KR101254679B1 - 미세유체장치 및 이것을 이용한 타깃의 분리방법 - Google Patents

미세유체장치 및 이것을 이용한 타깃의 분리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 샘플로부터 타깃을 분리하기 위한 미세유체장치 및 이것을 이용한 타깃의 분리방법을 개시한다. 본 발명에 따른 미세유체장치는 케이스, 제1 캡처 어레이와 제2 캡처 어레이로 구성되어 있다. 케이스는 복수 유형의 타깃들을 포함하고 있는 샘플의 흐름을 위한 입구, 출구와 채널을 갖는다. 제1 캡처 어레이는 채널에 샘플의 흐름방향과 직교하는 방향을 따라 교번적으로 배열되어 있는 복수의 제1 깔때기들과 복수의 제1 역깔때기들을 가지고, 제1 깔때기들은 타깃들을 포획한다. 제2 캡처 어레이는 제1 캡처 어레이의 하류에 샘플의 흐름방향과 직교하는 방향을 따라 교번적으로 배열되어 있는 복수의 제2 깔때기들과 복수의 제2 역깔때기들을 가지고, 제2 깔때기들은 타깃들을 포획한다. 본 발명에 따른 타깃의 분리방법은 제1 및 제2 깔때기들에 의하여 타깃들을 포획하고, 케이스를 뒤집는다. 뒤집어진 케이스의 채널에 솔루션을 공급하여 제1 및 제2 깔때기들에 포획되어 있던 타깃들을 제1 및 제2 역깔때기들을 통하여 케이스 밖으로 배출하고, 배출되는 타깃들을 컨테이너에 채집한다. 본 발명에 의하면, 샘플에 포함되어 있는 타깃들을 효율적으로 포획하여 분리할 수 있고, 타깃들을 간편하게 채집할 수 있으므로, 인간의 혈액 등으로부터 세포를 분리하여 채집하는데 매우 유용하게 사용될 수 있다.

Description

미세유체장치 및 이것을 이용한 타깃의 분리방법{MICROFLUIDIC APPARATUS AND METHOD FOR SEPARATING TARGETS USING THE SAME}
본 발명은 미세유체장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 샘플(Sample)로부터 타깃(Target)을 분리하기 위한 미세유체장치 및 이것을 이용한 타깃의 분리방법에 관한 것이다.
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 타깃을 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.
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. 그러나 상기한 바와 같은 미세유체장치는 타깃을 단순히 결합제 부분에 결합하여 포획하기 때문에 타깃의 포획률이 매우 낮은 문제점이 있다.
한편, 질병의 진단, 치료 및 예후 판정 등을 목적으로 혈액의 각종 성분을 검사하기 위하여 다양한 형태의 혈액검사장치가 개발되어 있다. 혈액검사장치는 한국등록특허 제10-0839496호에 개시되어 있다. 이 특허문헌의 혈액검사장치는 밀폐용기, 혈액성분 분리부와, 시약층으로 구성되어 있다. 밀폐용기는 기밀을 유지하면서 슬라이딩하도록 조합되어 밀폐공간을 획정하는 외측통 및 내측통을 가지며, 혈액을 도입하는 혈액 도입부를 갖는다. 혈액성분 분리부는 밀폐용기 안에 배치되어 혈액으로부터 혈장 및 혈청을 분리한다. 그러나 상기한 바와 같은 혈액검사장치는혈액으로부터 분리되는 타깃을 별도로 채취하기 곤란한 문제가 있다. 특히, 혈액의 정량 검사에만 사용하는 것이므로, 다량의 혈액으로부터 타깃을 분리하여 검사 및 분석하는데 사용할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 샘플에 포함되어 있는 타깃을 효율적으로 분리할 수 있는 미세유체장치 및 이것을 이용한 타깃의 분리방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 샘플에 포함되어 있는 논타깃들과 타깃들 중 타깃들만을 깔때기들에 의하여 포획한 후, 깔때기들을 타깃들의 포획방향과 반대방향으로 뒤집어서 타깃들을 분리하여 간편하게 채집할 수 있는 미세유체장치 및 이것을 이용한 타깃의 분리방법을 제공함에 있다.
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 복수 유형의 타깃들을 포함하고 있는 샘플의 도입을 위한 입구와 샘플의 배출을 위한 출구를 갖는 채널이 형성되어 있는 케이스와; 채널에 샘플의 흐름방향과 직교하는 방향을 따라 교번적으로 배열되어 있는 복수의 제1 깔때기들과 복수의 제1 역깔때기들을 가지고, 복수의 제1 깔때기들은 복수 유형의 타깃들을 포획하는 제1 캡처 어레이와; 제1 캡처 어레이의 하류에 샘플의 흐름방향과 직교하는 방향을 따라 교번적으로 배열되어 있는 복수의 제2 깔때기들과 복수의 제2 역깔때기들을 가지고, 복수의 제2 깔때기들은 복수 유형의 타깃들을 포획하는 제2 캡처 어레이들을 포함하는 미세유체장치에 있다.
본 발명의 또 다른 특징은, 복수 유형의 타깃들을 포함하고 있는 샘플의 흐름을 위한 채널이 형성되어 있는 케이스와, 샘플의 흐름방향과 직교하는 방향을 따라 교번적으로 배열되어 있는 복수의 제1 깔때기들과 복수의 제1 역깔때기들을 갖는 제1 캡처 어레이와, 제1 캡처 어레이의 하류에 샘플의 흐름방향과 직교하는 방향을 따라 교번적으로 배열되어 있는 복수의 제2 깔때기들과 복수의 제2 역깔때기들을 갖는 제2 캡처 어레이들을 포함하는 미세유체장치를 준비하는 단계와; 샘플을 제1 캡처 어레이의 상류에 공급하는 단계와; 복수의 제1 및 제2 깔때기들에 의하여 복수 유형의 타깃들을 포획하는 단계와; 제1 및 제2 캡처 어레이가 상하로 뒤집혀지도록 케이스를 뒤집어서 배치하는 단계와; 뒤집혀져 있는 제2 캡처 어레이의 상류에 포획되어 있는 복수 유형의 타깃들을 뒤집혀져 있는 제1 캡처 어레이의 하류로 수송하기 위하여 운반매체를 공급하는 단계와; 운반매체의 흐름에 의하여 뒤집혀져 있는 제1 캡처 어레이의 제1 역깔때기들을 통과하는 복수 유형의 타깃들을 컨테이너에 채집하는 단계를 포함하는 미세유체장치를 이용한 타깃의 분리방법에 있다.
본 발명에 따른 미세유체장치 및 이것을 이용한 타깃의 분리방법은, 샘플에 포함되어 있는 타깃들을 효율적으로 포획하여 분리할 수 있다. 또한, 샘플에 포함되어 있는 논타깃들과 타깃들 중 타깃들만을 깔때기들에 의하여 포획한 후, 깔때기들을 타깃들의 포획방향과 반대방향으로 뒤집어서 타깃들을 분리하여 간편하게 채집할 수 있으므로, 인간의 혈액 등으로부터 세포를 분리하여 채집하는데 매우 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 미세유체장치의 구성을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 미세유체장치에서 케이스를 분리하여 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 미세유체장치의 구성을 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 미세유체장치에서 케이스의 어퍼케이스를 분리한 로워케이스의 구성을 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 미세유체장치에서 분산장치의 구성을 나타낸 정면도,
도 6은 본 발명에 따른 미세유체장치에서 제1 및 제2 캡처 어레이의 구성을 나타낸 정면도,
도 7은 본 발명에 따른 미세유체장치에서 제1 및 제2 캡처 어레이의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 미세유체장치에서 케이스를 스탠드에 뒤집어서 설치하는 것을 설명하기 위하여 나타낸 사시도,
도 9는 본 발명에 따른 미세유체장치에서 케이스가 스탠드에 뒤집혀져 설치되어 있는 구성을 단면도,
도 10은 본 발명에 따른 미세유체장치에서 제1 및 제2 캡처 어레이로부터 타깃들을 분리하는 것을 설명하기 위하여 나타낸 정면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 미세유체장치에서 케이스와 스탠드의 다른 실시예를 나타낸 사시도,
도 12는 도 11의 케이스와 스탠드를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
이하, 본 발명에 따른 미세유체장치에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 미세유체장치는 외관을 구성하는 케이스(10)를 구비한다. 케이스(10)는 상하로 분리할 수 있는 어퍼케이스(Upper case: 10a)와 로워케이스(Lower case: 10b)를 갖는다. 케이스(10)의 내측에 상류로부터 샘플(2)을 유입하여 하류로 흘려보내기 위한 채널(12)이 형성되어 있다. 채널(12)의 상류에 샘플(2)의 유입을 위한 입구(14)가 연결되어 있고, 채널(12)의 하류에 샘플(2)의 배출을 위한 출구(16)가 연결되어 있다. 입구(14)는 어퍼케이스(10a)의 상면 상부에 형성되어 있다. 출구(16)는 로워케이스(10b)의 후면 하부에 형성되어 있다.
도 5와 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 샘플(2)은 서로 다른 크기를 갖는 복수 유형의 타깃(4)들과 복수의 논타깃(Non-target: 6)들을 포함한다. 타깃(4)들은 일례로 제1 유형의 타깃(4a)들, 제2 유형의 타깃(4b)들과 제3 유형의 타깃(4c)들로 이루어진다. 제1 유형의 타깃(4a)들은 제1 직경(d1)을 가지며, 제2 유형의 타깃(4b)들은 제2 직경(d2)을 가지고, 제3 유형의 타깃(4c)들은 제3 직경(d3)을 갖는다. 제1 직경(d1)은 제2 직경(d2)보다 크고, 제2 직경(d2)은 제3 직경(d3)보다 크다. 논타깃(6)들은 제3 유형의 타깃(4c)들의 제3 직경(d3)보다 작은 직경(d)을 갖는다.
샘플(2)은 인간 또는 동물의 타액, 땀, 소변 등의 생리학적 유체, 혈액, 세럼(Serum)으로 이루어진다. 또한, 샘플(2)은 인간, 동물, 식물의 세포, 조직 등의 타깃(4)들을 포함하는 유체, 바이러스, 박테리아 등을 포함하는 유체 등 다양하게 선택될 수 있다. 샘플(2)이 혈액으로 선택될 경우, 타깃(4)들은 혈액에 포함되어 있고 서로 다른 크기를 갖는 세포들로 된다. 혈액 속의 세포들은 적혈구(Red blood cell), 백혈구(White blood cell) 등이 있다.
도 2, 도 4와 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 미세유체장치는 채널(12)의 상류에 샘플(2)의 흐름방향을 따라 샘플(2)의 흐름을 분산시키기 위하여 배열되어 있는 복수의 분산장치(20)들을 구비한다. 분산장치(20)들은 샘플(2)의 흐름방향을 따라 다단으로 배열되어 있는 제1 분산장치(20-1), 제2 분산장치(20-2)와 제3 분산장치(20-3)로 구성되어 있다.
제1 내지 제3 분산장치(20-1, 20-2, 20-3) 각각은 샘플(2)의 흐름방향과 샘플(2)의 흐름방향에 대하여 직교하는 방향을 따라 간격을 두고 배열되어 있는 복수의 포스트(22)들을 갖는 포스트 어레이(Post array: 24)들로 구성되어 있다. 포스트(22)들 사이의 간격은 타깃(4)들이 통과되도록 유지되어 있다. 제1 내지 제3 분산장치(20-1, 20-2, 20-3) 각각의 포스트 어레이(24)들 중 채널(12)의 상류로부터 하류를 향하여 기산되는 홀수 번째 포스트 어레이(Post array: 24-1)들의 포스트(22)들과 짝수 번째 포스트 어레이(24-2)들의 포스트(22)들은 서로 엇갈리도록 배열되어 있다. 이와 같은 포스트(22)들의 배열에 의하여 홀수 번째 포스트 어레이(24-1)들을 입구(14)에서 바라볼 때, 홀수 번째 포스트 어레이(24-1)들의 포스트(22)들 사이로 짝수 번째 포스트 어레이(24-2)들의 포스트(22)들이 보이게 된다. 제1 내지 제3 분산장치(20-1, 20-2, 20-3) 각각의 포스트(22)들은 그 직경이 샘플(2)의 흐름방향을 따라 점진적으로 감소되도록 배열되어 있다. 예컨대, 제1 분산장치(20-1)의 포스트(22)들의 직경은 300~400㎛으로 형성되고, 제2 분산장치(20-2)의 포스트(22)들의 직경은 200~300㎛으로 형성되며, 제3 분산장치(20-3)의 포스트(22)들의 직경은 100~200㎛으로 형성될 수 있다. 도 5에 포스트(22)들은 원형 단면으로 형성되어 있는 것이 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 포스트(22)들의 단면은 샘플(2)의 흐름을 효율적으로 분산시킬 수 있는 삼각형, 사각형, 오각형 등 다양한 형상으로 구성될 수 있다.
도 2, 도 4, 도 6과 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 미세유체장치는 분산장치(20)들의 하류에 타깃(4)들을 포획하도록 샘플(2)의 흐름방향을 따라 배치되어 있는 제1 캡처 어레이(Capture array: 30-1)와 제2 캡처 어레이(30-2)를 구비한다. 제1 캡처 어레이(30-1)는 분산장치(20)들의 하류에 근접되도록 배치되어 있다. 제1 캡처 어레이(30-1)는 샘플(2)의 흐름방향에 대하여 직교하는 방향을 따라 교번적으로 배열되어 있는 복수의 제1 깔때기(Funnel: 40-1)들과 복수의 제1 역깔때기(Reverse funnel: 50-1)들로 구성되어 있다. 제2 캡처 어레이(30-2)는 제1 캡처 어레이(30-1)의 하류에 근접하도록 배치되어 있다. 제2 캡처 어레이(30-2)는 샘플(2)의 흐름방향에 대하여 직교하는 방향을 따라 교번적으로 배열되어 있는 복수의 제2 깔때기(40-2)들과 복수의 제2 역깔때기(50-2)들로 구성되어 있다.
제1 및 제2 깔때기(40-1, 40-2)들 각각은 샘플(2)의 흐름방향을 따라 채널(12)의 상류에 배치되어 있는 입구(42)와 채널(12)의 하류에 배치되어 있는 출구(44)를 갖는다. 제1 및 제2 깔때기(40-1, 40-2)들 각각의 단면적은 입구(42)로부터 출구(44)를 향하여 점진적으로 감소되도록 형성되어 있다. 제1 및 제2 역깔때기(50-1, 50-2) 각각은 샘플(2)의 흐름방향을 따라 채널(12)의 하류에 배치되어 있는 입구(52)와 채널(12)의 상류에 배치되어 있는 출구(54)를 갖는다. 제1 및 제2 역깔때기(50-1, 50-2)들 각각의 단면적은 입구(52)로부터 출구(54)를 향하여 점진적으로 감소되도록 형성되어 있다. 제1 깔때기(40-1)들의 출구(44)의 단면적과 제1 역깔때기(50-1)들의 출구(54)의 단면적은 동일하게 형성되어 있다. 제2 깔때기(40-2)들의 출구(44)의 단면적과 제2 역깔때기(50-2)들의 출구(54)의 단면적은 동일하게 형성되어 있다.
제1 및 제2 깔때기(40-1, 40-2)들 각각은 쌍을 이루는 제1 가이드(Guide: 46)와 제2 가이드(48)에 의하여 구성되어 있다. 제1 및 제2 가이드(46, 48) 각각의 마주하는 면과 반대하는 면은 서로에 대하여 평행하게 경사지는 제1 사면(46a, 48a)과 제2 사면(46b, 48b)으로 형성되어 있다. 제1 및 제2 가이드(46, 48) 각각의 상단은 입구(42)를 향하여 경사지는 제3 사면(46c, 48c)으로 형성되어 있고, 하단은 제2 사면(46b, 48b)으로부터 출구(44)를 향하여 경사지는 제4 사면(46d, 48d)으로 형성되어 있다. 제1 및 제2 가이드(46, 48) 각각의 제1 내지 제4 사면(46a~46d, 48a~48d)이 만나는 모서리에 둥근코너(Rounded coner: 46e, 48e)가 각각 라운딩(Rounding)되어 있다. 제1 및 제2 가이드(46, 48) 각각의 제1 내지 제4 사면(46a~46d, 48a~48d)이 만나는 모서리란 이웃하는 사면이 만나는 모서리를 나타낸다. 도 7을 참조하면, 제2 경사면(46b)과 제4 경사면(46c)이 만나는 모서리(46e)가 둥글게 되어 있다. 둥근코너(46e, 48e)는 타깃(4)들의 흐름을 원활하게 하고 손상을 방지한다.
제1 및 제2 역깔때기(50-1, 50-2)들 각각은 제1 및 제2 깔때기(40-1, 40-2)들 중 서로 인접하는 두 개의 깔때기들 사이에 배열되어 있다. 제1 및 제2 역깔때기(50-1, 50-2)들 각각은 두 개의 깔때기들 중 우측에 배치되어 있는 깔때기의 제1 가이드(46)와 좌측에 배치되어 있는 깔때기의 제2 가이드(48)에 의하여 구성된다. 제1 깔때기(40-1)들과 제2 깔때기(40-2)들 각각은 서로 엇갈리도록 배치되어 있다. 제1 역깔때기(50-1)들과 제2 역깔때기(50-2)들 각각은 서로 엇갈리도록 배치되어 있다. 즉, 제2 깔때기(40-2)들은 제1 역깔때기(50-1)들의 하방에 정렬되어 있고, 제2 역깔때기(50-2)들은 제1 깔때기(40-1)들의 하방에 정렬되어 있다. 제1 깔때기(40-1)들과 제2 역깔때기(50-2)들은 샘플(2)의 흐름방향과 평행한 제1 동축(60)에 정렬되어 있고, 제1 역깔때기(50-1)들과 제2 깔때기(40-2)들은 샘플(2)의 흐름방향과 평행한 제2 동축(62)에 정렬되어 있다.
제1 및 제2 캡처 어레이(30-1, 30-2)는 복수로 이루어져 있다. 복수의 제1 및 제2 캡처 어레이(30-1, 30-2)들 각각은 샘플(2)의 흐름방향을 따라 교번적으로 배열되어 있다. 도 4와 도 6에 복수의 제1 및 제2 캡처 어레이(30-1, 30-2)들 각각은 4개씩 전체 8렬의 다단으로 배열되어 있는 것이 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 제1 및 제2 캡처 어레이(30-1, 30-2)들 각각의 개수는 필요에 따라 적절하게 변경될 수 있다. 제1 및 제2 캡처 어레이(30-1, 30-2)들은 제1 및 제2 깔때기(40-1, 40-2)들 각각의 출구(44)의 단면적이 샘플(2)의 흐름방향을 따라 하류로 갈수록 점진적으로 좁아지도록 배치되어 있다. 제1 및 제2 캡처 어레이(30-1, 30-2)들은 제1 및 제2 역깔때기(50-1, 50-2)들 각각의 출구(44)의 단면적이 샘플(2)의 흐름방향과 반대방향을 따라 상류로 갈수록 점진적으로 넓어지도록 배치되어 있다.
제1 서포터(Support: 64)가 복수의 제1 및 제2 깔때기(40-1, 40-2)들 각각의 출구(44)의 하류에 근접되어 있다. 제1 서포터(64)는 출구(44)를 빠져나오는 타깃(4)들을 저지하여 제1 및 제2 깔때기(40-1, 40-2)들에 의한 타깃(4)들의 포획을 보조한다. 타깃(4)들이 제1 및 제2 깔때기(40-1, 40-2)들에 의하여 포획되는 포획방향과 반대방향으로 흘러 출구(54)를 빠져나갈 수 있도록 제2 서포터(66)가 제1 및 제2 역깔때기(50-1, 50-2)들 각각의 상류에 근접되어 있다. 제2 서포터(66)는 타깃(4)들의 흐름을 제1 및 제2 깔때기(40-1, 40-2)로 유도하는 가이드의 기능을 보유한다. 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 및 제2 서포터(64, 66)는 삭제될 수 있다. 이 경우, 타깃(4)들은 제1 및 제2 깔때기(40-1, 40-2)들 안에 포획된다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 미세유체장치는 케이스(10)를 경사지게 올려놓을 수 있는 스탠드(Stand: 70)를 구비한다. 스탠드(70)는 케이스(10)를 경사지게 올려놓을 수 있는 경사테이블(Slant table: 72)과, 경사테이블(72)의 상면에 케이스(10)의 가장자리를 끼워놓을 수 있는 홀더(Holder: 74)로 구성되어 있다. 스탠드(70)의 내측에 샘플(2)을 수용하는 공간(76)이 형성되어 있다. 경사테이블(72)의 상면 일측에 케이스(10)의 출구(16)를 통하여 배출되는 샘플(2)을 공간(76)으로 유입하기 위한 도입구멍(76a)이 형성되어 있다. 컨테이너(Container: 78)가 스탠드(70)의 공간(76)에 유입되는 샘플(2)의 수용을 위하여 경사테이블(72)의 하방에 위치되도록 장착되어 있다. 도입구멍(76a)은 컨테이너(78)의 상방에 정렬되어 있다. 컨테이너(78)는 공간(76)에 서랍식으로 여닫을 수 있도록 장착되어 있다.
본 발명에 따른 미세유체장치는 샘플(2)을 저장하여 케이스(10)의 입구(14)에 공급하는 샘플 공급장치(80)로 주사기(82)를 구비한다. 주사기(82)의 실린더(84)는 샘플(2)을 저장하기 위한 보어(84a), 샘플(2)을 유입하기 위한 입구(84b)와 샘플(2)을 배출하기 위한 출구(84c)를 갖는다. 주사기(82)의 피스톤(Piston: 86)은 입구(84b)를 통하여 보어(84a)에 끼워져 있고, 보어(84a)를 따라 왕복운동되어 출구(84c)를 통하여 샘플(2)을 배출한다. 출구(84c)는 호스(Hose: 88)에 의하여 케이스(10)의 입구(14)에 연결되어 있다. 샘플 공급장치(80)는 정량의 샘플(2)을 펌핑하여 케이스(10)의 채널(12)에 공급할 수 있는 시린지펌프(Syringe pump), 플런저펌프(Plunger pump) 등으로 구성될 수 있다. 또한, 샘플(2)의 일례로 인간의 혈액이 선택될 경우, 샘플 공급장치(80)는 혈액을 저장하여 공급할 수 있는 채혈관(Blood collection tube), 백(Bag), 팩(Pack) 등 다양한 형태로 구성될 수도 있다.
지금부터는, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 미세유체장치에 대한 작용을 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 케이스(10)가 홀더(74)에 끼워지면, 케이스(10)는 경사테이블(72)의 상면에 경사지게 놓여진다. 케이스(10)의 입구(14)는 경사테이블(72)의 상방에 노출되고, 출구(16)는 스탠드(70)의 도입구멍(76a)과 연결된다. 실린더(84)의 출구(84c)가 호스(88)에 의하여 케이스(10)의 입구(14)에 연결된다. 피스톤(86)이 실린더(84)의 보어(84a)를 따라 전진되면, 샘플(2)은 출구(84c)를 통하여 배출되고, 호스(88)와 케이스(10)의 입구(14)를 통하여 채널(12)의 상류에 유입된다.
도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 샘플(2)은 제1 내지 제3 분산장치(20-1, 20-2, 20-3) 각각의 포스트(22)들 사이를 지나면서 샘플(2)의 흐름방향에 대하여 직교하는 방향으로 분산된다. 샘플(2)에 포함되어 있는 타깃(4)들과 논타깃(6)들은 샘플(2)의 흐름과 함께 채널(12)의 폭방향으로 균일하게 분산된다. 샘플(2)의 일례로 인간의 혈액은 점도에 의하여 채널(12)의 한 곳으로 편중되어 흐를 수 있다. 혈액의 흐름은 제1 내지 제3 분산장치(20-1, 20-2, 20-3)를 순차적으로 지나면서 분산되고, 혈액의 분산 흐름은 제1 및 제2 캡처 어레이(30-1, 30-2)에 의한 타깃(4)들의 포획율을 높여 준다.
도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 샘플(2)은 제1 깔때기(40-1)들 각각의 입구(42)로부터 출구(44)를 향하여 흘러내려간다. 제1 깔때기(40-1)들 각각의 출구(44)의 폭이 15~20㎛으로 형성되어 있는 경우, 타깃(4)들 중 15㎛ 이상의 크기를 갖는 제1 유형의 타깃(4a)들은 출구(44)를 통과하지 못하고, 15㎛ 미만의 크기를 갖는 제2 및 제3 유형의 타깃(4b, 4c)들과 논타깃(6)들은 출구(44)를 통과한다. 제1 서포터(64)는 제1 깔때기(40-1)들의 출구(44)를 빠져나오는 제1 유형의 타깃(4a)들을 저지하며, 제1 유형의 타깃(4a)들은 제1 깔때기(40-1)들에 포획된다.
계속해서, 제1 깔때기(40-1)들을 지난 샘플(2)은 제2 깔때기(40-2)들 각각의 입구(42)로부터 출구(44)를 향하여 흘러내려간다. 제2 깔때기(40-2)들 각각의 출구(44)의 폭이 10~15㎛으로 형성되어 있는 경우, 타깃(4)들 중 10㎛ 이상의 크기를 갖는 제2 유형의 타깃(4b)들은 출구(44)를 통과하지 못하고, 10㎛ 미만의 크기를 갖는 제3 유형의 타깃(4c)들과 논타깃(6)들은 출구(44)를 통과한다. 제1 캡처 어레이(30-1)와 제2 캡처 어레이(30-2) 사이에 배열되어 있는 제2 서포터(66)는 타깃(4)들의 흐름을 제2 깔때기(40-2)로 유도한다.
제3 유형의 타깃(4c)들은 제2 캡처 어레이(30-2)의 하류에 배치되어 있는 복수의 제1 캡처 어레이(30-1)들 중 어느 하나 또는 복수의 제2 캡처 어레이(30-2)들 중 어느 하나에 의하여 포획된다. 논타깃(6)들은 복수의 제1 및 제2 캡처 어레이(30-1, 30-2)들을 모두 통과한다. 출구(44)들의 최소 폭은 5㎛으로 형성될 수 있다. 논타깃(6)들의 일례로 인간의 적혈구와 같은 정상세포는 세포핵을 둘러싸고 있는 세포질(Cytoplasm)의 변형에 의하여 그 직경보다 작은 직경의 구멍을 쉽게 빠져나갈 수 있다. 타깃(4)들의 일례로 세포질의 변형률이 낮은 세포는 그 직경보다 작은 직경의 출구(44)를 거의 통과하지 못한다. 정상세포의 세포질은 제1 서포터(64)에 접촉되면 변형되어 출구(44)와 제1 서포터(64) 사이를 쉽게 빠져나간다. 샘플(2)과 논타깃(6)들은 케이스(10)의 출구(16), 스탠드(70)의 도입구멍(76a)을 통하여 공간(76)에 유입된 후, 컨테이너(78) 안에 수용된다.
이와 같이 다단으로 배치되어 있는 복수의 제1 캡처 어레이(30-1)들과 복수의 제2 캡처 어레이(30-2)들에 의하여 타깃(4)들이 크기별로 여과되어 분리되므로, 예를 들어 인간의 혈액으로부터 직경 12~25㎛의 백혈구를 효율적으로 포집할 수 있다. 한편, 출구(44)의 폭이 5㎛으로 형성되어 있는 경우, 직경 6~8㎛의 적혈구는 그 세포질의 변형에 의하여 출구(44)를 통과한다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 미세유체장치는 제1 및 제2 캡처 어레이(30-1, 30-2)에 포획되어 있는 타깃(4)들을 분리하여 채집하기 위하여 운반유체(Carrier fluidic), 예를 들어 솔루션(Solution: 8)을 공급하는 운반유체 공급장치(90)를 구비한다. 운반유체 공급장치(90)는 주사기(92)로 구성되어 있다. 주사기(92)는 실린더(94), 피스톤(96)과 호스(98)로 구성되어 있다. 주사기(92)의 구성과 작용은 샘플 공급장치(80)의 주사기(82)와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다. 운반유체 공급장치(90)는 정량의 솔루션(8)을 펌핑하여 공급할 수 있는 시린지펌프, 플런저펌프 등으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 미세유체장치를 이용한 타깃의 분리방법은 복수의 제1 및 제2 캡처 어레이(30-1, 30-2)들로부터 포집되어 있는 타깃(4)들을 분리하여 채집한다. 먼저, 작업자는 타깃(4)들의 채집을 위하여 입구(14)가 하방을 향하고 출구(16)가 상방을 향하도록 케이스(10)를 뒤집어서 홀더(74)에 끼운다. 작업자는 케이스(10)의 입구(14)를 스탠드(70)의 도입구멍(76a)에 연결한다. 케이스(10)가 뒤집혀져 경사테이블(72)에 올려놓여지면, 제1 및 제2 깔때기(40-1, 40-2)들 각각은 입구(42)가 채널(12)의 하류에 배치되고 출구(44)가 채널(12)의 상류에 배치되도록 여과 방향과 반대방향으로 놓여진다. 또한, 제1 및 제2 역깔때기(50-1, 50-2)들 각각은 입구(52)가 채널(12)의 상류에 배치되고 출구(44)가 채널(12)의 하류에 배치되도록 놓여진다.
케이스(10)의 출구(16)와 피스톤(96)이 호스(98)에 의하여 연결된 후, 피스톤(96)이 실린더(94) 속에서 전진되면, 솔루션(8)은 실린더(94)로부터 배출되어 호스(98), 케이스(10)의 출구(16)를 통하여 채널(12)에 유입된다. 솔루션(8)은 제2 역깔때기(50-2)들의 입구(52)로부터 출구(54)를 향하여 흘러내려간다. 또한, 솔루션(8)은 제2 깔때기(40-2)들의 출구(44)로부터 입구(42)를 향하여 흘러내려간다. 따라서 제2 깔때기(40-2)들에 포획되어 있는 타깃(4)들, 예를 들어 제2 유형의 타깃(4b)들은 제2 깔때기(40-2)들의 입구(42)를 빠져나와서 채널(12)을 따라 제1 캡처 어레이(30-1)들을 향하여 흐른다.
계속해서, 타깃(4)들은 제1 역깔때기(50-1)들의 입구(52)를 통하여 제1 역깔때기(50-1)들에 유입된 후 출구(54)를 향하여 흘러내려간다. 포획방향과 반대방향의 흐름을 갖는 타깃(4)들은 출구(54)와 제2 서포터(66) 사이를 쉽게 통과한다. 제1 역깔때기(50-1)들의 출구(54)를 통과한 제2 유형의 타깃(4b)들과 제1 깔때기(40-1)들에 포획되어 있던 제1 유형의 타깃(4a)들은 솔루션(8)의 흐름을 따라 제3 분산장치(20-3), 제2 분산장치(20-2), 제1 분산장치(20-1), 케이스(10)의 입구(14)와 스탠드(70)의 도입구멍(76a)을 순차적으로 통과하여 공간(76)에 유입된다. 공간(76)에 유입되는 타깃(4)들과 솔루션(8)은 컨테이너(78)에 수용된다. 작업자는 컨테이너(78)를 열고, 컨테이너(78)에 수용되어 있는 타깃(4)들을 채집한다.
도 11과 도 12는 본 발명에 따른 미세유체장치에서 케이스와 스탠드의 다른 실시예를 나타낸 도면들이다. 도 11과 도 12를 참조하면, 다른 실시예의 케이스(110)는 상하로 분리할 수 있는 어퍼케이스(110a)와 로워케이스(110b)를 갖는다. 케이스(110)의 내측에 상류로부터 샘플(2)을 유입하여 하류로 흘려보내기 위한 채널(112)이 형성되어 있다. 채널(112)의 상류에 샘플(2)의 유입을 위한 입구(114a)를 갖는 제1 보스(114)가 연결되어 있고, 채널(112)의 하류에 샘플(2)의 배출을 위한 출구(116a)를 갖는 제2 보스(116)가 연결되어 있다. 제1 및 제2 보스(114, 116) 각각은 케이스(110)의 전면 상하부에 돌출되어 있다.
스탠드(170)는 케이스(110)를 경사지게 올려놓을 수 있는 경사테이블(172)과, 경사테이블(172)의 상면에 케이스(110)의 가장자리를 끼워놓을 수 있는 홀더(174)로 구성되어 있다. 스탠드(170)의 내측에 샘플(2)을 수용하는 공간(176)이 형성되어 있다. 스탠드(170)의 상면 일측에 케이스(110)의 출구(116a)를 통하여 배출되는 샘플(2)을 공간(176)으로 유입하기 위한 도입구멍(176a)을 갖는 보스(176b)가 형성되어 있다. 컨테이너(178)가 스탠드(170)의 공간(176)에 유입되는 샘플(2)의 수용을 위하여 장착되어 있다. 도입구멍(176a)은 컨테이너(178)의 상방에 정렬되어 있다. 컨테이너(178)는 공간(176)에 서랍식으로 여닫을 수 있도록 장착되어 있다.
케이스(110)의 제1 보스(114)는 샘플 공급장치(80)의 주사기(82)와 호스(88)에 의하여 연결되어 있다. 케이스(110)의 제2 보스(116)는 스탠드(170)의 보스(176b)와 호스(118)에 의하여 연결되어 있다. 샘플(2)은 주사기(82)로부터 호스(88), 입구(114a), 채널(112), 출구(116a), 호스(118)와 도입구멍(176a)을 통하여 공간(176)으로 흐른 후 컨테이너(178)에 수용된다.
한편, 케이스(110)의 제1 보스(114)가 하방을 향하고 제2 보스(116)가 상방을 향하도록 케이스(10)가 뒤집혀져 홀더(174)에 장착되어 있는 경우, 제1 보스(114)는 스탠드(170)의 보스(176b)와 호스(118)에 의하여 연결된다. 앞에서 설명한 운반유체 공급장치(90)의 주사기(92)로부터 공급되는 솔루션(8)은 호스(88), 출구(116a), 채널(112), 입구(114a), 호스(118)와 도입구멍(176a)을 통하여 공간(176)으로 흐른 후 컨테이너(178)에 수용된다. 이와 같이 케이스(110)의 제1 보스(114) 또는 제2 보스(116)와 스탠드(170)의 도입구멍(176a)을 호스(118)에 의하여 연결하는 구조에 의하여 케이스(110)를 간편하게 뒤집어서 홀더(174)에 장착할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
2: 샘플 4: 타깃
10: 케이스 12: 채널
20: 분산장치 22: 포스트
24: 포스트 어레이 30-1: 제1 캡처 어레이
30-2: 제2 캡처 어레이 40-1: 제1 깔때기
40-2: 제2 깔때기 50-1: 제1 역깔때기
50-2: 제2 역깔때기 64: 제1 서포터
66: 제2 서포터 70: 스탠드
72: 경사테이블 78: 컨테이너
80: 샘플 공급장치 82: 주사기
90: 운반유체 공급장치 92: 주사기

Claims (20)

  1. 복수 유형의 타깃들을 포함하고 있는 샘플의 도입을 위한 입구와 상기 샘플의 배출을 위한 출구를 갖는 채널이 형성되어 있는 케이스와;
    상기 채널에 상기 샘플의 흐름방향과 직교하는 방향을 따라 교번적으로 배열되어 있는 복수의 제1 깔때기들과 복수의 제1 역깔때기들을 가지고, 상기 복수의 제1 깔때기들은 상기 복수 유형의 타깃들을 포획하는 제1 캡처 어레이와;
    상기 제1 캡처 어레이의 하류에 상기 샘플의 흐름방향과 직교하는 방향을 따라 교번적으로 배열되어 있는 복수의 제2 깔때기들과 복수의 제2 역깔때기들을 가지고, 상기 복수의 제2 깔때기들은 상기 복수 유형의 타깃들을 포획하는 제2 캡처 어레이와;
    상기 케이스의 입구와 상기 제1 캡처 어레이사이의 상기 채널에 상기 샘플의 흐름을 분산하도록 상기 샘플의 흐름방향과 상기 샘플의 흐름방향과 직교하는 방향을 따라 상기 복수 유형의 타깃들이 통과되도록 간격을 두고 배열되어 있는 복수의 포스트들로 이루어지는 분산장치를 포함하며;
    상기 분산장치는 복수로 이루어지고, 상기 복수의 분산장치들은 상기 샘플의 흐름방향을 따라 다단으로 배열되어 있으며, 상기 복수의 분산장치들 각각의 복수의 포스트들은 그 직경이 상기 샘플의 흐름방향을 따라 점진적으로 감소되도록 배열되어 있는 미세유체장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 제1 깔때기들과 상기 복수의 제2 깔때기들은 서로 엇갈리도록 배열되어 있는 미세유체장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 제1 깔때기들과 상기 복수의 제2 역깔때기들은 동축에 정렬되어 있고, 상기 복수의 제1 역깔때기들과 상기 복수의 제2 깔때기들은 동축에 정렬되어 있는 미세유체장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 복수의 제1 깔때기들, 상기 복수의 제1 역깔때기들, 상기 복수의 제2 깔때기들과 상기 복수의 제2 역깔때기들 각각은 입구와 출구를 가지며, 상기 복수의 제1 깔때기들 각각의 출구와 상기 복수의 제1 역깔때기들 각각의 출구는 동일 크기의 단면적을 가지고, 상기 복수의 제2 깔때기들 각각의 출구와 상기 복수의 제2 역깔때기들 각각의 출구는 동일 크기의 단면적을 갖는 미세유체장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 복수의 제1 깔때기들의 출구의 단면적은 상기 복수의 제2 깔때기들의 출구의 단면적보다 크게 형성되어 있고, 상기 복수의 제1 역깔때기들의 출구의 단면적은 상기 복수의 제2 역깔때기들의 출구의 단면적보다 크게 형성되어 있는 미세유체장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 깔때기들 각각의 출구를 빠져나오는 상기 복수 유형의 타깃들을 저지하도록 상기 제1 및 제2 깔때기들 각각의 출구의 하류에 제1 서포터가 근접되어 있는 미세유체장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 복수 유형의 타깃들이 상기 제1 및 제2 깔때기들에 의하여 포획되는 포획방향과 반대방향으로 흘러 상기 제2 역깔때기들 각각의 출구를 빠져나갈 수 있도록 상기 제2 역깔때기들 각각의 출구의 상류에 제2 서포터가 근접되어 있는 미세유체장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 포스트들 중 상기 채널의 상류로부터 하류를 향하여 기산되는 홀수 번째 포스트 어레이들과 짝수 번째 포스트 어레이들은 서로 엇갈리도록 배열되어 있는 미세유체장치.
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스를 경사지게 올려놓을 수 있는 스탠드를 더 구비하는 미세유체장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 스탠드는,
    상기 케이스를 경사지게 올려놓을 수 있는 경사테이블과;
    상기 경사테이블의 하방에 배치되어 있고, 상기 케이스의 출구를 통하여 배출되는 상기 샘플을 수용하는 컨테이너로 이루어지는 미세유체장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 케이스의 입구는 상기 케이스의 전면 상부에 형성되어 있는 제1 보스에 형성되어 있고, 상기 케이스의 출구는 상기 케이스의 전면 하부에 형성되어 있는 제2 보스에 형성되어 있으며, 상기 스탠드의 상면 일측에 상기 제1 보스와 상기 제2 보스 중 어느 하나와 호스에 의하여 연결되는 도입구멍을 갖는 보스가 형성되어 있고, 상기 도입구멍은 상기 도입구멍을 통과하는 상기 샘플이 상기 컨테이너에 수용되도록 상기 컨테이너의 상방에 정렬되어 있는 미세유체장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 샘플을 저장하여 상기 케이스의 입구에 공급하는 샘플 공급장치를 더 구비하는 미세유체장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 샘플 공급장치는 주사기로 이루어지는 미세유체장치.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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