KR100872497B1 - 연속적 입자 분류기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연속적 입자 분류기에 관한 것으로서, 기계적 기둥 구조물을 전기장에 의하여 생성된 음의 유전영동력에 의한 가상기둥으로 대체함으로써, 주입된 입자들이 기계적 구조물에 유착되어 유로를 막는 현상을 제거할 수 있으며, 음의 유전영동력에 의한 가상기둥 크기는 인가하는 전압, 주파수, 전극의 크기, 유전 영동 특성에 따라 조절가능하므로, 분리되는 입자의 크기 및 종류를 조절하는 것이 용이하고, 입자가 분리되는 수율, 분리 해상력 등을 유지할 수 있는 연속적 입자 분류기를 제공하기 위한 것으로서, 그 기술적 구성은 본 발명은 기판에 일정 전위를 형성하도록 격자 배열되어 입자 분류를 위해 음의 유전영동에 의한 가상기둥을 형성하는 미소 전극; 상기 기판 상의 유로층에 상기 미소 전극을 통과하는 유동 방향에 수직하도록 형성 및 배열된 미소 전극을 통과하도록 그루브 형상으로 형성된 유로; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
유전영동, 교류전압, 가상기둥, 분류기, 분리기

Description

연속적 입자 분류기{Continuous Particle Size Sorter}
도 1은 본 발명에 따른 연속적 입자 분류기를 개략적으로 도시한 투과사시도.
도 2는 본 발명에 따른 연속적 입자 분류기의 입자 궤적 및 가상기둥을 개략적으로 도시한 투과사시도.
도 3은 도 2의 입자 궤적 및 가상기둥을 확대한 부분 확대도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연속적 입자 분류기를 개략적으로 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속적 입자 분류기를 개략적으로 도시한 투과사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연속적 입자 분류기의 미소 전극의 배치를 개략적으로 도시한 도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속적 입자 분류기의 미소 전극의 배치를 개략적으로 도시한 도.
<도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 간단한 설명>
1, 2, 3: 연속적 입자 분류기 10: 유로층
11: 유로 20: 미소 전극
20a: 제1 미소 전극 20b: 제2 미소 전극
21: 가상기둥 23: 제1 입자의 가상기둥
25: 제2 입자의 가상기둥 27: 전기장
31: 제1 입자궤적 32: 제2 입자궤적
40: 평면 전극
본 발명은 연속적 입자 분류기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기계적 기둥 구조물을 전기장에 의하여 생성된 음의 유전영동력에 의한 가상기둥으로 대체함으로써, 주입된 입자들이 기계적 구조물에 유착되어 유로를 막는 현상을 제거할 수 있으며, 음의 유전영동력에 의한 가상기둥 크기는 인가하는 전압, 주파수, 전극의 크기, 유전 영동 특성에 따라 조절가능하므로, 분리되는 입자의 크기 및 종류를 조절하는 것이 용이하고, 입자가 분리되는 수율, 분리 해상력 등을 유지할 수 있는 연속적 입자 분류기에 관한 것이다.
일반적으로, 유세포분석은 세포 또는 생물입자의 물리, 화학적인 특성을 연 속적으로 측정하여 분석하는 방법인데, 이는 혈구세포를 흐르는 상태에서 미세한 유리관을 통과시켜 측정하는 것에서부터 시작하여, 유체 속에 흐르는 세포를 정밀하게 유체 단면의 정중앙에 정렬시키는 기술인 유체역학기반 정렬 및 이송(Hydrodynamic Focusing)이 적용되는 유세포 분석기기의 기반이 되었다.
여기서, 입자를 분류하기 위하여 기계적 기둥 및 광 트위져 현상을 이용하는데, 상기 기계적 기둥을 이용한 입자분류기는 다종의 입자가 포함되는 시료를 기계적인 기둥 내에서 입자의 크기에 따라 발생하는 거동 차이로 분류하며, 광 트위져 현상을 이용한 입자 분류기는 다종의 입자가 포함되는 시료를 광 트위져 현상에 의해 생성된 격자를 통과하게 하여 입자를 분류한다.
그러나, 기계적 기둥을 이용한 입자분류기는 상기 기계적 기둥에 입자들이 유착되어 상기 기계적 기둥 간 형성되는 유로가 막히는 유로 막힘 문제가 발생하였고, 이로 인해 분리 수율이 감소하였으며, 분리할 입자의 크기에 따라 기계적 기둥의 설계가 변경되므로, 이에 따른 비용증가가 발생하였으며, 상기 광 트위져 현상을 이용한 입자 분류기는 상기 광 트위져 현상을 발생시키는 장비의 단가가 높고, 정교하여 사용이 용이하지 못한 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 기계적 기둥 구조물을 전기장에 의하여 생성된 음의 유전영동력에 의한 가상기둥으로 대체함으로 써, 주입된 입자들이 기계적 구조물에 유착되어 유로를 막는 현상을 제거할 수 있으며, 음의 유전영동력에 의한 가상기둥 크기는 인가하는 전압, 주파수, 전극의 크기, 유전 영동 특성에 따라 조절가능하므로, 분리되는 입자의 크기 및 종류를 조절하는 것이 용이하고, 입자가 분리되는 수율, 분리 해상력 등을 유지할 수 있는 연속적 입자 분류기을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판에 일정 전위를 형성하도록 격자 배열되어 입자 분류를 위해 음의 유전영동에 의한 가상기둥을 형성하는 미소 전극; 상기 미소 전극이 상기 기판의 일면에 위치하도록 형성된 유로; 를 포함한다.
그리고, 상기 유로로 유입된 유체 내의 입자의 크기에 따라 가상 기둥의 크기가 변경되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 가상 기둥의 크기는 전극의 크기 또는 유전 영동 특성 또는 전압 또는 주파수로 변경될 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 미소 전극은 상기 유로에 주입되는 유동 방향에 수직하게 형성되되, 전극 간의 거리가 일정하도록 미소 전극열을 형성하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 미소 전극열은 각 행의 구조가 유동 방향에 대해 일정한 거리만큼 이격되도록 배열되되, 상기 미소 전극 간의 거리 및 행의 구조가 유동 방향에 대해 이격된 거리의 변경에 따라 분류되는 입자의 크기가 변경되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 미소 전극 상에 형성된 가상 기둥은 상기 미소 전극열에 대하여 수직 방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기판과 마주보도록 평행하게 위치시키고, 상기 미소 전극과 일정 전위를 형성하도록 구성된 평면 전극을 포함하는 기판; 을 더 포함하여 이루어져, 상기 평면 전극을 포함한 기판 및 미소 전극의 전위차로 유로 내부에 수직하게 형성된 가상 기둥을 이용하여 입자를 분류하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 기판과 마주보도록 평행하게 위치시키고, 상기 미소 전극과 일정 전위를 형성하도록 구성된 미소 전극을 포함하는 기판; 을 더 포함하여 이루어져, 상기 각 기판에 포함되는 미소 전극 간의 전위차로 유로 내부에 수직하게 형성된 가상 기둥을 이용하여 입자를 분류하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 연속적 입자 분류기를 개략적으로 도시한 투과사시도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 연속적 입자 분류기(1)는 유로층(10)과 미소 전극(20)을 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 유로층(10)은 상기 미소 전극(20)을 구비하는 기판 상에 직육각형 형상으로 형성되되, 상기 미소 전극(20)을 통과하도록 형성되는 유로(11)를 포함한다.
또한, 상기 유로층(10)의 하부면이 그루브 형상인 유로(11)를 형성하는데, 상기 유로(11)는 양측에 상기 유로(11)를 감싸도록 형성되는 유로층(10)의 격벽에 의하여 관통되는 공간으로 형성되고, 상기 유로(11)의 형상은 상기 다종의 입자가 통과할 수 있음과 동시에 상기 미소 전극(20)과 맞닿도록 통과할 수 있는 형상으로 대체할 수 있다.
여기서, 상기 유체 흐름 방향은 상기 연속적 입자 분류기(1)의 배면방향으로부터 앞면방향으로 형성될 경우에는 상기 연속적 입자 분류기(1)의 배면방향에서 다종의 입자 크기를 가지는 시료를 주입할 수 있는 시료 주입구(미도시)가 형성되고, 상기 앞면방향에서 다종의 입자 크기를 가지는 시료가 상기 미소 전극(20)에 의하여 분리 및 정렬되어 배출할 수 있는 시료 배출구(미도시)가 형성되는 것이 바람직하다.
더불어, 상기 유체 흐름 방향이 상기 연속적 입자 분류기(1)의 앞면방향으로부터 배면방향으로 형성될 경우에는 상기 연속적 입자 분류기(1)의 앞면방향에서 다종의 입자 크기를 가지는 시료를 주입할 수 있는 시료 주입구(미도시)가 형성되고, 상기 배면방향에서 다종의 입자 크기를 가지는 시료가 상기 미소 전극(20)에 의하여 분리 및 정렬되어 배출될 수 있는 시료 배출구(미도시)가 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 미소 전극(20)은 상기 기판에 일정 전위를 형성하도록 격자 배열되어 상기 다종의 입자 크기를 가지는 입자를 분류하기 위하여 음의 유전영동에 의한 가상기둥을 형성시킨다.
여기서, 유전영동(Dielectrophoresis)은 공간적으로 불균일한 전기장이 충전되지 않은 입자에 유도된 쌍극자에 힘을 가하는 현상으로써, 적용되는 매체보다 높은 극성을 가진 입자는 양의 유전영동을 얻어 높은 전기장 그래디언트(Gradient) 영역으로 이동하는 반면, 주변 매체보다 낮은 극성을 가진 입자는 음의 유전영동이 적용되고, 낮은 전기장 밀도 영역쪽으로 이동하는 것으로 정의된다.
또한, 상기 미소 전극(20)은 일정 전압이 인가되는 전압원(VDEP)과 일정 전압이 인가되지 않은 상태로 접지면의 역할을 하는 접지(GND)가 하나의 쌍을 이루어 다수개 배열되는데, 상기 미소 전극(20)의 전압원 및 접지로 이루어진 하나의 쌍은 일정한 간격을 가지고 배치되며, 이와 같은 미소 전극(20)이 수평한 방향으로 열을 이룬다.
여기서, 상기 열을 이루는 미소 전극(20)인 상기 열을 이루는 미소 전극(20)인 미소 전극열은 하나 이상 다수개 형성되되, 상기 미소 전극열은 유동 방향에 수직하도록 이루어지며, 상기 미소 전극열의 각 앞단의 미소 전극(20) 간에 일정한 거리를 가지며 이격되며, 전압원 및 접지로 하나의 쌍으로 이루어지는 각 미소 전극(20) 간의 거리도 동일하도록 배치된다.
그리고, 상기 미소 전극(20)의 하나의 쌍으로 이루어진 접지와 전압원은 일정한 거리를 가지며 이격되는데, 하나의 쌍끼리의 거리도 동일하도록 통상적으로 배치되지만, 상기 거리를 조절함으로써, 분류 입자의 범위를 조절할 수 있으므로, 변경 가능하다.
더불어, 입자의 크기를 분류함에 있어서, 상기 미소 전극(20)과 평면 전극(40) 간에 걸리는 전압(Drop Voltage)은 본 발명에 따라 일정하게 인가되며, 상기 전압이 일정하더라도, 입자의 크기가 큰 경우에는 가상 기둥이 크게 형성되며, 입자의 크기가 작은 경우에는 가상 기둥의 작게 형성된다.
이때, 상기 미소 전극(20)과 평면 전극(40) 간에 걸리는 전압을 변화시켜 가상 기둥의 크기를 조절하면, 추가적으로 분리되는 입자들의 크기가 조절되므로, 상기 방법을 이용하는 것도 바람직하다.
또한, 상기 미소 전극(20)들의 거리는 통상적으로 일정하도록 형성되나, 범위를 조절하기 위하여 변경 가능하다.
도 2는 본 발명에 따른 연속적 입자 분류기의 입자 궤적 및 가상기둥을 개략적으로 도시한 투과사시도이고, 도 3은 도 2의 입자 궤적 및 가상기둥을 확대한 부분 확대도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 연속적 입자 분류기(1)는 유로층(10)과 미소 전극(20)을 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 유로층(10)은 상기 미소 전극(20)을 구비하는 기판 상에 직육각형 형상으로 형성되되, 상기 미소 전극(20)을 통과하도록 형성되는 유로(11)를 포함한다.
또한, 상기 유로층(10)의 하부면이 그루브 형상인 유로(11)를 형성하는데, 상기 유로(11)는 양측에 상기 유로(11)를 감싸도록 형성되는 유로층(10)의 격벽에 의하여 관통되는 공간으로 형성되고, 상기 유로(11)의 형상은 상기 다종의 입자가 통과할 수 있음과 동시에 상기 미소 전극(20)과 맞닿도록 통과할 수 있는 형상으로 대체할 수 있다.
여기서, 상기 유체 흐름 방향은 상기 연속적 입자 분류기(1)의 배면방향으로부터 앞면방향으로 형성될 경우에는 상기 연속적 입자 분류기(1)의 배면방향에서 다종의 입자 크기를 가지는 시료를 주입할 수 있는 시료 주입구(미도시)가 형성되고, 상기 앞면방향에서 다종의 입자 크기를 가지는 시료가 상기 미소 전극(20)에 의하여 분리 및 정렬되어 배출할 수 있는 시료 배출구(미도시)가 형성되는 것이 바람직하다.
더불어, 상기 유체 흐름 방향이 상기 연속적 입자 분류기(1)의 앞면방향으로부터 배면방향으로 형성될 경우에는 상기 연속적 입자 분류기(1)의 앞면방향에서 다종의 입자 크기를 가지는 시료를 주입할 수 있는 시료 주입구(미도시)가 형성되고, 상기 배면방향에서 다종의 입자 크기를 가지는 시료가 상기 미소 전극(20)에 의하여 분리 및 정렬되어 배출될 수 있는 시료 배출구(미도시)가 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 미소 전극(20)은 상기 기판에 일정 전위를 형성하도록 격자 배열되어 상기 다종의 입자 크기를 가지는 입자를 분류하기 위하여 음의 유전영동에 의한 가상기둥을 형성시킨다.
여기서, 유전영동(Dielectrophoresis)은 공간적으로 불균일한 전기장이 충전되지 않은 입자에 유도된 쌍극자에 힘을 가하는 현상으로써, 적용되는 매체보다 높은 극성을 가진 입자는 양의 유전영동을 얻어 높은 전기장 그래디언트(Gradient) 영역으로 이동하는 반면, 주변 매체보다 낮은 극성을 가진 입자는 음의 유전영동이 적용되고, 낮은 전기장 밀도 영역쪽으로 이동하는 것으로 정의된다.
또한, 상기 유로(11)의 내부인 기판의 상부면에 격자 배열된 미소 전극(20)에 전압을 인가하여 생성되는 음의 유전영동에 의하여, 반발력을 가하는 가상기둥을 이용하는데, 상기 가상기둥은 미소 전극(20)에서 발생하여, 상기 유체 흐름 방향과 수직되도록 형성되고, 다종의 입자 크기 및 인가된 전압에 따라 상기 가상기둥의 크기가 달라지며, 입자의 크기에 비례하되, 선형적인 비례관계가 성립하지는 않는다.
상기한 바와 같이, 상기 미세 전극(20)이 형성된 기판과 상기 유로(11)를 포함하는 유로층(10)을 조립하여 상기 연속적 입자 분류기(1)가 형성되는데, 상기 미세 전극(20)의 전극열에 교류 전압을 인가하면, 입자의 크기에 따라 크기가 변하는 음의 유전영동에 의하여 반발력을 가하는 가상기둥들이 생성된다.
그리고, 크기가 다른 입자를 포함하는 다종 입자들은 상기 유체의 이동방향인 상기 미세 전극(20)의 미세 전극열과 수직되는 방향으로 이동하는데, 크기가 큰 입자는 상기 큰 크기에 따른 가상기둥으로 일측으로 편향되도록 움직이고, 크기가 작은 입자는 상기 작은 크기에 따른 가상기둥으로 움직임이 상기 큰 입자에 비해 작게된다.
여기서, 상기 큰 입자의 이동 궤적은 제1 입자 궤적(31)으로 상기 작은 입자의 이동 궤적은 제2 입자 궤적(32)으로 도 2에 도시되는데, 상기 큰 입자의 이동 궤적인 제1 입자 궤적(31)은 일측으로 편향되어 이동되는 거리가 발생하는데 비해, 작은 입자의 이동 궤적인 제2 입자 궤적(32)은 편향되지 않아 초기의 유체 유동과 비슷한 지점으로 도달하게 되어 입자가 크기에 따라 정렬된다.
이처럼, 입자의 크기, 전압원에 인가되는 전압 및 음의 유전영동에 따라 정렬되어 이송되도록 분류되는 입자가 변함을 이용하여, 입자의 크기를 상기 연속적 입자 분류기(1)를 통하여 다양하게 분류해낼 수 있다.
또한, 상기 미소 전극(20)은 일정 전압이 인가되는 전압원(VDEP)과 일정 전압이 인가되지 않은 상태로 접지면의 역할을 하는 접지(GND)가 하나의 쌍을 이루어 다수개 배열되는데, 상기 미소 전극(20)의 전압원 및 접지로 이루어진 하나의 쌍은 일정한 간격을 가지고 배치되며, 이와 같은 미소 전극(20)이 수평한 방향으로 열을 이룬다.
여기서, 상기 열을 이루는 상기 열을 이루는 미소 전극(20)인 미소 전극열은 하나 이상 다수개 형성되되, 상기 미소 전극열은 유동 방향에 수직하도록 이루어지며, 상기 미소 전극열의 각 앞단의 미소 전극(20) 간에 일정한 거리를 가지며 이격되며, 전압원 및 접지로 하나의 쌍으로 이루어지는 각 미소 전극(20) 간의 거리도 동일하도록 배치된다.
더불어, 더불어, 입자의 크기를 분류함에 있어서, 상기 미소 전극(20)과 평면 전극(40) 간에 걸리는 전압(Drop Voltage)은 본 발명에 따라 일정하게 인가되며, 상기 전압이 일정하더라도, 입자의 크기가 큰 경우에는 가상 기둥이 크게 형성되며, 입자의 크기가 작은 경우에는 가상 기둥의 작게 형성된다.
이때, 상기 미소 전극(20)과 평면 전극(40) 간에 걸리는 전압을 변화시켜 가상 기둥의 크기를 조절하면, 추가적으로 분리되는 입자들의 크기가 조절되므로, 상기 방법을 이용하는 것도 바람직하다.
또한, 상기 미소 전극(20)들의 거리는 통상적으로 일정하도록 형성되나, 범위를 조절하기 위하여 변경 가능하다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연속적 입자 분류기를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 연속적 입자 분류기(2)는 미소 전극(20)과 평면 전극(40)을 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 미소 전극(20)은 상기 평면 전극(40)과 일정 전위를 형성할 수 있도록 형성되는 기판에 격자 배열되고, 상기 전위에 의하여 다양한 입자 크기를 가지는 입자를 분류하기 위하여 음의 유전영동에 의한 가상기둥을 형성시킨다.
여기서, 유전영동(Dielectrophoresis)은 공간적으로 불균일한 전기장이 충전되지 않은 입자에 유도된 쌍극자에 힘을 가하는 현상으로써, 적용되는 매체보다 높은 극성을 가진 입자는 양의 유전영동을 얻어 높은 전기장 그래디언트(Gradient) 영역으로 이동하는 반면, 주변 매체보다 낮은 극성을 가진 입자는 음의 유전영동이 적용되고, 낮은 전기장 밀도 영역쪽으로 이동하는 것으로 정의된다.
또한, 상기 미소 전극(20)에 전압을 인가하여 생성되는 음의 유전영동에 의하여, 반발력을 가하는 가상기둥을 이용하는데, 상기 가상기둥은 미소 전극(20)에서 발생하여, 상기 유체 흐름 방향과 수직되도록 형성되고, 다종의 입자 크기 및 인가된 전압에 따라 상기 가상기둥의 크기가 달라지며, 입자의 크기에 비례하되, 선형적인 비례관계가 성립하지는 않는다.
상기한 바와 같이, 상기 연속적 입자 분류기(2)가 형성되는데, 상기 미세 전극(20)의 전극열 및 평면 전극(40)에 교류 전압을 인가하면, 입자의 크기에 따라 크기가 변하는 음의 유전영동에 의하여 반발력을 가하는 가상기둥들이 생성된다.
그리고, 크기가 다른 입자를 포함하는 다종 입자들은 상기 유체의 이동방향인 상기 미세 전극(20) 및 평면 전극(40)의 미세 전극열과 수직되는 방향으로 이동하는데, 크기가 큰 입자는 상기 큰 크기에 따른 가상기둥으로 일측으로 편향되도록 움직이고, 크기가 작은 입자는 상기 작은 크기에 따른 가상기둥으로 움직임이 상기 큰 입자에 비해 작게된다.
이처럼, 입자의 크기, 전압원에 인가되는 전압 및 음의 유전영동에 따라 정렬되어 이송되도록 분류되는 입자가 변함을 이용하여, 입자의 크기를 상기 연속적 입자 분류기(2)를 통하여 다양하게 분류해낼 수 있다.
더불어, 입자의 크기를 분류함에 있어서, 상기 미소 전극(20)과 평면 전극(40) 간에 걸리는 전압(Drop Voltage)은 본 발명에 따라 일정하게 인가되며, 상기 전압이 일정하더라도, 입자의 크기가 큰 경우에는 가상 기둥이 크게 형성되며, 입자의 크기가 작은 경우에는 가상 기둥의 작게 형성된다.
이때, 상기 미소 전극(20)과 평면 전극(40) 간에 걸리는 전압을 변화시켜 가상 기둥의 크기를 조절하면, 추가적으로 분리되는 입자들의 크기가 조절되므로, 상기 방법을 이용하는 것도 바람직하다.
또한, 상기 미소 전극(20)들의 거리는 통상적으로 일정하도록 형성되나, 범위를 조절하기 위하여 변경 가능하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속적 입자 분류기를 개략적으로 도시한 투과사시도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 연속적 입자 분류기(3)는 평행하게 형성되는 상, 하부 기판과 상기 상, 하부 기판 간에 일정 전위를 형성하도록 격자 배열되어 입자 분류를 위해 음의 유전영동에 의한 가상기둥을 형성하는 미소 전극과 상기 상, 하부 기판 간에 상기 미소 전극을 통과하도록 형성되는 유로를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상, 하부 기판과, 상기 상, 하부 기판 간에 일정 전위를 형성하도록 격자 배열되어 입자 분류를 위해 음의 유전영동에 의한 가상기둥을 형성하는 미소 전극(20a, 20b)과 상기 상, 하부 기판 간에 상기 미소 전극(20a, 20b)을 통과하도록 형성되는 유로를 포함하며 이루어진다.
그리고, 상기 미소 전극은 상부면에 형성된 제1 미소전극(20a)와 하부면에 형성된 제2 미소전극(20b)가 일정 전위가 형성되도록 하나의 쌍을 이루어 다수개 형성되는데, 상기 제1 미소전극(20a)에 일정 전압이 인가되도록 전압이 걸리면, 상기 제2 미소전극(20b)에는 접지로 형성되어 상기 제1 미소전극(20a)과 제2 미소전극(20b)에 일정 전위가 형성되도록 이루어진다.
반대로, 상기 제1 미소전극(20a)는 접지로 형성되고, 상기 제2 미소전극(20b)에는 일정 전압이 인가되도록 전압이 걸리면, 상기 제1 미소전극(20a)과 제 2 미소전극(20b)에는 일정 전위가 형성되도록 이루어진다.
여기서, 상기 제1, 제2 미소 전극(20a, 20b)은 기판에 격자 배열되어 일정한 전압이 인가되고, 제1, 제2 미소 전극(20a, 20b)의 형상은 원형 또는 다각형 또는 상기 원형과 다각형을 혼합한 형태 중 하나를 이용하는 것도 바람직하다.
그리고, 상기 미소 전극은 상, 하부 기판의 접지 및 일정 전압이 걸리는 전압원이 하나의 쌍을 이루어 다수개 형성되는데, 상기 상부 기판에 형성되는 미소 전극은 제1 미소전극(20a)로, 상기 하부 기판에 형성되는 미소 전극은 제2 미소전극(20b)로 한쌍을 이룬다.
그리고, 상기 유체 흐름 방향은 상기 연속적 입자 분류기(3)의 배면방향으로부터 앞면방향으로 형성될 경우에는 상기 연속적 입자 분류기(3)의 배면방향에서 다종의 입자 크기를 가지는 시료를 주입할 수 있는 시료 주입구(미도시)가 형성되고, 상기 앞면방향에서 다종의 입자 크기를 가지는 시료가 상기 제1, 제2 미소전극(20a, 20b)에 의하여 분리 및 정렬되어 배출할 수 있는 시료 배출구(미도시)가 형성되는 것이 바람직하다.
더불어, 상기 유체 흐름 방향이 상기 연속적 입자 분류기(3)의 앞면방향으로부터 배면방향으로 형성될 경우에는 상기 연속적 입자 분류기(3)의 앞면방향에서 다종의 입자 크기를 가지는 시료를 주입할 수 있는 시료 주입구(미도시)가 형성되고, 상기 배면방향에서 다종의 입자 크기를 가지는 시료가 상기 제1, 제2 미소전극(20a, 20b)에 의하여 분리 및 정렬되어 배출될 수 있는 시료 배출구(미도시)가 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제1, 제2 미소전극(20a, 20b)은 상기 기판에 일정 전위를 형성하도록 격자 배열되어 상기 다종의 입자 크기를 가지는 입자를 분류하기 위하여 음의 유전영동에 의한 가상기둥을 형성시킨다.
여기서, 상기 제1, 제2 미소전극(20a, 20b)은 상기 제1 미소전극(20a)이 일정 전압이 인가되는 전압원인 경우에는, 상기 제2 미소전극(20b)는 전원이 인가되지 않은 상태인 접지로 형성되어 일정 전위를 유지할 수 있도록 이루어지며, 반대로 상기 제1 미소전극(20a)이 전원이 인가되지 않은 상태인 접지로 형성되는 경우에는, 상기 제2 미소전극(20b)에는 일정 전압이 인가되는 전압원으로 이루어진다.
여기서, 유전영동(Dielectrophoresis)은 공간적으로 불균일한 전기장이 충전되지 않은 입자에 유도된 쌍극자에 힘을 가하는 현상으로써, 적용되는 매체보다 높은 극성을 가진 입자는 양의 유전영동을 얻어 높은 전기장 그래디언트(Gradient) 영역으로 이동하는 반면, 주변 매체보다 낮은 극성을 가진 입자는 음의 유전영동이 적용되고, 낮은 전기장 밀도 영역쪽으로 이동하는 것으로 정의된다.
또한, 상기 제1, 제2 미소전극(20a, 20b)은 일정 전압이 인가되는 전압원(VDEP)과 일정 전압이 인가되지 않은 상태로 접지면의 역할을 하는 접지(GND)가 하나의 쌍을 이루어 다수개 배열되는데, 상기 제1, 제2 미소전극(20a, 20b)의 전압원 및 접지로 이루어진 하나의 쌍은 일정한 간격을 가지고 배치되며, 이와 같은 제1, 제2 미소전극(20a, 20b)이 상, 하부 기판에서 수직한 방향으로 열을 이룬다.
여기서, 상기 열을 이루는 제1, 제2 미소전극(20a, 20b)인 미소 전극열은 하 나 이상 다수개 형성되되, 상기 미소 전극열은 유동 방향에 수직하도록 이루어지며, 상기 미소 전극열의 각 앞단의 미소 전극(20) 간에 일정한 거리를 가지며 이격되며, 전압원 및 접지로 하나의 쌍으로 이루어지는 각 미소 전극(20) 간의 거리도 동일하도록 배치된다.
그리고, 상기 제1, 제2 미소전극(20a, 20b)의 하나의 쌍으로 이루어진 접지와 전압원은 일정한 거리를 가지며 이격되는데, 하나의 쌍끼리의 거리도 동일하도록 배치된다.
더불어, 상기 다종의 크기를 가지는 입자를 분류하기 위하여, 상기 제1, 제2 미소전극(20a, 20b)더불어, 입자의 크기를 분류함에 있어서, 상기 미소전극(20a, 20b)과 평면 전극(40) 간에 걸리는 전압(Drop Voltage)은 본 발명에 따라 일정하게 인가되며, 상기 전압이 일정하더라도, 입자의 크기가 큰 경우에는 가상 기둥이 크게 형성되며, 입자의 크기가 작은 경우에는 가상 기둥의 작게 형성된다.
이때, 상기 미소전극(20a, 20b)과 평면 전극(40) 간에 걸리는 전압을 변화시켜 가상 기둥의 크기를 조절하면, 추가적으로 분리되는 입자들의 크기가 조절되므로, 상기 방법을 이용하는 것도 바람직하다.
또한, 상기 미소전극(20a, 20b)들의 거리는 통상적으로 일정하도록 형성되나, 범위를 조절하기 위하여 변경 가능하다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연속적 입자 분류기의 미소 전극의 배치를 개략적으로 도시한 도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 미소전극이 열을 이루는 미소전극열은 유체 흐름 방향에 수직이되도록 미소전극이 λ만큼 이격되어 배열되어 있으며, 행 구조가 이전 행 구조보다 △λ만큼 이격되어 있으며, 한쌍을 이루는 미소전극은 서로 다른 전위차를 가지도록 서로 다른 전압이 전압원에 인가되는 것도 바람직하다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속적 입자 분류기의 미소 전극의 배치를 개략적으로 도시한 도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 미소전극이 열을 이루는 미소전극열은 유로의 바닥에서 격자로 배열된 미소전극들이 유체의 흐름방향에 수직이 되도록 λ만큼 이격되어 배열되며, 그 행 구조가 이전 행 구조보다 △λ만큼 이격되고, 한쌍끼리 서로 다른 전위차를 가질 수 있어, 이에 따라 서로 다른 전압이 전압원이 인가되는 것도 가능하다.
또한, λ, △λ가 직렬로 연결되므로 분리되는 입자의 크기를 조절할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허 청구 범위내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 기계적 기둥 구조물을 전기장에 의하여 생성된 음의 유전영동력에 의한 가상기둥으로 대체함으로써, 주입된 입자들이 기계적 구조물에 유착되어 유로를 막는 현상을 제거할 수 있으며, 음의 유전영동력에 의한 가상기둥 크기는 인가하는 전압, 주파수, 전극의 크기, 유전 영동 특성에 따라 조절가능하므로, 분리되는 입자의 크기 및 종류를 조절하는 것이 용이하고, 입자가 분리되는 수율, 분리 해상력 등을 유지할 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.

Claims (8)

  1. 기판에 일정 전위를 형성하도록 격자 배열되어 입자 분류를 위해 음의 유전영동에 의한 가상기둥을 형성하는 미소 전극;
    상기 미소 전극이 상기 기판의 일면에 위치하도록 형성된 유로;
    를 포함하는 연속적 입자 분류기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유로로 유입된 유체 내의 입자의 크기에 따라 가상 기둥의 크기가 변경되는 것을 특징으로 하는 연속적 입자 분류기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가상 기둥의 크기는 전극의 크기 또는 유전 영동 특성 또는 전압 또는 주파수로 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 연속적 입자 분류기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미소 전극은 상기 유로에 주입되는 유동 방향에 수직하게 형성되되, 전 극 간의 거리가 일정하도록 미소 전극열을 형성하는 것을 특징으로 하는 연속적 입자 분류기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 미소 전극열은 다수개가 형성되되, 유체의 유동 방향으로 서로 일정한 거리만큼 이격되어 배열된 것을 특징으로 하는 연속적 입자 분류기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 미소 전극 상에 형성된 가상 기둥은 상기 미소 전극열에 대하여 수직 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연속적 입자 분류기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 마주보도록 평행하게 위치시키고, 상기 미소 전극과 일정 전위를 형성하도록 구성된 평면 전극을 포함하는 기판;
    을 더 포함하여 이루어져, 상기 평면 전극을 포함한 기판 및 미소 전극의 전 위차로 유로 내부에 수직하게 형성된 가상 기둥을 이용하여 입자를 분류하는 것을 특징으로 하는 연속적 입자 분류기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 마주보도록 평행하게 위치시키고, 상기 미소 전극과 일정 전위를 형성하도록 구성된 미소 전극을 포함하는 기판;
    을 더 포함하여 이루어져, 상기 각 기판에 포함되는 미소 전극 간의 전위차로 유로 내부에 수직하게 형성된 가상 기둥을 이용하여 입자를 분류하는 것을 특징으로 하는 연속적 입자 분류기.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001005512A1 (en) 1999-07-20 2001-01-25 University Of Wales, Bangor Dielectrophoretic apparatus & method
JP2003287519A (ja) 2002-02-01 2003-10-10 Leister Process Technologies ミクロ流体成分と流体内の粒子を選別する方法
KR20050097313A (ko) * 2004-04-01 2005-10-07 한국과학기술원 연속적인 생화학적 미소입자 분석기

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001005512A1 (en) 1999-07-20 2001-01-25 University Of Wales, Bangor Dielectrophoretic apparatus & method
JP2003287519A (ja) 2002-02-01 2003-10-10 Leister Process Technologies ミクロ流体成分と流体内の粒子を選別する方法
KR20050097313A (ko) * 2004-04-01 2005-10-07 한국과학기술원 연속적인 생화학적 미소입자 분석기

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101224231B1 (ko) 2011-01-25 2013-01-21 중앙대학교 산학협력단 미세입자 분리장치
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