KR100830957B1 - An apparatus for cleaning a microfluidic chip having microchannels - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세채널이 형성되어 있는 마이크로플루이딕 칩을 세척하기 위한 세척 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cleaning apparatus for cleaning a microfluidic chip in which microchannels are formed.
본 장치는 세척하고자 하는 마이크로플루이딕 칩을 안치시키는 칩 고정부, 및 세척수의 유로(flow path)를 적절히 분배하는 유로 제어기를 포함한다. 본 발명에서 상기 유로 제어기는 세척수가 흐르는 유로를 적절히 제어할 수 있어서, 원하는 위치의 채널을 세척하거나 이미 형성된 오염을 용이하게 제거할 수 있다.The apparatus includes a chip holder for placing a microfluidic chip to be cleaned, and a flow path controller for appropriately distributing a flow path of washing water. In the present invention, the flow path controller can appropriately control the flow path through which the washing water flows, so that the channel of the desired position can be washed or the contamination already formed can be easily removed.
세척(clean-up), 랩온어칩(lab-on-a-chip), 전기영동(electrophoresis), 미세채널(microchannel), 마이크로플루이딕스(microfluidics) Clean-up, lab-on-a-chip, electrophoresis, microchannels, microfluidics
Description
도 1a 및 1b는 각각 본 발명에 따른 세척 장치가 적용될 수 있는 전기영동용 마이크로플루이딕 칩의 일예를 사시도 및 평면도로 도시한 것.Figure 1a and 1b is a perspective view and a plan view of an example of an electrophoretic microfluidic chip to which the cleaning apparatus according to the present invention can be applied, respectively.
도 2a는 본 발명에 따른 마이크로플루이딕 칩 세척 장치의 모식도.Figure 2a is a schematic diagram of a microfluidic chip cleaning device according to the present invention.
도 2b는 본 발명에 따른 마이크로플루이딕 칩 세척 장치의 사시도.Figure 2b is a perspective view of a microfluidic chip cleaning device according to the present invention.
도 3a는 본 발명에 따른 세척 장치 중 칩 고정부의 분해 사시도.Figure 3a is an exploded perspective view of the chip fixing part of the cleaning device according to the present invention.
도 3b는 본 발명에 따른 세척 장치 중 칩 고정부의 각 부품을 촬영한 사진.Figure 3b is a photograph of each part of the chip fixing part of the cleaning device according to the present invention.
도 3c는 마이크로플루이딕 칩이 안치된 칩 고정부를 촬영한 사진.Figure 3c is a photograph of the chip holding the microfluidic chip is placed.
도 4a 내지 4c는 각각 본 발명에 따른 세척 장치를 구성하는 유로 제어기 중 중앙 고정부의 사시도, 투시도, 및 평면 단면도.4A to 4C are respectively a perspective view, a perspective view, and a plan sectional view of a central fixing part of the flow path controller constituting the washing apparatus according to the present invention;
도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 세척 장치를 구성하는 유로 제어기 중 상부 회전판의 사시도 및 투시도.5a and 5b are a perspective view and a perspective view of the upper rotary plate of the flow path controller constituting the cleaning device according to the present invention.
도 6a는 본 발명에 따른 세척 장치를 구성하는 유로 제어기 중 중앙 고정부의 측면 단면도.Figure 6a is a side cross-sectional view of the central fixing portion of the flow path controller constituting the cleaning device according to the present invention.
도 6b는 중앙 고정부 및 회전판이 결합된 유로 제어기의 측면 단면도.Figure 6b is a side cross-sectional view of the flow path controller combined with the central fixing portion and the rotating plate.
도 7a 및 7b는 각각 유로 제어기의 각 부품 및 조립된 모양을 촬영한 사진.7A and 7B are photographs taken of respective parts and assembled shapes of the flow path controller, respectively.
도 8은 유로 제어기 중앙 고정부 및 상·하부 회전판의 조합에 의한 유로 형성 과정을 설명하기 위한 도면.8 is a view for explaining a flow path forming process by the combination of the flow path controller central fixing portion and the upper and lower rotary plate.
도 9는 주어진 유량펌프의 압력에서 채널 사이에 걸리는 압력차의 이론치 및 실험치의 상대적 차이를 시간 경과에 따라 도시한 그래프.9 is a graph showing the relative difference between the theoretical and experimental values of the pressure difference across the channels at a given flow pump pressure over time.
도 10a 및 10b는 각각 전기영동용 랩온어칩으로 사용되는 마이크로플루이딕 칩의 오염된 미세채널, 및 본 발명에 따른 세척 장치로 세척한 후의 미세채널을 현미경으로 촬영한 사진.Figure 10a and 10b is a microscopic picture of the microchannel after washing with a microfluidic chip of the microfluidic chip used as an electrophoretic lab-on-a-chip, and the cleaning apparatus according to the present invention, respectively.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 세척액 용기 2 : 유량 펌프1: washing liquid container 2: flow pump
3 : 상부 회전판 4 : 중앙 고정부3: upper rotating plate 4: center fixing part
5 : 하부 회전판 6 : 튜빙5: lower rotating plate 6: tubing
7 : 칩 고정부 상부기판 8 : 칩 고정부 하부기판7: chip fixing part upper substrate 8: chip fixing part lower substrate
9 : 마이크로플루이딕 칩 10 : 가스켓9: microfluidic chip 10: gasket
11, 12a ~ 12d : 튜빙 연결부재 13a : 세척액 주입부11, 12a ~ 12d:
13b : 세척액 배출부 14a : BI 연결통로13b: washing
14b : BO 연결통로 14c : SI 연결통로14b:
14d : SO 연결통로 15a ~ 15d : 세척액 통과용 홀14d:
16a : 칩 고정부 기판 체결부재 16b : 나사공16a: chip fixing part
SI : 시료 유입부 SO : 시료 유출부SI: sample inlet SO: sample outlet
BI : 버퍼 입력부 BO : 버퍼 유출부BI: Buffer input BO: Buffer outlet
17a : 시료채널 17b : 분리채널17a:
18 : 가스켓 홀 19a ~ 19d : 측면 연결통로18: Gasket
20 : 상부 회전판에 부착된 가스켓20: Gasket attached to the upper rotating plate
100 : 칩 고정부 200 : 유로 제어기100: chip fixing part 200: flow path controller
본 발명은 미세채널이 형성되어 있는 마이크로플루이딕 칩을 세척하기 위한 세척 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cleaning apparatus for cleaning a microfluidic chip in which microchannels are formed.
마이크로플루이딕 칩이란, 그 안에 형성되어 있는 미세채널로 미량의 분석 대상 물질을 흘려보내면서, 칩 내에 존재하는 각종 물질을 분석할 수 있는 칩을 의미한다. 상기 마이크로플루이딕 칩은 랩온어칩(Lab-on-a-chip, LOC : 칩 위의 실험실이라는 의미)이라고 하여, 작은 칩 내에서 분석 대상 물질을 한번에 분석할 수 있는 칩의 형태로 개발되고 있다. 마이크로플루이딕 칩은 물질의 분석, 분리, 및 합성 등을 위하여 사용되고 있으며, 점차로 그 사용 분야가 확대되고 있다.The microfluidic chip refers to a chip capable of analyzing various substances present in the chip while flowing a small amount of analyte into the microchannel formed therein. The microfluidic chip is called a lab-on-a-chip (LOC: lab on chip), and is being developed in the form of a chip that can analyze analyte at a time in a small chip. . Microfluidic chips are being used for the analysis, separation, and synthesis of materials, and their fields of use are expanding.
특히, 최근 전기영동 실험에서는 시료의 분리가 일어나는 채널로서 종전에 사용되던 용융 실리카(fused silica) 모세관(capillary) 대신에 MEMS(micro-electro mechanical system) 공정 및 미세가공(micromachining) 기술로 제작되는 랩온어칩을 사용한다. 상기 랩온어칩은 마이크로플루이딕 칩에 기반을 두고 있는 형태로서, 분석하고자 하는 시료용액이 유입되고 유출되는 시료채널, 및 버퍼(buffer, 완충용액)가 유입되고 유출되는 분리채널이 형성되어 있다.In particular, in recent electrophoresis experiments, instead of fused silica capillary used as a channel for separating samples, a lab manufactured by a micro-electro mechanical system (MEMS) process and a micromachining technique is used. Use on-chip. The lab-on-a-chip is based on a microfluidic chip, and a sample channel into which a sample solution to be analyzed is introduced and discharged, and a separation channel into and out of a buffer (buffer) are formed.
도 1a 및 1b는 각각 본 발명에 따른 세척 장치가 적용될 수 있는 전기영동용 마이크로플루이딕 칩의 일예를 사시도 및 평면도로 도시한 것이다. 상기 마이크로플루이딕 칩에는 시료용액이 흐르는 시료채널(17a), 및 버퍼가 흐르는 분리채널(17b)이 형성되어 있다. 상기 시료채널(17a)의 양 끝단에는 시료용액이 유입되는 시료 유입구(SI) 및 시료용액이 유출되는 시료 유출구(SO)가 형성되어 있다. 또한, 상기 분리채널(17b)의 양 끝단에는 버퍼가 유입되는 버퍼 유입구(BI), 및 버퍼가 유출되는 버퍼 유출구(BO)가 형성되어 있다.Figures 1a and 1b is a perspective view and a plan view of an example of an electrophoretic microfluidic chip to which the cleaning apparatus according to the present invention can be applied, respectively. The microfluidic chip is provided with a
각 유입구(SI, BI) 및 유출구(SO, BO)에는 전극이 설치되어 있어서, 시료채널(17a) 및 분리채널(17b)에 전기장을 가할 수 있다. 시료용액은 시료채널(17a)에 가해진 전기장에 의하여 유입구(SI)에서 유출구(SO)로 이동하게 된다. 이와 같이 시료용액이 이동하는 과정에서, 시료용액이 상기 시료채널(17a)와 분리채널(17b)의 교차점(X)에 놓이게 된다. 이 때, 시료용액에 분산되어 있는 입자는, 분리채널(17b)에 가해진 전기장에 따른 이동도(mobility) 차이에 의하여 시료용액으로부터 분리된다.Electrodes are provided at each of the inlets SI and BI and the outlets SO and BO, so that an electric field can be applied to the
상기한 바와 같은 전기영동용 랩온어칩에 형성되는 채널의 폭 및 깊이는 100㎛ 이하로서, 통상적으로 수십 ㎛이다. 또한, 단백질, DNA, 또는 세포 등을 포함하는 시료용액과 완충용액은 통상적으로 모두 수용성이고, 점도가 순수한 물보다 높다. 따라서, 채널벽면에 시료입자가 왕성하게 흡착된다.The width and depth of the channel formed on the electrophoretic lab-on-a-chip as described above is 100 μm or less, typically tens of μm. In addition, both sample and buffer solutions containing proteins, DNA, cells, and the like are usually water soluble and have a higher viscosity than pure water. Therefore, the sample particles are strongly adsorbed on the channel wall surface.
이와 같이, 채널벽면의 흡착이나 오염에 의하여 채널이 막히는 경우, 랩온어칩으로서의 기능이 상실된다. 이러한 채널 막힘 현상은, 채널 내부가 오로지 완충용액으로만 채워지는 CZE(channel zone electrophoresis) 방식보다는, 채널 내부에 완충용액 이외에 젤(gel) 물질로 매트릭스(matrix) 구조를 형성시켜 분리효과를 극대화시킨 CGE(channel gel electrophoresis) 방식에서 자주 발생하기 때문에, 그 문제점이 매우 심각하다.In this way, when the channel is blocked by adsorption or contamination of the channel wall surface, the function as a lab-on-a-chip is lost. This channel clogging phenomenon maximizes the separation effect by forming a matrix structure with a gel material in addition to the buffer solution, rather than the channel zone electrophoresis (CZE) method, in which the inside of the channel is filled only with a buffer solution. The problem is very serious because it frequently occurs in CGE (channel gel electrophoresis).
전기영동용 랩온어칩의 재질로는 PDMS(polydimethylsiloxane)와 같은 플라스틱, 유리, 석영, 또는 실리콘 등이 사용된다. PDMS와 같은 플라스틱을 사용하는 경우, 연성 리소그래피(soft lithography) 및 접합(bonding) 기술에 의하여 비교적 저렴한 공정 비용으로 랩온어칩을 제작할 수 있고, 한번 사용하고 버리는 1회용 칩(disposable chip)으로서도 제작할 수 있게 되었다.As the material of the electrophoretic lab-on-a-chip, plastic such as PDMS (polydimethylsiloxane), glass, quartz, or silicon is used. When using plastics such as PDMS, soft lithography and bonding techniques can be used to produce lab-on-a-chips at relatively low process costs, and as disposable chips that can be used and discarded once. It became.
그러나, 유리, 석영 및 실리콘 등을 사용하는 경우에는 공정 비용이 매우 고가인 건식 식각(dry etching), 습식 식각(wet etching), 및 접합(bonding) 방식에 의하여 제작되므로, 고가인 칩을 장기간 반복 사용하고 있는 실정이다.However, in the case of using glass, quartz, silicon, etc., it is manufactured by dry etching, wet etching, and bonding method, which are very expensive, so that expensive chips are repeated for a long time. I'm using it.
따라서, 전기영동용 랩온어칩을 사용한 후에는, 미세채널을 세척하여 오염을 방지하는 과정이 필수적이다. 그러나, 현재까지 만족할 수준의 전기영동용 랩온어칩 세척 장치는 개발되지 않았다.Therefore, after using the electrophoretic lab-on-a-chip, a process of washing the microchannels to prevent contamination is essential. However, to date, satisfactory level of electrophoretic lab-on-a-chip cleaning apparatus has not been developed.
현재 몇 가지 사용되고 있는 세척 방식은 기술적 한계가 있어서, 전기영동용 랩온어칩의 미세채널을 완벽하게 세척하지 못하고 있다.Currently, some of the washing methods used are technical limitations, and thus, the microchannels of the electrophoretic lab-on-a-chip are not completely cleaned.
현재 사용되고 있는 세척 방식 중, 진공펌프에 의하여 시료용액을 주입하는 방식은 채널양단에 진공 압력차를 걸어서 세척액을 지속적으로 흘려주는 방식이다. 그러나, 채널에 흡착된 시료입자들을 충분히 제거하기에는 진공 압력차가 절대적으로 적다는 문제가 있다.Among the washing methods currently used, a method of injecting a sample solution by a vacuum pump is a method of continuously flowing the washing solution by applying a vacuum pressure difference across both channels. However, there is a problem that the vacuum pressure difference is absolutely small to sufficiently remove the sample particles adsorbed in the channel.
한편, 일본의 시마즈 인스트루먼트 사(Shimadzu Instruments, Kyoto) 또는 미국의 캘리퍼 라이프 사이언스 사(Caliper Life Sciences, MA)의 마이크로칩 전기영동(microchip electrophoresis)에서 채택되고 있는 내장형 칩 방식은, 사용 후 칩을 본체에서 꺼내고, 주사기를 사용하여 수작업으로 세척하거나, 사용 후 세척운전을 수행하는 방식이다. 그러나, 기본적으로 채널에 가해지는 압력차가 약하여 강한 흐름을 형성하지 못하고, 충분하게 세척되지 못한다는 문제가 있다.On the other hand, the built-in chip method adopted by microchip electrophoresis of Shimadzu Instruments, Kyoto of Japan or Caliper Life Sciences, MA of the United States has a chip after use. It can be removed from the container, manually cleaned using a syringe, or washed after use. However, there is a problem that the pressure difference applied to the channel is basically weak, so that a strong flow is not formed and the washing is not sufficiently performed.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명에서는 세척하고자 하는 마이크로플루이딕 칩을 안치시키고, 누수되지 않는 칩 고정부, 세척수를 원하는 유로(flow path)로 분배하고 압력차를 집중적으로 가하여 원하는 채널을 세척하거나 오염을 제거할 수 있는 유로 제어기를 포함한다. 상기 유로 제어기 및 칩 고정부 사이에는 세척수가 흐를 수 있도록 튜빙으로 연결된다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and in the present invention, the microfluidic chip to be cleaned is placed in the present invention, and the chip fixing portion, which is not leaked, and the washing water are distributed in a desired flow path and the pressure difference. And a flow path controller capable of intensively applying to wash or decontaminate the desired channel. A tubing is connected between the flow path controller and the chip fixing part so that the washing water flows.
본 발명에 의하면, 유량펌프의 압력차에 의하여 전기영동용 랩온어칩의 미세채널에 강한 흐름을 형성하고, 이러한 흐름에 의하여 미세채널내에 흡착된 입자들을 제거하여, 마이크로플루이딕 칩이 입자들에 의하여 오염되는 것을 방지한다.According to the present invention, by forming a strong flow in the microchannel of the electrophoretic lab-on-a-chip by the pressure difference of the flow pump, by removing the particles adsorbed in the microchannel by this flow, the microfluidic chip to the particles To prevent contamination.
특히, 본 발명에 따른 세척 장치는 유량펌프의 압력차를 최대 20바(bar)까지 올릴 수 있어서 충분한 세척이 이루어지도록 하였다. 본 발명에 의하면, 전기영동 용 랩온어칩의 수명을 연장시킬 수 있고, 장기적인 반복 사용이 가능하여, 칩의 구입비용 및 제작비용을 절감시킬 수 있다.In particular, the washing apparatus according to the present invention can raise the pressure difference of the flow pump up to 20 bar (bar) to ensure sufficient washing. According to the present invention, it is possible to extend the life of the electrophoretic lab-on-a-chip, and can be used repeatedly for a long time, thereby reducing the purchase cost and manufacturing cost of the chip.
따라서, 본 발명의 목적은 미세채널이 형성되어 있는 마이크로플루이딕 칩을 세척하기 위한 세척 장치를 제공하기 위한 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a cleaning device for cleaning a microfluidic chip in which microchannels are formed.
본 발명은 미세채널이 형성되어 있는 마이크로플루이딕 칩을 세척하기 위한 세척 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cleaning apparatus for cleaning a microfluidic chip in which microchannels are formed.
본 발명에 따른 세척 장치는, 상기 마이크로플루이딕 칩을 안치시키기 위한 칩 고정부, 및 세척액을 상기 칩 고정부로 흘려보내기 위한 유로 제어기를 포함한다.The cleaning apparatus according to the present invention includes a chip holder for placing the microfluidic chip, and a flow path controller for flowing a cleaning liquid to the chip holder.
본 발명에서 상기 칩 고정부는 상부기판 및 하부기판을 포함하되, 상기 하부기판에는 상기 마이크로플루이딕 칩을 안치시킬 수 있는 홈이 형성되어 있고, 상기 상부기판은 상기 마이크로플루이딕 칩에 형성되어 있는 미세채널의 유입구 또는 유출구를 상기 칩 고정부의 외부와 연결시키는 채널 연결통로를 구비하여, 상기 칩 고정부의 외부와 상기 미세채널 사이에 세척액이 흐르게 할 수 있다.In the present invention, the chip fixing part includes an upper substrate and a lower substrate, the lower substrate is formed with a groove for placing the microfluidic chip, the upper substrate is formed in the microfluidic chip fine A channel connecting passage connecting the inlet or the outlet of the channel with the outside of the chip fixing part may allow the cleaning liquid to flow between the outside of the chip fixing part and the microchannel.
또한, 본 발명에서 상기 유로 제어기는 중앙 고정부, 상부 회전판, 하부 회전판, 및 중심축을 포함하되, 상기 중앙 고정부, 상부 회전판, 및 하부 회전판은 그 중심에 홀이 형성되어 있고, 상기 중심축이 상기 홀을 관통하여 축을 형성함으로써, 상기 중앙 고정부, 상부 회전판, 및 하부 회전판은 상기 중심축을 중심으로 회전 가능하게 결합되어 있다.In addition, in the present invention, the flow path controller includes a central fixing part, an upper rotating plate, a lower rotating plate, and a central axis, wherein the central fixing part, the upper rotating plate, and the lower rotating plate have a hole formed at the center thereof, and the central axis is By forming a shaft through the hole, the central fixing portion, the upper rotating plate, and the lower rotating plate are rotatably coupled about the central axis.
상기 중앙 고정부에는 상기 중앙 고정부의 상부 및 하부 사이에 세척액이 통과될 수 있도록 복수개의 세척액 통과용 홀이 상기 중심축에 대하여 동일한 거리로 방사 모양으로 형성되어 있고, 상기 상부 회전판 및 하부 회전판 각각에는 하나의 홀이 형성되어 있다.The central fixing portion has a plurality of washing liquid passage holes formed radially at the same distance with respect to the central axis so that the washing liquid can pass between the upper and lower portions of the central fixing portion, respectively, the upper rotating plate and the lower rotating plate, respectively. There is one hole formed.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited by the following examples.
도 2a 및 2b는 각각 본 발명에 따른 마이크로플루이딕 칩 세척 장치를 설명하기 위한 모식도 및 사시도이다.2A and 2B are schematic views and perspective views for explaining the microfluidic chip cleaning device according to the present invention, respectively.
상기 도 2a 및 2b에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로플루이딕 칩 세척 장치는 마이크로플루이딕 칩(9)을 안치시키기 위한 칩 고정부(100), 및 세척액(1)을 상기 칩 고정부(100)로 흘려보내기 위한 유로 제어기(200)를 포함한다.As shown in FIGS. 2A and 2B, the microfluidic chip cleaning device according to the present invention includes a
본 발명에 따른 세척 장치는 세척액 용기(1) 내 세척액을 상기 유로 제어기(200)로 유입시키기 위한 펌프(2)를 더 포함할 수 있다.The washing apparatus according to the present invention may further include a
이하에서는, 도 2a, 도 2b, 및 도 3a 내지 도 3c를 참조하여, 본 발명에 따른 세척 장치를 구성하는 칩 고정부(100)를 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 2A, 2B, and 3A to 3C, the
도 3a는 본 발명에 따른 세척 장치 중 칩 고정부의 분해 사시도이고, 도 3b는 칩 고정부를 구성하는 각 부품을 촬영한 사진이며, 도 3c는 칩 고정부를 촬영한 사진이다.3A is an exploded perspective view of the chip fixing part of the washing apparatus according to the present invention, FIG. 3B is a photograph of each component constituting the chip fixing part, and FIG. 3C is a photograph photographing the chip fixing part.
본 발명에서 상기 칩 고정부(100)는 상부기판(7) 및 하부기판(8)을 포함한다. 상기 상부기판(7)과 하부기판(8)에는 나사공(16b)이 형성되어 있어서, 체결부재(16a)에 의하여 용이하게 결합시킬 수 있다.In the present invention, the
상기 하부기판(8)에는 마이크로플루이딕 칩(9)을 안치시킬 수 있는 홈이 형성되어 있다. 상기 상부기판(9)은 상기 마이크로플루이딕 칩(9)에 형성되어 있는 미세채널의 유입구(BI, SI) 또는 유출구(BO, SO)를 상기 칩 고정부(100)의 외부와 연결시키는 채널 연결통로(14a ~ 14d)를 구비하여, 상기 칩 고정부(100)의 외부와 상기 미세채널 사이에 세척액이 흐르게 할 수 있다.The
상기 상부기판(7)과 상기 하부기판(8) 사이에는 세척액이 누수되지 않도록, 상기 상부기판(7), 하부기판(8) 및 마이크로플루이딕 칩(9)에 밀착되는 가스켓(10)을 더 포함할 수 있다.Between the
상기 가스켓(10)은 상기 채널 연결통로(14a ~ 14d)를 통하여 상기 칩 고정부(100)의 외부와 상기 미세채널 사이에 세척액이 흐를 수 있도록, 상기 미세채널의 유입구(BI, SI) 또는 유출구(BO, SO)에 대응하는 위치에 홀(18)이 형성되어 있어야 한다. 상기 가스켓(10)으로는 실리콘 재질을 사용하는 것이 바람직하다.The
상기 채널 연결통로(14a ~ 14d) 중 상기 칩 고정부의 외부로 노출된 말단에는 튜빙과 연결시키기 위한 튜빙 연결부재(12a ~ 12d)가 구비되어 있어서, 상기 채널 연결통로(14a ~ 14d)와 튜빙을 용이하게 연결시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 칩 고정부는 내부의 마이크로플루이딕 칩을 현미경으로 관 찰하거나 촬영할 수 있도록 투명한 플라스틱(예를 들어, 아크릴 수지)으로 성형하여 제작하는 것이 바람직하다.In the present invention, the chip fixing portion is preferably manufactured by molding a transparent plastic (eg, acrylic resin) so that the microfluidic chip therein can be observed or photographed under a microscope.
이하에서는, 도 2a, 도 2b, 도 4a 내지 도 4c, 도 5a, 도 5b, 도 6a, 도 6b, 도 7a 및 도 7b를 참조하여, 본 발명에 따른 세척 장치를 구성하는 유로 제어기(200)를 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 2A, 2B, 4A to 4C, 5A, 5B, 6A, 6B, 7A, and 7B, the
도 4a 내지 4c는 각각 본 발명에 따른 세척 장치를 구성하는 유로 제어기 중 중앙 고정부의 사시도, 투시도, 및 평면 단면도이고, 도 5a 및 도 5b는 각각 상기 유로 제어기 중 회전판의 사시도 및 투시도이며, 도 6a는 상기 중앙 고정부의 측면 단면도이고, 도 6b는 중앙 고정부 및 회전판이 결합되어 있는 상태의 유로 제어기의 측면 단면도이며, 도 7a 및 7b는 각각 유로 제어기의 각 부품 및 조립된 모양을 촬영한 사진이다.4A to 4C are a perspective view, a perspective view, and a planar cross-sectional view of a central fixing unit among the flow path controllers constituting the cleaning device according to the present invention, respectively, and FIGS. 5A and 5B are a perspective view and a perspective view of a rotating plate of the flow path controller, respectively; 6A is a side cross-sectional view of the central fixing part, and FIG. 6B is a side cross-sectional view of the flow path controller in a state in which the central fixing part and the rotating plate are coupled, and FIGS. 7A and 7B respectively photograph each part and the assembled shape of the flow path controller. It is a photograph.
본 발명에서 상기 유로 제어기(200)는 중앙 고정부(4), 상부 회전판(3), 하부 회전판(5), 및 중심축(A)을 포함한다. 상기 중앙 고정부(4), 상부 회전판(3), 및 하부 회전판(5)은 그 중심에 홀이 형성되어 있고, 상기 중심축(A)이 상기 홀을 관통하여 축을 형성한다. 따라서, 상기 중앙 고정부(4), 상부 회전판(3), 및 하부 회전판(5)은 상기 중심축(A)을 중심으로 회전 가능하게 결합할 수 있다.In the present invention, the
상기 상부 회전판(3) 및 하부 회전판(5)에서 상기 중앙 고정부(4)와 접촉하는 면에는 누수 방지를 위한 가스켓(20)이 부착되어 있는 것이 바람직하다.It is preferable that the
상기 중앙 고정부(4)에는 상기 중앙 고정부(4)의 상부 및 하부 사이에 세척 액이 통과될 수 있도록 복수개의 세척액 통과용 홀(15a ~ 15d)이 상기 중심축(A)에 대하여 동일한 거리로 방사 모양으로 형성되어 있다. 본 실시예에서는 세척액 통과용 홀(15a ~ 15d)이 4개이므로, 서로 90°의 각도를 이루도록 세척액 통과용 홀(15a ~ 15d)을 형성한다.In the
또한, 상부 회전판(3) 및 하부 회전판(5) 각각에는 하나의 홀(13a, 13b)이 형성되어 있다. 상기 상부 회전판(3) 및 하부 회전판(5)에 형성된 홀(13a, 13b)과 중심축(A) 사이의 거리는, 상기 중앙 고정부(4)에 형성된 세척액 통과용 홀(15a ~ 15d)과 중심축(A) 사이의 거리와 동일하도록 상기 홀(13a, 13b)을 형성한다.In addition, one
상기 중심축(A)을 중심으로 상기 상부 회전판(3) 및 하부 회전판(5)을 회전시킴에 따라, 상기 상부 회전판(3) 및 하부 회전판(5)에 형성된 홀(13a, 13b)이 상기 복수개의 세척액 통과용 홀(15a ~ 15d) 중 어느 하나와 연결될 수 있다.As the upper
한편, 상기 중앙 고정부(4)에는 세척액 통과용 홀(15a ~ 15d)을 상기 중앙 고정부(4)의 외측면과 연결시키기 위한 측면 연결통로(19a ~ 19d)를 상기 세척액 통과용 홀(15a ~ 15d)과 상기 중앙 고정부(4)의 외측면 사이에 형성시킨다.Meanwhile, the
상기 중앙 고정부(4)의 상기 측면 연결통로(19a ~ 19d) 중 외측면으로 노출된 말단에는 튜빙과 연결시키기 위한 튜빙 연결부재(11)가 구비되어 있어서, 상기 측면 연결통로(19a ~ 19d)를 튜빙과 용이하게 연결시킬 수 있다.The end exposed to the outer side of the side connecting passage (19a ~ 19d) of the
또한, 상기 상부 회전판(3) 및 하부 회전판(5)에 형성된 홀(13a, 13b)에도 튜빙과 연결시키기 위한 튜빙 연결부재(11)가 구비되어 있어서, 상기 홀(13a ~ 13b)을 튜빙과 용이하게 연결시킬 수 있다.In addition, the
이하에서는, 도 2a, 도 2b, 및 도 8을 참조하여, 본 발명에 따라 칩 고정부(100) 및 유로 제어기(200)를 포함하는 세척 장치의 동작을 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 2A, 2B, and 8, the operation of the cleaning device including the
본 발명에서 유로 제어기(200) 중 중앙 고정부(4)의 측면 연결통로(19a ~ 19d)와 칩 고정부(100)의 채널 연결통로(12a ~ 12d)는 튜빙(6)에 의하여 일대일로 연결되어 있다.In the present invention, the
따라서, 상부 회전판(3) 및 하부 회전판(5)을 그 중심축(A)에 대하여 서로 독립적으로 회전시킴에 따라, 마이크로플루이딕 칩(9)에 형성된 미세채널의 유입구(BI, SI) 또는 유출구(BO, SO)와 튜빙(6)에 의하여 연결되어 있는 상기 복수 개의 세척액 통과용 홀(15a ~ 15d) 중에서 두 개를 선택하여, 상기 상부 회전판(3) 및 하부 회전판(5)의 홀(13a, 13b)을 통하여 외부와 연결시킬 수 있다.Thus, by rotating the upper and
즉, 상부 회전판(3)의 경우, 상기 상부 회전판(3)을 그 중심축(A)에 대하여 회전시킴에 따라, 상기 상부 회전판(3)에 형성된 홀(13a)을 상기 복수 개의 세척액 통과용 홀(15a ~ 15d) 중에서 어느 하나, 예를 들어, 15c와 연결시킨다. 상기 세척액 통과용 홀(15c)은 측면 연결통로(19c)에 의하여 상기 중앙 고정부(4)의 외측면과 연결된다. 또한, 상기 측면 연결통로(19c)의 양 끝단 중 외측면과 연결된 말단은 튜빙(6)에 의하여 칩 고정부(100)의 SI 연결통로(14c)와 연결된다. 따라서, 상기 마이크로플루이딕 칩(9)의 시료 유입구(SI)를 상기 상부 회전판(3)에 형성된 홀(13a)을 통하여 외부와 연결시킬 수 있다.That is, in the case of the upper
또한, 유사한 방식으로, 하부 회전판(5)을 그 중심축(A)에 대하여 회전시킴 에 따라, 상기 하부 회전판(3)에 형성된 홀(13b)를 상기 복수 개의 세척액 통과용 홀(15a ~ 15d) 중에서 어느 하나, 예를 들어, 15d와 연결시킨다. 상기 세척액 통과용 홀(15d)은 측면 연결통로(19d)에 의하여 상기 중앙 고정부(4)의 외측면과 연결된다. 또한, 상기 측면 연결통로(19d)의 양 끝단 중 외측면과 연결된 말단은 튜빙(6)에 의하여 칩 고정부(100)의 SO 연결통로(14d)와 연결된다. 따라서, 상기 마이크로플루이딕 칩(9)의 시료 유출구(SO)를 상기 하부 회전판(5)에 형성된 홀(13b)을 통하여 외부와 연결시킬 수 있다In a similar manner, as the lower
이 때, 상기 상부 회전판(3)에 형성된 홀(13a)을 펌프(2)와 연결시켜, 세척액이 상기 상부 회전판(3)의 홀(세척액 주입부)(13a)에 일정한 압력으로 지속적으로 유입되도록 한다. 또한, 하부 회전판(5)에 형성된 홀(세척액 배출부)(13b)에서는 세척액이 배출되도록 한다.At this time, the
전술한 바와 같이, 상부 회전판(3) 및 하부 회전판(5)을 그 중심축(A)에 대하여 회전시킴에 따라, 상기 복수 개의 세척액 통과용 홀(15a ~ 15d) 중에서 두 개(15c, 15d)가 선택되어 있다. 즉, 상부 회전판(3)의 홀(13a)은 세척액 통과용 홀(15c)과 연결되어 있고, 하부 회전판(5)의 홀(13b)은 세척액 통과용 홀(15d)과 연결되어 있다.As described above, as the upper
따라서, 상기 상부 회전판(3)에 형성된 홀(13a)에 세척액이 유입되는 경우, 상기 세척액은 세척액 통과용 홀(15c), 측면 연결통로(19c), 튜빙, 및 SI 연결통로(14c)를 통하여 마이크로플루이딕 칩(9)의 시료 유입구(SI)에 도달된다.Therefore, when the washing liquid is introduced into the
한편, 하부 회전판(5)의 홀(13b)은 세척액 통과용 홀(15d)과 연결되어 있으 므로, 상기 시료 유입구(SI)에 도달된 세척액은 미세채널 중 시료채널(17a)을 거쳐 시료 유출구(SO)로 배출된다. 상기 시료 유출구(SO)로 배출된 세척액은 SO 연결통로(14d), 튜빙, 측면 연결통로(19d), 및 세척액 통과용 홀(15d)를 통하여 상기 하부 회전판(5)의 홀(13b)을 통하여 배출된다.On the other hand, since the
즉, 전술한 바와 같이 상부 회전판(3) 및 하부 회전판(5)을 회전시킴에 따라 선택된 세척액 통과용 홀(15a ~ 15d)과 튜빙을 통하여 연결된 미세채널의 유입구 또는 유출구(상기 예에서는 SI 및 SO)를 선택하고, 상기 선택된 유입구 또는 유출구에 의하여 형성되는 미세채널 내에 세척액이 흐르게 하여, 상기 선택된 유입구 및/또는 유출구 사이에 형성되는 미세채널을 세척할 수 있다.That is, the inlet or outlet of the microchannel (SI and SO in the above example) connected through the tubing and the washing liquid passage holes 15a to 15d selected by rotating the upper
도 8은 유로 제어기(200)의 중앙 고정부(4) 및 상·하부 회전판(3, 5)의 조합에 의하여 마이크로플루이딕 칩(9) 내 미세채널 상에서 선택적으로 유로를 형성하는 과정을 설명하는 도면이다.FIG. 8 illustrates a process of selectively forming a flow path on a microchannel in the
예를 들어, 상부 회전판(3)을 회전시켜 홀(13a)이 마이크로플루이딕 칩 상의 버퍼 유출구(BO)와 연결되어 있는 세척액 통과용 홀(15b)과 연결되도록 하고, 하부 회전판(5)을 회전시켜 홀(13b)이 마이크로플루이딕 칩 상의 시료 유출구(SO)와 연결되어 있는 세척액 통과용 홀(15d)과 연결되도록 조작하는 경우, 상기 버퍼 유출구(BO)와 상기 시료 유출구(SO)에 의하여 형성되는 채널을 세척할 수 있다(도 8 중 가장 아래에 도시된 예).For example, the upper
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 세척 장치에 의하여 전기영동용 마이 크로플루이딕 칩을 세척한 결과에 대하여 설명한다.Hereinafter, a result of washing the microfluidic chip for electrophoresis by the cleaning device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[실험예] 전기영동용 마이크로플루이딕 칩의 사용후 세척 실험[Experimental Example] Post-Wash Cleaning Experiment of Electrophoretic Microfluidic Chip
본 실험예에서 사용된 마이크로플루이딕 칩은 일본 시마즈 인스트루먼트 사의 마이크로칩 전기영동 시스템 MCE2010으로서, 알부민 계열의 단백질 분석실험을 수행한 칩이다. 미세채널의 폭은 110㎛이고, 깊이는 50㎛이며, 석영 재질로 이루어져 있다.The microfluidic chip used in this experimental example is a microchip electrophoretic system MCE2010 manufactured by Shimadzu Instruments, Japan, and performed a chip-based protein assay. The width of the microchannel is 110 μm, the depth is 50 μm, and is made of quartz.
본 발명에 따른 세척 장치를 사용하여 도 2a에 도시되어 있는 바와 같은 시스템을 구성하고, 상기 마이크로플루이딕 칩을 세척하였다. 채널의 6개 유로 모두에 대하여 세척하였다. 세척 완료 시점을 판단하기 위하여, 실험으로 측정되는 압력차 ΔPExp를 시간 경과에 따라 계속 모니터링하였다.The cleaning apparatus according to the invention was used to construct a system as shown in FIG. 2A and to wash the microfluidic chip. Washed for all six flow paths of the channel. To determine when to complete the wash, the experimentally measured pressure difference ΔP Exp was continuously monitored over time.
도 9는 세척수를 공급하는 유량펌프의 압력 변화에 대해 SI-BO 채널 사이에 걸리는 이론상 계산되는 압력차 ΔPCal 및 실험으로 측정되는 압력차 ΔPExp의 상대적 차이를 나타낸 그래프이다. 채널에 오염이 있는 경우, 채널의 단면이 축소되기 때문에 채널 양단에는 실험상의 압력차 ΔPExp가 이론상의 압력차 ΔPCal에 비하여 높게 측정된다. 시간이 경과할수록, 세척효과에 의해 그 상대적 차이는 감소하며, 감소하는 정도는 펌프의 압력이 클수록 빠르게 나타났다. 한편, 채널 양단의 압력차에 대한 이론 및 실험상의 상대적 차이가 1.0 % 이내를 계속 유지하는 경우, 세척이 완료된 것으로 판단하여 세척을 종료하였다.FIG. 9 is a graph showing the relative difference between the theoretically calculated pressure difference ΔP Cal and the experimentally measured pressure difference ΔP Exp between the SI-BO channels with respect to the pressure change of the flow pump for supplying the washing water. If the channel is contaminated, the cross section of the channel is reduced so that the experimental pressure difference ΔP Exp is measured higher than the theoretical pressure difference ΔP Cal at both ends of the channel. As time passed, the relative difference was reduced by the washing effect, and the decrease was faster as the pressure of the pump increased. On the other hand, when the theoretical and experimental relative difference between the pressure difference across the channel is maintained within 1.0%, it is determined that the washing is completed, the washing was finished.
도 10a 및 도 10b는 시료 채널과 분리 채널의 교차 지점에서 원래의 채널과 세척 완료후의 채널을 현미경으로 관측하여 촬영한 사진이다.10A and 10B are photographs obtained by observing the original channel and the channel after the completion of the washing under a microscope at the intersection of the sample channel and the separation channel.
본 발명에 따른 세척 장치로 마이크로플루이딕 칩의 미세채널을 세척한 결과, 미세채널 내부의 오염물질이 완전히 제거되었음을 알 수 있다.As a result of washing the microchannel of the microfluidic chip with the washing apparatus according to the present invention, it can be seen that contaminants in the microchannel are completely removed.
본 발명에 의하면, 유로 제어기에 의하여 세척수가 흐르는 유로를 적절히 제어할 수 있어서, 원하는 위치의 채널을 세척하거나 이미 형성된 오염을 용이하게 제거할 수 있다. 또한, 유량펌프의 압력차에 의하여 전기영동용 랩온어칩의 미세채널에 강한 흐름을 형성하고, 이러한 흐름에 의하여 미세채널내에 흡착된 입자들을 제거하여, 마이크로플루이딕 칩이 입자들에 의하여 오염되는 것을 방지한다. 특히, 본 발명에 따른 세척 장치는 유량펌프의 압력차를 최대 20바(bar)까지 올릴 수 있어서 충분한 세척이 이루어지도록 할 수 있다.According to the present invention, it is possible to appropriately control the flow path through which the washing water flows by the flow path controller, so that the channel at the desired position can be washed or the contamination already formed can be easily removed. In addition, by forming a strong flow in the microchannel of the electrophoretic lab-on-a-chip by the pressure difference of the flow pump, and by removing the particles adsorbed in the microchannel by this flow, the microfluidic chip is contaminated by the particles To prevent them. In particular, the washing apparatus according to the present invention can raise the pressure difference of the flow pump up to 20 bar (bar) to allow sufficient washing to be made.
본 발명에 의하면, 전기영동용 랩온어칩의 수명을 연장시킬 수 있고, 장기간 반복 사용이 가능하여, 칩의 구입비용 및 제작비용을 절감시킬 수 있다. 특히, 분석 시료가 많아 칩의 사용이 빈번한 전기영동 실험실 등에서 유용하게 사용할 수 있다. 또한, 본 발명은 전기영동을 기반으로 하는 미세종합분석시스템(μTAS: micro total analysis system) 연구를 촉진시켜 바이오멤스(BioMEMS) 기술발달에 크게 기여할 수 있다.According to the present invention, it is possible to extend the life of the electrophoretic wrap-on-a-chip, and can be used repeatedly for a long time, thereby reducing the purchase cost and manufacturing cost of the chip. In particular, it can be usefully used in electrophoretic laboratories where a lot of analytical samples are frequently used. In addition, the present invention may greatly contribute to the development of BioMEMS technology by promoting the study of micro total analysis system (μTAS) based on electrophoresis.
본 발명에 따른 실시예는 상술한 것으로 한정되지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.The embodiment according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various alternatives, modifications, and changes can be made without departing from the scope of the present invention.
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