KR101669738B1 - 마이크로유체 칩 및 그의 관련 방법 - Google Patents

마이크로유체 칩 및 그의 관련 방법 Download PDF

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루벤 줄리안 호바스-클라인
마르코 클라우스 볼러
크리스찬 프리드리히 피터 렌쉬
크리스토프 보엘드
하비에르 이본 안드레 프란시
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

마이크로유체 칩은 복수의 시약을 공급하는 복수의 시약 소스를 포함하는데, 각 시약 소스는 복수의 시약 중 대응하는 시약을 공급한다. 매크로 챔버는 복수의 시약 소스로부터 복수의 시약 중 하나 이상의 시약을 수용한다. 매크로 챔버 및 복수의 시약 소스에는 마이크로유체 반응기가 연결되는데, 마이크로유체 반응기는 매크로 챔버 및 복수의 시약 소스 중 적어도 하나로부터 복수의 시약 중 2 이상의 시약을 수용하며, 2 이상의 시약을 반응시켜서 반응 내용물을 생성하도록 구성된다.

Description

마이크로유체 칩 및 그의 관련 방법{MICROFLUIDIC CHIP AND A RELATED METHOD THEREOF}
본 발명은 마이크로유체 칩(microfluidic chip) 및 그의 관련 방법에 관한 것이다.
생물 의학 연구나 약제 연구에서는 마이크로유체 소자 및 방법이 상당히 중요하고 그 중요성이 증대되고 있다. 정밀 화학 제품 또는 약물을 연속적으로 합성하거나 일괄 합성하기 위해 마이크로유체 기술이 적용된다. 연속 흐름식 마이크로 반응기(continuous flow micro-reactor)는 향상된 열전달 성능, 보다 신속한 확산 시간과 반응 속도론, 및 향상된 반응 생성물 선택도의 장점을 가지면서 개개의 화학적 처리를 나노리터(nanoliter) 내지 마이크로리터(microliter)의 스케일로 다루는데 사용되어 왔으나, 이에 한정되지는 않는다.
수많은 방사성 의약 화합물(radiopharmaceutical compound)의 조제를 위해 대량 합성 모듈이 개발 및 사용되어 왔다. 그러나, 그러한 모듈 또는 반응기는 큰 공간을 차지하고, 종종 시약을 희망하는 양보다 더 많이 소비하며, 화학적 처리는 표지 화합물(labeled compound)의 조제를 위해 필요한 것보다 더 긴 반응 시간 사이클을 필요로 한다.
본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 마이크로유체 칩이 개시된다. 이 칩은 복수의 시약을 공급하는 복수의 시약 소스를 포함하며, 각 시약 소스는 복수의 시약 중 대응하는 시약을 공급한다. 마이크로유체 칩은 또한 복수의 시약 소스로부터 복수의 시약 중 하나 이상의 시약을 수용하는 매크로 챔버(macro-chamber)를 포함한다. 마이크로유체 칩은 매크로 챔버 및 복수의 시약 소스에 연결된 마이크로유체 반응기를 추가로 포함하는데, 마이크로유체 반응기는 매크로 챔버 및 복수의 시약 소스 중 적어도 하나로부터 복수의 시약 중 2 이상의 시약을 수용하며, 2 이상의 시약을 반응시켜서 반응 내용물(reaction content)을 생성하도록 구성된다.
본 발명의 다른 예시적 실시예에 따르면, 관련 방법이 개시된다. 이 방법은 복수의 시약 중 2 이상의 시약을 복수의 시약 소스로부터 매크로 챔버에 공급하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 복수의 시약 중 2 이상의 시약을 매크로 챔버 및 복수의 시약 소스 중 적어도 하나로부터 마이크로유체 반응기에 공급하는 단계를 포함한다. 이 방법은 복수의 시약 중 2 이상의 시약을 마이크로유체 반응기에서 반응시켜서 반응 내용물을 생성하는 단계를 추가로 포함하며, 매크로 챔버와 마이크로유체 반응기는 마이크로유체 칩에 배치되어 있다.
본 발명의 실시예의 상술한 특징 및 양상과 그 외의 특징 등은 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명을 숙독할 때 더 잘 이해할 수 있을 것이며, 첨부 도면 전체에 걸쳐서 유사한 도면부호는 유사한 부분을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 매크로 챔버, 혼합 장치, 유체 챔버 및 마이크로유체 반응기를 구비한 마이크로유체 칩의 도면,
도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 매크로 챔버, 혼합 장치, 유체 챔버 및 마이크로유체 반응기를 구비한 마이크로유체 칩의 도면,
도 3은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 매크로 챔버, 혼합 장치, 유체 챔버 및 마이크로유체 반응기를 구비한 마이크로유체 칩의 도면,
도 4는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 마이크로유체 칩의 상세도,
도 5는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 액체 또는 가스의 존재를 탐지하는 센서를 구비한 마이크로유체 칩의 도면,
도 6은 도 5의 예시적 실시예에 따른 광학적 탐지 기술을 채용한 마이크로유체 칩 내의 채널의 일부에 대한 도면.
이하에 상세히 개시하는 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 마이크로유체 칩을 개시한다. 마이크로유체 칩은 복수의 시약 소스, 매크로 챔버 및 마이크로 반응기를 포함한다. 매크로 챔버는 복수의 시약 소스로부터 복수의 시약 중 하나 이상의 시약을 수용한다. 마이크로유체 반응기는 매크로 챔버 및 복수의 시약 소스에 연결되며, 매크로 챔버 및 복수의 시약 소스 중 적어도 하나로부터 복수의 시약 중 2 이상의 시약을 수용하도록, 2 이상의 시약을 반응시켜서 반응 내용물을 생성하도록, 그리고 반응 내용물을 매크로 챔버에 공급하도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 마이크로유체 칩은 각각 매크로 챔버, 혼합 장치 및 마이크로유체 반응기를 구비하는 복수의 소자를 포함할 수도 있다. 본 발명의 특정 실시예에 따르면, 마이크로유체 칩을 동작시키는 방법이 개시된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 마이크로유체 칩(10)이 개시된다. 도시된 실시예에서, 마이크로유체 칩(10)은 매크로 챔버(12), 혼합 장치(14), 유체 챔버(16) 및 마이크로유체 반응기(18)를 포함한다. 매크로 챔버(12)는 하나 이상의 시약을 일시적으로 저장하기 위해 사용되거나, 또는 중력, 질량 및 그 외의 매크로 작용(macro effects)이 예컨대 헤드스페이스(headspace)로의 기포 추출, 비등, 액상 추출, 침전 등의 표면 장력이나 점성과 같은 마이크로스케일 지배적 현상보다 우세한 크기 영역에서 유리하게 동작을 실행하기 위해 사용된다. 일 실시예에서, 매크로 챔버(12)는 공비 챔버(azeotropic chamber)를 포함한다. 다른 실시예에서는, 다른 유형의 매크로 챔버가 고려된다. 혼합 장치(14)는 매크로 챔버(12)에 연결되며, 2 이상의 시약을 혼합하여 2 이상의 시약의 혼합물을 생성하도록 구성된다. 유체 챔버(16)는 표지 유체(marker fluid)를 저장하기 위해 사용된다. 특정 실시예에서, 표지 유체는 가스 슬러그(gas slug)이다. 다른 실시예에서, 표지 유체는 가스 슬러그와 비교하여 상이한 성질을 갖는 형광 유체이다. 도시된 실시예에서, 마이크로유체 반응기(18)는 혼합 장치(14) 및 유체 챔버(16)를 거쳐서 매크로 챔버(12)에 연결된다. 마이크로유체 반응기(18)는 매크로 챔버(12)로부터 2 이상의 시약의 혼합물을 수용하여 반응 내용물을 생성하도록 구성된다. 시약은 액체 시약, 기체 시약 또는 이들의 혼합물을 포함할 수도 있다. 특정 실시예에서, 매크로 챔버(12)는 마이크로유체 반응기(18)에 통합될 수도 있다.
일 실시예에서, 혼합 장치(14)는 복수의 시약 소스로부터 2 이상의 시약을 수용하고, 2 이상의 시약을 혼합하여 2 이상의 시약의 혼합물을 생성하도록 구성된다. 여기에서는 모든 유형의 혼합 장치가 실시될 수 있음에 유의해야 한다. 특정 실시예에서, 2 이상의 시약의 혼합물은 혼합 장치(14)로부터 매크로 챔버(12)에 공급된다. 보다 구체적인 실시예에서, 2 이상의 시약의 혼합물은 혼합 장치(14)로부터 마이크로유체 반응기(18)에 공급된다.
다른 실시예에서, 혼합 장치(14)는 매크로 챔버(12)로부터 2 이상의 시약을 수용하고, 2 이상의 시약을 혼합하여 2 이상의 시약의 혼합물을 생성하며, 그 후에 2 이상의 시약의 혼합물을 매크로 챔버(12)에 공급하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 2 이상의 시약의 혼합물은 혼합 장치(14)로부터 마이크로유체 반응기(18)에 공급된다.
일 실시예에서, 혼합 장치(14)는 매크로 챔버(12)와 통합되어 있고, 매크로 챔버(12) 내에서 2 이상의 시약을 혼합하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 혼합 장치(14)는 매크로 챔버(12) 내에 저장된 2 이상 시약의 혼합을 가능케 하기 위해 매크로 챔버(12)에 기포를 공급하도록 구성된 가스 공급원이다. 특정 실시예에서, 혼합 장치(14)는 2 이상의 시약을 혼합하기 위해 초음파 교반(ultrasonic agitation)을 채용할 수도 있다. 다른 실시예에서, 혼합 장치(14)는 마이크로유체 반응기(18)와 통합되며, 마이크로 반응기(18) 내에서 2 이상의 시약을 혼합하도록 구성된다.
도시된 실시예에서, 마이크로유체 칩(10)의 동작 동안, 마이크로유체 반응기(18)는 제 1 온도로 유지되고, 매크로 챔버(12)는 제 1 온도보다 실질적으로 낮은 제 2 온도로 유지된다. 다른 실시예에서, 마이크로유체 반응기(18)는 매크로 챔버(12)보다 낮은 온도로 유지되거나, 또는 온도가 일정 비율로 상승 또는 하강하도록 구동될 수도 있다. 특정 실시예에서, 마이크로유체 반응기(18) 및 매크로 챔버(12)가 동일한 온도(사전 규정된 온도)로 유지될 수도 있다. 일 실시예에서, 반응 내용물이 마이크로유체 반응기(18)로부터 매크로 챔버(12)로 공급된다. 다른 실시예에서, 반응 내용물은 마이크로유체 반응기(18)에 일시적으로 저장되며, 매크로 챔버(12)에 공급되지 않는다. 마이크로유체 반응기(18)는 높은 표면적대 체적 비율을 갖는 사행 형상(meander configuration)을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 마이크로유체 반응기(18)는, 축적된 열이 마이크로유체 반응기(18) 내의 반응 내용물의 가열에 사용될 수 있도록 비교적 큰 열질량(thermal mass)을 갖는다. 다른 실시예에서, 마이크로유체 반응기(18)는 열원 또는 히트 싱크와의 양호한 열전달을 가능케 하는 얇은 벽을 갖는다. 마이크로유체 반응기(18)의 큰 열질량의 구성과 얇은 벽의 구성 모두를 위해서는 양호한 열전도성의 기판 재료가 바람직하다. 특정 실시예에서, 마이크로유체 반응기(18)는 광학적으로 투명할 수 있으며, 유도 가열, 전자기 가열 또는 광학 저항 가열(optical resistive heating)에 사용될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 마이크로유체 칩(10) 및 관련 작동 방법이 개시된다. 상술한 바와 같이, 마이크로유체 칩(10)은 매크로 챔버(12), 혼합 장치(14), 유체 챔버(16) 및 마이크로유체 반응기(18)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 2개의 시약(20, 22)이 매크로 챔버(12)에 공급된다. 다른 실시예에서는, 3개 이상의 시약이 고려된다. 일 실시예에서, 2개의 시약(20, 22)이 동시에 매크로 챔버(12)에 공급된다. 다른 실시예에서, 2개의 시약(20, 22)은 순차적으로 매크로 챔버(12)에 공급된다. 그 후, 2개의 시약(20, 22)은 매크로 챔버(12)로부터 혼합 장치(14)에 공급된다. 2개의 시약(20, 22)은 혼합 장치(14) 내에서 혼합되어 시약의 혼합물(24)을 생성한다. 시약의 혼합물(24)은 그 후에 혼합 장치(14)로부터 매크로 챔버(12)에 공급된다. 일 실시예에서, 혼합 장치(14)는 매크로 챔버(12) 내에서의 시약(20, 22)의 혼합을 가능케 하기 위해 매크로 챔버(12) 내에 있을 수도 있다. 다른 실시예에서, 시약의 혼합물(24)은 혼합 장치(14)로부터 마이크로유체 반응기(18)에 공급된다. 혼합 장치(14)는 기포 소스, 자기 교반 바아(magnetic stirrer bar), 분할 및 재결합 구조체, 계면 영역을 최대화하는 구조체 또는 처리 등을 포함할 수도 있다. 다른 실시예에서, 혼합 장치(14)는 마이크로유체 반응기(18) 내에서의 시약(20, 22)의 혼합을 가능케 하기 위해 마이크로유체 반응기(18) 내에 있을 수도 있다.
도시된 실시예에서, 시약의 혼합물(24)이 매크로 챔버(12)에서 생성되거나, 또는 그와 달리 매크로 챔버(12) 내에 존재하게 된 후, 변위 유체(displacement fluid)(26)가 유체 소스(28)로부터 매크로 챔버(12)에 공급되어, 시약의 혼합물(24)(양의 또는 음의 체적 변위)을 매크로 챔버(12)로부터 유체 챔버(16)를 거쳐서 마이크로유체 반응기(18)로 이동시킨다. 변위 유체(24)는 액체 또는 가스일 수도 있다. 시약의 혼합물(24)은 유체 챔버(16)로부터의 표지 유체와 공급된 변위 유체(26) 사이에 배치된 "슬러그(slug)"로서 이동한다. 다른 실시예에서, 표지 유체와 변위 유체(26) 사이의 슬러그로서의 이송 대신에, 시약의 혼합물(24)을 매크로 챔버(12)로부터 마이크로유체 반응기(18)에 전달하기 위해 가압 펌프 작용이 채용될 수도 있다. 다른 실시예에서, 내용물을 매크로 챔버(12)로부터 이동시키기 위해 매크로 챔버(12)의 입력단(11)에 정압 또는 부압이 인가될 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 정압 또는 부압이 매크로 챔버(12)의 출력단(13)에 인가되어 내용물을 매크로 챔버(12)로부터 이동시킬 수도 있다. 다른 실시예에서, 정압과 부압의 조합을 입력단(11) 및 출력단(13)에 동시에 인가하여 유동을 제어할 수도 있다. 그 후, 시약의 혼합물(24)은 마이크로유체 반응기(18) 내에서 반응하여 반응 내용물(30)을 생성한다. 반응 내용물(30)은 그 후에 마이크로유체 반응기(18)로부터 매크로 챔버(12)로 전달될 수 있다. 더 많은 시약이 매크로 챔버(12)에 공급되어 반응 내용물과 혼합되며, 그 후에, 상술한 바와 같이 마이크로유체 반응기(18)로 이동될 수 있다. 이러한 처리는 요건에 따른 만큼의 횟수로 반복될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 반응 내용물(30)은 물을 활용한 이전 단계로 인해 반응 내용물(30)의 수민감성(water-sensitive) 반응을 회피하도록 매크로 챔버(12)로 재공급되지 않을 수도 있다. 대신에, 동일한 장치 기판에 통합되어 있거나 또는 다른 장치 기판에 접속되어 있는 다른 칩(10)에 내용물(30)이 공급될 수도 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 마이크로유체 칩(10) 및 관련 작동 방법이 개시된다. 상술한 바와 같이, 마이크로유체 칩(10)은 매크로 챔버(12), 혼합 장치(14), 유체 챔버(16) 및 마이크로유체 반응기(18)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 2개의 시약(20, 22)이 혼합 장치(14)에 순차적으로 또는 동시에 공급된다. 다른 실시예에서는, 3 이상의 시약이 고려된다. 2개의 시약(20, 22)은 혼합 장치(14) 내에서 혼합되어 시약의 혼합물(24)을 생성한다. 시약의 혼합물(24)은 그 후에 혼합 장치(14)로부터 매크로 챔버(12)에 공급된다. 일 실시예에서, 혼합 장치(14)는 매크로 챔버(12) 내에서의 시약의 혼합을 가능케 하기 위해 매크로 챔버(12) 내에 있을 수도 있다. 다른 실시예에서, 시약의 혼합물(24)은 혼합 장치(14)로부터 마이크로유체 반응기(18)에 공급된다. 도 2의 실시예와 유사하게, 반응 내용물(30) 및/또는 추가 시약이 마이크로유체 반응기(18)와 매크로 챔버(12) 사이로 이동될 수도 있다. 특정 실시예에서, 마이크로유체 칩(10)은 혼합 장치(14) 및 유체 챔버(16)를 포함하지 않을 수도 있다.
여기에서 논의된 실시예들에 따르면, 매크로 챔버는 일반적으로 반응성 조건(reactive conditions)을 회피하기 위해 마이크로유체 반응기보다 저온 상태로 유지된다. 마이크로유체 반응기는, 시약이 마이크로유체 반응기 내에 있는 동안 반응이 개시되거나 필요 속도로 진행되도록 희망 온도로 예열될 수도 있다. 마이크로유체 반응기 내에서 희망 반응이 완료되면, 마이크로유체 반응기 내의 내용물이 매크로 챔버로 이송될 수도 있다. 그러한 처리는 각 단계에서 매크로 챔버에 추가 시약을 부가하는 것과 함께 수회 반복될 수 있다.
도 4를 참조하면, 복수의 시약 소스(34, 36, 38, 40, 42)에 연결된 마이크로유체 칩(32)의 상세도가 개시되어 있다. 다른 실시예에서는 마이크로유체 칩(32)의 구성, 시약 소스(34, 36, 38, 40, 42)와 마이크로유체 칩(32)의 연결, 및 시약 소스의 수가 조건에 따라 달라질 수도 있음을 유의해야만 한다.
도시된 실시예에서, 마이크로유체 칩(32)은 깔때기 형상을 갖는 매크로 챔버(44), 혼합 장치(46), 유체 챔버(48) 및 마이크로유체 반응기(50)를 포함한다. 매크로 챔버(44) 및 혼합 장치(46)는 유로(52)를 거쳐서 유체 챔버(48) 및 마이크로유체 반응기(50)에 연결된다.
하나의 시약 소스(34)가 마이크로유체 반응기(50)의 상류측 지점에서 유로(52)에 연결된다. 나머지 시약 소소(36, 38, 40, 42)들은 각각 유로(58, 60, 62, 64)를 거쳐서 유체 챔버(48)의 하류측 지점에서 유로(52)에 연결된다. 복수의 시약 소스(34, 36, 38, 40, 42)로부터의 시약을 인도하기 위해 칩-대-외부 소스 접속부(66, 68, 70, 72, 74)가 유로(52, 58, 60, 62, 64)에 제공된다. 유체 소스(76)가 유로(78)를 거쳐서 마이크로유체 반응기(50)와 유체 챔버(48) 사이의 지점에서 유로(52)에 연결된다. 유로(78)는 표지 유체의 유량을 제어하기 위해 제어 밸브(80, 82)를 구비한다. 도시된 실시예에서, 유로(78)는 또한 유량 제어 밸브(86)를 구비한 유로(84)를 거쳐서 매크로 챔버(44)에 연결된다.
상술한 실시예와 유사하게, 매크로 챔버(44)는 시약 소스(34, 36, 38, 40, 42)로부터의 시약을 일시적으로 저장하거나, 또는 유체 역학에 있어서 상이한 물리 현상이 우세한 경우에 마이크로스케일보다 더 큰 스케일 또는 매크로스케일로 유리하게 발생하는 처리를 실행하기 위해 사용된다. 혼합 장치(46)는 매크로 챔버(44)에 연결되며, 시약들을 혼합하여 시약의 혼합물을 생성하도록 구성된다.
일 실시예에서, 혼합 장치(46)는 복수의 시약 소스(34, 36, 38, 40, 42)로부터 2 이상의 시약을 수용하고, 2 이상의 시약을 혼합하여 2 이상의 시약의 혼합물을 생성하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 2 이상의 시약의 혼합물은 혼합 장치(46)로부터 매크로 챔버(44)에 공급된다. 보다 구체적인 실시예에서, 2 이상의 시약의 혼합물은 혼합 장치(46)로부터 마이크로유체 반응기(50)에 공급된다.
다른 실시예에서, 혼합 장치(46)는 매크로 챔버(44)로부터 2 이상의 시약을 수용하고, 2 이상의 시약을 혼합하여 2 이상의 시약의 혼합물을 생성하며, 그 후에 2 이상의 시약의 혼합물을 매크로 챔버(44)에 공급하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 2 이상의 시약의 혼합물은 혼합 장치(46)로부터 마이크로유체 반응기(50)에 공급된다.
유체 챔버(48)는 유체 소스(76)로부터 공급된 표지 유체를 저장하기 위해 사용된다. 마이크로유체 반응기(50)는 매크로 챔버(44) 또는 시약 소스(34, 36, 38, 40, 42)로부터 2 이상의 시약의 혼합물을 수용하여 반응 내용물을 생성한다. 일 실시예에서, 반응 내용물은 마이크로유체 반응기(50)로부터 매크로 챔버(44)에 공급된다. 다른 실시예에서, 반응 내용물은 마이크로유체 반응기(50)에 일시적으로 저장되며, 매크로 챔버(44)에 공급되지 않는다.
도시된 실시예에서, 매크로 챔버(44) 내에서 시약의 혼합물이 생성된 후, 변위 유체가 유체 소스(76)로부터 매크로 챔버(44)에 공급되어, 시약의 혼합물을 매크로 챔버(44)로부터 유체 챔버(48)를 거쳐서 마이크로유체 반응기(50)로 이동시킬 수도 있다. 시약의 혼합물은 유체 챔버(48)로부터의 표지 유체와 공급된 변위 유체 사이에 배치된 "슬러그"로서 이송된다. 마이크로유체 칩(32)은 표지 유체와, 시약의 혼합물과, 변위 유체 사이의 계면을 탐지하는 센서(88)를 추가로 포함한다. 센서(88)는 광학 센서, 방사선 센서, 음향 센서, 열전도성 센서(thermal conductivity sensor), 전기 저항 또는 임피던스 센서, 또는 전자기 센서일 수 있다. 즉, 센서(88)는 샘플 슬러그와 샘플 슬러그를 한정하는 시단 물질 및 종단 물질의 서로 다른 특징을 구별할 수 있는 센서라면 어느 유형이라도 좋다. 제어 시스템(90)은 센서(88)로부터의 출력 신호를 수신하며, 복수의 소스(34, 36, 38, 40, 42), 매크로 챔버(44), 혼합 장치(46) 및 마이크로유체 반응기(50) 사이의 시약 및 반응 내용물의 유량을 제어하기 위해 본 명세서에서 논의된 복수의 유량 제어 장치 및 제어 밸브를 제어한다. 도시된 실시예에서, 제어 시스템(90)은 폐루프 제어 시스템이다. 다른 특정 실시예에서, 칩(32)은 센서(88)를 포함하지 않을 수도 있고, 제어 시스템(90)은 개루프 제어 시스템일 수도 있다.
마이크로유체 반응기(50)로부터의 반응 내용물은 유로(52, 94)를 거쳐서 생성물 챔버(92)로 공급될 수도 있다. 유로(94)는 마이크로유체 반응기(50)로부터 공급된 반응 내용물의 생성물 챔버(92)로의 유량을 제어하기 위해 제어 밸브(96) 및 유량 제어 장치(98)를 구비한다. 마이크로유체 반응기(50)로부터의 폐기 내용물(waste content)은 유로(100, 102)를 거쳐서 폐기물 챔버(104)에 공급될 수 있다. 유로(100, 102)는 각각 유량 제어 밸브(106)와 유량 제어 장치(108)를 구비한다. 유로(78)는 또한 유량 제어 밸브(112)를 갖는 다른 유로(110)를 거쳐서 유로(100)에 연결된다. 폐기물 챔버(104)로부터의 유로(102)는 또한 매크로 챔버(44)에 연결된다. 유로(102)는 또한 유량 제어 밸브(114)를 구비한다. 유로(52)는 유량 제어 밸브(116)를 추가로 포함하며, 유로(102)에 연결된다. 여기에서 논의된 복수의 유량 제어 밸브는 온 칩(on-chip) 밸브임을 유의해야만 한다. 몇몇 실시예에서, 유량 제어 밸브는 오프 칩(off-chip) 밸브일 수도 있다.
도 5를 참조하면, 마이크로유체 칩(118)의 일부 및 관련 방법이 개시된다. 여기에서 논의된 칩(118)은 예시적인 실시예이며, 칩(118) 내의 다양한 구성요소의 수 및 위치는 적용예에 따라 달라질 수도 있음을 유의해야만 한다. 도시된 실시예에서, 칩(118)은 채널(124)에 연결된 복수의 마이크로유체 반응기 유닛(122, 123, 15) 및 유체 챔버(120)를 포함한다. 제어 밸브(126)는 유체 챔버(120)와 반응기(122, 123, 125) 사이의 위치에서 채널(124)에 연결된 유동 채널(128)에 제공된다. 스위칭 장치(127)는 매크로 챔버로부터 채널(124)을 거쳐서 복수의 반응기(122, 123, 125)로의 유량을 제어하는데 사용될 수 있다. 채널(124)에 연결된 폐기물 채널(132)에 유량 제어 밸브(130)가 제공된다. 마이크로유체 반응기(122, 123, 125)의 하류측에서 채널(124)에 다른 유량 제어 밸브(136)가 제공된다.
최초로, 시약이 채널(134)을 통해 펌핑되어 채널(124)에 공급된다. 밸브(126, 136)가 폐쇄되고 밸브(130)가 개방되어 과도한 시약 유량을 폐기물 채널(132)을 통해 배출시킨다. 그 후, 밸브(126, 130)가 폐쇄되고 밸브(136)가 개방된다. 변위 유체는 채널(124)을 통해 펌핑되어 반응기(122, 123, 125)를 통해 흘러나간다. 그 후, 밸브(136)가 폐쇄되고, 밸브(126, 130)가 개방된다. 표지 유체는 유체 챔버(120)를 충전하도록 채널(128)을 통해 공급된다. 과잉의 표지 유체 유동은 채널(132)을 통하도록 인도될 수 있다. 이제 칩(118)이 준비된다. 그 후, 밸브(126, 130)가 폐쇄되고, 변위 유체가 뒤따르는 시약은 표지 유체가 시약의 상류측에 위치하는 방식으로 채널(134, 124) 및 유체 챔버(120)를 거쳐서 반응기(122, 123, 125)에 공급된다. 여기에 개시된 단계들의 순서는 예시적인 실시예이며, 적용예에 따라 달라질 수도 있음을 유의해야만 한다. 시약 및 표지 유체가 반응기(122, 123, 125)를 빠져나오면, 표지 유체가 예컨대 도 4에 개시된 광학 센서와 같은 센서(138)에 의해 탐지될 수 있다. 특정 실시예에서, 센서(138)는 전기 센서, 음향 센서, 자기 센서, 방사능 센서 등일 수 있다. 센서 출력은 칩(118)의 다양한 구성요소에 대한 폐루프 제어를 가능케 한다. 몇몇 실시예에서, 시약은 표지 유체와 변위 유체 사이의 슬러그로서 이송된다. 특정의 다른 실시예에서, 시약은 전방측 표지 유체와 후방측 표지 유체 사이의 슬러그로서 이송된다. 그러한 실시예에서, 후방측 표지 유체는 시약의 희석을 피하기 위해 시약 슬러그와 변위 유체의 혼합을 방지한다. 구체적인 실시예에서, 형광 염색 액체를 사용할 수도 있다.
채널(128)을 통해 공급된 표지 유체의 체적은 온 칩 밸브를 사용하여 제어할 수 있다. 표지 유체는 펌핑 방식 또는 흡입 방식 중 하나로 공급된다. 공급된 표지 유체의 체적 제어에 의해, 칩(118) 내 시약의 유한 양(finite quantities)의 유량을 제어하기 쉬워진다.
도 6을 참조하면, 도 5의 실시예에 따른 반응기의 하류측의 채널(124)의 일부(140)가 개시된다. 도시된 실시예에서, 채널(124)의 일부(140)는 특정 시각에 액체 시약 또는 가스로 충전될 수도 있다. 예컨대 광학 센서와 같은 센서가 채용되어, 채널(124)의 일부(140) 내에 가스 또는 액체가 존재하는지를 탐지한다. 채널(124)의 일부(140)가 채널 일부(140)의 재료의 굴절율에 근접한 굴절율을 갖는 액체로 충전된 경우, 액체의 굴절율이 채널(124)의 굴절율과 거의 같기 때문에, 광선은 화살표(142)로 나타내는 바와 같이 채널(124)의 일부(140)를 통과한다. 채널(124)의 일부(140)가 가스로 충전된 경우, 액체의 굴절율이 채널(124)의 굴절율과 실질적으로 다르기 때문에, 광선은 화살표(144)로 나타내는 바와 같이 채널(124)의 일부(140)로부터 반사된다. 다른 실시예에서, 마이크로유체 칩의 임의의 다른 적절한 위치에 센서들이 유사하게 채용될 수도 있다. 특정 실시예에서, 상술한 바와 같이, 센서는 전기 센서, 음향 센서, 자기 센서, 방사능 센서 등일 수 있다.
상술한 실시예들에 따르면, 마이크로유체 칩은, 시약/반응 내용물이 매크로 챔버와 마이크로유체 반응기 사이에서 전후로 이송될 수 있는 "시소(see-saw)" 구성을 활용한다. 그러한 구성에서는, 복잡한 다단계 반응이 컴팩트한 칩 내에서 실행된다. 그러한 구성에 의하면, 각 단계를 위한 별개의 반응기를 구비할 필요가 없으며, 통합 장치 내에 마이크로 구성과 매크로 구성의 장점을 갖는다. 마이크로유체 반응기의 열질량 및 표면적은 마이크로유체 반응기 내에 저장된 시약보다 상당히 크므로, 마이크로유체 반응기에 축적된 열을 마이크로유체 반응기에 저장된 시약에 신속하게 전달할 수 있다. 시약의 저장 및 반응을 위한 비교적 고온의 마이크로유체 반응기와 저온의 매크로 챔버로 인해 처리 제어가 가능하며, 반응을 신속하게 냉각시킬 수 있다. 마이크로유체 반응기의 대안 디자인은 외부 또는 내부의 열원 또는 히트 싱크와의 열전달을 촉진하여, 신속한 온도 증감을 가능케 한다.
본 발명의 특정한 특징들만이 본 명세서에 설명 및 기재되어 있으나, 당업자에게는 많은 변형예 및 변화예가 착안될 것이다. 그러므로, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 진정한 사상 내에 있는 모든 변형예 및 변화예를 포함할 의도임을 이해해야 한다.

Claims (29)

  1. 마이크로유체 칩(microfluidic chip)에 있어서,
    복수의 시약을 공급하는 복수의 시약 소스로서, 각각의 시약 소스는 복수의 시약 중 대응하는 시약을 공급하는, 상기 복수의 시약 소스와,
    깔때기 형상을 갖고 수직 방향을 따라 배향되며, 중력 및 질량을 포함하는 복수의 매크로 작용(macro effects)이 점성 및 표면 장력을 포함한 복수의 마이크로 작용보다 우세한 매크로 스케일에서 상기 복수의 시약 소스로부터 복수의 시약 중 하나 이상의 시약을 처리하도록 구성된 매크로 챔버(macro-chamber)와,
    상기 매크로 챔버 및 상기 복수의 시약 소스에 연결되고, 상기 매크로 챔버 및 상기 복수의 시약 소스 중 적어도 하나로부터 복수의 시약 중 2 이상의 시약을 처리하도록, 그리고 상기 2 이상의 시약을 반응시켜서 반응 내용물(reaction content)을 생성하도록 구성된 마이크로유체 반응기(microfluidic reactor)와,
    상기 마이크로유체 반응기와 생성물 챔버 사이, 상기 마이크로유체 반응기와 유체 챔버 사이 그리고 상기 마이크로유체 반응기와 폐기물 챔버 사이에 형성된 유로에 연결된 복수의 유량 제어 밸브를 포함하는
    마이크로유체 칩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 시약 소스, 상기 매크로 챔버 및 상기 마이크로유체 반응기 중 적어도 하나에 연결된 혼합 장치를 더 포함하고,
    상기 혼합 장치는 복수의 시약 중 2 이상의 시약을 혼합하여 2 이상의 시약의 혼합물을 생성하도록 구성되는
    마이크로유체 칩.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 마이크로유체 반응기는 상기 혼합 장치를 거쳐서 상기 매크로 챔버 및 상기 복수의 시약 소스에 연결되는
    마이크로유체 칩.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 혼합 장치는, 상기 복수의 시약 소스로부터 상기 2 이상의 시약을 수용하고, 상기 2 이상의 시약을 혼합하며, 2 이상의 시약의 혼합물을 상기 매크로 챔버 및 상기 마이크로유체 반응기 중 적어도 하나로 공급하도록 구성되는
    마이크로유체 칩.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 혼합 장치는, 상기 매크로 챔버로부터 복수의 시약 중 2 이상의 시약을 수용하고, 상기 2 이상의 시약을 혼합하며, 2 이상의 시약의 혼합물을 상기 마이크로유체 반응기로 공급하도록 구성되는
    마이크로유체 칩.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 마이크로유체 반응기는 반응 내용물을 상기 혼합 장치를 거쳐서 상기 매크로 챔버에 공급하는
    마이크로유체 칩.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 혼합 장치는 상기 매크로 챔버에 통합되며, 상기 매크로 챔버 내에서 복수의 시약 중 2 이상의 시약을 혼합하도록 구성되는
    마이크로유체 칩.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 혼합 장치는 상기 마이크로유체 반응기에 통합되며, 상기 마이크로유체 반응기 내에서 복수의 시약 중 2 이상의 시약을 혼합하도록 구성되는
    마이크로유체 칩.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 혼합 장치는 상기 매크로 챔버에 기포를 공급하여 상기 매크로 챔버 내에서의 복수의 시약 중 2 이상의 시약의 혼합을 가능케 하는 기포 소스를 포함하는
    마이크로유체 칩.
  10. 제 1 항에 있어서,
    표지 유체(marker fluid)를 저장하는 유체 챔버를 더 포함하고,
    상기 마이크로유체 반응기는 상기 유체 챔버를 거쳐서 상기 매크로 챔버에 연결되는
    마이크로유체 칩.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 표지 유체는 가스 및 형광 액체 중 적어도 하나이며, 상기 형광 액체 및 가스는 상이한 성질을 갖는
    마이크로유체 칩.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 매크로 챔버에 변위 유체(displacement fluid)를 공급하여, 2 이상의 시약의 혼합물 또는 반응 내용물을 상기 매크로 챔버로부터 이동시킴으로써, 2 이상의 시약의 혼합물 또는 반응 내용물이 표지 유체와 변위 유체 사이에 배치된 슬러그(slug)로서 상기 마이크로유체 반응기에 전달되게 하는 유체 소스를 더 포함하는
    마이크로유체 칩.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 마이크로유체 칩의 적어도 하나의 위치에서 변위 유체와 2 이상의 시약의 혼합물 또는 반응 내용물 사이의 계면을 탐지하기 위해 상기 마이크로유체 칩의 상기 적어도 하나의 위치에 배치되는 적어도 하나의 센서를 더 포함하는
    마이크로유체 칩.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서로부터의 출력에 기초하여, 상기 복수의 시약 소스, 상기 매크로 챔버 및 상기 마이크로유체 반응기 사이의 시약 및 반응 내용물의 흐름을 제어하는 폐루프 제어 시스템을 더 포함하는
    마이크로유체 칩.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 시약 소스, 상기 매크로 챔버 및 상기 마이크로유체 반응기 사이의 시약 및 반응 내용물의 흐름을 제어하는 개루프 제어 시스템을 더 포함하는
    마이크로유체 칩.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로유체 반응기는 제 1 온도로 유지되고, 상기 매크로 챔버는 제 1 온도와 다른 제 2 온도로 유지되는
    마이크로유체 칩.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로유체 반응기 및 상기 매크로 챔버는 사전 규정된 온도로 유지되는
    마이크로유체 칩.
  18. 삭제
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로유체 반응기는 복수의 반응 유닛을 포함하고, 상기 매크로 챔버는 상기 복수의 반응 유닛과 상기 매크로 챔버 사이의 복수의 시약 또는 반응 내용물의 흐름을 제어하도록 구성된 스위칭 장치를 거쳐서 상기 복수의 반응 유닛에 연결되는
    마이크로유체 칩.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로유체 반응기는 상기 매크로 챔버에 통합되는
    마이크로유체 칩.
  21. 복수의 시약 중 2 이상의 시약을 복수의 시약 소스로부터 매크로 챔버에 공급하는 단계로서, 상기 매크로 챔버는 깔때기 형상을 갖고 수직 방향을 따라 배향되며, 중력 및 질량을 포함하는 복수의 매크로 작용이 점성 및 표면 장력을 포함한 복수의 마이크로 작용보다 우세한 매크로 스케일에서 상기 복수의 시약 소스로부터 복수의 시약 중 하나 이상의 시약을 처리하도록 구성되어 있는, 상기 공급 단계와,
    복수의 시약 중 2 이상의 시약을 상기 매크로 챔버 및 상기 복수의 시약 소스 중 적어도 하나로부터 마이크로유체 반응기에 공급하는 단계와,
    상기 마이크로유체 반응기 내에서 복수의 시약 중 2 이상의 시약을 반응시켜서 반응 내용물을 생성하는 단계를 포함하며,
    상기 매크로 챔버 및 상기 마이크로유체 반응기는 마이크로유체 칩 내에 배치되는
    방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 2 이상의 시약을 상기 복수의 시약 소스로부터 혼합 장치에 공급하고, 상기 2 이상의 시약을 상기 혼합 장치를 통해 혼합하며, 2 이상의 시약의 혼합물을 상기 매크로 챔버 및 상기 마이크로유체 반응기 중 적어도 하나에 공급하는 단계를 포함하는
    방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 복수의 시약 중 2 이상의 시약을 상기 매크로 챔버로부터 혼합 장치에 공급하고, 상기 2 이상의 시약을 상기 혼합 장치를 통해 혼합하며, 2 이상의 시약의 혼합물을 상기 마이크로유체 반응기에 공급하는 단계를 포함하는
    방법.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 반응 내용물을 상기 마이크로유체 반응기로부터 혼합 장치를 거쳐서 상기 매크로 챔버에 공급하는 단계를 포함하는
    방법.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 마이크로유체 반응기 내에서 상기 2 이상의 시약을 혼합하는 단계를 포함하는
    방법.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 매크로 챔버 내에서 상기 2 이상의 시약을 혼합하는 단계를 포함하는
    방법.
  27. 제 21 항에 있어서,
    상기 매크로 챔버에 유체 소스로부터의 변위 유체를 공급하여, 2 이상의 시약의 혼합물 또는 반응 내용물을 상기 매크로 챔버로부터 이동시킴으로써, 2 이상의 시약의 혼합물 또는 반응 내용물이 변위 유체와 유체 챔버에 저장된 표지 유체 사이에 배치된 슬러그로서 상기 마이크로유체 반응기에 전달되게 하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  28. 제 21 항에 있어서,
    상기 매크로 챔버의 입력단으로부터의 정압 또는 부압을 사용하여, 2 이상의 시약의 혼합물 또는 반응 내용물을 상기 매크로 챔버로부터 이동시킴으로써, 2 이상의 시약의 혼합물 또는 반응 내용물이 변위 유체와 유체 챔버에 저장된 표지 유체 사이에 배치된 슬러그로서 상기 마이크로유체 반응기에 전달되게 하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 매크로 챔버의 출력단으로부터의 정압 또는 부압을 사용하여, 2 이상의 시약의 혼합물 또는 반응 내용물을 상기 매크로 챔버로부터 이동시킴으로써, 2 이상의 시약의 혼합물 또는 반응 내용물이 변위 유체와 표지 유체 사이에 배치된 슬러그로서 상기 마이크로유체 반응기에 전달되게 하는 단계를 더 포함하는
    방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230082899A (ko) 2021-12-02 2023-06-09 소프트지노믹스(주) 현장진단용 다중 분자 진단 마이크로 칩

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2951959B1 (fr) * 2009-11-02 2012-03-23 Air Liquide Procede et dispositif de separation de melanges gazeux par permeation
US9067189B2 (en) * 2012-03-30 2015-06-30 General Electric Company Microfluidic device and a related method thereof
CN103611586B (zh) * 2013-12-06 2015-07-15 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 一种高平整度、低形变的聚合物微流控光学芯片的制备方法
US9399216B2 (en) * 2013-12-30 2016-07-26 General Electric Company Fluid transport in microfluidic applications with sensors for detecting fluid presence and pressure
US10473668B2 (en) * 2014-06-06 2019-11-12 The Regents Of The University Of California Self-shielded, benchtop radio chemistry system with a plurality shielded carriers containing a disposable chip cassette
US10363543B2 (en) * 2016-04-19 2019-07-30 General Electric Company Gas driven fluid transport
WO2019209273A1 (en) 2018-04-24 2019-10-31 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Microfluidic devices
US11931738B2 (en) 2018-04-24 2024-03-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Sequenced droplet ejection to deliver fluids
US11331641B2 (en) * 2018-07-12 2022-05-17 Kobe Steel, Ltd. Reactor and reactor system provided with same
US11547993B2 (en) 2018-07-17 2023-01-10 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Droplet ejectors with target media
US11325380B2 (en) 2018-07-17 2022-05-10 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Droplet ejectors to provide fluids to droplet ejectors

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040258569A1 (en) 2002-08-06 2004-12-23 Takeo Yamazaki Liquid transport device and liquid transporting method
US7771985B2 (en) 1992-05-01 2010-08-10 Trustees Of The University Of Pennsylvania Mesoscale detection structures

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5580523A (en) 1994-04-01 1996-12-03 Bard; Allen J. Integrated chemical synthesizers
US5856174A (en) * 1995-06-29 1999-01-05 Affymetrix, Inc. Integrated nucleic acid diagnostic device
US6056859A (en) * 1997-02-12 2000-05-02 Lockheed Martin Energy Research Corporation Method and apparatus for staining immobilized nucleic acids
US7445926B2 (en) 2002-12-30 2008-11-04 The Regents Of The University Of California Fluid control structures in microfluidic devices
US20050272144A1 (en) * 2004-06-08 2005-12-08 Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. Micro-reactor for improving efficiency of liquid mixing and reaction
EP1838431A4 (en) 2004-12-03 2012-08-22 California Inst Of Techn MICROFLUIDIC DEVICES WITH CIRCUITRY OF CHEMICAL REACTIONS
US20110136252A1 (en) 2006-03-02 2011-06-09 The Regents Of The University Of California Integrated Microfluidics for Parallel Screening of Chemical Reactions
CN103772085A (zh) 2006-12-21 2014-05-07 哈默史密斯网上成像有限公司 采用微组配装置的亲核放射氟化
US7829032B2 (en) 2007-01-23 2010-11-09 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Fully-automated microfluidic system for the synthesis of radiolabeled biomarkers for positron emission tomography
DE602007013010D1 (de) 2007-05-15 2011-04-21 Corning Inc Mikrofluidische und selbstverzögernde oszillierende Mischer sowie Vorrichtungen und Verfahren zu deren Verwendung
US9138700B2 (en) 2008-01-18 2015-09-22 The Regents Of The University Of California Accurate and rapid micromixer for integrated microfluidic devices
US20120077260A1 (en) 2009-03-30 2012-03-29 Fraunhofer Usa, Inc. Reservoir-buffered mixers and remote valve switching for microfluidic devices
CN102803147B (zh) 2009-06-05 2015-11-25 尹特根埃克斯有限公司 通用样品准备系统以及在一体化分析系统中的用途
US8435454B2 (en) 2009-07-09 2013-05-07 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Modular system for radiosynthesis with multi-run capabilities and reduced risk of radiation exposure

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7771985B2 (en) 1992-05-01 2010-08-10 Trustees Of The University Of Pennsylvania Mesoscale detection structures
US20040258569A1 (en) 2002-08-06 2004-12-23 Takeo Yamazaki Liquid transport device and liquid transporting method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230082899A (ko) 2021-12-02 2023-06-09 소프트지노믹스(주) 현장진단용 다중 분자 진단 마이크로 칩

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