KR101335726B1 - 면역혈청 검사 및 생화학 검사를 동시에 수행하는 디스크형미세유동장치 - Google Patents

면역혈청 검사 및 생화학 검사를 동시에 수행하는 디스크형미세유동장치 Download PDF

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Abstract

면역혈청 검사 및 생화학 검사를 동시에 수행하는 디스크형 미세유동장치가 개시된다. 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치는, 회전 가능한 디스크형 플랫폼; 상기 디스크형 플랫폼의 일 부분에 배치되고, 다수의 챔버와 상기 다수의 챔버를 서로 연결하는 다수의 채널과 상기 채널을 통한 유체의 흐름을 통제하는 다수의 밸브를 포함하고, 표면에 캡쳐 프로브(capture probe)를 가지는 미세 입자를 이용하여 시료로부터 표적 물질을 검출하는 면역혈청 검사 유닛; 및 상기 디스크형 플랫폼의 다른 일 부분에 배치되고, 유입된 시료와 미리 수용되어 있는 반응액의 생화학 반응에 의해 시료에 포함된 표적 물질을 검출하는 생화학 검사 유닛을 포함하고, 상기 다수의 밸브는 상온에서 고체 상태이고 고온에서 액체 상태인 상전이 물질에 발열 입자가 분산된 밸브 물질을 포함하고, 상기 밸브 물질이 외부 에너지원으로부터 조사된 전자기파로 인한 열에 의해 용융된 상태로 이동하여 상기 채널통로를 열거나 닫는 적어도 하나의 상전이 밸브를 포함한다.
디스크형 미세유동장치, 상전이 밸브, 면역혈청 검사, 생화학 검사

Description

면역혈청 검사 및 생화학 검사를 동시에 수행하는 디스크형 미세유동장치 {Disk type microfluidic device for conducting immunoassey and biochemistry analysis simultaneously}
도 1은 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치의 개략적인 구성을 보인다.
도 2는 다수의 면역혈청 검사 유닛과 다수의 생화학 검사 유닛을 구비한 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치의 실시예를 보이는 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치에 채용될 수 있는 면역혈청 검사 유닛의 한 예를 보이는 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치에 채용될 수 있는 면역혈청 검사 유닛의 다른 예를 보이는 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치에 채용될 수 있는 생화학 검사 유닛의 한 예를 보이는 사시도이다.
도 6은 다수의 면역혈청 검사 유닛과 다수의 생화학 검사 유닛을 구비한 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치의 다른 실시예를 보이는 평면도이다.
도 7은 상기 도 6의 실시예에서 점선 표시된 영역을 확대 도시한 평면도이다.
도 8은 상기 도 6의 실시예에서 점섬 표시된 영역에 대한 변형 예를 도시한 평면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 미세유동장치의 면역혈청 검사 유닛 및 생화학 검사 유닛에 채용될 수 있는 열림 밸브(Normally closed valve)의 예를 보이는 평면도이다.
도 10은 상기 도 9의 Ⅹ-Ⅹ' 단면을 보이는 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 미세유동장치의 면역혈청 검사 유닛 및 생화학 검사 유닛에 채용될 수 있는 닫힘 밸브(Normally open valve)의 예를 보이는 평면도이다.
도 12는 상기 도 11의 XⅡ-XⅡ' 단면을 보이는 단면도이다.
도 13은 상기 도 9의 열림 밸브의 작동 모습을 보이는 일련의 고속촬영 사진들이다.
도 14는 상기 도 10의 닫힘 밸브의 작동 모습을 보이는 일련의 고속촬영 사진들이다.
도 15는 상기 도 9의 열림 밸브에서 밸브 플러그에 포함된 자성유체의 부피비와 밸브 반응시간의 관계를 보이는 그래프이다.
도 16은 상기 도 9의 열림 밸브를 구동하기 위해 외부에너지원으로 사용된 레이저 광원의 파워와 밸브 반응시간의 관계를 보이는 그래프이다.
도 17은 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치를 이용하여 면역혈청 검사 및 생화학 검사를 수행하는 과정을 보이는 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
30~34, 35a~d, 310, 320, 330, 340, 531, 532: 열림 밸브
40, 44a~c, 45a~d: 닫힘 밸브
100: 디스크형 플랫폼(platform)
180: 혈청분리 유닛
200: 디스크형 미세유동장치
210, 211, 220, 221: 면역혈청 검사 유닛
230, 231, 232, 240, 241, 242: 생화학 검사 유닛
400: 혈청 분배 채널
421~426: 입구 채널
501~506: 미터링(metering) 챔버
본 발명은 디스크형 미세유동장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 하나의 디스크형 플랫폼 내에 다수의 미세유동 구조물이 배치된 장치에서 혈액을 이용한 면역혈청 검사와 생화학 검사를 동시에 수행할 수 있도록 한 디스크형 미세유동장치에 관한 것이다.
일반적으로 미세유동장치에서 하나의 독립적인 기능을 수행하는 미세유동 구조물은 유체를 가두어 둘 수 있는 챔버와, 유체가 흐를 수 있는 채널 및 유체의 흐 름을 조절할 수 있는 밸브를 포함하고, 이들의 다양한 조합에 의해 만들어질 수 있다. 소형의 칩(chip) 상에서 생화학적 반응을 포함한 시험을 수행할 수 있도록, 칩 형태의 기판에 이러한 미세유동 구조물을 배치하고 여러 단계의 처리 및 조작을 수행할 수 있도록 제작된 장치를 랩온어칩(lab-on-a chip)이라 한다.
미세유동 구조물 내에서 유체를 이송하기 위해서는 구동 압력이 필요한데, 구동 압력으로서 모세관압이 이용되기도 하고, 별도의 펌프에 의한 압력이 이용되기도 한다. 최근에는 디스크 형상의 플랫폼에 미세유동 구조물을 배치하고 원심력을 이용하여 유체를 이동시키며 일련의 작업을 수행하는 디스크형 미세유동장치들이 제안되고 있다. 이를 일컬어 랩씨디(Lab CD) 또는 랩온어디스크(Lab-on a disk)라 하기도 한다. 원심력을 기반으로 하여 디스크형 플랫폼 내에서 필요한 작업을 빠르고 정확하게 수행할 수 있는 다양한 디스크형 미세유동장치를 제공하기 위한 노력이 계속되고 있다.
디스크형 미세유동장치는 여러 종류의 병리학적 검사에 응용될 수 있다. 기존의 병리학적 검사들은 많은 수작업과 다양한 장비들을 필요로 한다. 검사를 신속히 수행하기 위해서는 숙련된 임상병리사가 필요하다. 다만, 숙련된 임상병리사라 하더라도 여러 가지 검사를 동시에 수행하는 데는 많은 어려움이 따른다. 특히, 생화학 검사와 면역혈청 검사와 같이 서로 프로세스가 다른 검사들을 수행하기 위해서는 데는 서로 다른 장비를 이용해야 하기 때문이다. 그러나, 응급 환자에 대한 진단에 있어서, 빠른 검사 결과는 빠른 응급 조치를 위해 대단히 중요하다. 따라서, 상황에 따라 필요한 여러 가지 병리학적 검사를 동시에, 그리고 빠르고 정확하 게 수행할 수 있는 장치가 요구된다.
본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치는 상기와 같은 요구를 만족하기 위하여 제안된 것이다. 좀 더 구체적으로는 서로 프로세스가 다른 면역혈청 검사와 생화학 검사를 동시에 수행할 수 있는 디스크형 미세유동장치 및 이를 포함하는 미세유동시스템을 제공하는 데에 본 발명의 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하나의 디스크형 미세유동장치 내에서 서로 다른 병리학적 검사를 신속하고 정확하게 진행할 수 있도록, 서로 공통적인 프로세스를 진행할 때는 여러 종류의 검사 유닛들이 동시에 작업을 수행하고, 각 검사에 고유한 프로세스를 진행할 때는 다른 검사 유닛의 작업에 영향을 미치지 않도록 해야 하는 과제를 해결하고자 한다.
본 발명에 따른 면역혈청 검사 및 생화학 검사를 동시에 수행하는 디스크형 미세유동장치는, 회전 가능한 디스크형 플랫폼; 상기 디스크형 플랫폼의 일 부분에 배치되고, 다수의 챔버와 상기 다수의 챔버를 서로 연결하는 다수의 채널과 상기 채널을 통한 유체의 흐름을 통제하는 다수의 밸브를 포함하고, 표면에 캡쳐 프로브(capture probe)를 가지는 미세 입자를 이용하여 시료로부터 표적 물질을 검출하는 면역혈청 검사 유닛; 및 상기 디스크형 플랫폼의 다른 일 부분에 배치되고, 유입된 시료와 미리 수용되어 있는 반응액의 생화학 반응에 의해 시료에 포함된 표적 물질을 검출하는 생화학 검사 유닛을 포함하고, 상기 다수의 밸브는 상온에서 고체 상태이고 고온에서 액체 상태인 상전이 물질에 발열 입자가 분산된 밸브 물질을 포함하고, 상기 밸브 물질이 외부 에너지원으로부터 조사된 전자기파로 인한 열에 의해 용융된 상태로 이동하여 상기 채널통로를 열거나 닫는 적어도 하나의 상전이 밸브를 포함한다.
상기 상전이 밸브에서, 상기 상전이 물질은 왁스, 겔, 열가소성 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나일 수 있고, 상기 발열 입자는 직경이 1 nm 내지 100 ㎛ 일 수 있다. 상기 발열 입자는 외부로부터 전자기파를 흡수하여 열에너지로 변환하는 코어(core)와 상기 코어를 둘러싸는 쉘(shell)로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 발열 입자는 중합체 비드, 퀀텀 닷(quantum dot), 금 나노입자, 은 나노입자, 금속화합물 비드, 탄소입자 및 자성비드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 면역혈청 검사 유닛은, 다수의 챔버와 상기 다수의 챔버를 서로 연결하는 다수의 통로와 상기 통로를 통한 유체의 흐름을 통제하는 다수의 밸브를 포함하고, 상기 디스크형 플랫폼의 회전에 따른 원심력을 이용하여 유체를 이송하는 미세유동 구조물; 상기 미세유동 구조물 내에 구비되고, 표면에 표적 물질과 선택적으로 결합하는 캡쳐 프로브(capture probe)를 갖는 미세 입자; 및 상기 미세유동 구조물 내에 구비되고, 상기 표적 물질과 선택적으로 결합하고, 광학적 신호발현에 필요한 물질을 포함하는 검출 프로브(detection probe)를 포함하고, 상기 미세유동 구조물은 상기 미세 입자와 시료 및 상기 검출 프로브를 혼합하여 반응시키고, 반응을 마친 미세 입자를 세정 및 분리하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 또한, 상기 면역혈청 검사 유닛은 상기 미세유동 구조물 내에 구비되고, 상기 세정 및 분리된 미세 입자와 혼합되어, 상기 표적 물질에 부착된 검출 프로브의 상기 광학적 신호발현 물질과 반응하여 광학적 신호를 발생시키는 반응액을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 면역혈청 검사 유닛에 있어서, 상기 상전이 밸브는, 초기에 상기 밸브 플러그가 상기 통로를 닫도록 배치되고, 상기 밸브 플러그가 열에 의해 용융되면서 상기 밸브 플러그의 초기 위치에 인접하게 마련된 드레인 챔버로 이동하여 상기 통로를 여는 열림 밸브; 및 초기에 상기 밸브 물질은 통로와 연결된 밸브 챔버에 배치되어 상기 통로를 열어두고, 상기 밸브 물질이 열에 의해 용융 및 팽창되면서 상기 통로로 유입되고 응고되어 상기 통로를 닫는 닫힘 밸브를 포함할 수 있다.
상기 면역혈청 검사 유닛에 있어서, 상기 미세유동 구조물은, 시료를 수용하는 시료 챔버; 버퍼액을 수용하는 버퍼 챔버; 상기 미세 입자 용액을 수용하는 미세 입자 챔버; 상기 검출 프로브 용액을 수용하고, 상기 시료 챔버, 상기 버퍼 챔버 및 상기 미세 입자 챔버와 통로로 연결되고, 상기 디스크형 플랫폼의 중심에서 가장 먼 쪽에 밸브가 마련된 출구를 가지며, 상기 각각의 채널 및 출구에 배치된 밸브들의 통제에 따라 상기 시료와 상기 미세 입자의 반응, 상기 버퍼액을 이용한 상기 미세 입자의 세정 및 분리를 수행하는 혼합 챔버; 상기 혼합 챔버의 출구와 인접한 부분에 통로로 연결되고, 상기 통로에 배치된 밸브의 통제에 따라 상기 혼합 챔버로부터 배출되는 유체를 수용하는 웨이스트 챔버; 및 상기 혼합 챔버의 출구와 통로로 연결되고, 분리된 상기 미세 입자를 수용하고, 상기 검출 프로브에 의 한 광학적 신호를 제공하는 광학 신호발현 챔버를 포함하는 것일 수 있다.
이 경우, 상기 혼합 챔버는, 상기 시료 챔버, 상기 버퍼 챔버 및 상기 미세 입자 챔버보다 상기 디스크형 플랫폼의 중심에서 멀리 배치되고, 상기 웨이스트 챔버 및 상기 광학 신호발현 챔버보다는 디스크형 플랫폼의 중심에 가까이 배치된 것일 수 있다. 상기 혼합 챔버와 상기 웨이스트 챔버를 연결하는 통로는 상기 혼합 챔버와의 연결부와 상기 혼합 챔버의 출구 사이에 상기 미세 입자가 침전될 수 있는 공간이 형성되도록 하는 위치에 연결되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 혼합 챔버와 상기 웨이스트 챔버를 연결하는 통로는 밸브에 의해 개방 및 폐쇄 가능한 것일 수 있고, 나아가 적어도 2번 개방 및 폐쇄를 반복할 수 있도록 만들어진 것일 수 있다. 또한, 상기 버퍼 챔버와 상기 혼합 챔버를 연결하는 통로들은 상기 버퍼 챔버의 여러 단계의 수위에 대응되는 위치에 각각 연결되고, 상기 각각의 통로마다 개별적으로 작동 가능한 밸브를 구비할 수 있다. 한편, 상기 미세 입자는 자성비드이고, 상기 면역혈청 검사 유닛은 상기 광학 신호발현 챔버에 인접하게 배치되어 자기력에 의해 상기 광학 신호발현 챔버 내의 자성비드를 응집시키는 자기장 형성물질을 더 구비할 수도 있다.
또한, 이 경우 상기 면역혈청 검사 유닛은 상기 광학 신호발현 챔버에 수용되고, 상기 세정 및 분리된 상기 미세 입자와 혼합되어, 상기 표적 단백질에 부착된 검출 프로브의 상기 광학적 신호발현 물질과 반응하여 광학적 신호를 발생시키는 반응액을 더 포함할 수 있다. 또한 상기 면역혈청 검사 유닛은 상기 광학 신호발현 챔버보다 반지름 방향 바깥쪽에 배치되고, 상기 광학 신호발현 챔버의 출구와 연결된 고정 챔버를 더 포함하고, 상기 고정 챔버 내부에 상기 광학적 신호발현 물질과 상기 반응액의 반응을 정지시키는 고정 용액이 구비할 수 있다.
또한, 이 경우 상기 면역혈청 검사 유닛은 상기 시료 챔버 및 상기 혼합 챔버로 연결된 통로와 연결되고, 상기 시료 챔버에 수용된 시료를 원심분리하여 그 상층액을 상기 혼합 챔버에 제공하는 원심분리 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 면역혈청 검사와 생화학 검사를 동시에 수행하는 디스크형 미세유동장치는, 회전 가능한 디스크형 플랫폼; 상기 디스크형 플랫폼의 일 부분에 배치되고, 다수의 챔버와 상기 다수의 챔버를 서로 연결하는 다수의 채널과 상기 채널을 통한 유체의 흐름을 통제하는 다수의 밸브를 포함하고, 표면에 캡쳐 프로브(capture probe)들이 배열된 마이크로어레이 칩을 이용하여 시료로부터 다양한 표적 단백질을 검출하는 면역혈청 검사 유닛; 및 상기 디스크형 플랫폼의 다른 일 부분에 배치되고, 유입된 시료와 미리 수용되어 있는 반응액의 생화학 반응에 의해 시료에 포함된 표적 물질을 검출하는 생화학 검사 유닛을 포함하고, 상기 다수의 밸브는 상온에서 고체 상태이고 고온에서 액체 상태인 상전이 물질에 발열 입자가 분산된 밸브 물질을 포함하고, 상기 밸브 물질이 외부 에너지원으로부터 조사된 전자기파로 인한 열에 의해 용융된 상태로 이동하여 상기 채널통로를 열거나 닫는 적어도 하나의 상전이 밸브를 포함할 수 있다.
이러한 실시형태에 있어서, 상기 면역혈청 검사 유닛은, 상기 디스크형 플랫폼 내에 배치되고, 다수의 챔버와 상기 다수의 챔버를 서로 연결하는 다수의 채널과 상기 채널을 통한 유체의 흐름을 통제하는 다수의 밸브를 포함하고, 상기 디스 크형 플랫폼의 회전 및 상기 밸브에 의해 유체시료를 조작하는 미세유동 구조물; 및 그 표면에 고정(binding)된 캡쳐 프로브들이 상기 미세유동 구조물 내부의 시료와 접촉하도록 상기 디스크형 플랫폼에 장착된 마이크로어레이 칩을 포함할 수 있다. 상기 미세유동 구조물은, 시료 중의 표적 물질과 선택적으로 결합하고, 광학적 신호를 발현하는 반응액을 저장하는 반응액 챔버를 포함하고, 상기 반응액이 시료와 혼합된 상태로 상기 마이크로어레이 칩과 접촉하도록 만들어진 것일 수 있다. 또한, 상기 미세유동 구조물은, 버퍼액을 저장하는 버퍼액 챔버를 포함하고, 상기 저장된 버퍼액을 일정 양씩 나누어 상기 마이크로어레이 칩을 여러 차례 세척하도록 만들어진 것일 수 있다. 또한, 상기 미세유동 구조물은, 상기 디스크형 플랫폼의 회전에 따른 원심력을 이용하여 시료를 원심 분리하는 원심분리 유닛을 포함하고, 이를 통해 분리된 유체시료가 상기 마이크로어레이 칩과 접촉하도록 하는 것일 수 있다.
마이크로어레이 칩을 이용한 면역혈청 검사 유닛에 있어서, 상기 미세유동 구조물은, 챔버의 내벽 중 어느 한쪽이 상기 마이크로어레이 칩으로 이루어진 반응 챔버를 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 미세유동 구조물은, 시료 중의 표적 물질과 선택적으로 결합하고, 광학적 신호를 발현하는 반응액을 저장하는 반응액 챔버; 버퍼액을 저장하는 버퍼액 챔버; 및 상기 디스크형 플랫폼의 회전에 따른 원심력을 이용하여 시료를 원심 분리하는 원심분리 유닛을 포함하고, 상기 원심분리 유닛과 상기 반응액 챔버 및 상기 버퍼액 챔버는 각각 상기 반응 챔버와 연결된 것일 수 있다.
이상의 두 가지 실시형태에 따른 디스크형 미세유동장치에 있어서, 상기 생화학 검사 유닛은, 시료를 수용하는 시료 챔버; 상기 시료 챔버와 연결되고 생화학 반응을 통해 표적 물질을 검출하기 위한 반응액이 수용된 반응 챔버; 및 상기 시료와 상기 생화학적 반응액의 반응 결과물을 광학적으로 검출 가능하도록 수용하는 검출 챔버를 포함할 수 있다.
상기 생화학 검사 유닛은, 상기 시료 챔버 및 상기 반응 챔버와 연결되고, 상기 시료 챔버에 수용된 시료를 원심분리하여 그 상층액을 상기 반응 챔버에 제공하는 원심분리 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 면역혈청 검사와 생화학 검사를 동시에 수행하는 디스크형 미세유동장치는, 회전 가능한 디스크형 플랫폼; 상기 디스크형 플랫폼 내에서 중심에 가까운 부분에 배치된 것으로, 상기 디스크형 플랫폼의 회전에 따른 원심력을 이용하여 시료를 원심 분리하고 그 상층액을 배출하는 원심분리 유닛; 상기 원심분리 유닛으로부터 배출된 시료의 상층액을 다수의 미터링 챔버로 일정량씩 분배하는 분배 유닛; 상기 디스크형 플랫폼의 일 부분에 배치되고, 다수의 챔버와 상기 다수의 챔버를 서로 연결하는 다수의 채널과 상기 채널을 통한 유체의 흐름을 통제하는 다수의 밸브를 포함하고, 표면에 캡쳐 프로브(capture probe)를 가지는 미세 입자를 이용하여 상기 분배 유닛을 통해 공급된 시료로부터 표적 물질을 검출하는 면역혈청 검사 유닛; 및 상기 디스크형 플랫폼의 다른 일 부분에 배치되고, 유입된 시료와 미리 수용되어 있는 반응액의 생화학 반응에 의해 시료에 포함된 표적 물질을 검출하는 생화학 검사 유닛을 포함하고, 상기 다수의 밸브는 상온에서 고체 상태이고 고온에서 액체 상태인 상전이 물질에 발열 입자가 분산된 밸브 물질을 포함하고, 상기 밸브 물질이 외부 에너지원으로부터 조사된 전자기파로 인한 열에 의해 용융된 상태로 이동하여 상기 채널통로를 열거나 닫는 적어도 하나의 상전이 밸브를 포함할 수 있다.
상기 분배 유닛은, 상기 원심분리 유닛의 출구와 연결되고 상기 디스크형 플랫폼의 원주 방향을 따라 연장되며, 전 구간에 걸쳐 유체저항이 일정한 분배 채널; 상기 디스크형 플랫폼 내에 상기 분배 채널의 반지름 방향 바깥쪽에 배치된 다수의 미터링 챔버; 및 상기 분배 채널과 상기 다수의 미터링 챔버를 각각 연결하는 다수의 입구 채널을 포함하고, 상기 디스크형 플랫폼의 회전에 따른 원심력을 이용하여 상기 원심분리 유닛으로부터 배출된 시료 상층액을 상기 분배 채널을 통해 상기 다수의 미터링 챔버로 분배하는 것일 수 있다. 상기 분배 채널은 전 구간에 걸쳐 유체저항이 일정하도록 하기 위해 그 단면적이 일정하게 만들어진 것일 수 있다. 상기 분배 채널은 상기 원심 분리 유닛의 출구보다 상기 디스크형 플랫폼의 중심으로부터 가깝게 배치된 배기구와 연결된 벤트를 가지고, 상기 다수의 미터링 챔버는 벤트를 가지지 않는 밀폐형 챔버일 수 있다.
상기 다수의 입구 채널은 그 유체저항이 상기 분배 채널의 유체저항보다 작거나 같을 수 있다. 한편, 상기 다수의 입구 채널은 그 내부를 두 개의 서브 채널로 나누는 격벽을 더 포함하는 것일 수도 있다. 상기 격벽은 그 안쪽 부분이 상기 분배 채널의 일부를 막아 상기 유체 시료가 상기 분배 채널을 따라 진행할 때 받는 유체저항보다 상기 서브 채널로 진행할 때 받는 유체저항이 더 작거나 같아지도록 한 것일 수 있다. 이러한 예로서, 상기 격벽의 내측 단부와 상기 분배 채널 내벽 사이로 유체가 흐를 수 있는 단면적이 상기 서브 채널의 단면적보다 작거나 같도록 할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다. 도시된 챔버 및 채널 등의 구조물은 그 형상이 단순화되고, 그 크기의 비가 실제와 달리 확대되거나 축소된 것일 수 있다. 마이크로어레이 칩(microarray chip), 미세유동장치(microfluidic device), 미세 입자(micro-particle) 등의 표현에서 '마이크로(micro-)'는 매크로(macro-)에 대비되는 의미로 사용된 것일 뿐 크기 단위로서 한정적으로 해석되어서는 안 될 것이다.
본 명세서에서 '미세유동구조물'이란 특정한 형태의 구조물을 지칭하는 것이 아니라, 다수의 챔버와 채널 그리고 밸브로 이루어져 유체 유동을 수반하는 구조물을 포괄적으로 지칭한다. 따라서, '미세유동구조물'은 챔버와 채널 및 밸브의 배치 상의 특징 및 그 내부에 수용되어 있는 물질의 종류에 따라 각기 다른 기능을 수행하는 유닛을 구성할 수 있다.
본 명세서에서 '반응액'은 시료와의 반응을 통해 광학적으로 검출 가능한 결과물을 만들어 낼 수 있는 용액을 모두 포함하는 의미로 사용되었다. 다만, 면역혈청 검사에 사용되는 반응액과 생화학 검사에 사용되는 반응액을 구별하기 위하여 생화학 검사에 사용되는 반응액은 '생화학적 반응액'으로 표현하였다.
도 1은 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치의 개략적인 구성을 보인다. 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치(200)는 회전 가능한 하나의 디스크형 플랫폼(100) 내에 적어도 하나의 면역혈청 검사 유닛(immunoassey unit)(IMU1, IMU2)과 적어도 하나의 생화학 검사 유닛(biochemistry analysis unit)(BC2, BC2)를 함께 구비할 수 있다.
여기서, 상기 디스크형 플랫폼(100)은 그 형태가 반드시 원판 형상으로 한정되는 것은 아니다. 그 자체로서 회전 가능한 온전한 원판 형상뿐만 아니라 회전 가능한 프레임(frame)에 안착되어 회전할 수 있는 부채꼴 등의 형상일 수도 있다. 상기 디스크형 플랫폼(100)은 성형이 용이하고, 그 표면이 생물학적으로 비활성인 아크릴(PMMA), PDMS, PC 등의 플라스틱 소재로 만들어질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 화학적, 생물학적 안정성과 광학적 투명성 그리고 기계적 가공성을 가지는 소재이면 족하다. 상기 플랫폼(100)은 여러 층의 판으로 이루어질 수 있다. 판과 판이 서로 마주보는 면에 챔버나 채널 등에 해당하는 음각 구조물을 만들고 이들을 접합함으로써 상기 플랫폼(100) 내부에 공간과 통로를 제공할 수 있다. 판과 판의 접합은 접착제나 양면 접착테이프를 이용한 접착이나 초음파 융착 등 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.
상기 면역혈청 검사 유닛(IMU1, IMU2)은 혈액 또는 혈액으로부터 분리된 혈청을 수용하고, 상기 디스크형 플랫폼(100)의 일 부분에 마련된 미세유동구조물(미도시) 내에서 혈액 또는 혈청을 조작하여 그로부터 표적 물질, 예를 들면 특정한 항체, 항원 또는 단백질 등을 검출하는 유닛을 의미한다. 여기서 상기 면역혈청 검사 유닛(IMU1, IMU2)은 다수의 챔버와 상기 챔버들을 연결하는 통로 그리고 상기 통로에 배치되어 유체의 흐름을 제어하는 밸브를 포함하는 미세유동구조물(미도시)을 포함하고, 상기 밸브는 상온에서 고체 상태이고 고온에서 액체 상태인 상전이 물질에 발열 입자가 분산된 밸브 물질을 포함하고, 상기 밸브 물질이 외부 에너지원으로부터 조사된 전자기파로 인한 열에 의해 용융된 상태로 이동하여 상기 채널통로를 열거나 닫는 적어도 하나의 상전이 밸브(도 9 내지 도14 참조)를 포함한다.
상기 생화학 검사 유닛(BC2, BC2)은 혈액, 혈액으로부터 분리된 혈청, 소변 또는 타액과 같은 생체 시료를 수용하고, 상기 디스크형 플랫폼(100)의 일 부분에 마련된 미세유동구조물(미도시) 내에서 시료와 미리 저장된 반응액의 생화학적 반응을 이용하여 표적 물질을 검출하는 유닛을 의미한다. 상기 반응액은 시료와 화학적으로 반응하여 표적 물질이 광학적으로 검출되도록 하는 역할을 할 수 있다.
도 2는 다수의 면역혈청 검사 유닛과 다수의 생화학 검사 유닛을 구비한 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치의 실시예를 보이는 평면도이다. 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치(200)는 예를 들면, 심장질환 표시인자(Cardiac marker)인 트로포닌 I(TnI: Troponin I)를 검출하는 제1 면역혈청 검사 유닛(IMU1)(210)과 임신 여부를 나타내는 beta-hCG를 검출하는 제2 면역혈청 검사 유닛(IMU2)(220)을 포함하고, 간기능 검사 항목군(liver panel)에 속하는 ALT(Alanine Aminotransferase: GPT)와 AST(Aspartate Aminotransferase: GOT)를 검출하는 제1 생화학 검사 유닛(BC1)(230)과 소화기 계통(특히 췌장)의 이상 유무를 나타내는 아밀라제(amylase)와 리파아제(lipase)를 검출하는 제2 생화학 검사 유닛(BC2)(240)을 포함할 수 있다.
상기의 예는 여성 응급환자의 진료를 위해 신속하게 검사하여야 할 항목들 중에서 선택된 조합이다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 필요에 따라 검사 항목을 추가하거나 다른 검사 항목으로 대체할 수 있다. 예를 들어, 남성 응급환자에 대한 검사인 경우에는 상기의 예에서 beta-hCG를 검출하는 면역혈청 검사 유닛 대신 심장질환 표시인자인 BNP 또는 NT-proBNP를 검출하는 면역혈청 검사 유닛을 포함할 수 있다. 의사는 TnI와 BNP 검출 결과를 통해 심혈관계 질환에 대하여 판단하고, AST와 ALT 검출 결과를 통해 간질환 및 간기능에 대해 판단하고, 아밀라제(amylase)와 리파아제(lipase) 검출 결과를 통해 소화기 계통, 특히 췌장의 이상 유무를 신속하게 판단할 수 있다.
응급환자의 신체 상태를 진단하고 치료함에 있어서, 상기와 같은 검사에 소요되는 시간은 치료의 성패를 좌우할 수 있을 정도로 그 중요성이 크다. 본 발명에 따른 상기 디스크형 미세유동장치(200)를 이용하면, 소량의 시료로부터 매우 짧은 시간 안에 환자의 신체 상태에 대한 다양한 정보를 얻을 수 있다.
아래의 표 1은 동시에 병행함으로써 의미 있는 정보를 얻을 수 있는 면역혈청 검사와 생화학 검사들의 조합을 몇 가지 예로 든 것이다. 이 외에도 필요에 따라 다양한 검사 항목들의 조합이 가능함은 물론이다.
검사 분야 면역혈청 검사 생화학 검사 비고
응급 화학검사 cardiac marker
(CK-MB, TnI, myoglobin, pro-BNP), β-hCG		 Liver test(ALT, AST), Glucose, Digestive test(amylase, lipase) 응급실
간염 및 간기능 검사 HBsAg, Anti-HBs, Anti-HBc, Anti-HCV Liver panel(AST, ALT, TB, Albumin, GGT) 일반(ALT:만성B형 간염 환자들의 정기 모니터링 항목)
혈당 검사 HbA1C Glucose 일반(HbA1C: 3개월 평균혈당치 제공)
심혈관 질환 검사 cardiac marker liver panel(TC, HDL, LDL, TG) 순환기내과
갑상선 검사 Free T4, TSH Glucose 내분비내과
도 3은 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치에 채용될 수 있는 면역혈청 검사 유닛의 한 예를 보이는 평면도이다. 상기 도면에서 윗쪽은 상기 디스크형 플랫폼(100)의 중심부를, 아래쪽은 상기 디스크형 플랫폼(100)의 외곽부에 해당한다. 본 실시예에 따른 면역혈청 검사 유닛(210)의 미세유동 구조물은 유체 시료를 수용하는 시료 챔버(185)와 버퍼액을 수용하는 버퍼 챔버(12) 및 다량의 미세 입자(M1)가 포함된 미세 입자 용액을 수용하는 미세 입자 챔버(13)를 구비한다. 상기 시료 챔버(185)와 상기 버퍼 챔버(12) 및 상기 미세 입자 챔버(13)는 각각 주입구를 구비하고, 사용자는 상기 주입구를 통해 시료와 버퍼액 및 미세 입자 용액을 주입할 수 있다.
상기 디스크형 플랫폼(100)의 중심으로부터 상기 세 챔버보다 먼 위치에는 혼합 챔버(14)가 배치되고, 상기 혼합 챔버(14)는 상기 시료 챔버(185), 상기 버퍼 챔버(12) 및 상기 미세 입자 챔버(13)와 각각 유체 이동 통로인 채널(21,22,23)을 통해 연결된다. 각 채널(21,22,23)에는 유체의 흐름을 통제하는 밸브(31,32,33)가 마련된다. 상기 세 개의 밸브(31,32,33)는 초기에는 닫혀 있다가 일정한 조건하에서 개방되는 열림 밸브일 수 있다. 상기 혼합 챔버(14)는 상기 디스크형 플랫폼(100)의 중심에서 가장 먼 쪽에 출구를 가지고, 상기 출구에는 밸브(34: 이하 출구 밸브라 칭함)가 마련된다. 상기 혼합 챔버(14)는 디스크형 플랫폼의 중심에서 가까운 쪽 부분보다 먼 쪽 부분의 단면적이 좁은 것이 바람직하다. 즉, 상기 출구 밸브(34)에 가까운 부분의 단면적이 좁은 것이 바람직하다. 이를 위해 상기 출구 밸브(34) 안쪽의 일부분이 채널 형태로 만들어질 수도 있다. 한편, 상기 혼합 챔버(14)는 미리 주입된 검출 프로브(detection probe) 용액을 수용하고, 상기 시료 챔버(185)로부터 시료를, 상기 미세 입자 챔버(13)로부터 미세 입자(M1) 용액을, 그리고 상기 버퍼 챔버(12)로부터 버퍼액을 공급 받을 수 있다.
상기 디스크형 플랫폼(100)의 중심에서 상기 혼합 챔버(14)보다 먼 위치에는 웨이스트 챔버(15)가 배치된다. 상기 웨이스트 챔버(15)는 채널(25)을 통해 상기 혼합 챔버(14)의 상기 출구 밸브(34)에 가까운 부분, 즉 전술한 바와 같이 단면적이 좁은 부분에 연결될 수 있다. 다만, 상기 채널이 연결된 부분과 상기 출구 밸브(34) 사이에는 상기 혼합 챔버(14)에 수용된 미세 입자들이 모여 있을 수 있을 정도의 공간을 확보하는 것이 바람직하다.
상기 웨이스트 챔버(15)는 상기 혼합 챔버(14)로부터 적어도 2회에 걸쳐 유체를 유입할 수 있다. 먼저 상기 미세 입자(M1)와의 반응을 거친 시료 잔류물을 유입하고, 다시 미세 입자(M1)를 헹군 버퍼액을 유입한다. 따라서, 상기 채널은 적어도 2회의 개방 및 폐쇄 동작을 반복할 수 있는 밸브를 구비할 수 있다. 개방 또는 폐쇄 동작만 수행할 수 있는 일회성 밸브를 채용하는 경우, 상기 채널은 각각 1회씩 상기 혼합 챔버(14)로부터 상기 웨이스트 챔버(15)로 유체를 통과시킬 수 있는 적어도 두 개의 분기 채널(25a,25b)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 두 개의 분기 채널(25a,25b)은 각각 1회씩 유체를 소통시킨 후에 폐쇄될 수 있다. 이를 위해 각각 열림 밸브(35a,35b)와 폐쇄 밸브(45a,45b)를 구비할 수 있다.
또한, 상기 디스크형 플랫폼(100)의 중심으로부터 상기 혼합 챔버(14)의 출구보다 먼 위치에 광학 신호발현 챔버(16)가 배치된다. 상기 광학 신호발현 챔버(16)는 상기 혼합 챔버(14)의 출구 밸브(34)와 채널(26)을 통해 연결된다. 상기 광학 신호발현 챔버(16)는 미세 입자(M1) 표면에 표적 물질과 함께 부착되어 상기 광학 신호발현 챔버(16)에 들어온 상기 검출 프로브의 상기 광학적 신호발현 물질과 반응하여 광학적 신호를 발현할 수 있도록, 미리 주입된 소정의 반응액을 수용할 수 있다. 상기 반응액에는 상기 검출 프로브의 광학적 신호발현 물질과 반응하여 광학적 신호를 발생시키는 데에 필요한 기질(substrate) 및 효소(enzyme) 등이 포함될 수 있다.
상기 미세 입자(M1)가 자성을 띠는 자성비드인 경우, 상기 광학 신호발현 챔버(16)에 인접한 부분에는 자기장을 발생시키는 자성 물질, 예를 들면 자석(231)이 배치될 수 있다. 상기 자석(231)은 전술한 미세 입자(M1)로서 채용된 자성비드를 응집시키는 역할을 할 수 있다. 한편, 상기 자석(231)은 상기 디스크형 플랫폼(100)의 위 또는 아래에서 여러 위치로 이동하면서 상기 자성비드의 위치를 제어할 수 있다. 예를 들면, 상기 자석(231)은 상기 혼합 챔버(14)에서 원심력에 의해 그 출구 부근에 분리된 자성비드를 챔버(14)의 중심부로 옮겨 다시 용액 내에 분산되기 쉽도록 하는 등의 역할을 수행할 수 있다.
한편, 상기 버퍼 챔버(12)는 상기 미세 입자(M1)를 여러 번(예를 들면, 3번) 세척할 수 있을 정도의 버퍼액을 저장할 수 있도록 큰 용량을 가질 수 있고, 상기 버퍼 챔버(12)와 상기 혼합 챔버(14)를 연결하는 채널(22)이 여러 개로 분기되어 각 분기된 채널이 상기 버퍼 챔버(12)의 여러 단계의 수위에 대응되는 위치로 연결될 수 있다. 이때 상기 분기된 각각의 채널에는 밸브(32a,32b,32c)가 될 수 있고, 이들 밸브(32a,32b,32c)는 개별적으로 동작 가능한 열림 밸브일 수 있다.
또한, 상기 수위 단계의 수만큼 상기 혼합 챔버(14)로부터 상기 웨이스트 챔버(15)로 유체를 배출시키고, 다시 통로를 닫을 수 있는 채널(25c,25d) 및 밸브 구조물(35c,35d)이 마련될 수 있다. 이는, 상기 버퍼 챔버(12)에 수용된 버퍼액을 일정량씩 혼합 챔버(14)에 공급하여 미세 입자(M1)를 세정하고, 그때마다 상기 미세 입자(M1)와 분리된 버퍼액 잔류물을 상기 웨이스트 챔버(15)로 배출하기 위함이다.
본 실시예에 따른 면역혈청 유닛(210)은 상기 시료 챔버(185)를 포함하는 원심분리 유닛(180)을 구비할 수 있다. 상기 원심분리 유닛(180)은 상기 시료 챔버(185)의 출구로부터 회전 중심으로부터 바깥쪽으로 연장된 상층액 분리부(182) 및 상기 상층액 분리부(182)와 채널을 통해 연결된 입자 분리부(181)를 포함한다. 상기 상층액 분리부(182)의 일 측은 열림 밸브(31) 및 채널(21)을 통해 상기 혼합 챔버(14)로 연결된다. 이때, 상기 입자 분리부(181)와 상기 상층액 분리부(182)는 우회 채널(183)을 통해 우회적으로 연결될 수 있다. 상기 우회 채널(183)은 상기 입자 분리부(181)의 벤트 역할을 한다. 한편, 상기 우회 채널(183)의 일 부분에는 잉여 시료 챔버(184)가 연결되어 상기 시료 챔버(185)에 과량의 시료가 주입되더라도 상기 혼합 챔버(14)로 일정한 양의 상층액(혈청)이 공급되도록 할 수 있다.
상기 원심분리 유닛(180)의 작용에 대해 예를 들어 설명하면, 상기 시료 챔버(185)에 전혈(whole blood)을 주입하고, 상기 디스크형 플랫폼(100)를 회전시키면, 무거운 혈구들은 상기 입자 분리부(181)에 수집되고, 상기 상층액 분리부(182)는 혈청으로 채워지게 된다. 이때, 상기 혼합 챔버(14)로 연결된 채널(21)의 밸브(31)가 개방되면, 상기 상층액 분리부(182) 중에서 상기 채널(21)과 연결된 부분보다 회전의 중심에 가까운 부분에 채워져 있던 혈청이 상기 혼합 챔버(14)로 이송되게 된다.
본 실시예에 따른 면역혈청 검사 유닛(210)의 미세유동 구조물에는 상기 광학 신호발현 챔버(16)와 밸브(37)를 사이에 두고 서로 연결된 고정 챔버(17)가 더 구비될 수 있다. 상기 고정 챔버(17)는 상기 광학 신호발현 챔버(16)에 구비된 반응액과 상기 검출 프로브의 광학적 신호발현 물질의 반응을 정지시키는 고정 용액을 구비할 수 있다. 이러한 고정 용액의 작용에 의하여, 상기 밸브(37)가 개방되고 상기 고정 챔버(17)로 표면 흡착물을 포함한 미세 입자와 상기 반응액의 혼합액이 유입되는 시점을 기준으로 광학적 신호발현을 위한 반응이 정지되고, 그 광학적 신호의 세기가 그대로 유지될 수 있다. 이점을 이용하면, 광학적 신호발현 반응의 진행시간을 일정하게 제한할 수 있다. 따라서, 디스크형 플랫폼(100) 외부에 마련된 광 검출부(미도시)를 이용하여 광학적 신호를 검출할 때, 그 측정 시점에 구애받지 않고 정확한 결과를 얻을 수 있다.
상기 미세 입자(M1)는 등의 생체 시료로부터 표적 물질(항원, 항체 기타 표지 단백질 등을 포함하는)을 포집할 수 있도록, 그 표면에 상기 표적 물질과 특이적으로 결합하는 캡쳐 프로브(capture probe)를 갖는다. 예를 들어, 상기 캡쳐 프로브는 특정 표적 물질에만 특이적 친화성을 가지기 때문에, 시료 중에 매우 낮은 농도로 포함된 표적 물질을 검출하고자 하는 경우에 유용하다. 특정 항원에 특이적으로 결합할 수 있는 항체가 결합된 미세 입자는 Invitrogen, Qiagen 사 등에서 시판되고 있으며, 그 예로는 Dynabeads
Figure 112007040810633-pat00001
Genomic DNA Blood (Invitrogen), Dynabeads
Figure 112007040810633-pat00002
anti-E.coli O157(Invitrogen), CELLectionTM Biotin Binder Kit (Invitrogen), MagAttract Virus Min M48 Kit(Qiagen) 등이 있다. 상기 특정 항체가 결합된 미세 입자를 이용하여 디프테리아 독소(Diphtheria toxin), 엔테로코커스 패시움(Enterococcus faecium), 헬리코박터 파일로리(Helicobacter pylori), HBV, HCV, HIV, 인플루엔자(Influenza) A, Influenza B, 리스테리아(Listeria), 마이코플라스마 뉴모니애(Mycoplasma pneumoniae), 슈도모나스 종(Pseudomonas sp.), 루벨라 바이러스(Rubella virus), 로타바이러스(Rotavirus) 등을 검출할 수 있다. 상기 미세 입자 표면에 고정된 캡쳐 프로브의 종류에 따라서 전술한 바와 같이, 심장질환 유무나 임신 여부 등을 알려주는 표지 단백질을 검출할 수도 있음은 물론이다.
상기 미세 입자(M1)는 크기가 50nm ~ 1,000㎛인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는, 1㎛ ~ 50㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 미세 입자(M1)는 두 가지 이상의 크기를 갖는 미세 입자가 혼합된 것일 수도 있다.
상기 미세 입자(M1)는 다양한 재료로 만들어질 수 있다. 특히, 상기 미세 입자(M1)는 강자성를 띠는 Fe, Ni, Cr 의 금속 및 이의 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 물질을 포함하는 자성 비드일 수도 있다.
상기 광학적 신호 발현 물질을 포함하는 검출 프로브로는 종래의 ELISA (Enzyme-linked immunoserological assay) 프로세스에 사용되는 검출 프로브용 물질들이 채용될 수 있다. 예를 들어, 특정 항원을 검출하기 위하여 상기 미세 입자(M1) 표면에 캡쳐 프로브로서 일차항체를 부착한 경우, 검출 프로브로서 HRP(horseradish peroxidase)가 결합된 이차항체를 채용할 수 있다. 이때, 상기 광학 신호발현 챔버(16)에는 HRP와의 반응에 의해 색깔 발현되는 기질 및 효소를 포함하는 반응액을 구비하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치에 채용될 수 있는 면역혈청 검사 유닛의 다른 예를 보이는 평면도이다. 본 실시예에 따르면, 디스크형 플랫폼(100) 내에 다수의 챔버(111, 120, 130, 140, 150)와 이들을 서로 연결하는 통로들 그리고, 상기 각 통로를 통한 유체의 흐름을 제어하는 다수의 밸브(31, 32, 33, 34)들을 포함하는 미세유동 구조물이 마련된다. 여기서, 상기 통로는 채널의 형태로 마련될 수 있다.
한편, 상기 디스크형 플랫폼(100)에는 그 표면에 어레이 형태로 고정(binding)된 다수의 캡쳐 프로브(capture probe)(191n)들이 상기 미세유동 구조물 내의 일 부분을 지나는 시료(혈청)와 접촉하도록, 마이크로어레이 칩(microarray chip)(190)이 장착된다.
본 실시예에서 상기 디스크형 플랫폼(100) 내에 배치된 미세유동 구조물의 구성을 살펴보면 다음과 같다. 상기 미세유동 구조물은 먼저 혈액 등의 시료를 수용할 수 있는 시료 챔버(185)와 상기 시료 챔버(185)와 연결되어 상기 시료로부터 상층액을 분리하는 원심분리 유닛(180)을 포함할 수 있다. 또한, 반응액을 저장하는 반응액 챔버(130)와 버퍼액을 저장하는 버퍼액 챔버(120)를 포함할 수 있다. 상기 반응액 챔버(130)에는 시료 중의 표적 물질과 선택적으로 결합하고, 형광, 흡광, 발광 등의 광학적 신호를 발현하는 물질이 포함된 반응액이 미리 저장되고, 상기 버퍼액 챔버(120)에는 시료를 희석하거나 시료와 접촉한 마이크로어레이 칩(190)의 표면을 세척하는 데 필요한 버퍼액이 미리 저장될 수 있다.
상기 원심분리 유닛(180), 상기 반응액 챔버(130) 및 상기 버퍼액 챔버(120)는 각각의 출구에 마련된 열림 밸브(310, 320, 330)를 거쳐 상기 출구들보다 회전 중심으로부터 멀리 배치된 반응 챔버(140)와 연결된다. 상기 열림 밸브(310, 320, 330)는 상온에서 고체 상태인 상전이 물질에 다수의 발열 입자가 분산된 밸브 물질로 이루어진 밸브 플러그(미도시)에 의해 유로가 닫혀 있다가 외부 에너지원에 의한 구동 에너지 공급에 의해서 능동적으로 개방되는 상전이형 밸브(도 9 및 도 10 참고)일 수 있다. 상기 반응 챔버(140)는 하나의 벽면이 상기 마이크로어레이 칩(190)으로 이루어지고, 상기 마이크로어레이 칩(190)의 앞에 상기 다양한 캡쳐 프로브(191n)들과 유체 시료가 접촉할 수 있는 공간을 제공하는 것일 수 있다. 이때, 상기 마이크로어레이 칩(190)은 다양한 형태로 상기 디스크형 플랫폼(100)에 장착될 수 있다.
웨이스트 챔버(150)는 상기 반응 챔버(140)보다 회전 중심으로부터 멀리 배치된다. 상기 웨이스트 챔버(150)는 상기 반응 챔버(140)의 출구를 통해 배출된 유체를 수용한다. 상기 반응 챔버(140)의 출구에는 열림 밸브(normally closed valve)(340)가 마련되어 반응이 이루어지는 동안 상기 반응 챔버(140) 내에 유체를 가두어 둘 수 있다.
상기 원심분리 유닛(180)은 상기 시료 챔버(185)의 출구로부터 회전 중심으로부터 바깥쪽으로 연장된 상층액 분리부(182) 및 상기 상층액 분리부(182)와 채널을 통해 연결된 입자 분리부(181)를 포함한다. 상기 상층액 분리부(182)의 일 측은 열림 밸브(310) 및 채널을 통해 상기 반응 챔버(140)로 연결된다. 이때, 상기 입자 분리부(181)와 상기 상층액 분리부(182)는 우회 채널(183)을 통해 우회적으로 연결될 수 있다. 상기 우회 채널(183)는 상기 입자 분리부(181)의 배기관 역할을 한다. 한편, 상기 우회 채널(183)의 일 부분에는 잉여 시료 챔버(184)가 연결되어 상기 시료 챔버(185)에 과량의 시료가 주입되더라도 상기 반응 챔버(140)로 일정한 양의 상층액이 공급되도록 할 수 있다.
한편, 상기 버퍼액 챔버(120)와 상기 반응 챔버(140)를 연결하는 채널이 여러 개로 나뉘어 각 채널이 상기 버퍼액 챔버(120)의 여러 수위 단계에 각각 대응되는 위치로 연결될 수 있다. 이때 상기 각각의 채널에는 밸브(320a,320b,320c)가 마련 될 수 있고, 이들 밸브(320a,320b,320c)는 개별적으로 동작 가능한 열림 밸브일 수 있다. 이는 상기 버퍼액 챔버(120)에 수용된 버퍼액을 일정량씩 반응 챔버(140)에 공급하여 반응을 마친 상기 마이크로어레이 칩(190)의 표면을 여러 차례 세척하기 위함이다.
여기서, 상기 마이크로어레이 칩(190)은 칩(chip) 형상의 기판에 표적 물질을 포획할 수 있는 다양한 캡쳐 프로브들(191n)이 어레이 형태로 고정되어 있는 것이면 따라 어떤 것이든 채용될 수 있다. 예를 들어, 상기 칩 형상의 기판은 유리, 실리콘 또는 플라스틱 재료로 만들어진 것일 수 있고, 상기 캡쳐 프로브는 단백질, 세포 또는 기타의 생화학물질 일 수 있다.
본 실시예에 따른 면역혈청 검사 유닛에서 표적 물질을 검출하는 과정을 설명하면 다음과 같다. 이하는 상기 마이크로어레이 칩(190)으로서 단백질 캡쳐 프로브들이 고정된 단백질 마이크로어레이 칩을 채용한 예에 관한 설명이다. 이러한 설명에 의해 본 발명의 디스크형 미세유동장치에 채용될 수 있는 면역혈청 검사 유닛의 특징이 더 명확해질 수 있을 것이다. 여기서, 단백질 마이크로어레이 칩은 상기 마이크로어레이 칩(190)의 일 예이므로 동일한 도면 부호를 사용하였다.
상기 시료 챔버(185)에 전혈(whole blood)을 주입하고, 상기 플랫폼(100)를 회전시키면, 무거운 혈구들은 상기 입자 분리부(181)에 수집되고, 상기 상층액 분리부(182)는 혈청으로 채워지게 된다. 이때, 상기 반응 챔버(140)로 연결된 채널의 열림 밸브(310)가 개방되면, 상기 상층액 분리부(182) 내에서 상기 채널과 연결된 부분보다 회전의 중심에 가까운 부분에 채워져 있던 혈청이 상기 반응 챔버(140)로 이송되게 된다.
상기 반응액 챔버(130)의 출구에 마련된 열림 밸브(330)를 열어 미리 저장되어 있던 반응액을 상기 반응 챔버(140)로 이송한다. 상기 반응액은 광학적 신호 발현 물질로서, 예를 들면, 종래의 ELISA (Enzyme-linked immunoserological assay) 프로세스에 사용되는 검출 프로브용 물질 등을 포함할 수 있다. 특정 표적 단백질을 검출하기 위한 캡쳐 프로브(capture probe)로서 상기 마이크로어레이 칩 표면에 일차항체가 고정되어 있는 경우, 상기 반응액은 광학적 신호 발현 물질인 HRP(horseradish peroxidase)가 결합된 이차항체를 포함할 수 있다. 이때, 상기 반응액은 상기 HRP와의 반응에 의해 특정 색깔을 발현하는 기질 및 효소를 포함할 수 있다.
반응액과 혈청의 혼합액이 상기 반응 챔버(140)에서 상기 단백질 마이크로어레이 칩(190)과 접촉하는 상태로 수 내지 수 십분 간 인큐베이션(incubation) 한다. 그 결과, 시료 중에 대응되는 표적 단백질이 존재하는 캡쳐 프로브(191n)에는 그 표적 단백질이 포획되고, 이와 시간적 선후에 관계없이 상기 표적 단백질에는 상기 반응액에 포함된 이차항체(광학적 신호 발현 물질이 결합된)가 부착된다.
상기와 같은 반응이 충분히 이루어진 후, 상기 반응 챔버(140)의 출구에 마련된 열림 밸브(340)를 열고, 원심력을 이용하여 상기 반응 챔버(150) 내의 유체를 웨이스트 챔버(150)로 배출한다. 그런 다음, 버퍼액 챔버(120)의 여러 수위 단계에 각각 해당되는 열림 밸브(320a, 320b, 320c)들을 순차적으로 열면서 그때마다 원심력을 이용하여 일정 양씩의 버퍼액을 상기 반응 챔버(140)로 이송하여 상기 마이크로어레이 칩(190)의 표면을 세척한다. 상기 마이크로어레이 칩(190)의 표면을 거친 버퍼액은 상기 웨이스트 챔버(150)로 배출된다.
도 5는 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치에 채용될 수 있는 생화학 검사 유닛의 한 예를 보이는 사시도이다. 상기 생화학 검사 유닛(230)은 혈청, 소변 또는 타액과 같은 생체시료를 소정의 생화학적 반응액(biochemical reagent)과 반응시켜 그 안에 포함된 표적 물질의 양에 따라 흡광 또는 형광 등의 광학적 특성이 달라지는 반응물을 얻을 수 있도록 만들어져 있다. 혈액으로부터 혈청을 분리하는 과정과 전술한 일련의 처리과정을 수행할 수 있도록, 상기 생화학 검사 유닛(230)은 혈액을 수용하는 시료 저장부(530), 원심분리에 의해 혈액으로부터 분리된 혈구가 모이는 입자 분리부(542)와 혈청이 모이는 상층액 분리부(540), 상기 상층액 분리부(540) 내의 혈청을 두 개의 반응 챔버(55, 56)로 각각 일정량씩 분배할 수 있도록 배치된 두 개의 출구 밸브(531, 532), 그리고 내부에 미리 저장되어 있던 생화학적 반응액(biochemical reagent)과 혈청의 반응에 의한 결과물질을 각각 수용하는 검출 챔버(51, 52)를 구비한다. 다만, 전술한 생화학 검사 유닛(230)은 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치(200)에 채용될 수 있는 생화학 검사 유닛의 한 예에 불과하다.
도 6은 다수의 면역혈청 검사 유닛과 다수의 생화학 검사 유닛을 구비한 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치의 다른 실시예를 보이는 평면도이다. 상기 미세유동장치(201)는 시료 챔버(185)와 상기 시료 챔버(185)에 수용된 시료를 원심 분리하고 그 상층액을 배출하는 원심분리 유닛(180), 그리고 상기 원심분리 유닛(180)으로부터 배출된 시료의 상층액을 다수의 미터링 챔버(501~506)로 일정량씩 분배하는 분배 유닛을 포함한다.
상기 원심분리 유닛(180)의 출구 밸브(311)에는 분배 채널(400)이 연결된다. 상기 분배 채널(400)은 상기 출구 밸브(311)로부터 상기 플랫폼(100)의 원주 방향을 따라 연장된다. 상기 분배 채널(400)의 말단에는 배기구를 갖는 벤트와 연결될 수 있다. 상기 배기구는 시료를 이송할 때 시료가 누출되지 않을 정도의 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 분배 채널(400)은 상기 출구 밸브(311)와 연결된 전단부부터 상기 벤트와 연결된 후단부까지 전 구간에 걸쳐서 유체저항이 일정하게 만들어진다. 유체저항을 일정하게 하기 위해 상기 분배 채널(400)의 단면적을 전 구간에 걸쳐 일정하게 할 수 있다. 이를 통해 시료 분배 과정에서 부가적으로 가해지기 쉬운 유체의 이동에 대한 저항을 최대한 배제함으로써, 신속하고 효과적으로 시료가 분배 되도록 할 수 있다.
상기 플랫폼(100) 내의 상기 분배 채널(400)의 바깥쪽에는 다수의 밀폐형 미터링 챔버(501~506)가 마련된다. 밀폐형이란 각각의 미터링 챔버(501~506)에 배기를 위한 벤트가 없는 형태를 말한다. 상기 다수의 미터링 챔버(501~506)는 각각의 면역혈청 검사 유닛(211, 221) 또는 생화학 검사 유닛(231, 232, 241, 242)마다 하나씩 배치될 수 있다. 이러한 구성은 혈액으로부터 상기 다수의 면역혈청 검사 유닛(211, 221)과 다수의 생화학 검사 유닛(231, 232, 241, 242)에 제공될 혈청을 한 번에 분리하여 일정량씩 분배함으로써 상기 도 2 내지 도 5의 실시예에 비해 수작업으로 각각의 유닛에 혈액을 주입해야하는 검사자의 수고를 덜어줄 수 있다.
상기 다수의 밀폐형 미터링 챔버(50)는 각각 입구 채널(421~426)을 통해 상기 분배 채널(400)과 연결된다. 상기 입구 채널(421~426)과 상기 분배 채널(400)의 연결은 상기 도 6의 점선 표시된 영역에 도시된 바와 같이 "T"자 형상으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 입구 채널(421~426)은 플랫폼(100)의 회전 반지름 방향으로 배치된 것이 바람직하다.
도 7은 상기 도 6의 실시예에서 점선 표시된 영역을 확대 도시한 평면도이다. 상기 도 2에는 전술한 입구 채널(421~426)의 일 예로서 단일 채널 형태의 입구 채널(421)이 도시되어 있다. 원심력에 의해 상기 분배 채널(400)로 공급된 유체 시료는 대부분 상기 분배 채널(400)과 상기 입구 채널(421)이 연결된 부분에서 상기 입구 채널(421)을 따라 상기 미터링 챔버(501) 쪽으로 진행한다. 시료에 작용하는 원심력의 방향이 상기 입구 채널(421)이 배치된 방향과 일치하기 때문이다. 상기 입구 채널(421)의 단면적은 상기 분배 채널(400)의 단면적보다 크거나 같은 것이 바람직하다. 상기 분배 채널(400)을 통해 공급된 시료(F)가 상기 미터링 챔버(501)로 유입될 때, 시료(F)가 상기 입구 채널(421)을 전부 채우지 않고 남은 공간을 통해 상기 미터링 챔버(501) 내에 있던 공기가 빠져나갈 수 있도록 하기 위함이다. 상기 분배 채널(400)과 상기 입구 채널(421)의 깊이가 같은 경우라면, 분배 채널(400)의 폭 dd와 입구 채널(421)의 폭 di가 di≥dd인 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 다만, 이와 같은 관계가 반드시 만족 되어야만 하는 것은 아니다. 상기 미터링 챔버(501)에 공간이 남은 상태에서 상기 입구 채널(421)이 시료(F)에 의해 막힌다고 하더라도, 상기 입구 채널(421)의 단면적이 충분히 크면 상기 입구 채널(421) 내의 시료에 작용하는 원심력이 시료의 표면장력보다 커져서 시료의 표면이 붕괴되면서 시료가 액적의 형태로 상기 미터링 챔버(501)내로 이동하고 그에 해당하는 부피의 기포가 상기 분배 채널(400)로 이동할 수 있기 때문이다.
상기와 같은 과정을 통해 하나의 미터링 챔버(501)가 모두 채워지면 시료는 해당 미터링 챔버(501)로 더 이상 유입되지 않고, 분배 채널(400)을 따라 더 이동하여 다음 미터링 챔버(502)를 채우게 된다. 다만, 하나의 미터링 챔버(501)가 모두 채워지지 않은 상태에서도 일부의 시료는 다음 미터링 챔버(502) 쪽으로 진행할 수 있다.
도 8은 상기 도 6의 실시예에서 점섬 표시된 영역에 대한 변형 예를 도시한 평면도이다. 도 8에는 전술한 입구 채널의 다른 예로서, 멀티 채널 형태의 입구 채널(421A)이 도시되어 있다. 멀티 채널 형태의 입구 채널(421A)은 그 중간에 채널의 길이 방향을 따라 배치된 격벽(433)을 구비한다. 상기 격벽(433)은 안쪽 끝 부분이 상기 분배 채널(400) 방향의 유로를 일부 차단하도록 설치될 수 있다. 이러한 격벽(433)에 의해 상기 입구 채널(421A)은 두 개의 서브 채널(421, 422)로 나뉜다. 상기 격벽(433)은 상기 분배 채널(400)을 따라 흐르는 시료가 우선적으로 격벽(433) 앞쪽(시료(F)의 진행 방향을 기준으로)의 서브 채널(431)을 통해 상기 미터링 챔버(501)로 흐르도록 안내하는 역할을 한다. 이때 상기 미터링 챔버(501)로 유입되는 시료의 부피에 해당하는 공기가 나머지 서브 채널(432)을 통해 상기 분배 채널(400) 쪽으로 배출된다. 이러한 과정을 통해 하나의 미터링 챔버(501)가 모두 채워지면 시료(F)는 더 이상 상기 입구 채널(421A)로 유입되지 않고, 상기 격벽(433)의 안쪽 끝과 상기 분배 채널 내벽(400W) 사이를 통해서 상기 분배 채널(400)을 따라 진행하게 된다.
상기 격벽(433)은 그 안쪽(플랫폼(100)의 회전 반지름 방향을 기준으로) 부분이 상기 분배 채널(400)의 일부를 막아 상기 유체 시료(F)가 상기 분배 채널(400)을 따라 진행할 때 받는 저항보다 상기 서브 채널(431)로 진행할 때 받는 저항이 더 작거나 같아지도록 설치되는 것이 바람직하다. 일 예로서, 상기 격벽(433)의 내측 단부와 상기 분배 채널 내벽(400W) 사이로 유체가 흐를 수 있는 단면적이 상기 서브 채널의 단면적보다 작거나 같을 수 있다. 특히, 상기 분배 채널(400)과 상기 입구 채널(421A)의 깊이가 동일한 경우라면, 상기 도 6에 표시된 dc와 dp사이에 dc≤dp인 관계가 성립할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 미세유동장치의 면역혈청 검사 유닛 및 생화학 검사 유닛에 채용될 수 있는 열림 밸브(Normally closed valve)의 예를 보이는 평면도이고, 도 10은 상기 도 9의 Ⅹ-Ⅹ' 단면을 보이는 단면도이다. 열림 밸브(30)는 상온에서 고체 상태인 밸브 물질로 만들어진 밸브 플러그(83)를 포함한다. 상기 밸브 물질로는 상온에서 고체 상태인 상전이 물질로 이루어진 매질에 발열 입자가 분산되어 있는 재료를 사용할 수 있다. 상기 고체 상태의 상기 밸브 플러그(83)가 배치된 초기 위치에 인접한 상기 채널(43)의 상류 및 하류에는 그 폭 또는 깊이가 확장되어 여유 공간을 제공하는 한 쌍의 드레인 챔버(82)가 배치된다.
상기 밸브 플러그(83)는 상온에서 개구부(83A)를 중심으로 채널(43)의 소정 부분을 빈틈없이 막아 입구(I) 측으로부터 유입되는 유체(F)의 흐름을 차단한다. 상기 밸브 플러그(83)는 고온에서 용융되어 상기 채널(43)의 상, 하류 측에 인접하게 배치된 상기 드레인 챔버(82)로 이동하여, 유체(F)의 유로를 개방한 채로 다시 응고된다. 상기 개구부(83A)는 미세유동장치 제작시에 용융된 밸브 물질을 투입하여 밸브 플러그를 형성할 수 있는 주입구 역할도 수행한다.
상기 밸브 플러그(83)에 열을 가하기 위해서 상기 디스크형 플랫폼(100) 외부에는 외부에너지원(미도시)이 배치되고, 상기 외부에너지원이 상기 밸브 플러그(83)의 초기 위치 즉, 상기 개구부(83A)와 그 주변을 포함하는 영역에 전자기파(도 10의 쇄선 화살표 참고)를 조사한다. 이때, 상기 외부에너지원은 예를 들면, 가시광선 또는 적외선 등의 레이저 빔을 조사하는 레이저 광원일 수 있고, 그 경우 적어도 하나의 레이저 다이오드(laser diode)를 포함할 수 있다. 상기 레이저 광원은 펄스 레이저를 조사하는 경우 1 mJ/pulse 이상의 에너지를 갖는 펄스 레이저를, 연속파동 레이저를 조사하는 경우 10 mW 이상의 출력을 갖는 연속파동 레이저를 조사할 수 있다.
아래에서 도 13 내지 도 16를 참조하여 설명한 실험에서는 808 ㎚ 파장의 레이저를 조사하는 레이저 광원을 사용하였으나, 반드시 이 파장의 레이저 빔을 조사하는 것에 한정되는 것은 아니며, 400 내지 1300 ㎚의 파장을 갖는 레이저를 조사하는 레이저 광원이면 상기 외부에너지원으로 사용될 수 있다.
전술한 채널(43)은 디스크형 플랫폼(100)을 이루는 상판(101) 또는 하판(102) 내면에 형성된 입체 패턴에 의해 제공될 수 있다. 상기 상판(101)은 외부에너지원에서 조사된 전자기파가 상기 밸브 플러그(83)에 입사할 수 있도록 투과시키고, 외부에서 유체(F)의 흐름을 관측할 수 있도록 할 수 있는, 광학적으로 투명한 재료로 만들어진 것이 바람직하다. 그 예로서, 유리 또는 투명 플라스틱 소재는 광학적 투명성이 우수하고, 제조 비용이 저렴하다는 면에서 유리하다.
상기 밸브 플러그(83)에 분산된 발열 입자는 수천 마이크로미터(㎛) 폭을 갖는 채널(43) 내에서 자유롭게 유동 가능하도록 1 nm 내지 100 ㎛ 의 직경을 갖는 것일 수 있다. 상기 발열 입자는 레이저가 조사되면 그 복사 에너지에 의해 온도가 급격히 상승하여 발열하는 성질을 가지며, 왁스에 고르게 분산되는 성질을 갖는다. 이러한 성질을 갖도록 상기 발열 입자는 금속 성분을 포함하는 코어(core)와, 소수성(疏水性)을 띤 쉘(shell)을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 발열 입자는 강자성 물질인 Fe로 이루어진 코어와, 상기 Fe에 결합되어 Fe를 감싸는 복수의 계면활성성분(surfactant)으로 이루어진 쉘을 구비한 구조를 가질 수 있다. 통상적으로, 상기 발열 입자들은 캐리어 오일(carrrier oil)에 분산된 상태로 보관된다. 이러한 물질을 흔히 자성 유체라 칭한다. 소수성 표면구조를 갖는 상기 발열 입자가 고르게 분산될 수 있도록 캐리어 오일도 소수성인 것이 바람직하다. 왁스에 상기 발열 입자들이 분산된 캐리어 오일을 부어 혼합함으로써 상기 밸브 물질을 제조할 수 있다. 상기 발열 입자는 상기 예로써 든 형태의 입자에 한정되는 것은 아니며, 중합체 비드, 퀀텀 닷(quantum dots), 금 나노입자(Au nanoparticles), 은 나노입자(Ag nanoparticles), 금속화합물 비드(beads with metal composition), 탄소입자(carbon particles) 또는 자성비드(magnetic bead)일 수도 있다. 상기 탄소입자에는 흑연(graphite)입자도 포함된다.
상기 밸브 플러그(83)를 이루는 상전이 물질은 왁스(wax)일 수 있다. 상기 발열 입자들이 흡수한 전자기파의 에너지를 열에너지의 형태로 주위에 전달하면 왁스는 이로 인해 용융되어 유동성을 가지게 되며, 이로써 플러그(83)가 붕괴되고 유체(F)의 유로가 개방된다. 상기 플러그(83)를 구성하는 왁스는 적당한 녹는점을 가지는 것이 바람직하다. 녹는점이 너무 높으면 레이저 조사를 시작한 후 용융될 때까지 시간이 오래 소요되어 개방 시점의 정밀한 제어가 어려워지고, 반대로 녹는점이 너무 낮으면 레이저가 조사되지 않은 상태에서 부분적으로 용융되어 유체(F)가 누출될 수도 있기 때문이다. 상기 왁스로는, 예컨대 파라핀 왁스(paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(microcrystalline wax), 합성 왁스(synthetic wax), 또는 천연 왁스(natural wax) 등이 채용될 수 있다. 한편, 상기 상전이 물질은 겔(gel) 또는 열가소성 수지일 수도 있다. 상기 겔로는, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates), 또는 폴리비닐아미드(polyvinylamides) 등이 채용될 수 있다. 또한, 상기 열가소성 수지로는, COC, PMMA, PC, PS, POM, PFA, PVC, PP, PET, PEEK, PA, PSU, 또는 PVDF 등이 채용될 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 미세유동장치의 면역혈청 검사 유닛 및 생화학 검사 유닛에 채용될 수 있는 닫힘 밸브(Normally open valve)의 예를 보이는 평면도이고, 도 12는 상기 도 11의 XⅡ-XⅡ' 단면을 보이는 단면도이다. 상기 닫힘 밸브(40)는 입구(I)와 출구(O)를 가지는 채널(43)과 상기 채널의 중간에 연결된 밸브 물질 콘테이너(85), 그리고 상온인 초기에는 고체 상태로서 상기 밸브 물질 콘테이너(85) 내에 충전되어 있다가 가열되면 용융 및 팽창되면서 밸브 연결로(86)를 통해 상기 채널(43)로 유입되고 다시 응고되면서 상기 채널(43)을 차단하는 밸브 물질(V)을 포함한다.
상기 닫힘 밸브(40) 또한 전술한 열림 밸브(30)와 마찬가지로, 미세유동장치의 디스크형 플랫폼(100)를 이루는 상판(101) 또는 하판(102) 내면에 형성된 입체 패턴에 의해 제공될 수 있다. 상기 상판(101)은 외부에너지원에서 조사된 전자기파를 투과시킬 수 있고, 외부에서 유체(F)을 관측할 수 있도록 할 수 있는, 광학적으로 투명한 재료로 만들어진 것이 바람직하다. 아울러, 상기 상판(101)은 상기 전자기파(예를 들면, 레이저 빔)가 상기 밸브 물질(V)에 더 잘 입사할 수 있도록 생기 밸브 물질 콘테이너(85)에 대응되는 개구부(85A)를 가질 수도 있다. 상기 개구부(85A)는 미세유동장치 제작시에 용융된 밸브 물질을 투입하는 주입구 역할도 수행한다.
상기 밸브 물질(V)을 이루는 상전이 물질(P)과 발열 입자(M)에 관한 사항은 앞서 열림 밸브(30)의 예를 통해 설명한 바와 같다. 또한, 상기 밸브 물질(V)에 전자기파를 제공하는 외부에너지원에 관한 사항도 앞서 설명한 바와 같다.
밸브 물질 콘테이너(85) 내에 응고되어 있는 밸브 물질(V)에 레이저 빔이 조사되면 상기 발열 입자(M)가 에너지를 흡수하여 상기 상전이 물질(P)을 가열시킨다. 이로 인해 상기 밸브 물질(V)은 용융되면서 부피가 팽창하고, 밸브 연결로(86)를 통해 상기 채널로 유입된다. 상기 채널 내에서 유체(F)와 접촉하면서 다시 응고된 밸브 물질(V)은 상기 채널을 통한 유체(L)의 흐름을 차단한다.
전술한 열림 및 닫힘 밸브의 반응 시간을 측정한 실험의 결과는 다음과 같다. 실험을 위한 테스트 칩에서 작동 유체의 압력은 46kPa로 유지하였다. 압력 유지를 위해 시린지 펌프(Havard PHD2000, USA)와 압력 센서(MPX 5500DP, Freescale semiconductor Inc., AZ, USA)를 사용하였다. 상기 밸브에 전자기파를 조사하는 외부에너지원으로는 방출파장이 808nm이고, 출력이 1.5W인 레이저 광원을 사용하였다. 밸브의 반응 시간에 관한 데이터는 고속촬영 장치(Fastcam-1024, Photron, CA, USA)의 결과물 분석을 통해 얻었다. 상기 밸브 플러그로는 발열 입자인 평균 직경 10nm의 자성비드가 캐리어 오일에 분산된 이른바 자성유체(ferrofluid)와 파라핀 왁스가 1 대 1의 비율로 혼합된, 즉 자성유체의 부피비가 50%인 이른바 자성 왁스를 사용하였다.
도 13은 상기 도 9의 열림 밸브의 작동 모습을 보이는 일련의 고속촬영 사진들이다. 상기 열림 밸브의 밸브 플러그에 레이저 빔을 조사하기 시작한 때로부터 상기 밸브 플러그가 용융되어 채널이 열릴 때까지의 반응 시간은 0.012초였다.
도 14는 상기 도 10의 닫힘 밸브의 작동 모습을 보이는 일련의 고속촬영 사진들이다. 상기 닫힘 밸브의 밸브 물질 콘테이너에 레이저 빔을 조사하기 시작한 때로부터 상기 밸브 물질이 용융 및 팽창되어 채널을 닫을 때까지의 반응 시간은 0.444초였다. 종래의 왁스 밸브의 반응 시간이 2 내지 10초였던 점에 비교하면 월등히 빠른 반응임을 알 수 있다.
도 15는 상기 도 9의 열림 밸브에서 밸브 플러그에 포함된 자성유체의 부피비와 밸브 반응시간의 관계를 보이는 그래프이다. 대체로 자성유체의 부피비(volume fraction)가 커지면서 반응 시간이 짧아지는 추이를 보인다. 그러나, 이와 별개로 자성유체의 부피비가 70% 이상으로 커지면 밸브 플러그의 최대 허용압력(maximum hold-up pressure)이 낮아지는 경향이 있다. 따라서, 상기 밸브 유닛에서 밸브 플러그에 포함될 자성유체의 부피비는 반응 시간에 대한 요구와 최대 허용압력에 대한 요구의 절충에 의해 정해질 수 있다.
도 16은 상기 도 9의 열림 밸브를 구동하기 위해 외부에너지원으로 사용된 레이저 광원의 파워와 밸브 반응시간의 관계를 보이는 그래프이다. 출력이 높아질수록 반응 시간이 짧아지는 추이를 보인다. 그런데, 레이저 광원의 출력이 1.5W에 근접하면 반응 시간의 변화가 완만해지고, (그래프에 표시되지는 않았으나) 1.5W를 넘어서면 소정의 최소 반응으로 수렴한다. 파라핀 왁스를 통한 열 전도율의 제약이 따르기 때문이다. 상기 실험에서는 이와 같은 이유로 출력이 1.5W인 레이저 광원을 사용하였다. 그러나, 본 발명의 외부에너지원이 여기에 한정되는 것은 아니다.
도 17은 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치를 이용하여 면역혈청 검사 및 생화학 검사를 수행하는 과정을 보이는 흐름도이다. 하나의 디스크형 플랫폼에 배치된 면역혈청 검사(IM) 유닛과 생화학 검사(BC) 유닛을 동시에 구동하는 방법의 예를 살펴봄으로써 통해 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치의 특징을 더 명확히 이해할 수 있을 것이다.
먼저, 주입된 혈액으로부터 혈청을 분리한다. 이 작업은 면역혈청 검사(IM) 유닛과 생화학 검사(BC) 유닛에 공통적으로 적용되므로, 전체 검사 시간을 단축하기 위해 두 가지 유닛에 대하여 동시에 작업을 진행하는 것이 바람직하다. 상기 도 2의 장치와 같이, 각 검사 유닛마다 원심분리 유닛이 마련되어 있는 경우에는 각 유닛의 시료 챔버에 수작업으로 혈액을 주입하고 동시에 혈청 분리 작업을 수행할 수 있다. 또한 상기 도 6의 장치와 같이, 다수의 검사 유닛에 분리된 혈청을 공급하는 공용의 원심분리 유닛이 있다면, 공용 원심분리 유닛에만 수작업으로 혈액을 주입하고, 혈청 분리 작업을 수행할 수 있다.
다음으로 분리된 혈청을 각 유닛의 혼합 챔버로 이송한다. 상기 도 2의 장치의 경우는 각각의 원심분리 유닛에서 혼합 챔버로 연결된 채널에 배치되어 있는 다수의 열림 밸브를 각각 열어주고, 상기 도 6의 장치의 경우는 공용의 원심분리 유닛으로부터 다수의 미터링 챔버로 혈청을 분배한 뒤 상기 각 미터링 챔버의 출구에 마련된 열림 밸브를 각각 열어준다. 혈청의 이송은 해당 밸브가 열린 뒤 디스크형 플랫폼의 회전에 따른 원심력에 의해 이루어진다.
면역혈청 검사(IM) 유닛의 혼합 챔버에서는 인큐베이션(incubation)이 진행된다. 검출하고자 하는 물질 및 검출 프로브의 종류에 따라 차이가 있을 수 있으나, 검출 물질과 캡쳐 프로브 및 검출 프로브의 특이적 결합을 수반하는 인큐베이션에는 통상적으로 10분 정도의 시간이 소요될 수 있다. 인큐베이션이 진행되는 동안 면역혈청 검사 유닛의 혼합 챔버의 출구에 마련된 밸브는 닫힌 상태로 유지된다.
면역혈청 검사 유닛(IM)에서 인큐베이션이 진행되는 동안 생화학 검사(BC) 유닛에서는 생화학 검사를 진행할 수 있다. ALT 및 AST 검사의 경우, 통상적으로 생화학 반응 결과 물질의 생성 속도를 측정하므로 일정한 시간(예를 들면 1분) 간격으로 여러 차례 검출 데이터를 취득하고, 아밀라제 및 리파아제 검사의 경우는 일정 시간이 경과한 한 시점의 검출 데이터를 취득하는 것으로 충분하다. 이러한 과정들은 모두 면역혈청 검사 유닛에서 인큐베이션이 진행되는 동안에 이루어질 수 있다.
면역혈청 검사 유닛에서 인큐베이션이 끝나면, 캡쳐 프로브를 갖는 미세 입자 또는 마이크로어레이 칩을 세척하고, 이들의 표면에 부착된 표적 물질(검출 프로브가 부착되어 있는)을 광학적으로 검출할 수 있다. 구체적인 세척 과정 등은 앞서 면역혈청 검사 유닛의 실시예에 대한 설명에서 소개된 바 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치는 서로 프로세스가 다른 면역혈청 검사와 생화학 검사를 동시에 수행할 수 있는 디스크형 미세유동장치 및 이를 포함하는 미세유동시스템을 제공함으로써 병리학적 검사에 필요한 시간과 노력을 크게 감소시키는 효과가 있다.

Claims (39)

  1. 회전 가능한 디스크형 플랫폼;
    상기 디스크형 플랫폼의 일 부분에 배치되고, 유입된 시료로부터 표적 물질을 검출하는 면역혈청 검사 유닛; 및
    상기 디스크형 플랫폼의 다른 일 부분에 배치되고, 유입된 시료와 미리 저장되어 있는 반응액의 생화학 반응에 의해 시료에 포함된 표적 물질을 검출하는 생화학 검사 유닛을 포함하는 면역혈청 검사와 생화학 검사를 동시에 수행하는 디스크형 미세유동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 면역혈청 검사 유닛은,
    복수의 챔버, 상기 복수의 챔버를 서로 연결하는 적어도 하나의 채널과 상기 채널을 통한 유체의 흐름을 통제하는 적어도 하나의 밸브를 포함하고, 상기 복수의 챔버 중 하나는 표면에 캡쳐 프로브(capture probe)를 가지는 미세 입자를 포함하는 디스크형 미세유동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 밸브는 상온에서 고체 상태이고 고온에서 액체 상태인 상전이 물질에 발열 입자가 분산된 밸브 물질을 포함하고, 상기 밸브 물질이 외부 에너지원으로부터 조사된 전자기파로 인한 열에 의해 용융된 상태로 이동하여 상기 채널을 열거나 닫는 적어도 하나의 상전이 밸브를 포함하는 디스크형 미세유동장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상전이 물질은 왁스, 겔, 열가소성 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 발열 입자는 직경이 1 nm 내지 100 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 발열 입자는 외부로부터 전자기파를 흡수하여 열에너지로 변환하는 코어(core)와 상기 코어를 둘러싸는 쉘(shell)로 이루어진 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 발열 입자는 중합체 비드, 퀀텀 닷(quantum dot), 금 나노입자, 은 나노입자, 금속화합물 비드, 탄소입자 및 자성비드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 면역혈청 검사 유닛은,
    상기 복수의 챔버, 상기 적어도 하나의 채널 및 상기 적어도 하나의 밸브를 포함하고, 상기 디스크형 플랫폼의 회전에 따른 원심력을 이용하여 유체를 이송하는 미세유동 구조물;
    상기 미세유동 구조물 내에 구비되고, 표면에 표적 물질과 선택적으로 결합하는 캡쳐 프로브(capture probe)를 갖는 미세 입자; 및
    상기 미세유동 구조물 내에 구비되고, 상기 표적 물질과 선택적으로 결합하고, 광학적 신호발현에 필요한 물질을 포함하는 검출 프로브(detection probe)를 포함하고,
    상기 미세유동 구조물은 상기 미세 입자와 시료 및 상기 검출 프로브를 혼합하여 반응시키고, 반응을 마친 미세 입자를 세정 및 분리하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 미세유동 구조물 내에 구비되고, 상기 세정 및 분리된 미세 입자와 혼합되어, 상기 표적 물질에 부착된 검출 프로브의 상기 광학적 신호발현 물질과 반응하여 광학적 신호를 발생시키는 반응액을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 상전이 밸브는,
    초기에 상기 밸브 플러그가 상기 채널을 닫도록 배치되고, 상기 밸브 플러그가 열에 의해 용융되면서 상기 밸브 플러그의 초기 위치에 인접하게 마련된 드레인 챔버로 이동하여 상기 채널을 여는 열림 밸브; 및
    초기에 상기 밸브 물질은 채널과 연결된 밸브 챔버에 배치되어 상기 채널을 열어두고, 상기 밸브 물질이 열에 의해 용융 및 팽창되면서 상기 채널로 유입되고 응고되어 상기 채널을 닫는 닫힘 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 미세유동 구조물은,
    시료를 수용하는 시료 챔버;
    버퍼액을 수용하는 버퍼 챔버;
    상기 미세 입자 용액을 수용하는 미세 입자 챔버;
    상기 검출 프로브 용액을 수용하고, 상기 시료 챔버, 상기 버퍼 챔버 및 상기 미세 입자 챔버와 채널로 연결되고, 상기 디스크형 플랫폼의 중심에서 가장 먼 쪽에 밸브가 마련된 출구를 가지며, 상기 각각의 채널 및 출구에 배치된 밸브들의 통제에 따라 상기 시료와 상기 미세 입자의 반응, 상기 버퍼액을 이용한 상기 미세 입자의 세정 및 분리를 수행하는 혼합 챔버;
    상기 혼합 챔버의 출구와 인접한 부분에 채널로 연결되고, 상기 채널에 배치된 밸브의 통제에 따라 상기 혼합 챔버로부터 배출되는 유체를 수용하는 웨이스트 챔버; 및
    상기 혼합 챔버의 출구와 채널로 연결되고, 분리된 상기 미세 입자를 수용하고, 상기 검출 프로브에 의한 광학적 신호를 제공하는 광학 신호발현 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 혼합 챔버는,
    상기 시료 챔버, 상기 버퍼 챔버 및 상기 미세 입자 챔버보다 상기 디스크형 플랫폼의 중심에서 멀리 배치되고, 상기 웨이스트 챔버 및 상기 광학 신호발현 챔버보다는 디스크형 플랫폼의 중심에 가까이 배치된 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 혼합 챔버와 상기 웨이스트 챔버를 연결하는 채널는 상기 혼합 챔버와의 연결부와 상기 혼합 챔버의 출구 사이에 상기 미세 입자가 침전될 수 있는 공간이 형성되도록 하는 위치에 연결된 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 혼합 챔버와 상기 웨이스트 챔버를 연결하는 채널은 밸브에 의해 개방 및 폐쇄 가능한 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 혼합 챔버와 상기 웨이스트 챔버를 연결하는 채널은 밸브에 의해 적어도 2번 개방 및 폐쇄를 반복할 수 있도록 만들어진 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 버퍼 챔버와 상기 혼합 챔버를 연결하는 채널들은 상기 버퍼 챔버의 여러 단계의 수위에 대응되는 위치에 각각 연결되고, 상기 각각의 채널마다 개별적으로 작동 가능한 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 미세 입자는 자성비드이고,
    상기 면역혈청 검사 유닛은 상기 광학 신호발현 챔버에 인접하게 배치되어 자기력에 의해 상기 광학 신호발현 챔버 내의 자성비드를 응집시키는 자기장 형성물질을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 시료 챔버 및 상기 혼합 챔버로 연결된 채널와 연결되고, 상기 시료 챔버에 수용된 시료를 원심분리하여 그 상층액을 상기 혼합 챔버에 제공하는 원심분리 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 광학 신호발현 챔버에 수용되고, 상기 세정 및 분리된 상기 미세 입자와 혼합되어, 상기 표적 단백질에 부착된 검출 프로브의 상기 광학적 신호발현 물질과 반응하여 광학적 신호를 발생시키는 반응액을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 광학 신호발현 챔버보다 반지름 방향 바깥쪽에 배치되고, 상기 광학 신호발현 챔버의 출구와 연결된 고정 챔버를 더 포함하고, 상기 고정 챔버 내부에는 상기 광학적 신호발현 물질과 상기 반응액의 반응을 정지시키는 고정 용액이 구비된 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  21. 제3항에 있어서,
    상기 생화학 검사 유닛은,
    시료를 수용하는 시료 챔버;
    상기 시료 챔버와 연결되고 생화학 반응을 통해 표적 물질을 검출하기 위한 반응액이 수용된 반응 챔버; 및
    상기 시료와 상기 반응액의 반응 결과물을 광학적으로 검출할 수 있도록 수용하는 검출 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 생화학 검사 유닛은,
    상기 시료 챔버 및 상기 반응 챔버와 연결되고, 상기 시료 챔버에 수용된 시료를 원심분리하여 그 상층액을 상기 반응 챔버에 제공하는 원심분리 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  23. 회전 가능한 디스크형 플랫폼;
    상기 디스크형 플랫폼의 일 부분에 배치되고, 복수의 챔버와 상기 복수의 챔버를 서로 연결하는 적어도 하나의 채널과 상기 채널을 통한 유체의 흐름을 통제하는 적어도 하나의 밸브를 포함하고, 표면에 캡쳐 프로브(capture probe)들이 배열된 마이크로어레이 칩을 이용하여 시료로부터 다양한 표적 단백질을 검출하는 면역혈청 검사 유닛; 및
    상기 디스크형 플랫폼의 다른 일 부분에 배치되고, 유입된 시료와 미리 저장되어 있는 반응액의 생화학 반응에 의해 시료에 포함된 표적 물질을 검출하는 생화학 검사 유닛을 포함하는 면역혈청 검사와 생화학 검사를 동시에 수행하는 디스크형 미세유동장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 밸브는, 상온에서 고체 상태이고 고온에서 액체 상태인 상전이 물질에 발열 입자가 분산된 밸브 물질을 포함하고, 상기 밸브 물질이 외부 에너지원으로부터 조사된 전자기파로 인한 열에 의해 용융된 상태로 이동하여 상기 채널을 열거나 닫는 적어도 하나의 상전이 밸브를 포함하는, 디스크형 미세유동장치.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 면역혈청 검사 유닛은,
    상기 디스크형 플랫폼 내에 배치되고, 상기 복수의 챔버, 상기 적어도 하나의 채널, 상기 적어도 하나의 밸브를 포함하고, 상기 디스크형 플랫폼의 회전 및 상기 밸브에 의해 유체시료를 조작하는 미세유동 구조물; 및
    그 표면에 고정(binding)된 캡쳐 프로브들이 상기 미세유동 구조물 내부의 시료와 접촉하도록 상기 디스크형 플랫폼에 장착된 마이크로어레이 칩을 포함하는, 생체물질 마이크로어레이 칩을 이용한 디스크형 미세유동장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 미세유동 구조물은, 시료 중의 표적 물질과 선택적으로 결합하고, 광학적 신호를 발현하는 반응액을 저장하는 반응액 챔버를 포함하고, 상기 반응액이 시료와 혼합된 상태로 상기 마이크로어레이 칩과 접촉하도록 만들어진 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 미세유동 구조물은, 버퍼액을 저장하는 버퍼액 챔버를 포함하고, 상기 저장된 버퍼액을 일정 양씩 나누어 상기 마이크로어레이 칩을 여러 차례 세척하도록 만들어진 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 미세유동 구조물은, 상기 디스크형 플랫폼의 회전에 따른 원심력을 이용하여 시료를 원심 분리하는 원심분리 유닛을 포함하고, 이를 통해 분리된 유체시료가 상기 마이크로어레이 칩과 접촉하도록 하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  29. 제25항에 있어서,
    상기 미세유동 구조물은, 챔버의 내벽 중 어느 한쪽이 상기 마이크로어레이 칩으로 이루어진 반응 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 미세유동 구조물은,
    시료 중의 표적 물질과 선택적으로 결합하고, 광학적 신호를 발현하는 반응액을 저장하는 반응액 챔버;
    버퍼액을 저장하는 버퍼액 챔버; 및
    상기 디스크형 플랫폼의 회전에 따른 원심력을 이용하여 시료를 원심 분리하는 원심분리 유닛을 포함하고, 상기 원심분리 유닛과 상기 반응액 챔버 및 상기 버퍼액 챔버는 각각 상기 반응 챔버와 연결된 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  31. 회전 가능한 디스크형 플랫폼;
    상기 디스크형 플랫폼 내에서 중심에 가까운 부분에 배치된 것으로, 상기 디스크형 플랫폼의 회전에 따른 원심력을 이용하여 시료를 원심 분리하고 그 상층액을 배출하는 원심분리 유닛;
    상기 원심분리 유닛으로부터 배출된 시료의 상층액을 다수의 미터링 챔버로 일정량씩 분배하는 분배 유닛;
    상기 디스크형 플랫폼의 일 부분에 배치되고, 복수의 챔버와 상기 복수의 챔버를 서로 연결하는 적어도 하나의 채널과 상기 채널을 통한 유체의 흐름을 통제하는 적어도 하나의 밸브를 포함하고, 표면에 캡쳐 프로브(capture probe)를 가지는 미세 입자를 이용하여 상기 분배 유닛을 통해 공급된 시료로부터 표적 물질을 검출하는 면역혈청 검사 유닛; 및
    상기 디스크형 플랫폼의 다른 일 부분에 배치되고, 유입된 시료와 미리 수용되어 있는 반응액의 생화학 반응에 의해 시료에 포함된 표적 물질을 검출하는 생화학 검사 유닛을 포함하는 면역혈청 검사와 생화학 검사를 동시에 수행하는 디스크형 미세유동장치.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 밸브는 상온에서 고체 상태이고 고온에서 액체 상태인 상전이 물질에 발열 입자가 분산된 밸브 물질을 포함하고, 상기 밸브 물질이 외부 에너지원으로부터 조사된 전자기파로 인한 열에 의해 용융된 상태로 이동하여 상기 채널을 열거나 닫는 적어도 하나의 상전이 밸브를 포함하는, 미세유동장치.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 분배 유닛은,
    상기 원심분리 유닛의 출구와 연결되고 상기 디스크형 플랫폼의 원주 방향을 따라 연장되며, 전 구간에 걸쳐 유체저항이 일정한 분배 채널;
    상기 디스크형 플랫폼 내에 상기 분배 채널의 반지름 방향 바깥쪽에 배치된 다수의 미터링 챔버; 및
    상기 분배 채널과 상기 다수의 미터링 챔버를 각각 연결하는 다수의 입구 채널을 포함하고,
    상기 디스크형 플랫폼의 회전에 따른 원심력을 이용하여 상기 원심분리 유닛으로부터 배출된 시료 상층액을 상기 분배 채널을 통해 상기 다수의 미터링 챔버로 분배하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 분배 채널은 상기 원심 분리 유닛의 출구보다 상기 디스크형 플랫폼의 중심으로부터 가깝게 배치된 배기구와 연결된 벤트를 가지고, 상기 다수의 미터링 챔버는 벤트를 가지지 않는 밀폐형 챔버인 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  35. 제33항에 있어서,
    상기 분배 채널은 전 구간에 걸쳐 단면적이 일정한 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  36. 제33항에 있어서,
    상기 다수의 입구 채널은 그 유체저항이 상기 분배 채널의 유체저항보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  37. 제33항에 있어서,
    상기 다수의 입구 채널은 그 내부를 두 개의 서브 채널로 나누는 격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 격벽은 그 안쪽 부분이 상기 분배 채널의 일부를 막아 상기 유체 시료가 상기 분배 채널을 따라 진행할 때 받는 유체저항보다 상기 서브 채널로 진행할 때 받는 유체저항이 더 작거나 같아지도록 한 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 격벽의 내측 단부와 상기 분배 채널 내벽 사이로 유체가 흐를 수 있는 단면적이 상기 서브 채널의 단면적보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
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