KR101395149B1 - Microfluidic channel using ac voltage, and method for detecting using the microfluidic channel - Google Patents

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Abstract

본 발명은 교류 전압을 이용한 마이크로유체 채널 및 이를 이용한 검출 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 교류 전압을 이용한 마이크로유체 채널은, 분석 대상 물질이 통과하는 유체관의 내벽에 교류 전압을 인가하여 상기 분석 대상 물질을 복수의 분리 물질로 분리하는 분리 채널과, 상기 유체관의 일 부분에 상기 분리 채널과 기 설정된 간격으로 이격되어 형성되어, 상기 분리 채널을 통과한 상기 복수의 분리 물질을 전기적 신호를 이용하여 검출하는 검출 채널을 포함한다.
이에 따라, 마이크로유체 채널에의 유체관 내벽에 전극을 형성하여 교류 전압을 인가함으로써, 유체관 내에 전기적 이중층을 형성하고, 주입되는 분석 대상 물질을 전위 변조시켜, 분석 대상 물질에 포함된 복수의 분리 물질들을 정확하게 검출할 수 있다.The present invention relates to a microfluidic channel using an AC voltage and a detection method using the same. In the microfluidic channel using an AC voltage according to an embodiment of the present invention, an AC voltage is applied to the inner wall of a fluid tube through which an analyte passes A separation channel formed at a portion of the fluid tube at a predetermined distance from the separation channel to separate the plurality of separation materials passing through the separation channel into a plurality of separation materials, And a detection channel for detecting using an electrical signal.
Thereby, an electrode is formed on the inner wall of the fluid tube in the microfluidic channel and an alternating voltage is applied to form an electric double layer in the fluid tube, and electric potential modulation of the injected analyte substance is performed, Materials can be accurately detected.

Description

교류 전압을 이용한 마이크로유체 채널 및 이를 이용한 검출 방법{MICROFLUIDIC CHANNEL USING AC VOLTAGE, AND METHOD FOR DETECTING USING THE MICROFLUIDIC CHANNEL}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a microfluidic channel using an AC voltage and a detection method using the microfluidic channel.

본 발명은 교류 전압을 이용한 마이크로유체 채널 및 이를 이용한 검출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분석 대상 물질에 교류 전압을 인가하여 분리 및 분석하는 기술이 개시된다.The present invention relates to a microfluidic channel using an AC voltage and a detection method using the same. More particularly, the present invention discloses a technique for separating and analyzing an analyte by applying an AC voltage thereto.

20세기 중반까지 화학 물질을 분리하는 방법은 주로 침천, 증류 및 추출 과정을 이용하여 수행되었다. 그러나, 급속한 산업화로 인해 화학 물질이 더욱 다양하고, 복잡해짐에 따라 크로마토그래피법(chromatography), 모세관 전기영동법(capillary electrophoresis), 장-흐름 분획법(field-flow fractionation, FFF)을 포함하는 다른 화학 물질 분리 기법이 건강, 의료, 환경, 재료 및 식품 산업으로 확대되었다. 또한, 마이크로유체(microfluidic) 채널을 이용한 분리 기술이 1990년대 개발되어 마이크로 전체 분석 시스템에서 큰 관심을 받았다.By the mid-twentieth century, the method of separating chemicals was mainly carried out using sedimentation, distillation and extraction processes. However, as rapid chemicalisation has become more diverse and complex due to rapid industrialization, other chemicals including chromatography, capillary electrophoresis, field-flow fractionation (FFF) Material separation techniques have expanded into the health, medical, environmental, materials and food industries. In addition, separation technology using a microfluidic channel was developed in the 1990s and received great interest in a micro total analysis system.

최근에는 마이크로유체(microfluidic) 장치가 높은 동작성, 호환성, 높은 처리 속도, 저 비용 및 샘플의 작은 부피로 인해 폭 넓게 이용되고 있다. 또한, 크로마토그래피법과 전기영동법을 마이크로유체 기법과 결합하여 마이크로 칩에 내장될 경우, 매우 높은 분리 효율을 나타낸다. 한편, 이러한 분리 방법 이전에 화학 물질을 분리하기 위한 전기 화학 방법으로, 유리관 내부에 작동 전극을 포함하는 다공성 바이코(Vycor) 유리 분리 칼럼(column)을 사용한 기술의 개발의 시도가 있었다. 그러나, 이러한 기술은 다공성 분리 채널과 관련된 기술적인 문제로 인해 화학 물질의 분리에 효과적이지 못하다.In recent years, microfluidic devices have been widely used due to high copper generation, compatibility, high throughput, low cost and small volume of sample. In addition, when the chromatography method and the electrophoresis method are combined with the microfluidic method and embedded in the microchip, the separation efficiency is very high. On the other hand, there has been an attempt to develop a technique using a porous Vycor glass separation column containing a working electrode inside a glass tube as an electrochemical method for separating chemicals prior to such separation method. However, this technique is not effective in separating chemicals due to technical problems associated with porous separation channels.

본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허 제10-1026103호(2011. 03. 24)에 개시되어 있다.The technology to be a background of the present invention is disclosed in Korean Patent No. 10-1026103 (Mar. 24, 2011).

본 발명이 해결하고자 하는 기술적인 과제는, 마이크로유체 채널에의 유체관 내벽에 전극을 형성하여 교류 전압을 인가함으로써, 유체관 내에 전기적 이중층을 형성하고, 주입되는 분석 대상 물질을 전위 변조시켜, 분석 대상 물질에 포함된 복수의 분리 물질들을 정확하게 검출하기 위함이다.An object of the present invention is to provide an electric double layer in a fluid tube by forming an electrode on an inner wall of a fluid tube in a microfluidic channel and applying an alternating voltage thereto, So as to accurately detect a plurality of separation materials included in the target substance.

본 발명의 일 실시예에 따른 교류 전압을 이용한 마이크로유체 채널은, 분석 대상 물질이 통과하는 유체관의 내벽에 교류 전압을 인가하여 상기 분석 대상 물질을 복수의 분리 물질로 분리하는 분리 채널과, 상기 유체관의 일 부분에 상기 분리 채널과 기 설정된 간격으로 이격되어 형성되어, 상기 분리 채널을 통과한 상기 복수의 분리 물질을 전기적 신호를 이용하여 검출하는 검출 채널을 포함한다.The microfluidic channel using an AC voltage according to an embodiment of the present invention includes a separation channel for separating the analyte into a plurality of separation materials by applying an AC voltage to an inner wall of a fluid tube through which the analyte passes, And a detection channel formed at a portion of the fluid tube at a predetermined interval from the separation channel and detecting the plurality of separation materials that have passed through the separation channel using an electrical signal.

또한, 상기 분리 채널에는, 상기 유체관의 내벽에 교류 전압이 인가되는 복수의 분리 전극이 대향하여 형성될 수 있다.In addition, a plurality of separation electrodes to which an AC voltage is applied may be formed on the inner wall of the fluid tube so as to oppose to the separation channel.

또한, 상기 분리 채널은, 상기 분석 대상 물질이 상기 인가된 교류 전압의 크기 및 주파수에 따라 전위 변조되어, 상기 유체관을 진동자 패턴의 형태로 통과하도록 할 수 있다.In addition, the separation channel may be subjected to electric potential modulation according to the magnitude and frequency of the applied AC voltage to allow the fluid to pass in the form of a vibrator pattern.

또한, 상기 분리 채널은, 상기 분석 대상 물질이 상기 인가된 교류 전압의 크기 및 주파수에 따라 전위 변조되어, 상기 유체관에 대하여 상기 분석 대상 물질의 표면이 평면인 형태로 통과하도록 할 수 있다.In addition, the separation channel may be subjected to electric potential modulation according to the magnitude and frequency of the applied AC voltage so that the surface of the analysis target material passes through the fluid channel in a planar manner.

또한, 상기 검출 채널은, 상기 유체관의 내벽의 일부분에 형성되는 작동 전극과, 상기 유체관의 내벽의 다른 일부분에 상기 작동 전극과 대향하여 형성되는 상대 전극과, 상기 상대 전극의 일 측에 이격되고, 상기 작동 전극과 대향하여 형성되는 기준 전극을 포함할 수 있다.The detection channel may include a working electrode formed on a part of the inner wall of the fluid tube, a counter electrode formed on the other part of the inner wall of the fluid tube so as to face the working electrode, And a reference electrode formed opposite to the working electrode.

또한, 상기 분리 채널에 대응하는 유체관의 길이 또는 폭은 상기 검출 채널에 대응하는 유체관의 길이 또는 폭에 비하여 길거나 넓을 수 있다.In addition, the length or width of the fluid pipe corresponding to the separation channel may be longer or wider than the length or width of the fluid pipe corresponding to the detection channel.

또한, 상기 유체관의 내벽에는 탄소 전극이 스크린 프린팅 방식, 진공증착 방식 및 리소그래픽 방식 중 어느 하나의 방식으로 형성될 수 있다.In addition, a carbon electrode may be formed on the inner wall of the fluid tube by any one of a screen printing method, a vacuum deposition method, and a lithographic method.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로유체 채널을 이용한 검출 방법은, 분석 대상 물질이 통과하는 유체관의 내벽에 교류 전압을 인가하여 상기 분석 대상 물질을 복수의 분리 물질로 분리하는 단계와, 상기 유체관의 일 부분에 상기 분리 채널과 기 설정된 간격으로 이격되어 형성되어, 상기 분리 채널을 통과한 상기 복수의 분리 물질을 전기적 신호를 이용하여 검출하는 단계를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for detecting a microfluidic channel, comprising: separating the analyte into a plurality of separating materials by applying an AC voltage to an inner wall of a fluid tube through which the analyte passes; And detecting the plurality of separation materials that have passed through the separation channel by using electrical signals, the separation channels being spaced apart from the separation channel at a predetermined interval in a portion of the fluid tube.

이에 따라, 마이크로유체 채널에의 유체관 내벽에 전극을 형성하여 교류 전압을 인가함으로써, 유체관 내에 전기적 이중층을 형성하고, 주입되는 분석 대상 물질을 전위 변조시켜, 분석 대상 물질에 포함된 복수의 분리 물질들을 정확하게 검출할 수 있다.Thereby, an electrode is formed on the inner wall of the fluid tube in the microfluidic channel and an alternating voltage is applied to form an electric double layer in the fluid tube, and electric potential modulation of the injected analyte substance is performed, Materials can be accurately detected.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교류 전압을 이용한 마이크로유체 채널의 구성도,
도 2는 도 1에 따른 마이크로유체 채널을 이용한 검출 방법의 흐름도,
도 3은 도 2에 따른 마이크로유체 채널을 이용한 검출 방법 중 교류 전압에 의해 분석 대상 물질이 전위 변조되는 것을 설명하기 위한 예시도,
도 4는 도 2에 따른 마이크로유체 채널을 이용한 검출 방법 중 교류 전압의 크기 및 주파수에 따라 유체관에 대하여 분석 대상 물질의 표면의 형상을 설명하기 위한 예시도이다.FIG. 1 is a block diagram of a microfluidic channel using an AC voltage according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a flowchart of a detection method using a microfluidic channel according to FIG. 1;
FIG. 3 is an exemplary diagram for explaining the potential modulation of the analyte by the AC voltage among the detection methods using the microfluidic channel of FIG. 2;
FIG. 4 is an exemplary view for explaining the shape of a surface of a substance to be analyzed with respect to a fluid tube according to the magnitude and frequency of the AC voltage among the detection methods using the microfluidic channel according to FIG.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The terms used are terms selected in consideration of the functions in the embodiments, and the meaning of the terms may vary depending on the user, the intention or the precedent of the operator, and the like. Therefore, the meaning of the terms used in the following embodiments is defined according to the definition when specifically defined in this specification, and unless otherwise defined, it should be interpreted in a sense generally recognized by those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교류 전압을 이용한 마이크로유체 채널의 구성도이고, 도 2는 도 1에 따른 마이크로유체 채널을 이용한 검출 방법의 흐름도이다.FIG. 1 is a block diagram of a microfluidic channel using an AC voltage according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart of a detection method using a microfluidic channel according to FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 교류 전압을 이용한 마이크로유체 채널(100)은 분리 채널(120) 및 검출 채널(130)을 포함한다.Referring to FIGS. 1 and 2, an AC voltage micro fluidic channel 100 according to an embodiment of the present invention includes a separation channel 120 and a detection channel 130.

먼저 분리 채널(120)은 분석 대상 물질(10)이 통과하는 유체관(110)의 내벽에 교류 전압을 인가하여 분석 대상 물질(10)을 복수의 분리 물질(11)로 분리한다(S210). 분석 대상 물질(10)은 마이크로 실린지 펌프(도시하지 않음)와 같은 장치를 이용하여 유체관(110)에 주입될 수 있다. 이 경우, 분석 대상 물질(10)은 완충 용액에 혼합되어 기 설정된 조건의 몰 농도를 가질 수 있다. 분석 대상 물질(10)은 혼합물을 의미하며, 분리 물질(11)은 혼합물에 섞여 있는 복수의 물질을 의미한다. 예를 들어 지표수 또는 수돗물 자체는 혼합물이며, 지표수 또는 수돗물에 포함된 환경호르몬(Endocrine Disruptors, ED) 또는 중금속 이온(Heavy Metal Ions, HEI) 등과 같은 물질은 분리 물질(11)에 해당한다.First, the separation channel 120 separates the analysis target material 10 into a plurality of separation materials 11 by applying an AC voltage to the inner wall of the fluid tube 110 through which the analysis target material 10 passes (S210). The analyte 10 may be injected into the fluid tube 110 using a device such as a microsyringe pump (not shown). In this case, the analyte 10 may be mixed with the buffer solution to have a molar concentration of predetermined conditions. The analyte 10 refers to a mixture, and the separating material 11 refers to a plurality of substances mixed in the mixture. For example, surface water or tap water itself is a mixture, and substances such as Endocrine Disruptors (ED) or Heavy Metal Ions (HEI) contained in surface water or tap water correspond to the separation material (11).

또한, 분리 채널(120)은 유체관(110)의 내벽에 교류 전압이 인가되는 복수의 분리 전극(121)이 대향하여 형성될 수 있다. 유체관(110)의 내벽에는 탄소 전극이 스크린 프린팅(screen printing) 방식, 진공증착 방식(vacuum deposition) 및 리소그래픽(lithographic) 방식 중 어느 하나의 방식으로 형성될 수 있으며, 이 경우 교류 전압이 인가되는 전극이 분리 전극(121)에 해당하며, 그 두께는 20μm 내외로 설정할 수 있다. 또한, 분리 전극(121)은 외부의 교류 전압 발생기(도시하지 않음)와 연결되어 유체관(110) 내부에 교류 전압에 의한 전계가 형성된다. 또한, 분리 채널(120)에 대응하는 유체관(110)의 길이 또는 폭은 사용자 설정에 따라 달리 설정될 수 있으며, 유체의 속도를 증가시키기 위해서는 후술하는 검출 채널(130)에 대응하는 유체관(110)의 길이 또는 폭에 비하여 길거나 넓게 설계할 수 있다.In addition, the separation channel 120 may be formed by opposing a plurality of separation electrodes 121 to which an AC voltage is applied on the inner wall of the fluid pipe 110. A carbon electrode may be formed on the inner wall of the fluid tube 110 by any one of a screen printing method, a vacuum deposition method and a lithographic method. In this case, And the thickness of the electrode can be set to about 20 탆. Also, the isolation electrode 121 is connected to an external AC voltage generator (not shown), so that an electric field is formed by the AC voltage inside the fluid pipe 110. The length or width of the fluid pipe 110 corresponding to the separation channel 120 may be set differently according to the user's setting. In order to increase the fluid velocity, the fluid pipe 110 corresponding to the detection channel 130 110 or the width or width thereof.

또한, 분리 채널(120)은 그에 대응하는 유체관(110)을 통과하는 분석 대상 물질(10)이 분리 전극(121)을 통해 인가된 교류 전압의 크기 및 주파수에 따라 전위 변조되어, 유체관(110)을 진동자 패턴의 형태로 통과하도록 할 수 있다. 즉, 유체관(110)의 내벽에 형성된 분리 전극(121)을 통해 교류 전압이 인가되면 유체관(110) 내부에 전계(electric field)가 형성되고, 이러한 전계가 전기 이중층(electrical double layer)을 형성하여 분석 대상 물질(10)에 포함된 각각의 분리 물질(11)의 전위를 변동시키며, 결국 분석 대상 물질(10)의 흐름 패턴에 대한 파동(fluctuation)이 발생하게 된다. 이 경우, 인가되는 교류 전압의 크기 및 주파수는 사용자의 설정에 따라 달리 설정될 수 있다.The separation channel 120 is subjected to electric potential modulation according to the magnitude and frequency of the alternating voltage applied through the separation electrode 121 to the analyte material 10 passing through the corresponding fluid pipe 110, 110 in the form of an oscillator pattern. That is, when an AC voltage is applied through the isolation electrode 121 formed on the inner wall of the fluid tube 110, an electric field is formed inside the fluid tube 110, and such an electric double layer forms an electrical double layer So that the potential of each of the separation materials 11 included in the analysis target material 10 fluctuates. As a result, fluctuations in the flow pattern of the analysis target material 10 occur. In this case, the magnitude and frequency of the applied AC voltage can be set differently according to the user's setting.

또한, 분리 채널(120)은 그에 대응하는 유체관(110)을 통과하는 분석 대상 물질(10)이 분리 전극(121)을 통해 인가된 교류 전압의 크기 및 주파수에 따라 전위 변조(potential modulation)되어, 유체관(110)에 대하여 분석 대상 물질(10)의 표면이 평면인 형태로 통과하도록 할 수 있다. 분석 대상 물질(10)에 교류 전압이 인가되지 않는 경우에는 분석 대상 물질(10)의 표면이 중심부가 볼록한 포물선(parabolic) 형태로 이동하지만, 교류 전압이 인가되는 경우에는 분석 대상 물질(10)의 표면이 평면(front flat)인 형태로 이동한다. 이에 따라, 분석 대상 물질(10)에 포함된 각 분리 물질(11)은 그 분자량에 따라 서로 다른 이동 속도로 유체관(110)을 통과하며, 분석 대상 물질(10)에서 분리 물질(11)을 분리가 용이하게 된다.The separation channel 120 is also potential-modulated according to the magnitude and frequency of the AC voltage applied through the isolation electrode 121 to the analysis target material 10 passing through the corresponding fluid pipe 110 , The surface of the analysis target material (10) can be passed through the fluid pipe (110) in a planar form. When the AC voltage is not applied to the analysis target material 10, the surface of the analysis target material 10 moves in a parabolic shape whose center is convex. However, when AC voltage is applied, The surface moves in the form of a front flat. Each of the separation materials 11 included in the analysis target material 10 passes through the fluid pipe 110 at different moving speeds depending on the molecular weight thereof and is separated from the analysis target material 10 by the separation material 11 Separation can be facilitated.

다음으로, 검출 채널(130)은 유체관(110)의 일 부분에 분리 채널(120)과 기 설정된 간격으로 이격되어 형성되어, 분리 채널(120)을 통과한 복수의 분리 물질(11)을 전기적 신호를 이용하여 검출한다(S220). 검출 채널(130)에 대응하는 유체관(110)의 내벽에는 탄소 전극이 스크린 프린팅 방식, 진공증착 방식(vacuum deposition) 및 리소그래픽(lithographic) 방식 중 어느 하나의 방식으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 검출 채널(130)은 작동 전극(131), 상대 전극(132) 및 기준 전극(133)을 포함한다. 이 경우, 작동 전극(131)은 유체관(110)의 내벽의 일부분에 형성되며, 상대 전극(132)은 유체관(110)의 내벽의 다른 일부분에 작동 전극(131)과 대향하여 형성되며, 기준 전극(133)은 상대 전극(132)의 일 측에 이격되고, 작동 전극(131)과 대향하여 형성된다.The detection channel 130 is formed in a part of the fluid pipe 110 at a predetermined interval from the separation channel 120 to electrically isolate the plurality of separation materials 11 having passed through the separation channel 120 Signal (S220). A carbon electrode may be formed on the inner wall of the fluid tube 110 corresponding to the detection channel 130 by any one of a screen printing method, a vacuum deposition method, and a lithographic method. More specifically, the detection channel 130 includes a working electrode 131, a counter electrode 132, and a reference electrode 133. In this case, the working electrode 131 is formed at a portion of the inner wall of the fluid tube 110, the counter electrode 132 is formed at a different portion of the inner wall of the fluid tube 110 so as to face the working electrode 131, The reference electrode 133 is spaced apart from one side of the counter electrode 132 and is formed opposite to the working electrode 131.

또한, 검출 채널(130)은 전기가 통할 수 있도록 형성된 도전 물질이 올려져 있어 전기화학반응에 필요한 전극 역할을 한다. 즉, 검출 채널(130)은 도전 물질인 금이나, 탄소 등을 유체관(110)의 기 설정된 영역에 도포하고, 레이져로 필요한 전극을 만드는 레이저 패터닝 기술이나, 필요한 부분을 마스킹하여 전극을 만드는 마스킹 기술을 이용하여 작동 전극(131), 상대 전극(132) 및 기준 전극(133)을 형성한다. 검출 채널(130)에 대응하는 유체관(110)의 내벽에 도전 물질을 도포할 때 얇은 박막으로 전극을 만드는데, 이 박막 전극의 전도도는 도포 물질과 박막의 두께 및 면적에 따라 달리 설정될 수 있다.In addition, the detection channel 130 functions as an electrode necessary for the electrochemical reaction due to the presence of a conductive material formed to allow electricity to pass therethrough. That is, the detection channel 130 may be formed by a laser patterning technique in which gold or carbon, which is a conductive material, is applied to a predetermined region of the fluid tube 110 and a necessary electrode is formed by a laser, The working electrode 131, the counter electrode 132, and the reference electrode 133 are formed. When a conductive material is applied to the inner wall of the fluid tube 110 corresponding to the detection channel 130, an electrode is formed with a thin film, and the conductivity of the thin film electrode can be set differently depending on the thickness and area of the coating material and the thin film .

또한, 검출 채널(130)은 적어도 2개 이상의 전극들이 필요한데, 통상 전기화학적(electrochemical) 검출 방법의 경우, 작동 전극(131)(Working Electrode)과 상대 전극(132)(Counter Electrode) 및 기준전극(Reference Electrode)이 필요하다. 작동 전극(131)은 전기화학반응이 일어나는 전기적 신호를 측정기(도시하지 않음)로 전달하는 표면을 제공하며, 상대 전극(132)은 작동 전극(131)과 상대되는 전극이며, 기준 전극(133)은 외부의 측정기로부터 인가되는 전압의 기준이 되는 전극의 역할을 한다. 또한, 상대 전극(132)과 기준 전극(133)은 검출 채널(130)에 대응하는 유체관(110)의 일 부분에 이격되어 형성되고, 작동 전극(131)은 상대 전극(132) 및 기준 전극(133)과 대향하여 유체관(110)의 다른 부분에 형성된다.In the case of an electrochemical detection method, a working electrode 131, a counter electrode 132 (counter electrode), and a reference electrode (reference electrode) Reference Electrode) is required. The counter electrode 132 is an electrode opposed to the working electrode 131. The counter electrode 132 is connected to the reference electrode 133, Serves as an electrode serving as a reference of a voltage applied from an external measuring device. The counter electrode 132 and the reference electrode 133 are spaced apart from a part of the fluid tube 110 corresponding to the detection channel 130. The working electrode 131 is formed on the counter electrode 132 and the reference electrode 133, And is formed in another portion of the fluid pipe 110 opposite to the fluid pipe 133.

또한, 검출 채널(130)은 분석 대상 물질(10)이 분리 채널(120)을 통과하면서 분리된 복수의 분리 물질(11)이 분자량에 따라 작동 전극(131)에 수집되는 속도와 전류에 대한 전기적 신호를 외부의 측정기에 전달한다. 외부의 측정기는 예를 들어 LSV(Linear Sweep Voltammetry) 방법을 이용하여 분석 대상 물질(10)에 포함된 복수의 분리 물질(11)들을 식별한다. LSV는 작동 전극(131)의 전위를 초기 전위로부터 최종 전위까지 일정한 속도로 변화를 주면서 그에 대응하는 전류를 기록하는 분석 방법이다. 대부분 초기 전위는 전극 활성 물질의 산화/환원 반응이 일어나지 않는 전위에서 시작하여 전극 활성 물질의 기준 전극(133) 전위를 통과하는 방향으로 전극의 전위를 변화시킨다. 최종 전위는 전극 표면에서 전극 활성 물질의 농도가 0이 될 때까지로 하는 것이 보통이다.
The detection channel 130 is formed of a plurality of separation materials 11 separated from each other while the analyte 10 passes through the separation channel 120, And transmits the signal to an external measuring device. The external measuring device identifies a plurality of separation materials 11 included in the analysis target material 10 by using, for example, a Linear Sweep Voltammetry (LSV) method. The LSV is an analysis method in which the potential of the working electrode 131 is changed from the initial potential to the final potential at a constant rate and the corresponding current is recorded. In most cases, the initial potential changes from the potential at which the oxidation / reduction reaction of the electrode active material does not occur to the potential of the electrode through the potential of the reference electrode 133 of the electrode active material. The final potential is usually set until the concentration of the electrode active material on the electrode surface becomes zero.

도 3은 도 2에 따른 마이크로유체 채널을 이용한 검출 방법 중 교류 전압에 의해 분석 대상 물질이 전위 변조되는 것을 설명하기 위한 예시도이다.FIG. 3 is an exemplary diagram for explaining the potential modulation of the analyte by the AC voltage among the detection methods using the microfluidic channel according to FIG. 2. FIG.

도 3을 참조하면, 유체관(310)에 실린지 펌프(320)를 이용하여 분석 대상 물질(330)이 주입된다. 이 경우, 분석 대상 물질(330)이 주입되는 속도는 사용자의 설정에 따라 달리 설정될 수 있다. 일반적으로, 유체관(310)에 분석 대상 물질(330)이 주입되면 표면 장력, 내부 압력 등에 의해 분석 대상 물질(330)의 표면이 중심부가 볼록한 형태의 포물선 형태를 나타낸다. 이 경우, 분석 대상 물질(330)에 포함된 복수의 분리 물질(340)의 고유 성질에 따라 유체관(310)을 통과하는 것이 아니라 내부 압력 등에 의해 유체관(310)을 통과하는 경우가 발생하므로, 분리 물질(340)의 식별 결과의 정확도가 떨어진다.Referring to FIG. 3, the analyte 330 is injected into the fluid pipe 310 using a syringe pump 320. In this case, the rate at which the analyte 330 is injected may be set differently according to the setting of the user. Generally, when the analyte 330 is injected into the fluid tube 310, the surface of the analyte 330 appears to have a parabolic shape in which the central portion is convex due to surface tension, internal pressure, or the like. In this case, depending on the intrinsic properties of the plurality of separation materials 340 included in the analysis target material 330, a case may occur in which the fluid passes through the fluid pipe 310 due to an internal pressure or the like instead of passing through the fluid pipe 310 , The accuracy of the identification result of the separation material 340 deteriorates.

그러나, 본 발명의 마이크로유체 채널을 이용한 검출 방법은 분석 대상 물질(330)을 유체관(310)이 일정 속도 이하로 주입하면서 분리 채널에 대응하는 유체관(310)에 교류 전압을 인가하여 전계를 형성하고, 그로 인해 분석 대상 물질(330)에 포함된 분리 물질(340)의 고유의 분자량 또는 전하량에 따라 이동 속도를 달리하여 검출 채널로 이동한다. 따라서, 검출 채널에 도착한 분리 물질(340)의 식별 결과의 정확도가 향상될 수 있다.
However, in the detection method using the microfluidic channel of the present invention, an AC voltage is applied to the fluid pipe 310 corresponding to the separation channel while the fluid 310 is injected at a predetermined speed or less, And moves to the detection channel at a different moving speed depending on the intrinsic molecular weight or the amount of charge of the separation material 340 included in the analysis target material 330. Thus, the accuracy of the identification result of the separation material 340 arriving at the detection channel can be improved.

도 4는 도 2에 따른 마이크로유체 채널을 이용한 검출 방법 중 교류 전압의 크기 및 주파수에 따라 유체관에 대하여 분석 대상 물질의 표면의 형상을 설명하기 위한 예시도이다.FIG. 4 is an exemplary view for explaining the shape of a surface of a substance to be analyzed with respect to a fluid tube according to the magnitude and frequency of the AC voltage among the detection methods using the microfluidic channel according to FIG.

도 4를 참조하면, 분리 채널에 대응하는 유체관에 인가되는 교류 전압의 크기(amplitude) 및 주파수(frequency)에 따른 분석 대상 물질의 표면 형상이 달라짐을 알 수 있다. 예를 들어, 인가되는 교류 전압이 0[V], 0[MHz]인 경우에는 실질적으로 교류 전압이 인가되는 것이 아니므로 포물선 형태의 표면 형상을 나타낸다. 그러나, 전압 및 주파수가 증가함에 따라 분석 대상 물질의 표면 형상이 평면에 근접함을 알 수 있으며, 최종적으로 인가되는 교류 전압이 3[V], 1[MHz]인 경우 분석 대상 물질의 표면 형상이 평면이 됨을 확인할 수 있다. 이러한, 분석 대상 물질의 표면 형상은 그에 포함된 복수의 분리 물질 등의 분자량, 전하량, 이동 속도와, 인가되는 교류 전압의 크기 및 주파수에 따라 달라질 수 있다.
Referring to FIG. 4, it can be seen that the surface shape of the analyte varies depending on the amplitude and frequency of the AC voltage applied to the fluid tube corresponding to the separation channel. For example, when the applied AC voltage is 0 [V], 0 [MHz], the AC voltage is not substantially applied, and thus the surface shape of the parabolic shape is shown. However, it can be seen that as the voltage and frequency increase, the surface shape of the analyte approaches the plane, and when the finally applied AC voltage is 3 [V] and 1 [MHz] Plane. The surface shape of the analyte may vary depending on the molecular weight, the amount of charge, the moving speed of the plurality of separating materials and the like, and the magnitude and frequency of the applied AC voltage.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 마이크로유체 채널에의 유체관 내벽에 전극을 형성하여 교류 전압을 인가함으로써, 유체관 내에 전기적 이중층을 형성하고, 주입되는 분석 대상 물질을 전위 변조시켜, 분석 대상 물질에 포함된 복수의 분리 물질들을 정확하게 검출할 수 있다.
As described above, according to the embodiment of the present invention, an electrode is formed on the inner wall of a fluid tube in a microfluidic channel and an alternating voltage is applied to form an electric double layer in the fluid tube, thereby subjecting the analyte to be injected to electric potential modulation, It is possible to accurately detect a plurality of separation substances included in the substance.

이상에서 본 발명은 도면을 참조하면서 기술되는 바람직한 실시예를 중심으로 설명되었지만 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 기재된 실시예로부터 도출 가능한 자명한 변형예를 포괄하도록 의도된 특허청구범위의 기재에 의해 해석되어져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, Therefore, the present invention should be construed as a description of the claims which are intended to cover obvious variations that can be derived from the described embodiments.

10 : 분석 대상 물질
11 : 분리 물질
100 : 마이크로유체 채널
110 : 유체관
120 : 분리 채널
121 : 분리 전극
130 : 검출 채널
131 : 작동 전극
132 : 상대 전극
133 : 기준 전극
310 : 유체관
320 : 실린지 펌프
330 : 분석 대상 물질
340 : 분리 물질10: Substance to be analyzed
11: Separation material
100: Microfluidic channel
110: Fluid tube
120: separation channel
121: separating electrode
130: detection channel
131: working electrode
132: counter electrode
133: reference electrode
310: Fluid tube
320: Syringe pump
330: Substance to be analyzed
340: Separating material

Claims (14)

분석 대상 물질이 통과하는 유체관의 내벽에 교류 전압을 인가하여 상기 분석 대상 물질을 복수의 분리 물질로 분리하는 분리 채널; 및
상기 유체관의 일 부분에 상기 분리 채널과 기 설정된 간격으로 이격되어 형성되어, 상기 분리 채널을 통과한 상기 복수의 분리 물질을 전기적 신호를 이용하여 검출하는 검출 채널을 포함하며,
상기 분리 채널은,
상기 분석 대상 물질이 상기 인가된 교류 전압의 크기 및 주파수에 따라 전위 변조되어, 상기 유체관을 진동자 패턴의 형태로 통과하도록 하는 교류 전압을 이용한 마이크로유체 채널.A separation channel for separating the analyte into a plurality of separation materials by applying an AC voltage to an inner wall of a fluid tube through which the analyte passes; And
And a detection channel formed at a portion of the fluid tube at a predetermined interval from the separation channel and detecting the plurality of separation materials that have passed through the separation channel using an electrical signal,
The separation channel
Wherein the analyte is electrostatically modulated according to the magnitude and the frequency of the applied AC voltage so that the fluid passes through the fluid tube in the form of a vibrator pattern. 분석 대상 물질이 통과하는 유체관의 내벽에 교류 전압을 인가하여 상기 분석 대상 물질을 복수의 분리 물질로 분리하는 분리 채널; 및
상기 유체관의 일 부분에 상기 분리 채널과 기 설정된 간격으로 이격되어 형성되어, 상기 분리 채널을 통과한 상기 복수의 분리 물질을 전기적 신호를 이용하여 검출하는 검출 채널을 포함하며,
상기 분리 채널은,
상기 분석 대상 물질이 상기 인가된 교류 전압의 크기 및 주파수에 따라 전위 변조되어, 상기 유체관에 대하여 상기 분석 대상 물질의 표면이 평면인 형태로 통과하도록 하는 교류 전압을 이용한 마이크로유체 채널.A separation channel for separating the analyte into a plurality of separation materials by applying an AC voltage to an inner wall of a fluid tube through which the analyte passes; And
And a detection channel formed at a portion of the fluid tube at a predetermined interval from the separation channel and detecting the plurality of separation materials that have passed through the separation channel using an electrical signal,
The separation channel
Wherein the analyte is electrostatically modulated in accordance with the magnitude and the frequency of the applied AC voltage and allows the surface of the analyte to pass through the fluid pipe in a planar form. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 분리 채널에는,
상기 유체관의 내벽에 교류 전압이 인가되는 복수의 분리 전극이 대향하여 형성되는 교류 전압을 이용한 마이크로유체 채널.3. The method according to claim 1 or 2,
In the separation channel,
And a plurality of separation electrodes to which an AC voltage is applied on the inner wall of the fluid tube. 삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 검출 채널은,
상기 유체관의 내벽의 일부분에 형성되는 작동 전극;
상기 유체관의 내벽의 다른 일부분에 상기 작동 전극과 대향하여 형성되는 상대 전극; 및
상기 상대 전극의 일 측에 이격되고, 상기 작동 전극과 대향하여 형성되는 기준 전극을 포함하는 교류 전압을 이용한 마이크로유체 채널.3. The method according to claim 1 or 2,
The detection channel includes:
A working electrode formed on a part of an inner wall of the fluid tube;
A counter electrode formed on another portion of the inner wall of the fluid tube so as to face the working electrode; And
And a reference electrode spaced apart from one side of the counter electrode and facing the working electrode. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 분리 채널에 대응하는 유체관의 길이 또는 폭은 상기 검출 채널에 대응하는 유체관의 길이 또는 폭에 비하여 길거나 넓은 교류 전압을 이용한 마이크로유체 채널.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the length or width of the fluid tube corresponding to the separation channel is longer or wider than the length or width of the fluid tube corresponding to the detection channel, or a wide alternating voltage is used. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 유체관의 내벽에는 탄소 전극이 스크린 프린팅 방식, 진공증착 방식 및 리소그래픽 방식 중 어느 하나의 방식으로 형성되는 교류 전압을 이용한 마이크로유체 채널.3. The method according to claim 1 or 2,
And a carbon electrode is formed on the inner wall of the fluid tube by a screen printing method, a vacuum deposition method, or a lithographic method. 마이크로유체 채널을 이용한 검출 방법에 있어서,
분석 대상 물질이 통과하는 유체관의 내벽에 교류 전압을 인가하여 상기 분석 대상 물질을 복수의 분리 물질로 분리하는 단계; 및
상기 유체관의 일 부분에 상기 분리 채널과 기 설정된 간격으로 이격되어 형성되어, 상기 분리 채널을 통과한 상기 복수의 분리 물질을 전기적 신호를 이용하여 검출하는 단계를 포함하며,
상기 분석 대상 물질을 복수의 분리 물질로 분리하는 단계는,
상기 분석 대상 물질이 상기 인가된 교류 전압의 크기 및 주파수에 따라 전위 변조되어, 상기 유체관을 진동자 패턴의 형태로 통과하도록 하는 마이크로유체 채널을 이용한 검출 방법.In a detection method using a microfluidic channel,
Separating the analyte into a plurality of separation materials by applying an AC voltage to an inner wall of a fluid tube through which the analyte passes; And
And detecting the plurality of separation materials that have passed through the separation channel by using electrical signals, the separation channels being spaced apart from the separation channel at a predetermined interval in a part of the fluid tube,
The step of separating the analyte into a plurality of separating materials comprises:
Wherein the analyte is subjected to electric potential modulation according to a magnitude and a frequency of the applied AC voltage to allow the fluid tube to pass in the form of a vibrator pattern. 마이크로유체 채널을 이용한 검출 방법에 있어서,
분석 대상 물질이 통과하는 유체관의 내벽에 교류 전압을 인가하여 상기 분석 대상 물질을 복수의 분리 물질로 분리하는 단계; 및
상기 유체관의 일 부분에 상기 분리 채널과 기 설정된 간격으로 이격되어 형성되어, 상기 분리 채널을 통과한 상기 복수의 분리 물질을 전기적 신호를 이용하여 검출하는 단계를 포함하며,
상기 분석 대상 물질을 복수의 분리 물질로 분리하는 단계는,
상기 분석 대상 물질이 상기 인가된 교류 전압의 크기 및 주파수에 따라 전위 변조되어, 상기 유체관에 대하여 상기 분석 대상 물질의 표면이 평면인 형태로 통과하도록 하는 마이크로유체 채널을 이용한 검출 방법.In a detection method using a microfluidic channel,
Separating the analyte into a plurality of separation materials by applying an AC voltage to an inner wall of a fluid tube through which the analyte passes; And
And detecting the plurality of separation materials that have passed through the separation channel by using electrical signals, the separation channels being spaced apart from the separation channel at a predetermined interval in a part of the fluid tube,
The step of separating the analyte into a plurality of separating materials comprises:
Wherein the analyte is electrostatically modulated in accordance with the magnitude and frequency of the applied AC voltage so that the surface of the analyte passes through the fluid tube in a planar form. 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 분리 채널에는,
상기 유체관의 내벽에 교류 전압이 인가되는 복수의 분리 전극이 대향하여 형성되는 마이크로유체 채널을 이용한 검출 방법.10. The method according to claim 8 or 9,
In the separation channel,
Wherein a plurality of separation electrodes to which an AC voltage is applied are formed opposite to an inner wall of the fluid tube. 삭제delete 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 검출 채널은,
상기 유체관의 내벽의 일부분에 형성되는 작동 전극;
상기 유체관의 내벽의 다른 일부분에 상기 작동 전극과 대향하여 형성되는 상대 전극; 및
상기 상대 전극의 일 측에 이격되고, 상기 작동 전극과 대향하여 형성되는 기준 전극을 포함하는 마이크로유체 채널을 이용한 검출 방법..10. The method according to claim 8 or 9,
The detection channel includes:
A working electrode formed on a part of an inner wall of the fluid tube;
A counter electrode formed on another portion of the inner wall of the fluid tube so as to face the working electrode; And
And a reference electrode spaced apart from the one side of the counter electrode and facing the working electrode. 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 분리 채널에 대응하는 유체관의 길이 또는 폭은 상기 검출 채널에 대응하는 유체관의 길이 또는 폭에 비하여 길거나 넓은 마이크로유체 채널을 이용한 검출 방법.10. The method according to claim 8 or 9,
Wherein the length or width of the fluid tube corresponding to the separation channel is longer or wider than the length or width of the fluid tube corresponding to the detection channel. 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 유체관의 내벽에는 탄소 전극이 스크린 프린팅 방식, 진공증착 방식 및 리소그래픽 방식 중 어느 하나의 방식으로 형성되는 마이크로유체 채널을 이용한 검출 방법.10. The method according to claim 8 or 9,
Wherein a carbon electrode is formed on an inner wall of the fluid tube by a screen printing method, a vacuum deposition method, or a lithographic method.
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