KR101356933B1 - 표면탄성파를 이용한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치 및 방법 - Google Patents

표면탄성파를 이용한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표면탄성파를 이용한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 압전기판; 압전기판에 패터닝되고, 압전기판으로 전기 에너지를 인가하여 표면탄성파를 발생시키는 한 쌍의 트랜스듀서; 압전기판에 설치되고, 트랜스듀서의 사이에 미세입자를 포함한 유체가 흐르는 미세유동 채널이 배치되는 미세유동칩; 및 미세유동 채널을 통과하면서 표면탄성파에 의해 분리된 미세입자를 검출하기 위한 검출부를 포함한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 유동하는 미세 입자에 유동저항을 발생시켜 입자의 크기 별로 이동 속도를 다르게하여 검출부에서 입자를 분리할 수 있고 검출 장치에 의하여 어떤 종류의 물질인지와 크기를 검출할 수 있다.

Description

표면탄성파를 이용한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치 및 방법{Apparatus and method for separating micro-nano scale particles using surface acoustic wave-based microfluidic chromatography}
본 발명은 표면탄성파를 이용한 크로마토 그래피 기반의 미세입자 분리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면탄성파로 인해 형성되는 유동 저항에 의하여 미세입자의 속성에 따라 미세입자를 분리할 수 있는 표면탄성파를 이용한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 연구동향의 변화에 따라 다양한 유체 샘플의 미세유동 제어 등을 통한 미세입자 분리 등의 전처리 기술의 필요성이 증가하고 있다. 특히, 고가의 장비가 필요한 기존의 원심분리, 유세포분석기(FACS) 등의 분리 방식 이외에 미세유동(Microfluidics)을 이용한 연구들이 다양해짐에 따라 미세유동칩 내에서의 미세입자 분리가 활발하게 연구되고 있으며 대표적으로는 아래와 같다.
1. Anal. Chem., 76, 7250-7256, 2004; PNAS, 105, 18165-18170, 2008;
2. Anal. Chem., 80, 8656-8661, 2008;
3. Lab Chip, 8, 280-286, 2008;
4. Anal. Chem., 79, 5117-5123, 2007;
5. Lab Chip, 5, 123301238, 2005;
6. Ahal. Chem., 78, 1357-1362, 2006;
7. Anal. Chem., 76, 5465-5471, 2004;
8. Lab Chip, 6, 258-264, 2006;
9. Lab Chip, 11, 255-273, 2011
마이크로/나노 사이즈의 미세입자의 분리 기술은 혈소판, 순환종양세포(Circulating tumor cell, CTC), 유핵 적혈구(Nucleated red blood cell, NRBC), 혈소판 파생입자 (Platelet derived microparticle, PDMP) 등의 임상 연구 및 생화학적 분석을 위한 바이오 입자의 분리 및 대기, 수계, 토양 등의 환경에 포함된 나노입자의 환경적 영향 분석을 위한 나노입자 분리 등을 위해 지속적인 연구가 이루어지고 있으며 대표적인 논문은 다음과 같다.
1. Biosens. Bielec., 13, 427-438, 1998;
2. Annu. Rev. Biomed. Eng., 7, 77-103, 2005;
3. Water Sci. Tech., 37, 43-53, 1998;
4. The Royal Society & The Royal Academy of Engineering, 2004
그 중에서 표면탄성파를 이용한 미세입자 제어 기술은 별도의 라벨링이 필요하지 않고, 비침습적이며 저전력으로 구동이 가능하다는 장점을 가지고 있는 기술이다. 이와 관련된 선행연구를 정리하면 아래와 같다.
미국 특허, US 7942568 는 미세유동칩 내에서 표면탄성파를 이용한 유체 혼합기(micromixer)로서, 쉽게 만들 수 있고 미세유동칩과 통합하기 간편하며 저전력으로 사용 가능하다는 장점이 있다. 본 발명은 미세유동칩 내에서 표면탄성파를 이용하는 장점은 동일하되 소자의 목적이 미세입자 분리라는 점에서 차이가 있다.
미국 특허, US 2010/0139377 는 미세유동칩 내에서 표면탄성파를 이용하여 미세입자를 포커싱한 발명으로서, 표면탄성파에 의해 미세유체채널 내에 형성된 하나 또는 여러 압력노드 지점에 미세입자를 집중시킬 수 있다.
한편, 논문 'Manipulation of diamond nanoparticles using bulk acoustic waves' (Journal of applied physics, 109, 014317, 2011)는 탄성파(bulk acoustic wave)를 이용하여 원형 또는 사각형 챔버 내의 유체에 포함된 5nm 크기의 나노입자를 탄성파에 의해 형성되는 압력노드 지점에 패터닝한 것이다. 이때, 나노입자의 패터닝은 챔버 내에서 이루어지기 때문에 미세유동칩의 연속적인 유동 상태에서의 패터닝을 이룬 것이 아니라는 단점이 있다. 따라서, 유체의 흐름 속에서 나노크기 입자들의 연속적인 분리를 이루려면 새로운 형태의 소자설계가 개발되어야 한다.
또한, 논문 'Direct visualization of surface acoustic waves along substrates using smoke particles' (Applied physics letters, 91, 224101, 2007)는 표면탄성파가 전파됨에 따라 250nm 크기의 담배연기 입자(Smoke particle, SP)를 패터닝하여 시각화한 것이다. 이 때, 담배연기 입자의 패터닝은 15-30초 정도 소요되었으며, 연속적인 유동 상태에서의 패터닝을 이룬 것이 아닌, 공기 중에 부유된 입자에 대한 것이다. 그러나 액체 내에 부유된 입자에 대한 나노크기의 분리기술은 개발된 바가 없다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 미세유동칩 내의 연속적인 유동 상태에서 마이크로/나노 크기의 미세입자를 입자 크기 및 속성에 따라 분리할 수 있는 표면탄성파를 이용한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 압전기판; 상기 압전기판에 패터닝되고, 상기 압전기판으로 전기 에너지를 인가하여 표면탄성파를 발생시키는 한 쌍의 트랜스듀서; 상기 압전기판에 설치되고, 상기 트랜스듀서의 사이에 미세입자를 포함한 유체가 흐르는 미세유동 채널이 배치되는 미세유동칩; 및 상기 미세유동 채널을 통과하면서 표면탄성파에 의해 분리된 미세입자를 검출하기 위한 검출부를 포함하고, 상기 트랜스듀서에 의해 발생하는 표면탄성파는 유체 유동과 반대 방향으로 형성되어 상기 미세유동 채널을 흐르는 미세 입자에게 유동 저항을 발생시킬 수 있다.
상기 미세유동 채널은 적어도 하나 이상의 절곡부를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 미세유동 채널은 상기 한 쌍의 트랜스듀서를 연결하는 연장선과 평행한 부분을 포함하도록 형성될 수 있다.
상기 미세유동 채널은 지그재그 형상 또는 구불구불한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 압전기판은 리튬나이오베이트(LiNbO3) 또는 쿼츠(Quartz) 소재로 만들어질 수 있다.
상기 트랜스듀서는 서로 맞물린 형태로서, 상기 압전기판 표면에 접착층인 크롬 위에 금으로 패터닝될 수 있다.
상기 미세유동칩은 상기 압전 기판에 탈부착이 가능하도록 설치될 수 있다.
상기 미세유동 채널의 끝단에는 유체가 배출되는 유체 출구가 구비될 수 있다.
상기 검출부는 상기 유체 출구의 전단에 설치될 수 있다.
상기 한 쌍의 트랜스듀서에 의해 발생하는 표면탄성파는 서로 만나 정상 표면탄성파를 형성하여, 다수의 압력점이 유체의 유동 방향에 주기적으로 형성될 수 있다.
상기 검출부는 전기 임피던스 측정센서 또는 광스펙트럼 분석기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 한 쌍의 트랜스듀서가 패터닝된 압전기판에 미세유동칩을 본딩하는 단계; 상기 미세유동칩의 유체 주입구를 통해 미세입자를 포함한 유체를 주입하는 단계; 상기 트랜스듀서에 특정 작동주파수를 갖는 전기 에너지를 인가하여 표면탄성파를 발생시키는 단계; 상기 각각의 트랜스듀서에서 발생한 표면탄성파가 만나 생성된 정상 표면탄성파에 의해, 미세유동 채널 내에 형성된 압력점이 유동 저항으로 작용하도록 하는 단계; 및 상기 미세유동 채널을 통과하면서 분리된 미세입자를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 나노 스케일의 작은 입자라도 표면탄성파의 유동방해 간섭을 다수에 걸쳐 받기 때문에 유동 속도에 차이가 발생하여 연속적인 유동 상태에서 미세입자의 크기에 따라 입자 분리가 가능하며, 분리 후 검측이 가능한 기술로 구성되어 있어 샘플 투입만으로 나노물질의 분리 및 분별이 가능한 효과가 있다.
또한, 혈액 샘플이 접촉하는 부분은 모두 일회용 미세유동칩으로 제작 가능하기 때문에 별도의 복잡한 세척과정이 필요하지 않고, 임상 또는 연구실 등의 현장에서의 이용에 매우 간편하다는 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치를 보인 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 미세 채널에 구성된 다수의 압력전과 이로 인해 입자의 크기에 따라 분리되는 것을 보인 예시도.
도 3은 도 2의 선 Ⅰ-Ⅰ에 따른 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 분리된 입자가 시간적 차이를 두고 검출부를 통과할 때 광학적으로 검출된 신호의 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 인터디지털 트랜스듀서의 구성도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 방법을 보인 순서도.
이하에서는 본 발명에 의한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치의 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치를 보인 사시도이다.
이에 도시된 바에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치는 크게 압전기판(10), 적어도 하나 이상의 트랜스듀서(20), 및 미세유동칩(30)을 포함한다.
먼저, 압전기판(10)은 전기 에너지를 가했을 때 진동과 같은 기계적 에너지로 변환할 수 있는 종류로서, 대표적인 압전 물질인 리튬나이오베이트(LiNbO3) 또는 쿼츠(Quartz)로 구성된 기판을 이용할 수 있다.
미세유동칩(30)은 도 1을 참조하여 설명한다. 미세유동칩(30)은 크게 유체 주입구(32), 지그재그형의 곡관 형태인 미세유동 채널(34), 유체 출구(36)를 포함한다. 그리고, 미세유동칩(30)은 압전기판(10)에 탈부착 가능하게 설치된다.
미세유동칩(30)의 미세유동 채널(34)은 유체 출구(36) 직전에 미세입자의 속성별 분리 이후 유체 출구(36) 쪽으로 빠져나오는 미세입자를 시간에 따라 검출하기 위한 검출부(40)와의 접속을 위해 유체 출구(36) 직전의 직선 채널 구간을 포함할 수 있다.
미세유동 채널(34)의 좌우에 배치된 트랜스듀서(20)에 의해 압전기판(10)에 전기 에너지가 인가되면 압전기판(10)의 표면에서는 트랜스듀서(20)로부터 인가된 고유의 신호값과 트랜스듀서(20)의 간극 및 크기에 따라 일정한 주파수의 진동이 발생하는데 이를 표면탄성파(surface acoustic wave, SAW)라 한다. 이때, 미세유동 채널(34)은 두 개의 트랜스듀서(20)의 사이에 배치되고, 두 개의 표면탄성파가 만나게 되면 정상 표면탄성파(standing SAW)가 생성된다. 즉, 파동의 중첩 현상이 발생하여 파의 크기가 상호 상쇄되어 소멸되는 점이 발생하거나 파동이 증폭되어 불안정한 지점이 생기기도 한다. 전자를 압력점(pressure node)이라 하면 후자를 반압력점(anti-pressure node)이라 한다.
일반적으로 표면탄성파의 중첩에 의해 생긴 압력점으로 유체 내부에 존재하는 입자들이 밀려들어오게 되는데, 이러한 현상을 이용하여 입자를 분리할 수 있게 된다. 즉, 이러한 표면탄성파가 입자를 압력점으로 미는 힘은 입자의 크기, 즉 체적에 비례하기 때문에, 입자의 직경이 클수록 압력점으로 이동하는 속도는 작은 입자에 비하여 직경의 세제곱 크기로 빠르게 나타난다. 이러한 특성을 이용하여 입자를 크기 별로 연속 유동상태에서 분리하는 기술이 소개되기도 하였다 (Nam et al., Lab on a Chip 2011).
기존의 방법에서는 이러한 압력점들의 배열을 유동방향과 평행하게 하여서 입자가 주유동 방향으로 진행하면서 표면탄성파에 의하여 입자를 횡방향으로 밀어 유선을 다르게 한 후, 유체 출구(36)에서 서로 다른 챔버로 이동하도록 설계하는 방법과 장치를 고안하였다. 이러한 방법은 미세 입자를 연속적으로 동시에 서로 다른 챔버로 분리할 수 있는 장점을 갖고 있다. 특히, 입자에 특수한 표지자(Label)없이 입자를 크기 별로 구분할 수 있는 특징을 갖고 있다.
그러나, 이러한 좋은 특성을 지닌 분리 방법이라 할지라도 마이크로 규모 이상의 입자에게만 적용가능하고, 나노 크기의 입자를 분리하기에는 표면탄성파의 힘으로는 너무 긴 시간이 소요되어 현실적으로는 분리가 불가능하다.
이와 같은 기존의 표면탄성파 기반의 미세입자 분리 기술의 한계점을 극복하기 위하여 표면탄성파 기술을 크로마토 그래피 기술과 융합하여 나노 크기의 입자를 분리할 수 있게 되었다. 보다 상세한 기술은 도 2 및 3을 참조하여 설명한다.
유체 주입구(32)에 여러 가지의 입자들이 혼합된 시료액을 주입한 후 정밀펌프에 의하여 시료가 유동되기 시작한다. 이때, 미세유동 채널(34)을 통한 유동이 압력점(pressure node)들이 모인 선을 수직 또는 일정한 각도로 통과하도록 하되 이러한 압력점 선들이 유동 방향에 다수 배치되도록 채널을 구성할 수 있다.
예를 들어, 미세유동 채널(34)은 적어도 하나 이상의 절곡부를 가지도록 형성될 수 있다. 즉, 미세유동 채널(34)은 유동 방향이 수직하게 절곡되도록 다수의 절곡부를 가질 수 있고, 미세유동 채널(34)은 유동 방향에 대하여 표면탄성파가 반대 방향으로 형성되도록 한 쌍의 트랜스듀서(20)를 연결하는 연장선과 평행한 부분을 포함하도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 미세유동 채널(34)은 지그재그 형상 또는 구불구불한 형상 등으로 형성되어 유동 방향에 대하여 다수의 압력점 선들이 배치될 수 있다.
여기에서 예로 제시한 미세유동 채널(34)의 형상은 일 예에 불과한 것이고, 유동 방향에 대하여 표면탄성파가 반대 방향으로 형성될 수 있는 형상이라면 어떠한 형상이라도 적용 가능할 것이다.
입자들이 유체 유동과 함께 이동하다가 압력점 선을 통과할 때 입자들은 압력점에 머물거나 정지되도록 하는 표면탄성파에 의한 힘을 받게 된다. 이러한 힘은 입자의 크기에 비례하기 때문에 나노 입자에 작용되는 힘은 매우 작아 입자를 정지시키는 데에는 한계가 있지만 적어도 미세한 규모의 유동 저항을 발생시킬 수 있다.
따라서, 입자가 다수의 압력점 선을 통과하도록 배치한 미세유동 채널(34)을 통한 유동의 경우, 하나의 입자가 경험하는 축적된 총 유동저항은 미세유동 채널(34)의 전 구간을 통과하는 동안 무시할 수 없는 크기이거나 매우 괄목할 만한 크기가 된다. 이러한 유동 저항은 입자의 크기 별로 다른 값을 지니게 되어 결과적으로 큰 입자일수록 큰 유동 저항을 경험하게 되어 유체 출구(36)에 도달하는 시간은 상대적으로 늦어지게 되고 상대적으로 작은 입자는 유체 출구(36)에 도달하는 시간이 상대적으로 짧아진다.
이와 같이 샘플이 유체 주입구(32)에서 투입된 후 유체 출구(36)까지 도달하는 시간을 리텐션 시간(retension time)이라 하며, 입자 크기별 리텐션 타임의 차이를 이용하여 샘플을 분리할 수 있게 된다. 이와 같이 분리된 입자를 유체 출구(36)의 전단에 설치된 검출부(40)에서 광원(42) 및 광스펙트럼 분석기(44, photospectrometer)를 이용하여 입자별 광특성 곡선을 얻을 수 있으며, 이를 통해 입자의 크기 또는 형상을 구분할 수 있다. 이러한 광학적 검출 특성 곡선이 도 4에 도시되어 있다.
트랜스듀서(20)는 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 분리소자의 압전기판(10)에 패터닝된 인터디지털 트랜스듀서(20) (interdigital transducer, IDT)를 보인 평면도이다.
이를 참조하면, 인터디지털 트랜스듀서(20)는 측면에서 보았을 때 서로 맞물린 형태로서, 압전기판(10) 표면에 접착층인 크롬 위에 금으로 패터닝될 수 있다. 트랜스듀서(20)는 분리하고자 하는 미세입자의 속성에 적합하게 치수(폭 등)가 설계되어야 하며, 이를 통해 트랜스듀서(20)에 가해주는 전기 에너지의 특정 작동주파수가 결정될 수 있다.
트랜스듀서(20)에 가해주는 전기 에너지의 정확한 작동주파수는 어느 하나의트랜스듀서(20)에 고정된 입력 파워와 가변 주파수를 가진 AC 신호를 가하였을 때, 수신부로 작용하는 반대편의 트랜스듀서(20)에서 최대 출력신호를 가질 때의 적용수파수를 작동주파수로 할 수 있다.
트랜스듀서(20)는 트랜스듀서(20)에 특정 작동주파수를 갖는 전기에너지를 가할 경우 압전기판(10)을 통해 기계적 에너지로 변환되어 표면탄성파를 생성하고, 도 2에서와 같이 한 쌍의 트랜스듀서(20)를 양쪽에 위치시킬 경우 정상 표면탄성파를 생성할 수 있는 것이다.
상기 표면탄성파를 이용하면 나노와이어(nanowire)와 같이 종횡비가 큰 나노물질은 전극방향으로 정렬되는 특징을 갖게 된다. 즉, 유동방향으로 정렬되어 흐르던 나노와이어는 상기 표면탄성파가 작동되는 지점에서 전극과 전극 방향으로 방향이 바뀌면서 정지하게 된다. 이러한 현상을 이용하여 나노 와이어를 일정한 방향으로 정렬하는 목적으로 사용될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 표면탄성파를 제공하는 압전기판(10)과 미세유동칩(30)을 구성하는 부분이 서로 별개로 탈부착 가능하게 구성되어 사용시에만 서로 부착하였다가 사용 후에는 미세유동칩(30)을 일회용으로 폐기할 수 있다.
또한, 표면탄성파(surface acoustic wave)는 벌크탄성파(bulk acoustic wave)로 대체될 수 있다. 즉 채널의 형성을 압전기판(10) 물질 내부에 형성시켜 표면탄성파가 유동채널의 바닥면에서 생성되어 전파되는 것이 아니라, 채널의 옆면으로부터 전달되도록 구성할 수 있다.
이하에서는 상기한 바와 같은 구성을 가진 본 발명에 의한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치의 미세입자 분리 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 방법을 보인 순서도이다.
이에 도시된 바에 따르면, 압전기판(10)에 패터닝된 트랜스듀서(20)와 일회용 미세유동칩(30)은 소프트 식각공정(soft lithography)을 이용하여 제작할 수 있다. 여기에서, 트랜스듀서(20)가 패터닝된 압전기판(10)에는 미세유동칩(30)이 본딩된다(S10).
다음으로, 미세유동칩(30)의 유체 주입구(32)를 통해 실린지 펌프로 미세입자를 포함한 유체가 주입된다(S20).
한편, 압전기판(10)의 표면에 금으로 패터닝된 한 쌍의 트랜스듀서(20)는 서로 맞물린 형태의 인터디지털 트랜스듀서(Interdigitated transducers, IDTs)로서, 특정 작동주파수를 갖는 전기적 에너지를 가해줄 경우, 각각의 트랜스듀서(20)에서 표면탄성파가 발생된다(S30).
생성된 표면탄성파는 한 쌍의 트랜스듀서(20)의 중간에서 만나 중첩과 상쇄를 통해 정상 표면탄성파를 형성한다. 한 쌍의 트랜스듀서(20)의 중간 지점에는 압전기판(10)의 지속적인 사용을 위해 필름이 코팅되어 있으며, 필름의 상부에 일회용으로 사용이 가능한 미세유동칩(30)이 본딩된다. 가운데 지점에 위치한 미세유동 채널(34)은 지속적인 곡관으로 이루어져 있으며, 한 쌍의 트랜스듀서(20)로부터 생성되는 정상 표면탄성파에 의한 압력점이 유동 방향을 따라 반복적으로 형성되어 유동 중의 유동저항으로 작용하게 된다(S40).
미세유동 채널(34) 내를 흐르는 유체에 포함된 미세입자는 크기, 변형능, 밀도 등에 따라 압력점에 집중되어 모이는 정도가 다른데, 이를 이용하여 미세입자를 속성별로 분리할 수 있다. 보다 상세하게는, 크기가 상대적으로 큰 미세입자가 크기가 작은 미세입자에 비해 압력점에 더 잘 모이게 되므로, 유체의 유동을 따라 흐르다가 만나게 되는 압력점 지점에서 크기가 상대적으로 큰 미세입자는 작은 미세입자에 비해 상대적으로 긴 시간을 지체하게 된다.
미세입자의 속성에 따라 미세입자가 미세유동 채널(34)을 빠져나가는 시간에있어서 차이가 유발되고, 미세입자가 유체 출구(36)로 빠져나오는 시간의 차이에 따라 미세입자를 분리할 수 있다. 미세입자의 속성별 분리 이후 유체 출구(36) 쪽으로 흘러나오는 미세입자를 검출하기 위한 검출부(40)로서 광원(42) 및 광스펙트럼 분석기(44, photospectrometer) 등을 이용하여 시간에 따라 신호를 검출할 수 있다(S50).
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10 : 압전기판 20 : 트랜스듀서
30 : 미세유동칩 32 : 유체 주입구
34 : 미세유동 채널 36 : 유체 출구
40 : 검출부 42 : 광원
44 : 광스펙트럼 분석기

Claims (12)

  1. 압전기판;
    상기 압전기판에 패터닝되고, 상기 압전기판으로 전기 에너지를 인가하여 표면탄성파를 발생시키는 한 쌍의 트랜스듀서;
    상기 압전기판에 설치되고, 상기 트랜스듀서의 사이에 미세입자를 포함한 유체가 흐르는 미세유동 채널이 배치되는 미세유동칩; 및
    상기 미세유동 채널을 통과하면서 표면탄성파에 의해 분리된 미세입자를 검출하기 위한 검출부를 포함하고,
    상기 트랜스듀서에 의해 발생하는 표면탄성파는 유체 유동과 반대 방향으로 형성되어 상기 미세유동 채널을 흐르는 미세 입자에게 유동 저항을 발생시키는 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세유동 채널은 적어도 하나 이상의 절곡부를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세유동 채널은 상기 한 쌍의 트랜스듀서를 연결하는 연장선과 평행한 부분을 포함하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세유동 채널은 지그재그 형상 또는 구불구불한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전기판은 리튬나이오베이트(LiNbO3) 또는 쿼츠(Quartz) 소재로 만들어지는 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는 서로 맞물린 형태로서, 상기 압전기판 표면에 접착층인 크롬 위에 금으로 패터닝되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세유동칩은 상기 압전 기판에 탈부착이 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세유동 채널의 끝단에는 유체가 배출되는 유체 출구가 구비되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출부는 상기 유체 출구의 전단에 설치되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 트랜스듀서에 의해 발생하는 표면탄성파는 서로 만나 정상 표면탄성파를 형성하여, 다수의 압력점이 유체의 유동 방향에 주기적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출부는 전기 임피던스 측정센서 또는 광스펙트럼 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치.
  12. 한 쌍의 트랜스듀서가 패터닝된 압전기판에 미세유동칩을 본딩하는 단계;
    상기 미세유동칩의 유체 주입구를 통해 미세입자를 포함한 유체를 주입하는 단계;
    상기 트랜스듀서에 특정 작동주파수를 갖는 전기 에너지를 인가하여 표면탄성파를 발생시키는 단계;
    상기 각각의 트랜스듀서에서 발생한 표면탄성파가 만나 생성된 정상 표면탄성파에 의해, 미세유동 채널 내에 형성된 압력점이 유동 저항으로 작용하도록 하는 단계; 및
    상기 미세유동 채널을 통과하면서 분리된 미세입자를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면탄성파를 이용한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 방법.
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