KR101159581B1

KR101159581B1 - Microfluidic device for particle separation using capture materials

Info

Publication number: KR101159581B1
Application number: KR1020100039628A
Authority: KR
Inventors: 조영호; 도일
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2012-06-26
Also published as: KR20110120103A

Abstract

미소입자 처리 장치는 서로 다른 제1 및 제2 유형들의 미소입자들을 포함하는 유체의 흐름을 위한 공간을 제공하며 마주보는 제1 면과 제2 면을 갖는 유동 챔버, 상기 유동 챔버의 상기 제1 면으로부터 연장 형성되고 상기 제1 유형의 미소입자를 포획하기 위한 제1 물질막을 갖는 다수개의 제1 수직형 필라들 및 상기 유동 챔버의 상기 제2 면으로부터 연장 형성되고 상기 제2 유형의 미소입자를 포획하기 위한 제2 물질막을 갖는 다수개의 제2 수직형 필라들을 포함한다.The microparticle processing apparatus provides a space for the flow of a fluid comprising different first and second types of microparticles and has a flow chamber having opposing first and second surfaces, said first surface of said flow chamber. A plurality of first vertical pillars extending from and having a first material film for capturing the first type of microparticles and extending from the second face of the flow chamber and capturing the second type of microparticles A plurality of second vertical pillars having a second material film for the purpose.

Description

Microfluidic device for particle separation using capture materials

본 발명은 포획 물질을 이용한 미소입자 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선택적 포획 물질을 이용하여 유체 내의 미소입자를 분리하여 포획하기 위한 미소입자 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a microparticle processing apparatus using a trapping material, and more particularly, to a microparticle processing apparatus for separating and capturing microparticles in a fluid using a selective trapping material.

바이오칩(Biochip)은 마이크로어레이(microarrary)와 미세유체장치로 구분되고 있다. 마이크로어레이는 디엔에이(DNA, deoxyribonucleic acid), 단백질(protein) 등을 배열하여 인간의 타액, 땀 등의 생리학적 유체(physiological fluid)와 혈액(blood) 등의 샘플로부터 DNA, 단백질, 효소(enzyme) 등의 타깃(target)을 포획하여 분석하는 장치이며, DNA칩(DNA chip), 단백질칩(protein chip) 등이 있다. 미세유체장치는 샘플을 흘려보내면서 센서, 생물분자 등과 반응하는 타깃을 분석하는 장치이며, 미세유체칩(microfluidic chip) 또는 랩온어칩(Lab-on-a chip)이라 부르고도 있다.Biochip is divided into microarrary and microfluidic device. Microarray arranges DNA, deoxyribonucleic acid (DNA), protein, and so on to make DNA, protein, and enzyme from samples such as physiological fluids such as human saliva and sweat and blood. It is a device that captures and analyzes targets such as DNA chips, protein chips, and the like. The microfluidic device is a device that analyzes a target that reacts with a sensor, a biomolecule, etc. while flowing a sample, and is also called a microfluidic chip or a lab-on-a chip.

미세유체장치는 미국 특허출원공개 제2007/0259424A1호에 개시되어 있다. 이 특허문헌의 미세유체장치는 상부층(top layer), 하부층(bottom layer)과 복수의 장애물들(obstacles)로 구성되어 있다. 장애물들의 표면에 결합제 부분(binding moiety), 예를 들어 항체(antibody), 충전폴리머(charged polymer), 세포들(cells)과 결합되는 분자(molecule)가 코팅되어 있다. 장애물은 상부층 또는 하부층의 표면으로부터 높이 방향으로 형성되어 있는 마이크로포스트(micropost)들로 구성되어 있다. 샘플, 예를 들어 혈액은 상부층의 입구(inlet)를 통하여 도입된 후, 채널(channel)을 따라 흘러 상부층의 출구(outlet)를 통하여 배출된다. 혈액에 포함되어 있는 세포는 결합제 부분에 포획된다. Microfluidic devices are disclosed in US Patent Application Publication No. 2007 / 0259424A1. The microfluidic device of this patent document is composed of a top layer, a bottom layer and a plurality of obstacles. The surface of the obstacles is coated with a binding moiety, for example an antibody, a charged polymer, a molecule that binds to cells. The obstacle consists of microposts formed in the height direction from the surface of the upper or lower layer. The sample, for example blood, is introduced through the inlet of the upper layer and then flows along the channel and exits through the outlet of the upper layer. The cells contained in the blood are captured in the binder portion.

그러나 상기한 바와 같은 미세유체장치는 타깃을 단순히 결합제 부분에 결합하여 포획하기 때문에 타깃의 포획률이 매우 낮은 단점이 있다. 또한, 샘플이 복수 유형의 타깃들을 포함하고 있는 경우, 결합제 부분에 의하여 복수의 타깃들 중 선택된 유형의 타깃만 포획할 수 있기 때문에 그 용도가 제한되는 문제점이 있다.However, the microfluidic device as described above has a disadvantage in that the capture rate of the target is very low because the target is simply captured by the binder. In addition, when the sample includes a plurality of types of targets, there is a problem in that its use is limited because only a selected type of target among the plurality of targets can be captured by the binder portion.

본 발명의 목적은 유체 내의 미소입자를 효율적으로 분리하여 포획할 수 있는 단순한 공정에 의해 제조될 수 있으며, 높은 충진율을 구현할 수 있는 디스플레이용 간섭변조 구동기를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an interference modulation driver for a display that can be manufactured by a simple process that can efficiently separate and capture microparticles in a fluid, and can realize a high filling rate.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 미소입자 처리 장치는 서로 다른 제1 및 제2 유형들의 미소입자들을 포함하는 유체의 흐름을 위한 공간을 제공하며 마주보는 제1 면과 제2 면을 갖는 유동 챔버, 상기 유동 챔버의 상기 제1 면으로부터 연장 형성되고 상기 제1 유형의 미소입자를 포획하기 위한 제1 물질막을 갖는 다수개의 제1 수직형 필라들 및 상기 유동 챔버의 상기 제2 면으로부터 연장 형성되고 상기 제2 유형의 미소입자를 포획하기 위한 제2 물질막을 갖는 다수개의 제2 수직형 필라들을 포함한다.In order to achieve the above object of the present invention, the microparticle processing apparatus according to the present invention provides a space for the flow of a fluid including different first and second types of microparticles, and faces the first and second surfaces thereof. A plurality of first vertical pillars extending from the first face of the flow chamber and having a first material film for capturing the first type of microparticles and the second face of the flow chamber; And a plurality of second vertical pillars extending from and having a second material film for capturing the second type of microparticles.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 수직형 필라들은 상기 유체의 흐름 방향에 대하여 직교하는 방향으로 배열될 수 있다. 상기 제1 및 제2 수직형 필라들은 서로 교호적으로 배열될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first and second vertical pillars may be arranged in a direction perpendicular to the flow direction of the fluid. The first and second vertical pillars may be arranged alternately with each other.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 수직형 필라는 상기 제2 면으로부터 이격되고 상기 제2 수직형 필라는 상기 제1 면으로부터 이격될 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 제1 및 제2 수직형 필라들의 높이들의 합은 상기 유동 챔버의 높이보다 작을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first vertical pillar may be spaced apart from the second surface and the second vertical pillar may be spaced apart from the first surface. In this case, the sum of the heights of the first and second vertical pillars may be less than the height of the flow chamber.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 제1 수직형 필라는 상기 제2 면과 접촉하고, 상기 제2 수직형 필라는 상기 제1 면과 접촉할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the first vertical pillar may be in contact with the second surface, and the second vertical pillar may be in contact with the first surface.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유체는 서로 다른 적어도 두개의 유형들의 세포들을 포함하는 혈액을 포함하고, 상기 제1 물질막은 항상피세포접합분자 항체를 포함하고 상기 제2 물질막은 항시토케라틴 항체를 포함할 수 있다.In one embodiment of the invention, the fluid comprises blood comprising at least two different types of cells different from each other, the first substance membrane always comprises a blood cell conjugated antibody and the second substance membrane is an anticytokeratin. It may include an antibody.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 미소입자 처리 장치는 상기 유체가 유입되는 제1 포트 및 상기 유체가 유출되는 제2 포트를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 미소입자 처리 장치는 상기 제1 포트 및 상기 제2 포트 중에서 적어도 어느 하나에 상기 미소입자의 개수를 측정하기 위한 계수기를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the microparticle processing apparatus may further include a first port through which the fluid is introduced and a second port through which the fluid is discharged. The microparticle processing apparatus may further include a counter for measuring the number of the microparticles in at least one of the first port and the second port.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 미소입자 처리 장치는 유동 챔버 내에 구비되며 유체에 포함된 서로 다른 제1 및 제2 유형들의 미소입자들을 각각 포획할 수 있는 제1 및 제2 물질막들을 갖는 제1 및 제2 수직형 필라들을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 수직형 필라들은 서로 다른 유형들의 미소입자들을 효율적으로 분리하여 포획할 수 있다.The microparticle processing apparatus according to the present invention configured as described above includes first and second material films provided in a flow chamber and capable of capturing different first and second types of microparticles contained in a fluid, respectively. It may include second vertical pillars. Thus, the first and second vertical pillars can efficiently separate and capture different types of microparticles.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미소입자 처리 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 미소입자 처리 장치의 유동 챔버를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 유동 챔버를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1의 유동 챔버를 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 3의 유동 챔버의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 3의 유동 챔버의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미소입자 처리 장치의 수직형 필라들을 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 처리 장치의 유동 챔버를 나타내는 단면도이다.1 is a plan view showing a microparticle processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a flow chamber of the microparticle processing apparatus of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view illustrating the flow chamber of FIG. 1.
4 is a plan view illustrating the flow chamber of FIG. 1.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a portion of the flow chamber of FIG. 3. FIG.
6 is a plan view of a portion of the flow chamber of FIG. 3.
7A to 7D are plan views illustrating vertical pillars of the microparticle processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view showing a flow chamber of a microparticle processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 미소입자 처리 장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the microparticle processing apparatus according to the embodiments of the present invention. As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged to illustrate the present invention in order to clarify the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "~사이에"와 "직접 ~사이에"또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to another component, but it should be understood that there may be another component in between. something to do. On the other hand, if a component is described as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it may be understood that there is no other component in between. Other expressions describing the relationship between the components, such as "between" and "directly between" or "adjacent to" and "directly adjacent to", may be interpreted as well.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a part or a combination thereof is described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미소입자 처리 장치를 나타내는 평면도이다.1 is a plan view showing a microparticle processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미소입자 처리 장치(10)는 유체가 유출입되는 제1 및 제2 포트들(120, 130), 적어도 두개의 서로 다른 유형의 미소입자들을 포함하는 유체의 흐름을 위한 공간을 제공하는 유동 챔버(110) 및 유동 챔버(110)에 구비되는 다수개의 제1 및 제2 수직형 필라들(210, 220, 도 3 참조)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the microparticle processing apparatus 10 according to an embodiment of the present invention includes first and second ports 120 and 130 through which fluid flows in, and at least two different types of microparticles. It includes a flow chamber 110 and a plurality of first and second vertical pillars (210, 220, see FIG. 3) provided in the flow chamber 110 to provide a space for the flow of the fluid.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 유동 챔버(110)는 제1 포트(120) 및 제2 포트(130)에 각각 연결되어 유체의 흐름을 위한 공간을 제공할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the flow chamber 110 may be connected to the first port 120 and the second port 130, respectively, to provide a space for the flow of the fluid.

제1 포트(120)는 유동 챔버(110)에 미소입자를 포함하는 유체를 공급할 수 있다. 제1 포트(120)는 유동 챔버(110) 내에서 제1 포트(120)로부터 제2 포트(130)로의 유체의 흐름을 위한 압력을 제공할 수 있다. 예를 들면, 상기 유체는 서로 다른 세포 타입들과 생물학적 입자들을 포함하는 혈액과 같은 생체 유체일 수 있다. 상기 유체는 생물의 건강에 관한 정보를 갖는 표적 입자를 포함할 수 있다. 상기 표적 입자는 세포, 박테리아, 바이러스 등과 같은 생물학적 미소입자일 수 있다. 제2 포트(130)는 유체 또는 유동 챔버(110) 내에서 선택적으로 포획된 미소입자를 회수할 수 있다.The first port 120 may supply a fluid including microparticles to the flow chamber 110. The first port 120 can provide pressure for the flow of fluid from the first port 120 to the second port 130 in the flow chamber 110. For example, the fluid may be a biological fluid such as blood containing different cell types and biological particles. The fluid may comprise target particles having information about the health of the organism. The target particle may be a biological microparticle such as a cell, bacteria, virus or the like. The second port 130 may recover the microparticles selectively trapped in the fluid or flow chamber 110.

상술한 바와 같이, 상기 제1 및 제2 포트들은 유동 챔버(110) 내의 유체의 흐름을 위한 유체동역학적 유압을 유도할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2 포트들은 기계적 원리들(외부 주사기 펌프들, 공압 멤브레인 펌프들, 진동 멤브레인 펌프들, 진공 장치, 원심력 및 모세관 작용), 전기 또는 자기적 원리들(전기 유체 역학 펌프 및 자기 유체 역학 펌프), 열역학적 원리들 등에 기초하여 동작할 수 있다.As described above, the first and second ports may induce hydrodynamic hydraulic pressure for the flow of fluid in the flow chamber 110. For example, the first and second ports may have mechanical principles (external syringe pumps, pneumatic membrane pumps, vibrating membrane pumps, vacuum device, centrifugal force and capillary action), electrical or magnetic principles (electro-hydrodynamics). Pump and magnetohydrodynamic pump), thermodynamic principles, and the like.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 미소입자 처리 장치(10)는 선택적으로 포획된 미소입자의 개수를 측정하기 위한 계수기(300, 310)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 계수기(300)는 제1 포트(120)에 인접하게 배치될 수 있다. 또한, 제2 계수기(310)는 제2 포트(130)에 인접하게 배치될 수 있다. 상기 계수기는 제1 포트(120)와 제2 포트(130) 중에서 어느 하나에 선택적으로 배치될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the microparticle processing apparatus 10 may further include counters 300 and 310 for measuring the number of microparticles that are selectively captured. For example, the first counter 300 may be disposed adjacent to the first port 120. In addition, the second counter 310 may be disposed adjacent to the second port 130. The counter may be selectively disposed at any one of the first port 120 and the second port 130.

도 2는 도 1의 미소입자 처리 장치의 유동 챔버를 나타내는 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 유동 챔버를 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 1의 유동 챔버를 나타내는 평면도이며, 도 5는 도 3의 유동 챔버의 일부를 나타내는 단면도이고, 도 6은 도 3의 유동 챔버의 일부를 나타내는 평면도이다.2 is an exploded perspective view illustrating the flow chamber of the microparticle processing apparatus of FIG. 1, FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the flow chamber of FIG. 1, FIG. 4 is a plan view illustrating the flow chamber of FIG. 1, and FIG. 5 is FIG. 3. It is sectional drawing which shows a part of the flow chamber of, and FIG. 6 is a top view which shows a part of the flow chamber of FIG.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 유동 챔버(110)는 미소입자(4)를 포함한 유체(2)가 이동할 수 있는 공간이며, 제1 기판(102) 및 제2 기판(104)에 의해 정의된다. 제2 기판(104)은 제1 기판(102) 상에 서로 평행하게 형성되어 유체(2)의 흐름을 위한 공간을 형성할 수 있다. 따라서, 유동 챔버(110)는 서로 마주보는 제1 면(110a) 및 제2 면(110b)을 갖는다. 2 to 6, the flow chamber 110 is a space in which the fluid 2 including the microparticles 4 can move, and is defined by the first substrate 102 and the second substrate 104. . The second substrate 104 may be formed parallel to each other on the first substrate 102 to form a space for the flow of the fluid (2). Thus, the flow chamber 110 has a first face 110a and a second face 110b facing each other.

유동 챔버(110)는 포토리소그래피, 결정 구조의 성장 및 에칭을 포함하는 반도체 제조 공정들에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 유동 챔버(110)는 폴리머 물질, 무기 물질 등을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 폴리머 물질의 예로서는, PDMS(polydimethylsiloxane), PMMA(polymethylmethacrlyate) 등을 들 수 있다. 상기 무기 재료의 예로서는, 유리, 석영, 실리콘 등을 들 수 있다.Flow chamber 110 may be formed by semiconductor fabrication processes including photolithography, growth of a crystal structure, and etching. For example, the flow chamber 110 may be formed using a polymer material, an inorganic material, or the like. Examples of the polymer material include PDMS (polydimethylsiloxane), PMMA (polymethylmethacrlyate), and the like. Glass, quartz, silicon, etc. are mentioned as an example of the said inorganic material.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 다수개의 제1 및 제2 수직형 필라들(210, 220)은 유동 챔버(110)의 길이 방향을 따라 규칙적으로 배열될 수 있다. 예를 들면, 수직형 필라들(210, 220)은 매트릭스 형상으로 배열되어 포획 어레이를 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the plurality of first and second vertical pillars 210 and 220 may be regularly arranged along the longitudinal direction of the flow chamber 110. For example, the vertical pillars 210 and 220 may be arranged in a matrix to form a capture array.

제1 수직형 필라들(210)은 제1 기판(102) 상에 형성될 수 있다. 제1 수직형 필라(210)는 유동 챔버(110)의 제1 면(110a)으로부터 연장 형성될 수 있다. 제1 수직형 필라(210)는 유동 챔버(110)의 제1 면(110a)으로부터 돌출된 제1 패턴(212) 및 제1 패턴(212)을 둘러싸는 제1 물질막(214)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 수직형 필라들(210)은 유체(2)의 흐름 방향(A 방향)에 대하여 직교하는 방향으로 배열될 수 있다. The first vertical pillars 210 may be formed on the first substrate 102. The first vertical pillars 210 may extend from the first surface 110a of the flow chamber 110. The first vertical pillar 210 may include a first pattern 212 protruding from the first surface 110a of the flow chamber 110 and a first material film 214 surrounding the first pattern 212. Can be. In one embodiment of the present invention, the first vertical pillars 210 may be arranged in a direction perpendicular to the flow direction (A direction) of the fluid (2).

예를 들면, 제1 패턴(212)은 이방성 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 제1 예비 기판 상에 제1 패턴(212)의 단면 형상을 정의하는 제1 마스크 패턴을 형성하고, 상기 제1 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 제1 예비 기판을 부분적으로 식각함에 따라, 제1 기판(102) 상에 제1 패턴(212)을 형성할 수 있다. 제1 패턴(212)은 상기 제1 마스크 패턴의 단면 구조에 따라 원기둥의 구조를 가질 수 있다.For example, the first pattern 212 may be formed by an anisotropic etching process. Although not shown in the drawings, a first mask pattern defining a cross-sectional shape of the first pattern 212 is formed on a first preliminary substrate, and the first preliminary substrate is used by using the first mask pattern as an etching mask. By partially etching, the first pattern 212 may be formed on the first substrate 102. The first pattern 212 may have a cylindrical structure according to the cross-sectional structure of the first mask pattern.

제2 수직형 필라들(220)은 제2 기판(104) 상에 형성될 수 있다. 제2 수직형 필라(220)는 유동 챔버(110)의 제2 면(110b)으로부터 연장 형성될 수 있다. 제2 수직형 필라(220)는 유동 챔버(110)의 제2 면(110b)으로부터 돌출된 제2 패턴(222) 및 제2 패턴(222)을 둘러싸는 제2 물질막(224)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 수직형 필라들(220)은 유체(2)의 흐름 방향(A 방향)에 대하여 직교하는 방향으로 배열될 수 있다. The second vertical pillars 220 may be formed on the second substrate 104. The second vertical pillars 220 may extend from the second surface 110b of the flow chamber 110. The second vertical pillar 220 may include a second pattern 222 protruding from the second surface 110b of the flow chamber 110 and a second material film 224 surrounding the second pattern 222. Can be. In one embodiment of the present invention, the second vertical pillars 220 may be arranged in a direction perpendicular to the flow direction (A direction) of the fluid (2).

예를 들면, 제2 패턴(222)은 이방성 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 제2 예비 기판 상에 제2 패턴(222)의 단면 형상을 정의하는 제2 마스크 패턴을 형성하고, 상기 제2 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 제2 예비 기판을 부분적으로 식각함에 따라, 제2 기판(104) 상에 제2 패턴(222)을 형성할 수 있다. 제2 패턴(222)은 상기 제2 마스크 패턴의 단면 구조에 따라 원기둥의 구조를 가질 수 있다.For example, the second pattern 222 may be formed by an anisotropic etching process. Although not shown in the drawing, a second mask pattern defining a cross-sectional shape of the second pattern 222 is formed on a second preliminary substrate, and the second preliminary substrate is used using the second mask pattern as an etching mask. By partially etching, the second pattern 222 may be formed on the second substrate 104. The second pattern 222 may have a cylindrical structure according to the cross-sectional structure of the second mask pattern.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 패턴(212) 및 제2 패턴(222)은 서로 동일한 형상을 가질 수 있다. 제1 패턴(212)은 제2 패턴(222)과 동일한 폭을 가질 수 있다. 이와 다르게, 제1 패턴(212) 및 제2 패턴(222)은 서로 다른 형상을 가질 수 있다. 제1 패턴(212)은 제2 패턴(222)과 다른 폭을 가질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first pattern 212 and the second pattern 222 may have the same shape. The first pattern 212 may have the same width as the second pattern 222. Alternatively, the first pattern 212 and the second pattern 222 may have different shapes. The first pattern 212 may have a width different from that of the second pattern 222.

또한, 제1 및 제2 수직형 필라들(210, 220)은 서로 교호적으로 배열될 수 있다. 제1 수직형 필라들(210)은 유동 챔버(110)의 상류로부터 하류를 향하여 기산되는 홀수 번째의 어레이를 형성할 수 있다. 제2 수직형 필라들(220)은 유동 챔버(110)의 상류로부터 하류를 향하여 기산되는 짝수 번째의 어레이를 형성할 수 있다. 이 경우에 있어서, 유체의 흐름 방향에서 바라볼 때, 제2 수직형 필라(220)는 제1 수직형 필라들(210) 사이에 노출되고, 제1 수직형 필라(210)는 제2 수직형 필라들(220) 사이에 노출될 수 있다.In addition, the first and second vertical pillars 210 and 220 may be alternately arranged. The first vertical pillars 210 may form an odd-numbered array that is calculated from upstream to downstream of the flow chamber 110. The second vertical pillars 220 may form an even-numbered array that is calculated from upstream to downstream of the flow chamber 110. In this case, when viewed in the flow direction of the fluid, the second vertical pillars 220 are exposed between the first vertical pillars 210 and the first vertical pillars 210 are the second vertical pillars. The pillars 220 may be exposed between the pillars 220.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 수직형 필라(210)는 유동 챔버(110)의 제2 면(110b)으로부터 이격되고 제2 수직형 필라(220)는 유동 챔버(110)의 제1 면(110a)으로부터 이격될 수 있다. 제1 및 제2 수직형 필라들(210, 220)의 높이들의 합은 유동 챔버(110)의 높이, 즉 제1 면(110a)과 제2 면(110b) 사이의 거리보다 작을 수 있다. 따라서, 유체(2)는 제1 및 제2 수직형 필라들(210, 220)의 단부들 사이를 통해 원활하게 흐를 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first vertical pillar 210 is spaced apart from the second face 110b of the flow chamber 110 and the second vertical pillar 220 is the first of the flow chamber 110. It may be spaced apart from the face (110a). The sum of the heights of the first and second vertical pillars 210 and 220 may be smaller than the height of the flow chamber 110, that is, the distance between the first surface 110a and the second surface 110b. Thus, the fluid 2 can flow smoothly between the ends of the first and second vertical pillars 210, 220.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 및 제2 패턴들(212, 214)은 상기 미소입자의 접착력을 증가시키기 위한 생화학적 물질막을 포함하거나 표면의 특성을 변화시킬 수 있다. 제1 수직형 필라(210)는 제1 패턴(212)의 표면 상에 코팅된 제1 물질막(214)을 포함할 수 있다. 제2 수직형 필라(220)는 제2 패턴(214)의 표면 상에 코팅된 제2 물질막(224)을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first and second patterns 212 and 214 may include a biochemical layer or change a surface property to increase adhesion of the microparticles. The first vertical pillar 210 may include a first material layer 214 coated on the surface of the first pattern 212. The second vertical pillars 220 may include a second material layer 224 coated on the surface of the second pattern 214.

예를 들면, 제1 및 제2 물질막들(214, 224)은 미소입자들(4a, 4b)의 효과적인 포획을 위하여 항체, 핵산(Nucleic acid), 단백질, 충전폴리머, 세포들과 결합되는 분자 등을 포함할 수 있다. 상기 항체의 예로서는 항상피세포접합분자 항체(Anti-Epithelial Cell Adhesion Molecule antibody, Anti-EpCAM antibody), 항시토케라틴 항체(Anti-Cytokeratin antibody, Anti-CK antibody) 등을 들 수 있다. 본 실시예에 있어서, 제1 물질막(214)은 Anti-CK 항체를 포함하고, 제2 물질막(224)은 Anti-EpCAM 항체를 포함할 수 있다. 이와 다르게, 제1 및 제2 패턴들(212, 214)은 표면 처리되어 표면 거칠기와 같은 물리적 또는 생화학적인 표면 특성이 변화될 수 있다.For example, the first and second material films 214 and 224 may be molecules that bind to antibodies, nucleic acids, proteins, filled polymers, or cells for effective capture of the microparticles 4a and 4b. And the like. Examples of the antibody include anti-Epithelial Cell Adhesion Molecule antibody (Anti-EpCAM antibody), anti-Cytokeratin antibody (Anti-Cytokeratin antibody, Anti-CK antibody) and the like. In the present embodiment, the first material layer 214 may include an Anti-CK antibody, and the second material layer 224 may include an Anti-EpCAM antibody. Alternatively, the first and second patterns 212 and 214 may be surface treated to change physical or biochemical surface properties such as surface roughness.

이하에서는, 도 1의 미소입자 처리 장치를 이용하여 유체 내의 미소입자를 분리하여 포획하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of separating and capturing microparticles in a fluid using the microparticle processing apparatus of FIG. 1 will be described.

도 3, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 유형의 미소입자(4a) 및 제2 유형의 미소입자(4b)를 포함하는 유체(2)가 유동 챔버(110)의 입구(112)를 통해 유입된 후, 유동 챔버(110)의 길이 방향(A 방향)을 따라 흘러 출구(114)를 통해 배출된다.As shown in FIGS. 3, 5 and 6, the fluid 2 comprising the first type of microparticles 4a and the second type of microparticles 4b is an inlet 112 of the flow chamber 110. After flowing through), flows along the longitudinal direction (A direction) of the flow chamber 110 is discharged through the outlet 114.

유동 챔버(110) 내에서, 제1 유형의 미소입자(4a)는 제1 물질막(214)에 결합되어 포획되고 제2 유형의 미소입자(4b)는 제2 물질막(224)에 결합되어 포획될 수 있다.Within the flow chamber 110, the first type of microparticles 4a are coupled to and captured by the first material film 214 and the second type of microparticles 4b are coupled to the second material film 224. Can be captured.

본 실시예에 있어서, 제1 유형의 미소입자(4a)는 Anti-CK 항체의 제1 물질막(214)을 갖는 제1 수직형 필라(210)에 포획되고, 제2 유형의 미소입자(4b)는 Anti-EpCAM 항체의 제2 물질막(224)의 제2 수직형 필라(220)에 포획될 수 있다. 제1 유형의 미소입자(4a)는 Anti-EpCAM 항체에 대한 반응성(sensitive)이 높은 암세포일 수 있고, 제2 유형의 미소입자(4b)는 Anti-CK 항체에 대한 반응성이 높은 암세포일 수 있다. Anti-EpCAM 항체와 Anti-CK 항체는 서로 보완 관계에 있기 때문에 암세포의 포획률을 크게 높일 수 있다.In this embodiment, the first type of microparticles 4a are captured in the first vertical pillar 210 having the first material film 214 of the Anti-CK antibody, and the second type of microparticles 4b. ) May be captured in the second vertical pillar 220 of the second material layer 224 of the Anti-EpCAM antibody. The first type of microparticles 4a may be cancer cells highly sensitive to the Anti-EpCAM antibody, and the second type of microparticles 4b may be cancer cells highly reactive to the Anti-CK antibody. . Anti-EpCAM antibodies and anti-CK antibodies are complementary to each other and can significantly increase the capture rate of cancer cells.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 미소입자 처리 장치는 인간의 혈액을 체외로 빼낸 후 필터를 통하여 노폐물 등을 필터링한 후 다시 체내로 주입하는 혈액 투석 방법과 마찬가지로 암환자의 혈액을 순환시키면서 암세포를 포획하여 제거하는 혈액 청소 및 치료에 매우 유용하게 사용될 수 있다.Therefore, the microparticle processing apparatus according to an embodiment of the present invention circulates cancer cells while circulating blood of a cancer patient as in a hemodialysis method in which human blood is taken out of the body and filtered out waste products through a filter and then injected into the body again. It can be very useful for cleaning and treating blood to capture and remove.

도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미소입자 처리 장치의 수직형 필라들을 나타내는 평면도이다.7A to 7D are plan views illustrating vertical pillars of the microparticle processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 7a 내지 도 7d를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 미소입자 처리 장치의 제1 및 제2 수직형 필라들(210, 220)은 다양한 단면 형상들을 가질 수 있다. 도면들에 도시된 바와 같이, 상기 수직형 필라는 삼각형, 사각형, 오각형과 같은 다각형 또는 물방울 형상을 가질 수 있다. 상기 수직형 필라들은 원하는 미소입자의 효율적인 포획을 위하여 다양한 형상을 가질 수 있다.7A to 7D, the first and second vertical pillars 210 and 220 of the microparticle processing apparatus according to another embodiment of the present invention may have various cross-sectional shapes. As shown in the figures, the vertical pillar may have a polygonal or droplet shape such as triangle, square, pentagon. The vertical pillars may have various shapes to efficiently capture the desired microparticles.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 처리 장치의 유동 챔버를 나타내는 단면도이다.8 is a cross-sectional view showing a flow chamber of a microparticle processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 처리 장치는 유동 챔버(110) 내에 구비되는 다수개의 제1 및 제2 수직형 필라들(210, 220)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the microparticle processing apparatus according to another embodiment of the present invention may include a plurality of first and second vertical pillars 210 and 220 provided in the flow chamber 110.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 제1 수직형 필라(210)는 유동 챔버(110)의 제1 면(110a)으로부터 연장하고, 유동 챔버(110)의 제2 면(110b)과 접촉할 수 있다. 제2 수직형 필라(210)는 유동 챔버(110)의 제2 면(110b)으로부터 연장하고, 유동 챔버(110)의 제1 면(110a)과 접촉할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the first vertical pillar 210 extends from the first face 110a of the flow chamber 110 and is in contact with the second face 110b of the flow chamber 110. Can be. The second vertical pillar 210 may extend from the second surface 110b of the flow chamber 110 and contact the first surface 110a of the flow chamber 110.

유체(2) 내의 미소입자는 유동 챔버(110)를 따라 흐르면서 미소입자의 무게에 비례하는 침강력(sedimentation force)에 의하여 유동 챔버(110)의 바닥, 즉, 제1 면(110a) 상에 침전되는 현상이 발생하기도 한다. 따라서, 유동 챔버(110)의 바닥을 따라 흐르는 미소입자들은 유동 챔버(110)의 상하부면, 즉, 제1 면(110a)과 제2 면(110b)에 연결된 상기 수직형 필라들 각각에 효과적으로 포획될 수 있다.The microparticles in the fluid 2 settle on the bottom of the flow chamber 110, ie, the first surface 110a, by sedimentation force that flows along the flow chamber 110 and is proportional to the weight of the microparticles. The phenomenon may occur. Accordingly, the microparticles flowing along the bottom of the flow chamber 110 effectively capture the upper and lower surfaces of the flow chamber 110, that is, each of the vertical pillars connected to the first and second surfaces 110a and 110b. Can be.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 미소입자 처리 장치는 유동 챔버 내에 구비되며 유체에 포함된 서로 다른 제1 및 제2 유형들의 미소입자들을 각각 포획할 수 있는 제1 및 제2 물질막들을 갖는 제1 및 제2 수직형 필라들을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 수직형 필라들은 서로 다른 유형들의 미소입자들을 효율적으로 분리하여 포획할 수 있다.As described above, the microparticle processing apparatus according to the present embodiment has first and second material films provided in the flow chamber and capable of capturing different first and second types of microparticles contained in the fluid, respectively. It may include first and second vertical pillars. Thus, the first and second vertical pillars can efficiently separate and capture different types of microparticles.

더욱이, 상술한 미소입자 처리 장치는 높은 타깃의 포획률에 의하여 독성병원균을 가진 혈액을 체외로 순환시키면서 정화하여 치료하는 데 사용될 수 있다.Moreover, the microparticle treatment apparatus described above can be used to purify and treat the blood having toxic pathogens by circulating outside the body by the high target capture rate.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.

10 : 미소입자 처리 장치 102 : 제1 기판
104 : 제2 기판 110 : 유동 챔버
120 : 제1 포트 130 : 제2 포트
210 : 제1 수직형 필라 212 : 제1 패턴
214 : 제1 물질막 220 : 제2 수직형 필라
222 : 제2 패턴 224 : 제2 물질막
230 : 물질막 300, 310 : 계수기10: microparticle processing apparatus 102: first substrate
104: second substrate 110: flow chamber
120: first port 130: second port
210: first vertical pillar 212: first pattern
214: first material film 220: second vertical pillar
222: second pattern 224: second material film
230: material film 300, 310: counter

Claims

A flow chamber providing a space for the flow of fluid comprising different first and second types of microparticles, said flow chamber having opposing first and second faces;
A plurality of first vertical pillars extending from the first surface of the flow chamber and having a first film of material for trapping the first type of microparticles; And
And a plurality of second vertical pillars extending from said second surface of said flow chamber and having a second material film for capturing said second type of microparticles.

The apparatus of claim 1, wherein the first and second vertical pillars are arranged in a direction orthogonal to the flow direction of the fluid.

The apparatus of claim 2, wherein the first and second vertical pillars are alternately arranged.

The apparatus of claim 1, wherein the first vertical pillar is spaced apart from the second surface and the second vertical pillar is spaced apart from the first surface.

5. The apparatus of claim 4, wherein the sum of the heights of one of the first vertical pillars and one of the second vertical pillars is less than the height of the flow chamber.

The apparatus of claim 1, wherein the first vertical pillar is in contact with the second surface, and the second vertical pillar is in contact with the first surface.

The method of claim 1, wherein the fluid comprises blood comprising at least two different types of cells, the first material membrane comprising an always-cell conjugated antibody and the second material membrane comprising an anticytokeratin antibody. Microparticle processing apparatus characterized in that.

The apparatus of claim 1, further comprising a first port through which the fluid flows in and a second port through which the fluid flows out.

The microparticle processing apparatus according to claim 8, further comprising a counter for measuring the number of the microparticles in at least one of the first port and the second port.