KR101015162B1 - 마이크로 유체 장치, 및 이를 이용한 유체 주입 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로 유체 장치에 관한 것이다. 구체적으로는 디스펜서; 상기 디스펜서에 연결되고, 상기 디스펜서에 의해 주입되는 유체를 저장하는 저장 챔버; 및 상기 저장 챔버에 연결되고, 기체를 출입시키는 통풍 채널을 포함하며, 상기 디스펜서는 유체를 유입시키는 제1 운반채널, 상기 제1 운반채널 및 상기 저장 챔버와 연결되고 상기 제1 운반채널을 통해 유입되는 유체를 저장하는 유체 저장부, 및 상기 유체 저장부에 연결되며 압력을 가하여 상기 제1 운반채널에 유입된 유체와 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 분리하고 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 상기 저장 챔버로 토출시키는 가압부를 포함하는, 마이크로 유체 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치는 주입하는 유체의 물성, 제조 소재의 물성 및 구조적인 특징에 기인한 표면장력, 및 가압부에서의 압력의 조작을 이용해서 불연속적으로 정량적이고 반복적인 유체 주입을 가능하게 함으로써, 유체의 이용이 필요한 생물학, 약학 및 화학 등 다양한 분야에 이용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치가 2개 이상의 디스펜서를 구비하는 경우, 2종 이상의 유체, 예를 들면 약물 또는 배지를 각각 독립적으로 조절하여 각각 정량적 및 반복적으로 주입할 수 있게 함으로써, 2종 이상의 약물을 혼합하여 제조하는 칵테일 약품 등과 같은 신약 개발 분야에 이용될 수 있다.

마이크로 유체 장치, 소수성, 친수성, 표면장력, 압력 조작, 디스펜서, 칵테일 약물, 신약 개발

Description

마이크로 유체 장치, 및 이를 이용한 유체 주입 방법{MICROFLUIDIC DEVICE, AND METHOD FOR FLUID INJECTION USING THE SAME}

본 발명은 마이크로 유체 장치에 관한 것이다. 구체적으로는 주입하는 유체의 물성, 제조 소재의 물성 및 구조적 특징에 기인한 표면장력, 및 가압부에서의 압력 조작을 이용하여 불연속적으로 정량적이고 반복적인 유체 주입을 가능하게 하는 마이크로 유체 장치에 관한 것이다. 특히, 2개 이상의 디스펜서를 구비하는 경우 2종 이상의 유체를 각각 독립적으로 조절하여 이용할 수 있게 하는 마이크로 유체 장치에 관한 것이다.

유체 기술에서의 최근 개발은 단일 기판상에 유체적 시스템을 위치시킨 집적 화학적 및 생물학적 분석 장치의 개발로 유도되고 있다. 때때로, 이들 장치는 "래버러토리온어칩(laboratory-on-a-chip)"장치라고 하며, 보다 큰 종래의 분석 장치의 이용에 비해 여러가지 이점을 제공할 수 있다. 예를 들면, 집적 분석 장치(integrated analytical devices)는 보다 적은 양의 유체를 소비할 수 있고, 실 험실 내에서 보다 작은 공간을 차지할 수 있으므로 보다 용이하게 사용될 수 있다.

전형적으로, 완전한 또는 부분적인 집적 화학적 및 생물학적 분석 시스템은 시스템을 통해 유체를 이동시키기 위한 마이크로 유체 네트워크를 포함한다. 통상적으로, "마이크로 유체(microfluidic)"라는 용어는 예를 들면, 마이크론 크기의 직경을 갖는 매우 작은 채널을 통해 유체를 이동시키기 위한 시스템 및 프로세스를 가리킨다.

전형적인 래버러토리온어칩장치는 흐르는 배지에서의 약물 농도의 조절을 이용하나, 여기서 조절 가능한 약물의 농도는 1가지 또는 2가지로 매우 제한적이며, 또한 이 장치는 약물을 낭비하고 정량적인 실험 능력이 없다는 한계를 가진다. 유전체상의 전기습윤(EWOD, electrowetting on dielectric)은 불연속적인 조작을 수행할 수 있으며, 다수의 약물을 조절하여 이용할 수 있으나, 높은 이온염 농도에서 작동이 보장되지 않는다는 한계를 가진다.

따라서, 정량적이고, 불연속적으로 반복적인 조작이 가능하며, 동시에 1가지 이상의 유체, 예를 들면 1종 이상, 특히 2종 이상의 약물의 독립적인 조절을 가능하게 하는 마이크로 유체 장치, 더 나아가 높은 이온염 농도에서도 안정한 마이크로 유체 장치에 대한 개발이 요구된다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해, 마이크로 유체 장치, 및 이를 이용한 유체 주입 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 디스펜서; 상기 디스펜서에 연결되고, 상기 디스펜서에 의해 주입되는 유체를 저장하는 저장 챔버; 및 상기 저장 챔버에 연결되고, 기체를 출입시키는 통풍 채널을 포함하며, 상기 디스펜서는 유체를 유입시키는 제1 운반채널, 상기 제1 운반채널 및 상기 저장 챔버와 연결되고 상기 제1 운반채널을 통해 유입되는 유체를 저장하는 유체 저장부, 및 상기 유체 저장부에 연결되며 압력을 가하여 상기 제1 운반채널에 유입된 유체와 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 분리하고 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 상기 저장 챔버로 토출시키는 가압부를 포함하는, 마이크로 유체 장치를 제공한다.

본 발명은 또한 제1 운반채널에 유체를 유입시키는 단계; 상기 제1 운반채널에 유입된 유체를 상기 제1 운반채널을 통해 유체 저장부에 저장하는 단계; 및 가압부에서 상기 유체 저장부에 압력을 가하여 상기 제1 운반채널에 유입된 유체와 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 분리하고 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 저장 챔버로 토출시키는 단계를 포함하는 유체 주입 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 디스펜서는 주입하는 유체의 물성, 제조 소재의 물성 및 구조적 특징에 기인한 표면장력, 및 가압부에서의 압력 조작을 이용해서 유체의 정량적 반복적 주입을 가능케 한다. 또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치는 본 발명에 따른 디스펜서를 1개 이상 구비함으로써, 1 종류의 유체 또는 2 종류 이상의 상이한 유체를 각각 정량적 불연속적으로, 또한 동시에 또는 개별적으로 조절하여 이용할 수 있게 한다. 또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치를 소수성 재료를 이용하여 제조하는 경우, 상기 마이크로 유체 장치는 높은 화학적 생물학적 안정성을 보유하게 되어 높은 이온염 농도에서도 안정할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치는 유체의 이용이 필요한 생물학, 약학 및 화학, 특히 2종 이상의 약물을 혼합하는 칵테일 요법을 이용한 신약 개발 분야 등 다양한 분야에 이용될 수 있다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 디스펜서; 상기 디스펜서에 연결되고, 상기 디스펜서에 의해 주입되는 유체를 저장하는 저장 챔버; 및 상기 저장 챔버에 연결되고, 기체를 출입시키는 통풍 채널을 포함하며, 상기 디스펜서는 유체를 유입시키는 제1 운반채널, 상기 제1 운반채널 및 상기 저장 챔버와 연결되고 상기 제1 운반채널을 통해 유입되는 유체를 저장하는 유체 저장부, 및 상기 유체 저장부에 연결되며 압력을 가하여 상기 제1 운반채널에 유입된 유체와 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 분리하고 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 상기 저장 챔버로 토출시키는 가압부를 포함하는, 마이크로 유체 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 유체 저장부는, 상기 제1 운반채널 및 상기 가압부와 연결되는 제1 연결부, 유체를 저장하는 유체 저장실, 및 상기 저장 챔버와 연결되는 제2 연결부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 디스펜서는 유체 저장부와 저장 챔버 사이에 제2 운반채널을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 운반채널은 상기 유체 저장부와 상기 저장 챔버 사이에 공간을 확보하여 상기 저장 챔버의 유체와 상기 유체 저장부의 유체간의 직접적인 접촉을 방지함으로써, 상기 유체간의 응집력에 의한 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치의 오작동을 예방하는 완충 작용을 할 수 있다.

본 발명에 따른 마이크로 유체 장치는 주입되는 유체의 물성, 제조 소재의 물성 및 각 구성부분의 구조적 특징으로 인하여 생성되는 표면장력을 이용함을 특징으로 한다.

이하 상기 표면장력의 생성원리를 상세히 설명한다.

소수성 물질은 친수성 물질과 반응하지 않고 오히려 친수성 물질에 대한 반발력을 가지므로, 소수성 물질로 미세한 관을 제조하는 경우 상기 미세한 관에서는 친수성 물질이 상기 관을 쉽게 통과하지 못하도록 표면장력이 생성될 수 있다.

상기 소수성 물질로 형성된 미세한 관을 친수성 물질이 유입되는 반대쪽에 보다 큰 직경을 가진 관과 연결하고, 상기 보다 큰 직경을 가진 관 중 상기 미세한 관과 인접한 부분을, 유체의 진행 방향과 수직인 단면적이 유체의 진행 방향으로 넓어지는 구조로 제조하는 경우, 즉 특정한 프로파일 구조로 제조하는 경우에는 상기 미세한 관에서 생성되는 표면장력의 세기가 최대화될 수 있다. 상기 특정한 프로파일 구조는, 예를 들어 유체의 진행 방향으로 폭이 증가하는 구조, 예를 들어, 유체의 진행 방향을 기준으로 하여, 경사각 60도 내지 90도의 경사로 유체의 진행 방향과 수직인 단면적이 넓어지는 구조일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 경사각은 제조 소재의 물성 및 유체의 물성에 따라 변화될 수 있다.

게다가, 상기 소수성 물질은 다른 물질, 특히 예를 들어 친수성 물질,과의 반응성이 작아 화학적 안정성을 가지며, 또한 물을 머금어 휘는 스웰링(swelling) 현상을 일으키지 않는 특징을 가진다.

역으로, 친수성 물질로 관을 제조하고 주입하는 유체로 소수성 물질을 이용하는 경우에도 상기와 같은 원리에 의하여 표면장력이 생성될 수 있으며, 또한 최대화될 수 있다.

본 발명의 실시예들에서, 제2 연결부에서의 표면장력, 가압부의 제1 연결부와의 접합부에서의 표면장력, 통풍 채널의 저장 챔버와의 접합부에서의 표면장력 및 제2 운반채널의 저장 챔버와의 접합부에서의 표면장력의 생성은 상술한 원리와 같이 소수성 물질과 친수성 물질 간의 반발력 및 상기 각 구성부분들의 상대적으로 매우 작은 크기의 직경으로의 제조에 의한 것일 수 있다.

따라서, 본 발명이 상기 표면장력을 이용하기 위해서는, 본 발명에 따른 유 체 주입 장치에서 주입하는 유체가 친수성 물질이면 상기 유체 주입 장치는 소수성 재료로 만들어지는 것이 바람직하며, 본 발명에 따른 유체 주입 장치에서 주입하는 유체가 소수성 물질이면 상기 유체 주입 장치는 친수성 재료로 만들어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서, 마이크로 유체 장치에서 주입하는 유체가 친수성 물질일 경우, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치는 소수성 재료로 형성될 수 있다.

상기 소수성 재료로서는 예를 들면 폴리디메틸실록세인(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 파라릴렌(Paralylene) 및 테플론(Teflon)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 재료를 이용하는 것이 보다 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치를 소수성 재료로 형성하는 경우, 상기 마이크로 유체 장치는 화학적 안정성을 가지게 되므로, 높은 이온염 농도에서도 안정하여 다양한 종류의 유체를 이용할 수 있게 하는 장점을 가질 수 있다.

특히 상기 소수성 재료 중 PDMS는 낮은 표면 에너지(21.6 mJ/㎡) 값을 가져 화학적으로 안정하므로 다른 물질, 예를 들어 친수성 물질과 쉽게 반응하지 않고, 기체를 쉽게 통과시키며 열(약 186℃이하에서)에 안정하므로, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치의 제조 소재로서 적합할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 마이크로 유체 장치에서 주입하는 유체가 소수성 물질일 경우, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치는 친수성 재료로 형성될 수 있다.

상기 친수성 재료로서는 예를 들면 유리, 폴리에틸렌, 친수성 표면 처리된 고분자 및 자기조립단층(Self Assembled Monolayer, SAM) 코팅된 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 재료를 이용하는 것이 보다 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 친수성 표면 처리된 고분자로는 산소 플라즈마 처리된 PDMS, PMMA, PE 등의 고분자를 예로 들 수 있으며, 자기조립단층 코팅된 고분자로는 알칸티올(alkanethio), 클로로실란(chlorosilane) 등으로 코팅된 PDMS, PMMA, PE 등의 고분자를 예로 들 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 마이크로 유체 장치는 기체 투과성 재료로 형성될 수 있다. 상기 기체 투과성 재료는 유체는 통과시키지 않으면서 기체만을 통과시키는 재료로서 외부와의 기체 교환을 가능하게 한다. 상기 기체 투과성 재료는 예를 들면 PDMS 등일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에서, 마이크로 유체 장치가 기체 투과성 재료를 형성되는 경우, 외부와의 산소 및 이산화탄소 등의 기체 교환이 이루어질 수 있어, 세포 등의 생체 물질이 호흡할 수 있는 환경이 마련될 수 있으며, 이에 의해 상기 마이크로 유체 장치에서 생체 물질이 오랜 기간, 특히 배양 기간 동안 생존할 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치는 상술한 다 양한 재료들을 이용하여 몰딩 등의 공지의 방법에 따라 제조될 수 있다.

이하 도 1 및 도 2에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 장치(1000) 및 유체 저장부(30)의 개략적인 블록도들에 근거하여 설명한다.

도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 장치(1000)는 디스펜서(100); 상기 디스펜서(100)에 연결되고, 상기 디스펜서(100)에 의해 주입되는 유체를 저장하는 저장 챔버(300); 및 상기 저장 챔버(300)에 연결되고, 기체를 출입시키는 통풍 채널(500)을 포함하며, 상기 디스펜서(100)는 유체를 유입시키는 제1 운반채널(10), 상기 제1 운반채널(10) 및 상기 저장 챔버(300)와 연결되고 상기 제1 운반채널(10)을 통해 유입되는 유체를 저장하는 유체 저장부(30), 및 상기 유체 저장부(30)에 연결되며 압력을 가하여 상기 제1 운반채널(10)에 유입된 유체와 상기 유체 저장부(30)에 저장된 유체를 분리하고 상기 유체 저장부(30)에 저장된 유체를 상기 저장 챔버(300)로 토출시키는 가압부(50)를 포함하고, 상기 유체 저장부(30)는 상기 제1 운반채널(10) 및 상기 가압부(50)와 연결되는 제1 연결부(1), 유체를 저장하는 유체 저장실(3), 및 상기 저장 챔버(300)와 연결되는 제2 연결부(5)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 운반채널(10)은 상기 마이크로 유체 장치(1000)의 가장 상류에 위치하여 유체를 유입시키는 부분으로서, 유체는 상기 제1 운반채널(10)을 통해 유입되어 상기 유체 저장부(30), 특히 유체 저장실(3)에 저장될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 운반채널(10)에 유체를 유입시키는 경우 압력을 가하여 유입시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제1 운반채널(10)에의 유체의 유입 압력은 0.03 atm 내지 3 atm임이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제1 운반채널(10)에의 유체의 유입 압력이 0.03 atm보다 낮을 경우, 제어가 힘들어질 수 있고, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(1000)의 정확한 작동을 보장하기 어려울 수 있다. 상기 제1 운반채널(10)에의 유체의 유입 압력이 3 atm보다 높을 경우, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(1000)의 변형을 가져올 수 있고, 이에 의해 상기 마이크로 유체 장치(1000)의 정밀도를 보장하기 어려울 수 있으며, 상기 마이크로 유체 장치(1000)가 파괴될 수 있고, 또한 압력 발생이 어려워져 본 발명에 따른 마이크로 유체장치(1000)의 제조단가가 올라갈 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 운반채널(10)을 통해 상기 유체 저장부(30)로 유입된 유체가 상기 유체 저장부(30)의 유체 저장실(3)에 저장되는 경우, 유입되는 유체의 물성(친수성 또는 소수성)과 그와 반대되는 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(1000)의 제조 소재의 물성(소수성 또는 친수성)에 따른 반발력이, 매우 작은 크기의 직경을 가지는 제2 연결부(5)에서 커져 상기 유입되는 유체의 흐름을 멈출 수 있는 표면장력을 생성할 수 있다. 상기 제2 연결부(5)에서 생성되는 표면장력은 상기 제1 운반채널(10)에 유체를 유입시키는 압력보다 큰 것이 바람직하다. 이에 의해 상기 유체 저장부(30)에 유입된 유체가 유체 저장실(3)에 저장된 후에 제2 연결부(5)로 이동되지 못하고 멈출 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제2 연결부(5)의 직경은 상기 제1 연결부(1)의 직경보다 작은 것이 바람직하며, 상기 제1 운반채널(10)에 유체를 유입시키는 압력을 초과하는 표면장력 및 상기 저장 챔버(300)에서 상기 제2 연결부(5)로의 유체의 역류가 일어나지 않을 정도의 표면장력을 생성할 수 있을 정도의 직경임이 바람직하다. 상기 제2 연결부(5)의 직경은 예를 들어 100 ㎚ 내지 100 ㎛임이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제2 연결부(5)의 직경이 100 ㎚보다 작은 경우, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(1000)의 제작이 어려워질 수 있으며, 유체의 유량이 적어지기 때문에 상기 마이크로 유체 장치(1000)의 작동이 느려질 수 있다. 상기 제2 연결부(5)의 직경이 100 ㎛보다 큰 경우, 상기 제2 연결부(5)에서 생성되는 표면장력의 세기가 약해져 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(1000)의 정상적인 작동을 보장하기 어려울 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 유체 저장부(30)는 유체의 1회 주입 용량을 특정하는 부분으로서, 본 발명에 따른 유체 주입 방법을 반복적으로 수행함으로써 원하는 유체를 불연속적이며 정량적으로 상기 저장 챔버(300)에 주입하도록 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 유체 저장부(30), 특히 유체 저장실(3)의 부피는 상기 마이크로 유체 장치(1000)의 제조시에 결정되는 것으로서, 10 pℓ 내지 1 ㎕임이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 연결부(1)의 직경은 상기 제1 운반채널(10)의 직경보다 작은 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이에 의해 상기 제1 운반채널(10)로부터 상기 유체 저장부(30)로 이동되는 유체의 유속이 느려져 상기 유체 저장부(30)에서 유체의 안정적인 저장을 가능하게 할 수 있으며, 또한 상기 가압부(50)에서 가해주는 압력에 의한 상기 제1 운반채널(10)에 유입된 유체와 상기 유체 저장부(30)에 저장된 유체의 분리가 일정한 위치에서 용이하게 이루어지도록 하여 이후 상기 저장 챔버(300)로 주입되는 유체의 용량이 일정하게 유지되도록 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 연결부(1)의 직경은 제2 연결부(5)의 직경보다 큰 조건하에서 100 ㎚ 내지 100 ㎛임이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제1 연결부(1)의 직경이 100 ㎚보다 작은 경우, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(1000)의 제작이 어려워질 수 있으며, 유체의 유량이 적어지기 때문에 상기 마이크로 유체 장치(1000)의 작동이 느려지고, 제1 운반채널(10)로의 높은 유체 유입 압력이 요구될 수 있다. 상기 제1 연결부(1)의 직경이 100 ㎛보다 큰 경우, 유체 저장실(3)로의 유체의 정량 저장의 정확도가 떨어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 가압부(50)가 상기 제1 연결부(1)에 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 유체 저장부(30)에 유체가 저장된 후, 상기 가압부(50)에서 압력, 특히 상기 제2 연결부(5)에서 생성된 표면장력 및 상기 제1 운반채널(10)에 유체를 유입시키는 압력을 초과하는 압력을 가함으로써, 상기 제1 운반채널(10)에 유입된 유체와 상기 유체 저장부(30)에 저장된 유체를 분리하고 상기 유체 저장부(30)에 저장된 유체가 상기 저장 챔버(300)로 토출될 수 있게 한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 가압부(50)로부터 가해지는 압력은 공기압임이 바람직하며, 상기 제2 연결부(5)에서 생성된 표면장력 및 상기 제1 운반채널(10)에 유체를 유입시키는 압력을 초과하는 압력이 바람직하다. 예를 들어, 0.03 atm 내지 3 atm의 범위에서 제1 운반채널에 유체를 유입시키는 압력을 초과하는 압력을 가할 수 있다. 상기 가압부(50)로부터 가해지는 압력이 0.03 atm보다 낮을 경우, 제어가 힘들어질 수 있고, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(1000)의 정확한 작동을 보장하기 어려울 수 있다. 상기 가압부(50)로부터 가해지는 압력이 3 atm보다 높을 경우, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(1000)의 변형을 가져올 수 있고, 이에 의해 상기 마이크로 유체 장치(1000)의 정밀도를 보장하기 어려울 수 있으며, 상기 마이크로 유체 장치(1000)가 파괴될 수 있고, 또한 압력 발생이 어려워져 본 발명에 따른 마이크로 유체장치(1000)의 단가가 올라갈 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 유체 저장부(30)에 저장된 유체를 상기 저장 챔버(300)로 토출시킨 후, 상기 가압부(50)로부터 가해주었던 압력을 정지시키면, 다시 유체가 상기 제1 운반채널(10)을 통해 유입되어 상기 유체 저장부(30)에 저장되고, 이에 따라 상기와 같은 작동을 반복함으로써 상기 저장 챔버(300)에 유체를 불연속적이며 반복적으로 주입할 수 있게 된다.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 가압부(50)의 제1 연결부(1)와의 접합부(51)의 직경은, 상기 제1 연결부(1)의 직경보다 작은 것이 바람직하며, 유체가 상기 제1 운반채널(10)과 상기 유체 저장부(30) 사이를 이동할 때, 상기 가압부(50)에서 압력을 가하지 않은 경우에도 유체가 상기 가압부(50)로 유입되지 못할 정도의 표면장력을 형성할 수 있는 크기의 직경임이 바람직하다. 상기 가압부(50)의 제1 연결부(1)와의 접합부(51)의 직경은 예를 들면, 제1 연결부(1)의 직경보다 작은 조건 하에서, 100 ㎚ 내지 100 ㎛임이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 가압부(50)의 제1 연결부(1)와의 접합부(51)의 직경이 100 ㎚보다 작은 경우, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(1000)의 제작이 어려워질 수 있으며, 이후 상기 가압부(50)로부터의 높은 가압 압력이 요구될 수 있다. 상기 가압부(50)의 제1 연결부(1)와의 접합부(51)의 직경이 100 ㎛보다 큰 경우, 상기 가압부(50)의 제1 연결부(1)와의 접합부(51)에서 생성되는 표면장력의 세기가 약해져 유체가 상기 가압부(50)로 누수되는 등과 같이 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(1000)의 정상적인 작동을 보장하기 어려울 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 가압부(50)가 제1 연결부(1)로부터 멀어지는 방향으로 폭이 증가하도록 형성되는 경우, 즉, 상기 가압부(50) 중 제1 연결부(1)와의 접합부(51)에 인접한 부분을, 상기 가압부(50)의 제1 연결부(1)와의 접합부(51)로부터 상기 가압부(50)의 장치 본체로의 방향과 수직인 단면적이 그 방향으로 넓어지는 구조(즉, 상술한 특정한 프로파일 구조)로 형성함으로써, 상기 가압부(50)의 제1 연결부(1)와의 접합부(51)에서 생성되는 표면장력의 세기를 최대화할 수 있으며, 이에 의해 상기 가압부(50)로의 유체의 누수를 예방할 수 있다.

특히 상기 가압부(50) 중 제1 연결부(1)와의 접합부(51)에 인접한 부분을, 상기 가압부(50)의 제1 연결부(1)와의 접합부(51)로부터 상기 가압부(50)의 본체로의 방향과 수직인 단면적이 상기 가압부(50)의 제1 연결부(1)와의 접합부(51)로부 터 상기 가압부(50)의 장치 본체로의 방향을 기준으로 하여, 경사각 60도 내지 90도의 경사로 넓어지는 구조로 제조할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 경사각은 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(1000)의 제조 소재 및 사용하는 유체의 종류에 따라 변화될 수 있다.

상기 가압부(50)의 제1 연결부(1)와의 접합부(51)에서의 표면장력의 생성원리 역시 상술한 바와 같다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가압부(50)에서 압력을 가하지 않은 경우에도 상기 가압부(50)로의 유체의 유입이 일어나지 않음을 나타낸 현미경 사진을 도 9에 나타낸다.

상기 저장 챔버(300)는 상기 디스펜서(100)를 통해 주입된 유체를 저장하는 역할을 수행한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 저장 챔버(300)를 상기 제2 연결부(5)로부터 유체의 흐름 방향으로 폭이 증가하도록 형성하는 경우, 즉, 상기 저장 챔버(300) 중 상기 제2 연결부(5)와 인접한 부분을, 유체의 진행 방향과 수직인 단면적이 유체의 진행 방향으로 넓어지는 구조(상술한 특정한 프로파일 구조)로 형성함으로써, 상기 제2 연결부(5)에서 생성되는 표면장력의 세기를 최대화할 수 있으며, 이에 의해 상기 저장 챔버(300)로부터 상기 제2 연결부(5)로의 유체의 역류를 예방할 수 있다.

특히 상기 저장 챔버(300) 중 제2 연결부(5)와 인접한 부분을, 유체의 진행 방향과 수직인 단면적이 유체의 진행 방향을 기준으로 하여, 경사각 60도 내지 90 도의 경사로 넓어지는 구조로 제조할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 경사각은 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(1000)의 제조 소재 및 사용하는 유체의 종류에 따라 변화될 수 있다. 상기 경사각이 60도보다 작은 경우 표면 장력의 효과를 증가시키는데 비효율적이다. 상기 경사각이 90도보다 큰 경우 기포 포집(bubble trapping)이 발생될 수 있어 유체의 정량적인 주입이 어려울 수 있다.

상기 제2 연결부(5)에서 생성되는 표면장력의 세기가 최대화되는 경우, 본 발명은 상기 제2 연결부(5)에서 유입되는 유체가 반대쪽으로 누수될 위험을 예방할 수 있고, 또한 상기 제1 연결부(1)에서 생성되는 표면장력과 제2 연결부(5)에서 생성되는 표면장력의 차이가 커져, 제1 운반채널(10)로의 유체의 유입 압력의 가능범위가 넓어질 수 있으며, 이로 인해 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(1000)의 조작이 용이해질 수 있고, 상기 제1 운반채널(10)로의 유체의 유입 압력 및 가압부(50)에서 가해주는 압력을 보다 높은 압력으로 사용할 수 있어 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(1000)의 조작을 보다 신속하게 할 수 있다는 장점을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 저장 챔버(300)는 세포 배양을 위한 배양 챔버로 이용될 수 있다. 상기 저장 챔버(300)가 소수성 및 기체 투과성 재료로 제조되는 경우, 이는 화학적 안정성을 가져 높은 이온염 농도에서도 안정하며, 상기 저장 챔버(300)에 세포가 모두 채워져 상기 통풍 채널(500)이 막히더라도 상기 저장 챔버(300)의 모든 부위에서 외부와의 산소 및 이산화탄소 등의 균일한 기체 교환이 가능하게 됨으로써, 상기 저장 챔버(300) 내 모든 부분에서 세포가 호흡을 할 수 있고 이에 의해 오랜 기간, 특히 배양 기간 동안 생존할 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 통풍 채널(500)은 상기 저장 챔버(300)에 연결되어 상기 저장 챔버(300)로 유체가 주입될 수 있도록 기체를 출입시키는 역할을 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 통풍 채널(500)의 저장 챔버(300)와의 접합부(501)의 직경은, 상기 제2 연결부(5)의 직경과 같거나 그 보다 작은 것이 바람직하며, 상기 저장 챔버(300)로 주입되는 유체가 상기 통풍 채널(500)로 배출되지 않을 정도의 표면장력을 형성할 수 있는 정도의 직경임이 바람직하다. 상기 통풍 채널(500)의 저장 챔버(300)와의 접합부(501)의 직경은 예를 들면 100 ㎚ 내지 100 ㎛임이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 통풍 채널(500)의 저장 챔버(300)와의 접합부(501)의 직경이 100 ㎚보다 작은 경우, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(1000)의 제작이 어려워질 수 있다. 상기 통풍 채널(500)의 저장 챔버(300)와의 접합부(501)의 직경이 100 ㎛보다 큰 경우, 상기 통풍 채널(500)의 저장 챔버(300)와의 접합부(501)에서 생성되는 표면장력의 세기가 약해져 유체의 누수가 발생될 수 있으며, 이로 인해 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(1000)의 정상적인 작동을 보장하기 어려울 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 통풍 채널(500)을 상기 저장 챔버(300)로부터 유체 흐름 방향으로 폭이 증가하도록 형성하는 경우, 즉, 상기 통풍 채널(500) 중 저장 챔버(300)와 인접한 부분을, 상기 통풍 채널(500)의 저장 챔버(300)와의 접합부(501)로부터 상기 통풍 채널(500)의 장치 본체로의 방향과 수직인 단면적이 그 방향으로 넓어지는 구조(상술한 특정한 프로파일 구조)로 형성함으로써, 상기 통풍 채널(500)의 저장 챔버(300)와의 접합부(501)에서 생성되는 표면장력의 세기를 최대화할 수 있으며, 이에 의해 상기 통풍 채널(500)로의 유체의 누수를 예방할 수 있다.

특히 상기 통풍 채널(500) 중 저장 챔버(300)와 인접한 부분을, 상기 통풍 채널(500)의 저장 챔버(300)와의 접합부(501)로부터 상기 통풍 채널(500)의 장치 본체로의 방향과 수직인 단면적이 상기 통풍 채널(500)의 저장 챔버(300)와의 접합부(501)로부터 상기 통풍 채널(500)의 장치 본체로의 방향을 기준으로 하여, 경사각 60도 내지 90도의 경사로 넓어지는 구조로 제조할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 경사각은 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(1000)의 제조 소재 및 사용하는 유체의 종류에 따라 변화될 수 있다.

상기 통풍 채널(500)의 저장 챔버(300)와의 접합부(501)에서의 표면장력의 생성원리 역시 상술한 바와 같다.

다만, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 유체 저장부(30)를 상기 저장 챔버(300)와 직접 연결하는 경우, 상기 제2 연결부(5)에서 상기 유체 저장부(30)에 저장된 유체와 상기 저장 챔버(300)에 주입된 유체가 접촉하게 되면 상기 접촉된 유체간에 응집력이 생겨 상기 유체 저장부(30)에 저장된 유체가 의도하지 않게 상기 저장 챔버(300)로 흘러들어갈 수도 있다. 따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 상기 유체 저장부(30)와 상기 저장 챔버(300) 사이에 제2 운반채널을 설치할 수 있으며, 상기 제2 운반채널은 상기 유체 저장부(30)와 상기 저장 챔버(300)를 분리시켜 상기 유체간의 응집력의 발생을 예방하는 완충 장치의 역할을 할 수 있다.

이하 도 3 및 도 4에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 장치(2000) 및 유체 저장부(40)의 개략적인 블록도들에 근거하여 설명한다.

도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 장치(2000)는 유체 주입 장치인 디스펜서(200); 상기 디스펜서(200)에 연결되고, 상기 디스펜서(200)에 의해 주입되는 유체를 저장하는 저장 챔버(400); 및 상기 저장 챔버(400)에 연결되고, 기체를 출입시키는 통풍 채널(600)을 포함하며, 상기 디스펜서(200)는 유체를 유입시키는 제1 운반채널(20), 상기 제1 운반채널(20)과 연결되고 상기 제1 운반채널(20)을 통해 유입되는 유체를 저장하는 유체 저장부(40), 상기 유체 저장부(40)에 연결되며 압력을 가하여 상기 제1 운반채널(20)에 유입된 유체와 상기 유체 저장부(40)에 저장된 유체를 분리하고 상기 유체 저장부(40)에 저장된 유체를 토출시키는 가압부(80), 및 상기 유체 저장부(40) 및 상기 저장 챔버(400)에 연결되고 상기 유체 저장부(40)와 상기 저장 챔버(400) 사이에 공간을 확보하여 완충 작용을 하는 제2 운반채널(60)을 포함하고, 상기 유체 저장부(40)는 상기 제1 운반채널(20) 및 상기 가압부(80)와 연결되는 제1 연결부(2), 유체를 저장하는 유체 저장실(4), 및 상기 제2 운반채널(60)과 연결되는 제2 연결부(6)를 포함할 수 있다.

제1 운반채널(20), 유체 저장부(40), 가압부(80), 저장 챔버(400), 통풍 채 널(600), 제1 연결부(2), 유체 저장실(4), 제2 연결부(6), 가압부(80)의 제1 연결부(2)와의 접합부(81), 및 통풍 채널(600)의 저장 챔버(400)와의 접합부(601)에 대한 설명은, 이하 달리 설명되지 아니하는 한 상술한 제1 운반채널(10), 유체 저장부(30), 가압부(50), 저장 챔버(300), 통풍 채널(500), 제1 연결부(1), 유체 저장실(3), 제2 연결부(5), 가압부(50)의 제1 연결부(1)와의 접합부(51), 및 통풍 채널(500)의 저장 챔버(300)와의 접합부(501)에 대한 설명과 같다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제2 운반채널(60)은 상기 유체 저장부(40)로부터 토출된 유체를 상기 저장 챔버(400)로 이송하는 역할을 수행할 수 있으며, 또한 상기 유체 저장부(40)와 상기 저장 챔버(400) 사이에 공간을 확보하여 분리시킴으로써, 상기 유체 저장부(40)에 저장된 유체와 상기 저장 챔버(400)에 주입된 유체간의 접촉을 예방할 수 있고 이에 의해 유체간의 접촉에 의한 응집력의 발생을 방지할 수 있어 상기 유체 저장부(40)에 저장된 유체의 상기 저장 챔버(400)로의 원하지 않는 유입을 막을 수 있다는 장점을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제2 운반채널(60)을 상기 제2 연결부(6)로부터 유체 흐름 방향으로 폭이 증가하도록 형성하는 경우, 즉, 상기 제2 운반채널(60) 중 제2 연결부(6)와 인접한 부분을, 유체의 진행 방향과 수직인 단면적이 유체의 진행 방향으로 넓어지는 구조(상술한 특정한 프로파일 구조)로 형성함으로써, 상기 제2 연결부(6)에서 생성되는 표면장력의 세기를 최대화할 수 있다.

특히, 상기 제2 운반채널(60) 중 제2 연결부(6)와 인접한 부분을, 유체의 진행 방향과 수직인 단면적이 유체의 진행 방향을 기준으로 하여, 경사각 60도 내지 90도의 경사로 넓어지는 구조로 제조할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 경사각은 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(2000)의 제조 소재 및 사용하는 유체의 종류에 따라 변화될 수 있다. 상기 경사각이 60도보다 작은 경우 표면 장력의 효과를 증가시키는데 비효율적이다. 상기 경사각이 90도보다 큰 경우 기포 포집이 발생될 수 있어 유체의 정량적인 주입이 어려울 수 있다. 상기 제2 연결부(6)에서 생성되는 표면장력의 세기의 최대화로 인한 장점은 상술한 바와 같다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제2 운반채널(60)의 저장 챔버(400)와의 접합부(61)의 직경은 상기 저장 챔버(400)로 주입된 유체가 상기 제2 운반채널(60)로 역류하지 않을 정도의 표면장력을 형성할 수 있을 정도의 직경임이 바람직하다. 상기 제2 운반채널(60)의 저장 챔버(400)와의 접합부(61)의 직경은 예를 들면 100 ㎚ 내지 100 ㎛임이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제2 운반채널(60)의 저장 챔버(400)와의 접합부(61)의 직경이 100 ㎚보다 작은 경우, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(2000)의 제작이 어려워질 수 있다. 상기 제2 운반채널(60)의 저장 챔버(400)와의 접합부(61)의 직경이 100 ㎛보다 큰 경우, 상기 제2 운반채널(60)의 저장 챔버(400)와의 접합부(61)에서 생성되는 표면장력의 세기가 약해져 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(2000)의 정상적인 작동을 보장하기 어려울 수 있다.

상기 상기 제2 운반채널(60)의 저장 챔버(400)와의 접합부(61)에서의 표면장력의 생성원리 역시 상술한 바와 같다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제2 운반채널(60)이 설치된 경우, 상기 유체 저장부(40)에 유체가 저장된 후, 상기 가압부(80)에서는 상기 제1 운반채널(20)에 유체를 유입시키는 압력, 상기 제2 연결부(6)에서의 표면장력 뿐 아니라 상기 제2 운반채널(60)의 저장 챔버(400)와의 접합부(61)에서의 표면장력을 초과하는 압력을 가함으로써, 상기 제1 운반채널(20)에 유입된 유체와 상기 유체 저장부(40)에 저장된 유체를 분리하고 상기 유체 저장부(40)에 저장된 유체를 토출시켜 상기 제2 운반채널(60)을 경유하여 상기 저장 챔버(400)로 주입될 수 있게 한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 가압부(80)로부터 가해지는 압력은 공기압임이 바람직하며, 상기 제1 운반채널(20)에 유체를 유입시키는 압력, 상기 제2 연결부(6)에서의 표면장력 뿐 아니라 상기 제2 운반채널(60)의 저장 챔버(400)와의 접합부(61)에서의 표면장력을 초과하는 압력이 바람직하다. 예를 들어, 압력은 0.03 atm 내지 3 atm의 범위 내에서 상기 조건을 만족하는 압력임이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 가압부(80)로부터 가해지는 압력이 0.03 atm보다 낮을 경우, 제어가 힘들어질 수 있고, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(2000)의 정확한 작동을 보장하기 어려울 수 있다. 상기 가압부(80)로부터 가해지는 압력이 3 atm보다 높을 경우, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(2000)의 변형을 가져올 수 있고, 이에 의해 상기 마이크로 유체 장치(2000)의 정밀도를 보장하기 어려울 수 있으며, 상기 마이크로 유체 장치(2000)가 파괴될 수 있고, 또한 압력 발생이 어려워져 본 발명에 따른 마이크로 유체장치(2000)의 단가가 올라갈 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 통풍 채널(600)의 저장 챔버(400)와의 접합부(601)의 직경은, 상기 제2 운반채널(60)의 저장 챔버(400)와의 접합부(61)의 직 경과 같거나 그 보다 작으며, 상기 저장 챔버(400)로 주입되는 유체가 상기 통풍 채널(600)로 배출되지 않을 정도의 표면장력을 형성할 수 있는 정도의 직경임이 바람직하다. 상기 통풍 채널(600)의 저장 챔버(400)와의 접합부(601)의 직경은 예를 들면 100 ㎚ 내지 100 ㎛임이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 통풍 채널(600)의 저장 챔버(400)와의 접합부(601)의 직경이 100 ㎚보다 작은 경우, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(2000)의 제작이 어려워질 수 있다. 상기 통풍 채널(600)의 저장 챔버(400)와의 접합부(601)의 직경이 100 ㎛보다 큰 경우, 상기 통풍 채널(600)의 저장 챔버(400)와의 접합부(601)에서 생성되는 표면장력의 세기가 약해져 유체의 누수가 발생될 수 있으며, 이로 인해 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치(2000)의 정상적인 작동을 보장하기 어려울 수 있다.

상기 통풍 채널(600)의 저장 챔버(400)와의 접합부(601)에서의 표면장력의 생성원리 역시 상술한 바와 같다.

본 발명의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치는 1개 이상의 디스펜서가 저장 챔버에 연결될 수 있고, 이에 의해 1 종류의 유체뿐 아니라 2 종류 이상의 상이한 유체를 각각 독립적으로 정량적이며 불연속적으로, 또한 동시에 또는 개별적으로 조절하여 상기 저장 챔버에 주입할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치에 있어서는 종래 상이한 유체의 개별적 제어가 곤란하였던 문제점을 해결하여, 각각의 유체를 독립적, 불연속적 및 효율적으로 조절가능한 특징을 갖는다. 이에 따라, 상기 마이크로 유체 장 치는 의학, 약학 및 생명공학 등의 다양한 분야에서 효과적으로 이용될 수 있으며, 특히 2종 이상의 약물을 혼합하여 제조되는 칵테일 약물과 같은 신약 개발 분야에 유용하게 이용될 수 있다는 장점을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치가 2개 이상의 디스펜서를 구비하고, 유체로서 약물 또는 배지를 이용하는 경우, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치는 2종 이상의 약물 또는 배지를 각각 독립적으로 조절하여 저장 챔버에 주입하는 것을 가능하게 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치는 통풍 채널을 1개 이상 구비할 수 있으며, 이는 유체의 저장 챔버로의 주입을 용이하게 하고, 저장 챔버와 외부와의 기체, 예를 들면 산소 및 이산화탄소의 교환을 보다 용이하게 하여, 상기 저장 챔버에 미생물이나 세포를 주입할 경우 이들의 생존 가능 기간을 연장하도록 도움을 줄 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치는 주입하는 유체(소수성 물질 또는 친수성 물질)와 상기 유체와 반대되는 물성(친수성 또는 소수성)을 가진 소재로 제조된 마이크로 유체 장치의 각 구성부분과의 반발력 및 일부 구성부분들에서 매우 작은 크기의 직경으로 인한 표면장력의 생성, 제1 운반채널에 유체를 유입시키는 압력 및 가압부에서의 압력의 조절, 각 구성부분들의 유기적인 배열과 특정 프로파일과 같은 구조적인 특징, 및 1개 이상의 디스펜서의 설치로 인하여, 1 종류 이상의 유체의 독립적이고 불연속적이며 정량적이고 반복적인 주입을 가능하게 할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치는 1 종류 이상의 유체를 각각 독립적이고 불연속적으로 조절하여 정량적으로 이용하는 실험이 요구되는 생물학, 약학 및 화학 등 다양한 분야에 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 마이크로 유체 장치는 전력을 연결하여 자동화할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 자동화된 마이크로 유체 장치의 저장 챔버에 1 종류 이상의 유체를 1회 주입하는데 걸리는 시간은 바람직하게는 유체의 증발이 일어나지 않을 정도의 시간으로서 6초 이내일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 장치의 근접촬영 사진을 도 5에 나타낸다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 장치의 디스펜서의 확대도를 도 6에 나타내며, 통풍 채널의 확대도를 도 7에 나타낸다.

한편, 본 발명은 제1 운반채널에 유체를 유입시키는 단계; 상기 제1 운반채널에 유입된 유체를 상기 제1 운반채널을 통해 유체 저장부에 저장하는 단계; 및 가압부에서 상기 유체 저장부에 압력을 가하여 상기 제1 운반채널에 유입된 유체와 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 분리하고 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 저장 챔버로 토출시키는 단계를 포함하는 유체 주입 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 가압부에서 상기 유체 저장부에 압력을 가하여 상기 제1 운반채널에 유입된 유체와 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 분리하고 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 저장 챔버로 토출시키는 단계는 제2 운 반채널을 경유하여 저장 챔버로 토출시키는 단계일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 운반채널에 유체를 유입시키는 단계는 일정한 압력, 예를 들면 0.03 atm 내지 3 atm의 정압을 가하여 유체를 유입시키는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며, 또한 압력을 가하지 않더라도 유체를 유입시킬 수 있는 방법이면 제한되지 않고 이용될 수 있다. 상기 제1 운반채널에 유체를 유입시키는 압력으로 0.03 atm보다 작은 압력을 이용하는 경우, 제어가 어려워질 수 있다. 상기 제1 운반채널에 유체를 유입시키는 압력으로 3 atm보다 큰 압력을 이용하는 경우, 압력 발생에 많은 비용이 소요되며, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치를 이동형 장치로 만드는데 어려움이 있을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 운반채널에 유입된 유체를 상기 제1 운반채널을 통해 유입시켜 유체 저장부에 저장하는 단계에서는 상술한 바와 같이 상이한 물성을 가진 물질 간의 반발력 및 제2 연결부의 직경 크기에 기인하여 제2 연결부에서 생성된 표면장력이 상기 제1 운반채널에 유체를 유입시키는 압력보다 커서, 유체가 상기 유체 저장부 특히, 유체 저장실에 저장된 후에 상기 유체의 흐름이 멈출 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 운반채널에 유입시키는 유체의 양은 상기 유체 저장부, 특히 유체 저장실의 부피 이상이어야 유체의 정량적 주입이 가능할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 가압부에서 상기 유체 저장부에 압력을 가하여 상기 제1 운반채널에 유입된 유체와 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 분리하 고 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 저장 챔버로 토출시키는 단계는 상기 가압부에서 상기 유체 저장부의 제2 연결부에서의 표면장력 및 제1 운반채널에 유체를 유입시키는 압력을 초과하는 압력, 예를 들면 0.03 atm 내지 3 atm의 압력을 가함으로써 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 가압부에서 상기 유체 저장부에 가하는 압력으로 0.03 atm보다 작은 압력을 이용하는 경우, 제어가 어려워질 수 있다. 상기 가압부에서 상기 유체 저장부에 가하는 압력으로 3 atm보다 큰 압력을 이용하는 경우, 압력 발생에 많은 비용이 소요되며, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치를 이동형 장치로 만드는데 어려움이 있을 수 있다.

실시예

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 제한되는 것은 아니다.

실시예 1. 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치의 제조

본 발명에 따른 마이크로 유체 장치는 공지의 PDMS 몰딩을 이용한 방법으로 제조하였다.

상기 제조된 마이크로 유체 장치의 각 구성부분의 구조는 하기와 같다:

- 제1 운반채널의 직경: 200 ㎛ × 25 ㎛(가로직경의 크기 × 세로직경의 크기),

- 유체 저장부의 길이: 550 ㎛,

- 유체 저장실의 직경: 200 ㎛ × 25 ㎛(가로직경의 크기×세로직경의 크기),

- 유체 저장실의 부피: 2.5 nℓ,

- 제1 연결부의 직경: 80 ㎛ × 25 ㎛(가로직경의 크기×세로직경의 크기),

- 제2 연결부의 직경: 25 ㎛ × 25 ㎛(가로직경의 크기×세로직경의 크기),

- 제2 운반채널의 저장 챔버와의 접합부의 직경: 25 ㎛ × 25 ㎛(가로직경의 크기×세로직경의 크기),

- 가압부의 제1 연결부와의 접합부의 직경: 10 ㎛ × 25 ㎛(가로직경의 크기×세로직경의 크기),

- 통풍 채널의 저장 챔버와의 접합부의 직경: 10 ㎛ × 25 ㎛(가로직경의 크기×세로직경의 크기),

- 마이크로 유체 장치의 크기: 1.5 ㎝ × 1.5 ㎝.

실시예 2. 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치를 이용한 약물 스크리닝 시험 1

EGFP 발현 E.coli. 및 항생제인 페니실린/스트렙토마이신을 이용하여 약물 스크리닝 시험을 실시하였다.

페니실린/스트렙토마이신(Hyclone, 페니실린-스트렙토마이신 용액, 10,000 units/㎖)을 5가지 다른 용량: 0, 2.5, 5, 7.5, 10 nℓ로 각각의 저장 챔버(10 ㎕) 에 주입했다.

상기 페니실린/스트렙토마이신의 주입과정을 도 8 a) 내지 d)에 나타낸다.

도 8 a)는 제1 운반채널에 약 0.1 atm의 압력을 가해 유체를 유입시켜 유체 저장부에 채운 것을 나타내는 현미경 사진이며, 이에 의하여 제2 연결부에서의 표면장력에 의해 유체의 흐름이 멈추는 것을 확인할 수 있다.

도 8 b)는 가압부에서 약 0.16 atm의 압력을 가해 제1 운반채널의 유체와 유체 저장부의 유체를 분리하고, 상기 유체 저장부의 유체가 제2 운반채널로 토출되는 것을 나타내는 현미경 사진이다.

도 8 c)는 가압부에서 약 0.16 atm의 압력을 가해 제2 운반채널의 유체를 저장 챔버로 주입한 것을 나타내는 현미경 사진이다.

도 8 d)는 상기 도 8 a)의 반복 작동을 나타내는 현미경 사진이다.

상기 다른 용량으로 페니실린/스트렙토마이신이 주입된 각각의 저장 챔버에 배지(LB broth)를 EGFP 발현 E.coli.와 함께 주입하여 상기 저장 챔버를 채웠다.

상기 배지의 주입과정을 도 8 e) 내지 g)에 나타낸다. 이는 상기 도 8 a) 내지 c)와 동일한 메카니즘에 의해 이루어진다.

상기 EGFP 발현 E.coli.를 실험 전에 37℃에서 1시간 30분 동안 벌크 상태(bulk state)에서 배양하였다. 또한 상기 페니실린/스트렙토마이신 및 배지의 주입 후에, 10시간 30분 동안 배양하였다.

이후, 상기 5개 샘플들에 대하여 초록 형광 강도(green fluorescence intensity)를 측정하였다. 그 결과를 도 10에 나타낸다.

도 11은 상기 5개 샘플들의 배양 E.coli.의 형광 현미경(fluorescence microscopy) 사진을 나타낸다.

도 10 및 도 11은 항생제인 페니실린/스트렙토마이신의 상이한 주입 용량의 E.coli.에 대한 영향을 명확하게 나타낸다. 도 11에 나타난 바에 의하면, 배지에 대한 1/1000의 페니실린/스트렙토마이신은 모든 E.coli.를 소멸시켰다.

이로써, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치를 이용하면 유체의 정량적 반복적인 주입이 가능함을 확인할 수 있다.

실시예 3. 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치를 이용한 약물 스크리닝 시험 2

EGFP 발현 E.coli., 엠피실린(Amp) 및 페니실린/스트렙토마이신(Pen & Strp)을 이용하여 약물 스크리닝 시험을 실시하였다.

엠피실린(50 ㎍/㎖)을 5가지 다른 용량: 0, 2.5, 5, 7.5 및 10 nℓ로 각각 4개씩의 저장 챔버에 주입했다.

이후 상기 다른 용량으로 엠피실린이 주입된 4개씩의 각각의 저장 챔버에 페니실린/스트렙토마이신(hyclone, 페니실린-스트렙토마이신 용액, 10,000 units/㎖)을 4가지 다른 용량:0, 2.5, 5 및 7.5 nℓ로 주입했다.

상기 항생제들을 주입한 후에, 배지(LB broth, 10 ㎕)를 EGFP 발현 E.coli.와 함께 상기 저장 챔버에 주입하여 상기 저장 챔버를 채웠다.

상기 주입 과정을 도 8에 나타낸다. 도 8에 대한 설명은 실시예 2에서 상술한 바와 같다.

상기 EGFP 발현 E.coli.는 실험 전에 37℃에서 1시간 30분 동안 벌크 상태로 배양하였다. 또한 상기 엠피실린, 페니실린/스트렙토마이신 및 배지의 주입 후에, 10시간 30분 동안 배양하였다.

이후, 상기 20개 샘플들의 초록 형광 강도를 측정하였다. 그 결과를 도 12에 나타낸다.

실험의 결과는 페니실린/스트렙토마이신이 보다 높은 용량에서 보다 많은 EGFP 발현 E.coli.를 소멸시킨다는 점을 나타낸다. 한편, 엠피실린의 경우 용량 증가시 상기 페니실린/스트렙토마이신과는 상이한 결과를 나타내었는데, 이는 본 실험에 있어서 EGFP 발현을 위해 사용된 발현 벡터인 pK7이 가지고 있는 엠피실린 저항 유전자에 의하여 나타난 결과이다.

이로써, 본 발명에 따른 마이크로 유체 장치를 이용하면 2종 이상의 유체를 각각 독립적이고 불연속적으로 정량적 반복적인 주입이 가능함을 확인할 수 있다.

따라서 본 발명은 2종 이상의 약물을 혼합하는 칵테일링(cocktailing)으로 처방된 구성 약물들의 용량 변화에 따른 세포의 반응들의 미세한 변화를 관찰하기 위해 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 장치의 개략적인 블록도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 저장부의 개략적인 블록도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 장치의 개략적인 블록도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 저장부의 개략적인 블록도.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 장치의 근접 촬영 사진.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 장치의 디스펜서의 확대 현미경 사진.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 장치의 통풍 채널의 확대 현미경 사진.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 장치의 작동과정을 나타낸 현미경 사진 및 근접 촬영 사진.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 가압부에서 압력을 가하지 않은 경우에도 가압부로의 유체의 누수가 일어나지 않음을 나타낸 현미경 사진.

도 10은 실시예 2의 페니실린/스트렙토마이신:배지의 비율에 따른 초록 형광 강도를 나타낸 그래프.

도 11은 실시예 2의 페니실린/스트렙토마이신:배지의 비율에 따른의 배양 E.coli.의 형광 현미경 사진.

도 12는 실시예 3의 항생제:배지(페니실린/스트렙토마이신:배지 및 엠피실린:배지)의 비율에 따른 초록 형광 강도를 나타낸 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1000, 2000: 마이크로 유체 장치 100, 200: 디스펜서

300, 400: 저장 챔버 500, 600: 통풍 채널

10, 20: 제1 운반채널 30, 40: 유체 저장부

50, 80: 가압부 60: 제2 운반채널

1, 2: 제1 연결부 3, 4: 유체 저장실

5, 6: 제2 연결부

501, 601: 통풍 채널의 저장 챔버와의 접합부

51, 81: 가압부의 제1 연결부와의 접합부

61: 제2 운반채널의 저장 챔버와의 접합부

Claims (28)

1. 디스펜서;

   상기 디스펜서에 연결되고, 상기 디스펜서에 의해 주입되는 유체를 저장하는 저장 챔버; 및

   상기 저장 챔버에 연결되고, 기체를 출입시키는 통풍 채널을 포함하며,

   상기 디스펜서는 유체를 유입시키는 제1 운반채널, 상기 제1 운반채널 및 상기 저장 챔버와 연결되고 상기 제1 운반채널을 통해 유입되는 유체를 저장하는 유체 저장부, 및 상기 유체 저장부에 연결되며 압력을 가하여 상기 제1 운반채널에 유입된 유체와 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 분리하고 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 상기 저장 챔버로 토출시키는 가압부를 포함하는,

   마이크로 유체 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 디스펜서는 상기 유체 저장부와 상기 저장 챔버 사이에 제2 운반채널을 더 포함하며, 상기 제2 운반채널은 상기 유체 저장부와 상기 저장 챔버 사이에 공간을 확보하여 완충 작용을 하는

   마이크로 유체 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 마이크로 유체 장치는 주입되는 유체가 친수성 물질이면 소수성 재료로 형성되고, 주입되는 유체가 소수성 물질이면 친수성 재료로 형성되는

   마이크로 유체 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 소수성 재료는 폴리디메틸실록세인(PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 파라릴렌 및 테플론으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인

   마이크로 유체 장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 친수성 재료는 유리, 폴리에틸렌, 친수성 표면 처리된 고분자 및 자기조립단층(SAM) 코팅된 고분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인

   마이크로 유체 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 친수성 표면 처리된 고분자는 산소 플라즈마 처리된 고분자인

   마이크로 유체 장치.
7. 제3항에 있어서,

   상기 마이크로 유체 장치는 기체 투과성 재료로 형성되는

   마이크로 유체 장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 기체투과성 재료는 폴리디메틸실록세인(PDMS)인

   마이크로 유체 장치.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 유체 저장부는, 상기 제1 운반채널 및 상기 가압부와 연결되는 제1 연결부, 유체를 저장하는 유체 저장실, 및 상기 저장 챔버 또는 상기 제2 운반채널과 연결되는 제2 연결부를 포함하는

   마이크로 유체 장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 저장 챔버는 상기 제2 연결부로부터 유체의 흐름 방향으로 폭이 증가하도록 형성되며, 상기 제2 운반채널은 상기 제2 연결부로부터 유체 흐름 방향으로 폭이 증가하도록 형성되는

    마이크로 유체 장치.
11. 제9항에 있어서,

    상기 가압부는 상기 제1 연결부로부터 멀어지는 방향으로 폭이 증가하도록 형성되는

    마이크로 유체 장치.
12. 제9항에 있어서,

    상기 통풍 채널은 상기 저장 챔버로부터 유체 흐름 방향으로 폭이 증가하도록 형성되는

    마이크로 유체 장치.
13. 제9항에 있어서,

    상기 제1 연결부의 직경은 상기 제1 운반채널의 직경보다 작으며, 상기 제2 연결부의 직경은 상기 제1 연결부의 직경보다 작은

    마이크로 유체 장치.
14. 제13항에 있어서,

    상기 제1 연결부의 직경은 100 ㎚ 내지 100 ㎛인

    마이크로 유체 장치.
15. 제13항에 있어서,

    상기 제2 연결부의 직경은 100 ㎚ 내지 100 ㎛인

    마이크로 유체 장치.
16. 제9항에 있어서,

    상기 유체 저장실의 부피는 10 pℓ 내지 1 ㎕인

    마이크로 유체 장치.
17. 제9항에 있어서,

    상기 가압부의 상기 제1 연결부와의 접합부의 직경은 상기 제1 연결부의 직경보다 작은

    마이크로 유체 장치.
18. 제17항에 있어서,

    상기 가압부의 상기 제1 연결부와의 접합부의 직경은 100 ㎚ 내지 100 ㎛인

    마이크로 유체 장치.
19. 제2항에 있어서,

    상기 제2 운반채널의 상기 저장 챔버와의 접합부의 직경은 100 ㎚ 내지 100 ㎛인

    마이크로 유체 장치.
20. 제9항에 있어서,

    상기 통풍 채널의 상기 저장 챔버와의 접합부의 직경은 상기 제2 연결부의 직경 또는 상기 제2 운반채널의 상기 저장 챔버와의 접합부의 직경과 같거나 또는 그 보다 작은

    마이크로 유체 장치.
21. 제20항에 있어서,

    상기 통풍 채널의 상기 저장 챔버와의 접합부의 직경은 100 ㎚ 내지 100 ㎛인

    마이크로 유체 장치.
22. 제1항에 있어서,

    상기 디스펜서를 1개 이상 포함하는

    마이크로 유체 장치.
23. 제1항에 있어서,

    상기 통풍 채널을 1개 이상 포함하는

    마이크로 유체 장치.
24. 제1 운반채널에 유체를 유입시키는 단계;

    상기 제1 운반채널에 유입된 유체를 상기 제1 운반채널을 통해 유체 저장부에 저장하는 단계; 및

    가압부에서 상기 유체 저장부에 압력을 가하여 상기 제1 운반채널에 유입된 유체와 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 분리하고 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 저장 챔버로 토출시키는 단계를 포함하는 유체 주입 방법.
25. 제24항에 있어서,

    상기 가압부에서 상기 유체 저장부에 압력을 가하여 상기 제1 운반채널에 유입된 유체와 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 분리하고 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 저장 챔버로 토출시키는 단계는 제2 운반채널을 경유하여 저장 챔버로 토출시키는 단계인

    유체 주입 방법.
26. 제24항에 있어서,

    상기 제1 운반채널에 유체를 유입시키는 단계는 0.03 atm 내지 3 atm의 압력에 의해 이루어지는 단계인

    유체 주입 방법.
27. 제24항에 있어서,

    상기 가압부에서 상기 유체 저장부에 압력을 가하여 상기 제1 운반채널에 유입된 유체와 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 분리하고 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 저장 챔버로 토출시키는 단계는 상기 가압부에서 상기 유체 저장부의 제2 연결부에서의 표면장력 및 제1 운반채널에 유체를 유입시키는 압력을 초과하는 압력을 가하여 이루어지는 단계인

    유체 주입 방법.
28. 제27항에 있어서,

    상기 가압부에서 상기 유체 저장부에 압력을 가하여 상기 제1 운반채널에 유입된 유체와 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 분리하고 상기 유체 저장부에 저장된 유체를 저장 챔버로 토출시키는 단계는 상기 가압부에서 0.03 atm 내지 3 atm의 압력을 가하여 이루어지는 단계인

    유체 주입 방법.

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