따른 전방에 위치하는 면(즉, 배출구를 향하는 면)이 후방에 위치하는 면(즉, 주입구를 향하는 면)이 더 크게 형성되며, 그 평단면은 사다리꼴, 오각형 또는 육각형으로 이루어질 수 있다.The
즉, 마이크로 필터의 초기구간(200)은 다단계의 필터 공간(220)을 가지고 있으며, 동일한 사다리꼴 형상, 오각형상 또는 육각형상의 평단면을 갖는 마이크로 기둥(210)들이 유동의 수직 방향으로 주기적으로 배열되어 유동의 수직방향으로는 동일한 필터 공간(220)을 갖는다. 특히 본 실시예에 따른 마이크로 필터의 초기구간(200)의 사다리꼴 형상, 오각형상 또는 육각형상의 평단면을 갖는 기둥들은 그 형상의 특징으로 인해 유체 유동에 대해 넓은 입구와 좁은 출구를 가지는 필터 공간(220)을 형성한다. 유동의 진행 방향으로는 일정 공간(230)을 두고 서로 동일하거나 다른 형상의 사다리꼴, 오각형상 또는 육각형상의 평단면을 갖는 마이크로 기둥(210)들이 주기적으로 배열되어 있어, 길이 방향으로는 다양한 너비의 필터 공간(220)을 가질 수 있다. 또한 실제 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩에서는 반경 방향으로 약 10㎛ 크기를 갖는 적혈구의 크기와 함께 일반적인 대량 생산 공정인 사출성형의 성형성을 고려하여, 최소 필터 공간(220)과 최소 마이크로 기둥(210) 너비를 50㎛ 이상이 되도록 할 수 있다. That is, the
상기 설명한 바와 같이 보다 정확한 혈액형 진단을 위해서는 혈구 검사와 혈청 검사를 동시에 수행하여 그 결과를 비교해야 한다. 이 경우 혈구 검사에는 동일 검사 혈액의 적혈구에 대해 사용되는 시약인 표준 혈청은 Anti-A, Anti-B, Anti- AB, Anti-A1, Anti-H, Anti-D 정도가 사용될 수 있어서 총 6 개 이상의 검사 라인이 동시에 필요하다. 또한 혈청 검사의 경우 동일 검사 혈액의 혈청에 대해 사용되는 시약인 표준 적혈구가 Test cell A1, Test cell A2, Test cell B, Test cell O 정도가 사용될 수 있어서 총 4 개 이상의 검사 라인이 동시에 필요하다.As described above, for a more accurate blood type diagnosis, a blood cell test and a serum test should be performed at the same time to compare the results. In this case, the standard serum, which is a reagent used for red blood cells of the same test blood, may be Anti-A, Anti-B, Anti-AB, Anti-A1, Anti-H, and Anti-D. The above inspection line is needed simultaneously. In addition, in the case of a serum test, a test cell A1, a test cell A2, a test cell B, or a test cell O may be used as a standard red blood cell, a reagent used for serum of the same test blood.
도 4 및 도 5는 이렇게 여러 가지 검사를 동시에 수행할 수 있도록 본 발명의 제2 실시예에 따른 4 개 검사 라인을 가지는 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩의 평면도(도 4)와 사시도(도 5)를 보여준다. 4 and 5 are a plan view (FIG. 4) and a perspective view (FIG. 4) and a perspective view (FIG. 5) of a microfluidic biochip for blood type diagnosis having four test lines according to a second embodiment of the present invention so that various tests can be simultaneously performed. ).
도 4 및 도 5가 보여주는 본 발명의 제2 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩(300)은, 검체 주입구 (310), 시약 주입구(315), 여러 검사를 동시에 수행하기 위해 검체의 분리를 담당하는 유동 분리 마이크로 채널(320) 및 시약 이송을 위한 마이크로 채널(325), 검체 및 시약 유동 제어를 위한 제1 수동 마이크로 밸브(330), 검체와 시약의 효과적인 혼합을 위한 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서(340), 혼합된 검체와 시약을 보관하여 반응을 유도하기 위한 반응 마이크로 챔버(350), 혼합된 검체와 시약이 반응 마이크로 챔버에 머물게 하기 위한 제2 수동 마이크로 밸브(360), 혼합된 검체와 시약의 응집 반응(agglutination)에 의해 형성된 적혈구 응집체를 걸러내기 위한 마이크로 필터(370) 및 검사가 끝난 검체와 시약을 배출하기 위한 배출구(380)로 구성되어 있다. 검체가 분리되는 유동 분리 마이크로 채널(320)을 제외하면, 각 검사 라인은 도 1을 참조하여 설명한 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유체 바이오 칩의 미세 유체 구조(검체 및 시약 주입구, 마이크로 채널, 제1 수동 마이크로 밸브, 나선형 라미네이션 마이크로 믹서, 반응 마이크로 챔버, 제2 수동 마이크로 채널, 마이크로 필터, 배출구)를 모두 가지고 있다. 4 and 5, the
이제 도 4 및 5를 통해 본 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩의 작동 개념을 도 1의 설명에 기초하여 간단히 설명한다. 4 and 5, the operation concept of the microfluidic biochip for blood type diagnosis according to the present embodiment will be briefly described based on the description of FIG.
혈구 및 혈청 검사에 따라 검체 및 시약들이 검체 주입구(310) 및 시약 주입구들(315)을 통해 각각 약 1 ~ 3㎕ 씩 주입된다. 특히 검체 주입구(310)와 시약 주입구(315)가 따로 존재할 뿐 아니라 시약 주입구(315)가 복수 개(본 실시예의 경우 4개) 존재하여 동시에 여러 응집 반응 검사가 가능하여 혈구 검사 혹은 혈청 검사에서 사용될 수 있는 여러 가지 다른 종류의 시약들을 검사목적에 맞게 사용하는 것이 가능하다. 주입된 검체는 주사기 펌프와 같은 외부 압력 전달 장치, 표면 장력, 칩을 흔들어서 생성되는 중력 등에 의해 주어지는 구동력에 의해서 유동 분리 마이크로 채널(320)에 의해 분리되어 각각의 검사 라인으로 도입되어 제1 수동 마이크로 밸브(330) 앞까지 주입된다. 또한 시약들은 구동력에 의해서 이송 마이크로 채널(325)을 통해 제1 수동 마이크로 밸브(330)까지 주입된다. According to the blood cell and serum test, the sample and reagents are injected by about 1-3 μl through the
제1 수동 마이크로 밸브들(330)은 갑자기 너비가 줄어드는 형상을 가지고 있으며, 이러한 형상은 표면장력의 급작스런 변화를 유도하여 검체와 시약 유체 유동이 마이크로 밸브(330)에서 멈추게 하는 효과를 유도한다. 특히 이러한 마이크로 밸브(330)는 플라스틱 표면 계질에 따라 소수성 (hydrophobic) 혹은 친수성 (hydrophilic) 표면으로 만들어 표면 장력 효과를 증대시킬 수도 있다. 제1 수동 마이크로 밸브(330)에서 멈춰선 검체와 시약 유체 유동들은 다시 주사기 펌프와 같 은 외부 압력 전달 장치, 표면 장력, 칩을 흔들어서 생성되는 중력 등에 의해 주어지는 종류의 구동력에 의해서 동시에 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서들(340)로 주입되어 서로 효과적으로 혼합된다. The first
이러한 효과적인 혼합은 혈액형 진단 검출 성능을 월등히 상승시킬 뿐 아니라, 존재할 지 모를 비예기 혈액형을 효과적으로 검출하는데 도움을 준다. 또한 본 실시예에서 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서(340)는 간단한 형상을 가지고 있어 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩을 대량 생산으로 제조하는 데에 도움을 준다. 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서(340)에 의해 혼합된 검체와 시약의 혼합물들은 주사기 펌프와 같은 외부 압력 전달 장치, 표면 장력, 칩을 흔들어서 생성되는 중력 등에 의해 주어지는 구동력에 의해서 반응 마이크로 챔버들(350)로 주입된다. This effective mixing not only significantly increases blood type diagnostic detection performance, but also helps to effectively detect unexpected blood types that may be present. In addition, in this embodiment, the spiral lamination chaos
반응 마이크로 챔버(350)는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서(340)와 같이 위, 아래 층에 패터닝되어 있어 챔버의 용량을 늘려주게 디자인되어 있다. 이 때, 주입된 검체와 시약 혼합물들은 제2 수동 마이크로 밸브(360)에 의해 검체와 시약의 반응 시간 (대략 1 ~ 3분) 동안 각 반응 마이크로 챔버(350)에 머물게 된다. 이 때 검체와 시약 내에 상응하는 응집원과 응집소가 존재할 경우 적혈구 간에 응집 반응이 일어난다. The
제2 수동 마이크로 밸브(360) 역시 상기 제1 수동 마이크로 밸브(330)와 같이 갑자기 너비가 줄어드는 형상을 가지고 있으며, 이러한 형상은 표면장력의 급작스런 변화를 유도하여 반응 마이크로 챔버(350) 내의 검체와 시약 혼합 유체 유동 이 마이크로 밸브(360)에서 멈추게 하는 효과를 유도한다. 특히 이러한 마이크로 밸브(360)는 플라스틱 표면 계질에 따라 소수성 혹은 친수성 표면으로 만들어 표면 장력 효과를 증대시킬 수도 있다. 1 ~ 3분의 검체와 시약 혼합체의 일정 반응 시간 후에 다시 주사기 펌프와 같은 외부 압력 전달 장치, 표면 장력, 칩을 흔들어서 생성되는 중력 등에 의해 주어지는 구동력에 의해서 뒤따르는 마이크로 필터들(370)로 주입된다. The second
본 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩(300)에 도입된 마이크로 필터(370)는 다단계로 줄어드는 필터 공간을 가지고 있어 응집 반응이 일어난 응집 적혈구를 효과적으로 여과할 수 있다. 특히 필터 공간이 일반적인 적혈구의 크기보다 크게 되어 있어 응집 반응이 일어나지 않은 적혈구는 쉽게 마이크로 필터(370)를 빠져나가며, 응집 반응이 일어나서 크기가 커진 응집 적혈구들은 마이크로 필터(370)에 쉽게 여과되게 되어 있다. The
마지막으로 반응시간 후의 검체와 시약 반응물들은 마이크로 필터들(370)을 지나 배출구들(380)을 통해 배출된다. 이 때, 검체와 시약 사이에 응집 반응이 일어났을 경우 응집 적혈구가 마이크로 필터(370)에 여과되어 있고, 응집 반응이 일어나지 않았을 경우 마이크로 필터(370)를 모두 빠져 나가기 때문에 눈으로 쉽게 응집 반응 여부를 파악할 수 있으며, 특히 도 4 및 5의 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩(300)의 경우 4 가지 종류의 검사를 동시에 확인하는 것이 가능하므로, 이를 기초로 혈액형 진단이 가능하다.Finally, the sample and reagent reactants after the reaction time are discharged through the
이제 도 6a 내지 도 6k를 통해 본 발명의 한 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩의 제조과정에 대해 설명하고자 한다. 본 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Now, the manufacturing process of the microfluidic biochip for blood type diagnosis according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A to 6K. In describing the present embodiment, when it is determined that the detailed description of the related known technology or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or an operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
도 6a 내지 도 6k는 본 발명의 한 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩의 제조 과정, 특히 사출 성형 등의 대량 생산을 통한 제조 과정을 순차적으로 나타낸 공정도이다. 6A to 6K are flowcharts sequentially illustrating a manufacturing process of a microfluidic biochip for blood type diagnosis according to an embodiment of the present invention, in particular, a manufacturing process through mass production such as injection molding.
먼저, 도 6a 내지 도 6e는 본 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩의 상판 제조 과정을 순차적으로 보여준다. First, FIGS. 6A to 6E sequentially illustrate a top plate manufacturing process of the microfluidic biochip for blood type diagnosis according to the present embodiment.
우선 기판(예를 들어 니켈 금속 기판, 410)을 표면 세척 공정을 통해 세척한 후, 도 5a와 같이 SU-8 등의 감광재(420)를 도포하여 검체 주입구, 시약 주입구, 검체 유동 분리 마이크로 채널, 시약 이송 마이크로 채널, 제1 수동 마이크로 밸브, 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서의 F-자 형상 혼합 유닛, 반응 마이크로 챔버, 제2 수동 마이크로 밸브, 마이크로 필터 및 배출구 형상의 제1 홈(430)을 일반적인 자외선 사진 식각 공정 등을 통해 형성한다. First, the substrate (for example, a nickel metal substrate, 410) is washed through a surface cleaning process, and then a
다음으로, 도 6b와 같이 전기 도금(electroplating) 혹은 전주(electroforming) 등의 과정을 통해 기판에 검체 주입구, 시약 주입구, 검체 유동 분리 마이크로 채널, 시약 이송 마이크로 채널, 제1 수동 마이크로 밸브, 나선 형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서의 F-자 형상 혼합 유닛, 반응 마이크로 챔버, 제2 수동 마이크로 밸브, 마이크로 필터 및 배출구 형상을 갖는 상기 제1 홈(430)에 니켈, 구리 등의 금속(440)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 6B, a sample inlet, a reagent inlet, a sample flow separation microchannel, a reagent transfer microchannel, a first manual microvalve, and a spiral lamination are applied to the substrate through a process such as electroplating or electroforming. A
다음으로, 도 6c와 같이 형성되어 있는 SU-8 등의 감광재(420)를 식각 등의 공정을 통해 없애면, 본 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩의 상판 제조를 위한 금형 인서트(450)를 형성할 수 있다. Next, if the
다음으로, 도 6d와 같이 사출 성형, 핫 엠보싱(hot embossing), UV-몰딩, 주조 등의 대량 생산 방법을 통해 COC (cyclic olefin copolymer), PMMA (polymethylmethacrylate), PS (polystyrene), PC (polycarbonate), PDMS (polydimethylsiloxane), Teflon (Polytetrafluoroethylene), PVC (polyvinylchloride) 등의 폴리머(460)를 몰딩한다. Next, as shown in Figure 6d through a mass production method such as injection molding, hot embossing, UV-molding, casting, COC (cyclic olefin copolymer), PMMA (polymethylmethacrylate), PS (polystyrene), PC (polycarbonate) The
다음으로, 도 6e에 나타낸 바와 같이 몰딩한 폴리머(460)를 취출하면 본 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩의 상판(470)을 얻을 수 있다. Next, as shown in FIG. 6E, when the molded
도 6f 내지 도 6j는 본 발명의 한 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩의 하판 제조 과정을 순차적으로 보여준다. 6F to 6J sequentially show a lower plate manufacturing process of the microfluidic biochip for diagnosing blood type according to an embodiment of the present invention.
우선 기판(예를 들어, 니켈 금속 기판; 415)을 표면 세척 공정을 통해 세척한 후, 도 6f와 같이 SU-8 등의 감광재(425)를 도포하여 나선형 라미네이션 마이크로 믹서의 F-자 형상 혼합 유닛 및 반응 마이크로 챔버의 형상을 갖는 제2 홈(435)을 일반적인 자외선 사진 식각 공정을 통해 형성한다. First, the substrate (for example, a nickel metal substrate; 415) is washed through a surface cleaning process, and then F-shaped mixing of the spiral lamination micromixer is applied by applying a
다음으로, 도 6g와 같이 전기 도금(electroplating) 혹은 전주(electroforming) 등의 과정을 통해 기판에 나선형 라미네이션 마이크로 믹서의 F-자 형상 혼합 유닛 및 반응 마이크로 챔버의 형상을 갖는 상기 제2 홈(435)에 니켈, 구리 등의 금속(445)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 6G, the
다음으로, 도 6h와 같이 형성되어 있는 SU-8 등의 감광재(425)를 식각 등의 공정을 통해 없애면, 본 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩의 하판 제조를 위한 금형 인서트(480)를 형성할 수 있다. Next, if the
다음으로, 도 6i와 같이 사출 성형, 핫 엠보싱(hot embossing), UV-몰딩, 주조 등의 대량 생산 방법을 통해 COC (cyclic olefin copolymer), PMMA (polymethylmethacrylate), PS (polystyrene), PC (polycarbonate), PDMS (polydimethylsiloxane), Teflon (Polytetrafluoroethylene), PVC (polyvinylchloride) 등의 폴리머(465)를 몰딩한다. 이제 몰딩한 폴리머(465)를 취출하면 본 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩의 하판(490)을 얻을 수 있다. Next, as shown in FIG. 6i, through a mass production method such as injection molding, hot embossing, UV-molding, casting, etc., COC (cyclic olefin copolymer), PMMA (polymethylmethacrylate), PS (polystyrene), and PC (polycarbonate)
마지막으로 도 6k와 같이 열 접합(thermal bonding), 본드 물질을 통한 접합, 박판 접합(lamination), 초음파 접합 중에서 선택되는 접합 방법을 통해 본 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩의 제조를 위한 상판(470)과 하판(490)을 접합하면 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩(400)을 제작할 수 있다. Finally, the microfluidic biochip for the blood type diagnosis according to the present embodiment is prepared through a bonding method selected from thermal bonding, bonding through a bond material, lamination, and ultrasonic bonding as shown in FIG. 6K. When the
즉, 도 6c와 도 6h를 통해 본 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바 이오 칩(400)의 제조를 위한 금형 인서트(450, 480)를 제작할 수 있으며, 도 6e와 도 6i를 통해 본 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩(400)의 제조를 위한 상판(470)과 하판(490)을 제작할 수 있다. 마지막으로 도 6k와 같이 상판(470)과 하판(490)의 접합을 통해 본 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩(400)을 제작할 수 있다.That is, mold inserts 450 and 480 for manufacturing the
그러나 본 발명의 미세 유체 바이오 칩의 제조방법은 상기 설명한 방법에 의하여 국한되는 것은 아니며, 본 실시예에 설명된 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩은 밀링 등의 정밀 성형 공정을 통해 폴리머에 직접 형성하는 것도 가능하다. 또한 몰딩 기법을 이용하지 않고 감광재를 이용하여 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩의 검체 주입구, 시약 주입구, 검체 유동 분리 마이크로 채널, 시약 이송 마이크로 채널, 제1 수동 마이크로 밸브, 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서의 F-자 형상 혼합 유닛, 반응 마이크로 챔버, 제2 수동 마이크로 밸브, 마이크로 필터 및 배출구 공간을 패터닝하여 제작하는 것도 가능하며, 혹은 실리콘 등의 기판을 직접 식각하여 제작하는 것도 가능하다. 마지막으로 감광재를 기판 위에 패터닝하여 패터닝된 감광재를 직접 금형 인서트로 사용하는 것도 가능하다. However, the manufacturing method of the microfluidic biochip of the present invention is not limited to the above-described method, and the microfluidic biochip for diagnosing blood types described in this embodiment is formed directly on the polymer through a precision molding process such as milling. It is also possible. In addition, the sample inlet, reagent inlet, sample flow separation microchannel, reagent transfer microchannel, first manual microvalve, spiral lamination chaos micromixer of microfluidic biochip for blood type diagnosis using photosensitive material without molding method The F-shaped mixing unit, the reaction microchamber, the second passive microvalve, the microfilter and the outlet space may be patterned or fabricated by directly etching a substrate such as silicon. Finally, it is also possible to use the patterned photosensitive material directly as a mold insert by patterning the photosensitive material on a substrate.
이제 상기에서 설명된 기본 개념과 제조 방법에 근거하여 구현된 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩과 함께 바이오 칩을 이용한 혈액형 진단 실험 결과들을 설명하고자 한다. Now, the results of blood type diagnosis experiments using biochips together with microfluidic biochips for blood type diagnosis based on the basic concept and manufacturing method described above will be described.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따라 사출성형 및 열 접합 공정에 따라 실제로 제작된 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩을 보여주는 사진이다. FIG. 7 is a photograph showing a microfluidic biochip for diagnosing blood types actually manufactured according to an injection molding and heat bonding process according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 실제 제작된 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩(500)은 도 3에서 도시한 본 발명의 제2 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 바이오 칩의 기본 유닛을 두 개 가지고 있음을 알 수 있다. 이는 제작된 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩(500)이 혈구 검사와 혈청 검사를 하나의 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩으로 동시에 수행 가능하도록 디자인되었기 때문이다. Referring to FIG. 7, the actually manufactured
또한 도 7에 나타난 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩(500)은 검체 주입구 (510), 시약 주입구(515), 여러 검사를 동시에 수행하기 위해 검체의 분리를 담당하는 유동 분리 마이크로 채널(520) 및 시약 이송을 위한 마이크로 채널(525), 검체 및 시약 유동 제어를 위한 제1 수동 마이크로 밸브(530), 검체와 시약의 효과적인 혼합을 위한 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서(540), 혼합된 검체와 시약을 보관하여 반응을 유도하기 위한 반응 마이크로 챔버(550), 혼합된 검체와 시약이 반응 마이크로 챔버에 머물게 하기 위한 제2 수동 마이크로 밸브(560), 혼합된 검체와 시약의 응집 반응(agglutination)에 의해 형성된 적혈구 응집체를 걸러내기 위한 마이크로 필터(570) 및 검사가 끝난 검체와 시약을 배출하기 위한 배출구(580)로 구성되어 있음을 알 수 있다. In addition, the
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 한 실시예에 따라 사출성형 및 열 접합 공정에 따라 실제로 제작된 본 발명에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩을 이용하여 실제로 수행된 혈액형 진단 실험 결과들을 보여준다. 특히 도 8a는 혈액형 A형의 실험 결과를 보여주며, 도 8b는 혈액형 B형의 실험 결과를 보여주며, 도 8c는 혈액형 AB형의 실험 결과를 보여준다. 8A to 8C show the results of blood type diagnosis experiments actually performed using the microfluidic biochip for blood type diagnosis according to the present invention actually manufactured according to the injection molding and heat bonding process according to one embodiment of the present invention. In particular, FIG. 8A shows the experimental results of blood type A, FIG. 8B shows the experimental results of blood type B, and FIG. 8C shows the experimental results of blood type AB.
실제 검체의 적혈구는 검체 주입구로 주입되었으며, Anti-A와 Anti-B의 시약이 시약 주입구로 주입되었다. 주입된 검체 적혈구는 2 개의 유동으로 분리되어 이송된 Anti-A 및 Anti-B의 시약들과 만나서 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서를 통해 혼합되었다. 혼합된 검체와 시약들은 각각의 반응 마이크로 챔버에서 반응을 일으킨 후 마이크로 필터를 통해 여과되었다. The actual red blood cells were injected into the sample inlet, and the reagents of Anti-A and Anti-B were injected into the reagent inlet. The injected sample erythrocytes were separated through two flows and met with reagents of Anti-A and Anti-B and mixed through a spiral lamination chaos micromixer. Mixed samples and reagents were filtered through a micro filter after reaction in each reaction micro chamber.
실제로 A형 혈액형의 경우 도 8a에 표시된 바와 같이 Anti-A가 주입된 검사 라인의 마이크로 필터에 응집 적혈구가 여과된 것을 확인할 수 있다. 또한 B형 혈액형의 경우 도 8b에 표시된 바와 같이 Anti-B가 주입된 검사 라인의 마이크로 필터에 응집 적혈구가 여과된 것을 확인할 수 있다. 마지막으로 도 8c에 표시된 바와 같이 Anti-A 및 Anti-B가 주입된 두 검사 라인 모두에서 마이크로 필터에 응집 적혈구가 여과된 것을 확인 할 수 있다. 이를 통해 본 발명의 실시예에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩을 통해 성공적으로 혈액형 진단을 수행할 수 있음을 확인하였다. In fact, in the case of type A blood type, as shown in FIG. In addition, in the case of blood type B, as shown in FIG. 8B, it can be confirmed that the aggregated red blood cells are filtered in the micro-filter of the test line into which the Anti-B is injected. Finally, as shown in FIG. 8C, it can be seen that the coagulated erythrocytes were filtered through the micro-filters in both test lines in which Anti-A and Anti-B were injected. Through this, it was confirmed that blood type diagnosis can be successfully performed through the microfluidic biochip for blood type diagnosis according to an embodiment of the present invention.
이상에서는 현재로서 실질적이라 고려되는 실시예를 참고로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것으로 이해되어서는 안된다. 오히려, 전술한 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. In the above, the present invention has been described with reference to the presently considered embodiments, but the present invention should not be construed as being limited to the above embodiments. Rather, it should be construed as including all modifications of the range which are easily changed by those skilled in the art from the above-described embodiment of the present invention and considered equivalent.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩 은 검체 주입구, 시약 주입구, 분리 마이크로 채널, 이송 마이크로 채널, 카오스 마이크로 믹서, 반응 마이크로 챔버, 마이크로 필터, 수동 마이크로 밸브 및 배출구를 플라스틱 칩 위에서 구현하여, 진단 검사 의학에서 정성적인 진단 방법으로 자주 사용되는 응집 (agglutination) 반응을 기초로 하는 혈액형 진단을, 바이오 칩을 이용하여 원하는 위치에서 간단하고 정확하게 객관적으로 수행하는 것이 가능해진다. As described above, the microfluidic biochip for diagnosing blood types according to the present invention is a plastic chip including a sample inlet, a reagent inlet, a separate microchannel, a transfer microchannel, a chaos micromixer, a reaction microchamber, a microfilter, a manual microvalve, and an outlet. Implementing the above, it becomes possible to perform blood type diagnosis based on agglutination reaction which is frequently used as a qualitative diagnostic method in diagnostic test medicine, simply and accurately objectively at a desired position using a biochip.
본 발명에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩을 이용하면 혈구 검사 및 혈청 검사를 동시에 수행하여 서로 간의 결과를 비교하여 혈액형 진단의 정확성 및 객관성을 높일 수 있는 장점을 가진다. 또한 검체와 시약의 주입구를 따로 위치시켜 여러 가지 종류의 시약을 통해 다양한 응집 검사 반응의 수행이 가능하며, 검체가 분리 마이크로 채널을 통해 분리되므로 여러 가지 혈액 검사를 동시에 수행하는 것이 가능하다. Using the microfluidic biochip for diagnosing blood types according to the present invention has the advantage of increasing the accuracy and objectivity of blood type diagnosis by comparing the results of each other by simultaneously performing blood cell test and serum test. In addition, by placing the injection port of the sample and reagent separately, it is possible to perform a variety of flocculation test reaction through a variety of reagents, it is possible to perform a variety of blood tests at the same time because the sample is separated through a separate micro-channel.
특히, 본 발명에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩에 도입된 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서는 검체와 시약을 효과적으로 혼합하여 응집 반응을 촉진시켜 진단의 정확성을 높일 뿐 아니라, 존재할 지 모를 비예기 혈액형의 검출도 가능하게 한다. 제1 수동 마이크로 밸브는 검체와 시약이 동시에 마이크로 믹서로 도입되도록 도움을 주며, 제2 수동 마이크로 밸브는 혼합된 검체와 시약이 반응 마이크로 챔버에서 반응 시간동안 머물도록 해준다. 마지막으로 사다리꼴 형상의 마이크로 기둥들로 이루어져 다단계의 필터 공간을 가진 마이크로 필터는 응집된 적혈구를 효과적으로 여과시켜 진단 검사의 효율을 향상시킨다. In particular, the spiral lamination chaos micromixer introduced in the microfluidic biochip for blood group diagnosis according to the present invention effectively mixes the sample and the reagents to promote the aggregation reaction to increase the accuracy of the diagnosis and to detect the unexpected blood types that may exist. Also makes it possible. The first manual microvalve helps to introduce the sample and reagent into the micromixer at the same time, and the second manual microvalve allows the mixed sample and reagent to stay in the reaction microchamber for the reaction time. Finally, the microfilter, which consists of trapezoidal micro pillars and has a multi-stage filter space, effectively filters the aggregated red blood cells, improving the efficiency of the diagnostic test.
아울러, 본 발명에 따른 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩에 도입된 검체 주입구, 시약 주입구, 분리 마이크로 채널, 이송 마이크로 채널, 카오스 마이크로 믹서, 반응 마이크로 챔버, 마이크로 필터, 수동 마이크로 밸브 및 배출구는 그 형상이 간단하여 사출 성형 등의 대량 생산 방식을 통해 쉽게 제조가 가능하여 바이오 칩의 가격 경쟁력을 확보할 수 있다는 장점을 가진다. In addition, the sample inlet, the reagent inlet, the separation microchannel, the transfer microchannel, the chaos micromixer, the reaction microchamber, the microfilter, the manual microvalve and the outlet introduced into the microfluidic biochip for blood group diagnosis according to the present invention are in the shape thereof. This simple has the advantage that can be easily manufactured through mass production methods such as injection molding to secure the price competitiveness of biochips.
본 발명을 통한 혈액형 진단을 위한 미세 유체 바이오 칩은 응집 검사를 기초로 하는 여러 가지 임상 의학 진단 검사에 적용되는 것이 가능할 것이다. The microfluidic biochip for blood type diagnosis through the present invention may be applied to various clinical medical diagnostic tests based on agglutination tests.
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