KR101711793B1

KR101711793B1 - 미세입자 회수방법 및 미세입자 회수장치

Info

Publication number: KR101711793B1
Application number: KR1020160080117A
Authority: KR
Inventors: 유영은; 우상원; 박현향; 장성환; 김정엽
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2016-06-27
Filing date: 2016-06-27
Publication date: 2017-03-06

Abstract

본 발명은 미세입자 회수방법 및 미세입자 회수장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 미세입자 회수방법은 미세채널이 형성된 여과 구조체에 포집되어 있는 미세입자를 미세채널의 상부에서 흡입력을 가하는 노즐을 이용하여 포집된 미세입자를 회수하는 단계를 포함할 수가 있다.

Description

미세입자 회수방법 및 미세입자 회수장치{METHOD AND APPARATUS FOR COLLECTING FINE PARTICLES}

본 발명은 미세입자 회수방법 및 미세입자 회수장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세채널이 형성된 여과 구조체에 포집된 미세입자를 효율적으로 회수할 수 있는 미세입자 회수방법 및 미세입자 회수장치에 관한 것이다.

마이크로 또는 나노 사이즈의 미세채널이 형성된 여과 구조체에 유체 상태의 시료를 유입시켜 시료에 포함되어 있는 세포와 같은 미세입자를 미세채널 상에 포집하는 연구가 광범위하게 진행되고 있다. 이와 같이 여과 구조체에 의해 여과되어 미세채널 상에 포집되어 있는 미세입자들은 여과 구조체로부터 회수시켜 2차적 처리를 하거나 분석 등의 과정을 거치게 된다.

예를 들어, 혈액 내에 포함되어 있는 순환 종양 세포(circulating tumor cell;CTC)를 혈액으로부터 포획하여 암을 진단하는 방법이 제안되고 있다. 미세채널이 형성된 여과 구조체에 혈액을 통과시켜 혈액 내의 적혈구와 백혈구는 미세채널을 통과시켜 흘려보내고 상대적으로 크기가 큰 CTC만 미세채널 상에 포집시킬 수가 있다. 이와 같이 포집된 CTC를 회수하여 암진단을 위한 분석의 과정을 거치게 된다.

하지만, 미세채널에 포집된 미세입자는 미세채널과의 강한 응력 때문에 손상 없이 회수하는 것이 매우 어려운 것으로 알려져 있다.

종래에는 미세채널에 포집된 미세입자에 대해서 시료가 흐르는 방향의 반대 방향으로 미세채널에 압력을 가하여 미세채널에 포집된 미세입자를 분리시켜 회수하였다. 이러한 종래의 방법은 다수의 미세채널 중 일부 채널에 미세입자가 포집된 경우 미세입자가 포집되지 않은 미세채널에 의한 압력 강하가 발생하여, 효과적으로 미세입자를 회수하기 위한 압력차를 인가시키는 것이 어려워서, 회수 효율이 낮아지는 문제점이 있었다. 또한, 이러한 과정이 수작업으로 이루어져 회수 과정에서 회수되는 미세입자에 손실이 발생하는 문제점도 있었다. 또한, 종래에는 미세입자의 회수 상태에 대한 모니터링이 어려워서 회수 과정이 적절하게 진행되고 있는지 또는 회수 과정이 완료되었는지 대한 확인이 어려운 문제점이 있었다.

한국공개특허 10-2006-0018474

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 미세채널이 형성된 여과 구조체를 통해 포집된 미세입자를 미세채널의 상부에서 흡입하도록 하여 미세입자의 손실이나 훼손 없이 미세입자를 회수할 수 있는 미세입자 회수방법 및 미세입자 회수장치를 제공함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, (a) 미세채널이 형성된 여과 구조체에 포집되어 있는 미세입자를 상기 미세채널의 상부에서 흡입력을 가하는 노즐을 이용하여 상기 포집된 미세입자를 회수하는 단계를 포함하는 미세입자 회수방법에 의해 달성될 수가 있다.

여기서, 상기 여과 구조체는 요부와 철부가 형성된 제 1 기판; 및 상기 요부와 철부를 마감하여 상기 미세채널을 형성하는 제 2 기판을 포함할 수가 있고, 상기 (a) 단계 이전에, 상기 제 1 기판으로부터 상기 제 2 기판을 분리시키는 단계를 더 포함할 수가 있다.

여기서, 상기 제 1 기판으로부터 상기 제 2 기판을 분리시킨 후, 상기 노즐이 장착되는 개구부가 형성된 제 3 기판으로 제 1 기판을 마감하는 단계를 더 포함할 수가 있다.

여기서, 상기 개구부의 주위에는 상기 개구부의 위치가 이동하도록 하는 자바라 구조가 형성될 수가 있다.

여기서, 상기 (a) 단계 이전에, 상기 미세채널 상에 포집된 상기 미세입자의 구속력을 완화시키도록 상기 여과 구조체에 물리적인 힘을 가하여 상기 미세채널을 변형시키는 단계를 더 포함할 수가 있다.

여기서, 상기 미세채널을 변형시키는 단계는 상기 여과 구조체를 좌우로 잡아 당기는 힘을 가하여 상기 미세채널의 폭이 늘어나도록 변형시킬 수가 있다.

여기서, 상기 미세채널을 변형시키는 단계는 상기 여과 구조체의 양단부가 아래로 휘도록 굴곡 변형시켜 상기 미세채널이 벌어지도록 변형시킬 수가 있다.

여기서, 상기 (a) 단계는 상기 노즐 또는 상기 여과 구조체 중 어느 하나가 이동하며 상기 미세채널의 전체 영역에 대해서 상기 미세입자를 회수할 수가 있다.

또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 미세채널이 형성되고 상기 미세채널 상에 미세입자를 포집시키는 여과 구조체; 및 상기 미세채널의 상부에서 흡입력을 가하여 상기 포집된 미세입자를 회수하는 회수부를 포함하는 미세입자 회수장치에 의해 달성될 수가 있다.

여기서, 상기 회수부는 상기 미세채널의 상부에서 상기 포집된 미세입자를 흡입하는 노즐; 상기 노즐에 흡입력을 가하는 흡입력 발생부; 상기 노즐로부터 흡입된 미세입자를 저장하는 회수 챔버; 및 상기 노즐과 상기 회수 챔버를 연결하는 배관을 포함할 수가 있다.

여기서, 상기 노즐 또는 상기 여과 구조체 중 어느 하나를 이동시키는 이동부를 더 포함할 수가 있다.

여기서, 상기 노즐은 선형노즐일 수가 있다.

여기서, 상기 노즐은 복수의 점노즐이 평면상으로 배열된 다점노즐일 수가 있다.

여기서, 상기 회수부는 상기 노즐에서 회수되는 미세입자의 회수 상태를 모니터링하는 모니터링부를 더 포함할 수가 있다.

여기서, 상기 모니터링부는 상기 노즐의 끝단에서 회수되는 미세입자를 확대하여 촬영하는 광학적 모니터링부; 또는 상기 노즐의 내부 또는 외부에 형성된 전극으로 상기 미세입자가 상기 노즐을 통과할 때 나타나는 임피던스 또는 정전용량의 변화를 감지하여 상기 미세입자의 회수 상태를 측정하는 전기적 모니터링부 중 적어도 하나를 포함할 수가 있다.

여기서, 상기 회수부는 상기 배관에서 상기 회수되는 미세입자의 회수 상태를 모니터링하는 모니터링부를 더 포함할 수가 있다.

여기서, 상기 모니터링부는 상기 배관에 밀착하여 회수되는 미세입자를 확대하여 촬영하는 광학적 모니터링부; 또는 상기 배관의 내부 또는 외부에 형성된 전극으로 상기 미세입자가 상기 배관을 통과할 때 나타나는 임피던스 또는 정전용량의 변화를 감지하여 상기 미세입자의 회수 상태를 측정하는 전기적 모니터링부 중 적어도 하나를 포함할 수가 있다.

여기서, 상기 배관에는 다수의 소채널로 분기시키는 분기채널부가 형성되고, 상기 모니터링부는 상기 소채널에 밀착하여 회수되는 미세입자를 확대하여 촬영하는 광학적 모니터링부; 또는 상기 소채널의 내부 또는 외부에 형성된 전극으로 상기 미세입자가 상기 배관을 통과할 때 나타나는 임피던스 또는 정전용량의 변화를 감지하여 상기 미세입자의 회수 상태를 측정하는 전기적 모니터링부 중 적어도 하나를 포함할 수가 있다.

여기서, 상기 미세채널 상에 포집된 미세입자의 구속력을 완화시키도록 상기 여과 구조체에 물리적인 힘을 가하여 상기 미세채널을 변형시키는 여과 구조체 변형부를 더 포함할 수가 있다.

여기서, 상기 여과 구조체는 요부와 철부가 형성된 제 1 기판; 및 상기 요부와 철부를 마감하여 상기 미세채널을 형성하는 제 2 기판을 포함할 수 있으며,

상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판은 분리가 가능할 수가 있다.

여기서, 상기 미세입자는 시료인 혈액에 포함된 표적 세포일 수가 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 미세입자 회수방법 및 미세입자 회수장치에 따르면 미세채널이 형성된 여과 구조체에 미세입자를 미세채널 상에 포집시키고 미세채널의 상부에서 노즐을 이용하여 적절한 압력으로 흡입시켜 미세입자를 회수함으로써 미세입자의 훼손 없이 안정적으로 미세입자를 회수할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 여과 구조체 또는 노즐을 이동시켜 미세채널의 전체 영역을 스캔하며 미세입자를 회수하기 때문에 회수 과정에서 미세입자의 손실이 없다는 장점도 있다.

또한, 여과 구조체 또는 노즐을 자동으로 이동시키며 미세입자를 회수시키기 때문에 자동화가 가능하다는 장점도 있다.

또한, 광학적 수단 또는 전기적 수단으로 회수 상태를 모니터링할 수가 있어서 회수 과정이 적절하게 이루어지고 있는지 또는 회수 과정의 완료 여부 등을 확인할 수 있다는 장점도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 여과 구조체의 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A를 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 회수장치를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 3에 따른 미세입자 회수장치가 미세채널 상부에서 이동하며 미세입자를 회수하는 과정을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 선형노즐을 이용한 미세입자 회수장치를 설명하는 도면이다.
도 6은 도 5에 따른 미세입자 회수장치가 미세채널 상부에서 이동하여 미세입자를 회수하는 과정을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따라 노즐을 이용하여 미세입자를 회수할 때 회수작업을 용이하게 하도록 제 3 기판을 제 1 기판과 결합시키는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따라 노즐에서 미세입자 회수 상태를 모니터링하는 모니터링부를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따라 배관에서 미세입자 회수 상태를 모니터링하는 모니터링부를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명에 따라 배관에 분기채널부를 형성하여 분기채널부에서 미세입자 회수 상태를 모니터링하는 모니터링부를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 여과 구조체를 양단을 잡아 당기는 힘을 가하여 미세채널의 폭을 늘려서 미세입자의 구속력을 완화시키는 과정을 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 여과 구조체를 굴곡 변형시켜서 미세채널이 벌어지도록 하여 미세입자의 구속력을 완화시키는 과정을 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 회수방법의 순서도이다.

실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 미세입자 회수방법 및 미세입자 회수장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 여과 구조체의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A를 따라 절개한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 회수장치를 설명하는 도면이고, 도 4는 도 3에 따른 미세입자 회수장치가 미세채널 상부에서 이동하며 미세입자를 회수하는 과정을 도시하는 도면이고, 도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 선형노즐을 이용한 미세입자 회수장치를 설명하는 도면이고, 도 6은 도 5에 따른 미세입자 회수장치가 미세채널 상부에서 이동하여 미세입자를 회수하는 과정을 도시하는 도면이고, 도 7은 본 발명에 따라 노즐을 이용하여 미세입자를 회수할 때 회수작업을 용이하게 하도록 제 3 기판을 제 1 기판과 결합시키는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따라 노즐에서 미세입자 회수 상태를 모니터링하는 모니터링부를 도시하는 도면이고, 도 9는 본 발명에 따라 배관에서 미세입자 회수 상태를 모니터링하는 모니터링부를 도시하는 도면이고, 도 10은 본 발명에 따라 배관에 분기채널부를 형성하여 분기채널부에서 미세입자 회수 상태를 모니터링하는 모니터링부를 도시하는 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 여과 구조체를 양단을 잡아 당기는 힘을 가하여 미세채널의 폭을 늘려서 미세입자의 구속력을 완화시키는 과정을 설명하는 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 회수장치는 여과 구조체(100) 및 회수부(150)를 포함하여 구성될 수가 있다.

도 1에 도시되어 있는 것과 같이 여과 구조체(100)는 유입구(102), 미세채널(104) 및 유출구(106)를 포함하여 구성될 수가 있다.

유입구(102)를 통해 유입된 시료는 복수의 미세채널(104)을 통과하여 흐르게 되고, 미세채널(104)을 통과한 시료는 최종적으로 유출구(106)를 향하여 흐르게 된다. 유입구(102)에서 유출구(106)로 시료가 흐르는 방향으로 복수의 미세채널(104)이 형성될 수 있는데, 미세채널(104)은 폭 또는 높이가 마이크로 혹은 나노 크기의 채널일 수가 있다.

이때, 시료에 포함된 미세입자(200)는 미세채널(104)을 통해 여과될 수가 있다. 예를 들어, 혈액을 시료로 사용하였을 때, 혈액에 포함된 물질 들 중 크기가 큰 암 세포는 미세채널(104)에 포집될 수가 있고, 암 세포보다 작은 나머지 혈액 성분들을 미세채널(104)을 통과하여 유출구(106)로 흘러나갈 수가 있다. 이때, 미세채널(104)을 통해 미세입자(200)인 암세포를 효과적으로 포집할 수 있도록 미세채널(104)의 길이 방향을 따라 점차적으로 채널의 단면적(폭)이 줄어들도록 형성하면 단면적이 점점 줄어드는 미세채널(104)을 통과하여 흐르던 암세포가 특정 위치에 도달하면 더 이상 미세채널(104)을 따라 유동하지 못하고 포집될 수가 있다.

여과 구조체(100)의 형상 및 구조는 도 1을 참조로 전술한 내용에 한정되지 않고, 미세채널(104)을 통해 시료에 포함된 미세입자(200)를 포집할 수만 있다면 공지된 여러 다른 형상 및 구조로 변형이 가능하다.

이때, 본 발명에 따른 여과 구조체(100)는 상하에 위치하는 두 기판의 결합으로 형성될 수가 있다. 도 2에 도시되어 있는 것과 같이 요철 구조가 반복되도록 하는 제 1 기판(하부 기판)(110)의 상부면을 제 2 기판(상부 기판)(120)으로 덮어 결합함으로써 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120) 사이에 미세채널(104)을 형성할 수가 있다. 본 발명에서 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120)은 초음파 융착 또는 접착제를 이용하는 방법 등으로 영구적으로 결합하는 것이 아니라, 분리 가능하게 결합하는 것이 바람직하다. 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120)이 분리 가능하게 결합시켜 미세채널(104)을 형성하는 여과 구조체(100)에 관한 기술적 내용은 본 발명의 출원인에 의해 등록받은 한국등록특허 10-1392426 또는 본 발명의 출원인에 의해 출원된 한국출원번호 10-2016-0079890에 상세하게 기술되어 있기 때문에 자세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명에 따른 여과 구조체(100)는 플라스틱, 유리 또는 세라믹 등의 재질로 제작될 수 있으나, 적어도 제 1 기판(110)은 PMMA(Polymethylmethacrylate) 또는 TPE(Thermoplastic Elastomer) 등과 같이 외부의 힘에 따라서 탄성 변형을 일으키는 재질로 제작되는 것이 바람직하다. 이에 관해서는 후술하기로 한다.

회수부(150)는 미세채널(104)의 상부에서 흡입력을 가하여 미세채널(104) 상에 포집된 미세입자(200)를 회수한다. 도 3에 도시되어 있는 것과 같이 제 2 기판(120)을 제거하여 미세채널(104) 상에 포집된 미세입자(200)가 외부로 노출된 상태에서 노즐(152)이 미세채널(104)의 상부에서 미세채널(104)로부터 미세입자(200)를 분리시킬 수 있도록 하는 최적의 압력을 인가하여 미세입자(200)를 회수할 수가 있다.

본 발명에 따른 회수부(150)는 노즐(152), 흡입력 발생부(미도시), 회수 챔버(154) 및 배관(156)을 포함하여 구성될 수가 있다.

노즐(152)은 후술할 이동부(미도시)에 의해서 미세채널(104)의 상부에서 이동하면서 미세채널(104)에 포집된 미세입자(200)에 대해서 국부적으로 흡입력을 가하여 미세입자(200)를 회수할 수도 있다. 나아가, 노즐(152)에는 미세입자(200)의 회수 상태를 모니터링하는 모니터링부가 형성될 수가 있는데, 이에 관해서는 후술하기로 한다.

흡입력 발생부(미도시)는 노즐(152)에 흡입력을 인가한다. 예를 들어, 진공 펌프로 형성되어 노즐(152)을 통해 노즐(152) 주위의 국부 영역을 흡입하도록 할 수 있다.

회수 챔버(154)는 노즐(152)로부터 흡입된 미세입자(200)를 저장하는 탱크이다.

배관(156)은 노즐(152)과 회수 챔버(154) 사이를 연결하여 노즐(152)로부터 흡입된 미세입자(200)가 회수 챔버(154)를 향하여 이동하도록 하는 통로이다. 배관(156)은 노즐(152)이 이동하는 구조일 경우 튜브 형태로 형성되는 것이 바람직하며, 노즐(152)의 위치가 고정되는 구조일 경우에는 튜브 외에 경로가 고정된 관 형태로 형성될 수 있다.

본 발명은 이동부(미도시)에 의해 미세채널(104)의 형성된 전체 영역에 대해서 스캔을 하며 미세입자(200)를 회수할 수가 있는데, 이때 이동부(미도시)는 여과 구조체(100)에 형성될 수도 있고 노즐(152)에 형성될 수도 있다. 즉, 노즐(152)의 위치가 고정된 상태에서 이동부(미도시)에 의해 아래에 위치하는 여과 구조체(100)의 위치를 이동시키며 미세채널(104)의 전체 영역에 대해서 회수과정을 수행할 수 있고, 또는 여과 구조체(100)의 위치가 고정된 상태에서 상부의 노즐(152)이 이동을 하며 미세채널(104)의 전체 영역에 대해서 회수과정을 수행할 수도 있다.

도 4에서 화살표는 노즐(152)의 이동 경로를 도시하고 있는데, 즉 도 4의 실시예에서는 여과 구조체(100)의 위치가 고정된 상태에서 노즐(152)이 화살표의 경로를 따라 이동하면서 미세채널(104)의 전체 영역에 대해서 스캔하며 회수과정을 수행하는 것을 도시하고 있다.

노즐(152)과 마찬가지로 배관(156)에도 미세입자(200)의 회수 상태를 모니터링하는 모니터링부가 형성될 수가 있는데, 이에 관해서도 후술하기로 한다.

노즐(152)은 도 5에 도시되어 있는 것과 같이 선형노즐(152)로 형성될 수도 있다. 도 3에서는 소정의 국부적인 영역에 대해서만 흡입력을 인가시켜 미세입자(200)를 회수하는 점노즐(152)에 대해서 개시하고 있으나, 본 실시예에서는 선형노즐(152)을 이용하여 미세입자(200)를 회수할 수가 있다. 이때, 도 6에 도시되어 있는 것과 같이 미세채널(104)의 길이 방향으로 선형노즐(152)을 이동시키며 미세채널(104)의 전체 영역에 대해서 스캔을 수행하며 미세입자(200)를 회수할 수가 있다.

도시되어 있지 않지만, 선형노즐(152)이 미세채널(104)의 길이 방향으로 배치되고 미세채널(104)의 길이 방향에 수직한 방향으로 이동하면서 미세채널(104) 상에 포집된 미세입자(200)를 회수할 수도 있다. 또한, 도 6과 달리 선형노즐(152)은 고정된 상태에서 아래에 위치한 여과 구조체(100)가 이동하면서 미세입자(200)를 회수할 수 있음은 물론이다.

노즐(152)의 형태는 전술한 점 노즐(152), 선형노즐(152)에 한정되지 않고, 복수의 점노즐(152)이 평면상으로 배열되는 다점노즐(미도시)의 형태로 구성될 수도 있다.

또한, 본 발명에서는 노즐(152)을 이용하여 미세입자(200)를 회수할 때, 도 7에 도시되어 있는 것과 같이 회수를 용이하게 하도록 회수용 제 3 기판(130)을 사용할 수가 있다. 도 2를 참조로 전술한 바와 같이 본 발명에서 여과 구조체(100)는 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120)의 결합으로 미세채널(104)을 형성하는데, 미세채널(104)에서 미세입자(200)를 포집한 이후에 제 2 기판(120)을 제 1 기판으로부터 분리시키고, 회수를 위한 제 3 기판(130)으로 제 1 기판(110)을 마감한 이후에 회수 작업을 수행할 수가 있다.

제 3 기판(130)은 제 1 기판(110)을 마감하였을 때 미세입자(200)가 포집되는 미세채널(104)에 대응하는 위치에 개구부(135)가 형성될 수가 있다. 제 3 기판(130)의 개구부(135)에 노즐(152)을 장착시켜 노즐(152)의 흡입력으로 미세입자(200)를 회수하게 된다. 이때, 도시되어 있지 않지만 노즐(152)의 흡입 위치를 변경시킬 수 있도록 제 3 기판에는 개구부(135)의 주변에 자바라 형태의 주름 구조를 형성하여 노즐(152)과 함께 개구부(135)의 위치가 이동할 수 있도록 할 수도 있다.

또한, 본 발명에서는 미세입자(200)의 회수 상태를 모니터링하는 모니터링부를 더 포함할 수가 있다. 이와 관련해서는 도 8 내지 도 10을 참조로 설명하기로 한다.

모니터링부는 노즐(152) 또는 배관(156)에 형성될 수가 있는데, 광학적 모니터링부와 전기적 모니터링부를 포함하여 구성될 수가 있다.

광학적 모니터링부는 카메라(170)와 같은 영상 촬영장치를 이용하여 미세입자(200)를 확대하여 촬영하고 촬영된 영상을 디스플레이 장치(미도시)를 통해 표시해줌으로써, 사용자의 육안으로 미세입자(200)의 회수 상태를 모니터링할 수 있도록 한다. 물론, 영상 분석 알고리즘을 이용하여 촬영된 영상을 분석하여 미세입자(200)의 회수 상태를 자동으로 검출할 수도 있다.

전기적 모니터링부는 미세입자(200)가 지나갈 때 전극(172)을 이용하여 전기적인 신호의 변화를 감지하여 이를 통해 미세입자(200)의 회수상태를 감지할 수 있도록 한다.

도 8에 도시되어 있는 것과 같이 모니터링부는 노즐(152)에 형성되어 노즐(152)에서의 회수 상태를 감지할 수가 있다. 보다 자세히는, 노즐(152)의 끝단에서 회수되는 미세입자(200)를 확대하여 촬영하는 카메라(170)를 포함하는 광학적 모니터링부가 형성될 수가 있다. 또한, 노즐(152)의 내경 또는 외경에 복수의 전극(172)을 형성하여, 미세입자(200)가 노즐(152)을 통과하여 지나갈 때 전극(172)에서 임피던스 또는 정전용량의 변화를 감지하도록 하여, 미세입자(200)의 회수 상태를 측정할 수가 있다. 여기서, 회수 상태라고 하면 회수되는 미세입자(200)의 수 또는 크기일 수가 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 도 9에 도시되어 있는 것과 같이 모니터링부는 배관(156)에 형성되어 배관(156)을 통과하여 지나가는 미세입자(200)를 감지하여 미세입자(200)의 회수상태를 감지할 수도 있다. 카메라(170)를 포함하는 광학적 모니터링부는 배관(156)에 밀착하여 배관 내부를 지나가는 미세입자를 촬영할 수가 있다. 이때, 광학적 모니터링부가 배관(156) 내부를 확대하여 촬영할 수 있도록 배관(156)의 소정의 영역은 투명한 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 도시되어 있는 것과 같이 배관(156)의 내경 또는 외경에 복수의 전극(172)을 형성하여 전술한 바와 같이 미세입자(200)가 배관(156)을 통과하여 지나갈 때 전극(172)에서 임피던스 또는 정전용량의 변화를 감지하도록 하여 미세입자(200)의 회수 상태를 측정할 수가 있다.

미세입자(200)의 회수 상태를 더욱 정밀하게 모니터링할 수 있도록 도 10에서와 같이 배관(156)의 소정의 영역에서는 배관(156)보다 더 작은 단면적을 가지는 복수의 소채널(174)이 형성된 분기채널부(175)가 형성될 수가 있다. 배관(156)의 단면적은 미세입자(200)의 크기보다 크기 때문에 복수의 미세입자(200)가 한꺼번에 배관(156)을 통과하여 지나가면 이를 정확하게 감지하는 것이 어려울 수가 있다. 따라서, 본 실시예에서는 배관(156)을 통해 지나가는 미세입자(200)들이 복수의 소채널(174)이 형성된 분기채널부(175)로 분기되어 지나가도록 한다. 이때 소채널(174)의 단면적은 미세입자(200)가 통과하여 지날 갈 정도의 미세입자(200)의 크기보다 약간 큰 정도의 크기일 수가 있다. 따라서, 분기채널부(175)에 의해 단일의 미세입자(200)가 지나가는 것을 감지할 수가 있다. 도시되어 있는 것과 같이 카메라(170)를 포함하는 광학적 모니터링부는 소채널(174)에 밀착하도록 형성되어 소채널(174)을 통과하여 지나가는 미세입자(200)의 영상을 확대하여 촬영하도록 한다. 또한, 소채널(174)의 내부 또는 외부에 복수의 전극(172)을 형성하도록 하여, 전술한 바와 같이 미세입자(200)가 소채널(174)을 통과하여 지나갈 때 전극(172)에서 임피던스 또는 정전용량의 변화를 감지하도록 하여 미세입자(200)의 회수 상태를 정밀하게 측정할 수가 있다.

또한, 본 발명에서는 미세채널(104) 상에 포집된 미세입자(200)의 구속력을 완화시키도록 여과 구조체(100)에 물리적인 힘을 가하여 미세채널(104)을 변형시키도록 하는 여과 구조체 변형부(180)를 더 포함할 수가 있다.

미세채널(104)에 포집된 미세입자(200)와 미세채널(104) 사이에는 강한 응력이 작용하는데, 작용하는 응력보다 더 강한 압력으로 노즐(152)을 통해 미세입자(200)를 흡입해야지만 미세채널(104)로부터 미세입자(200)를 분리시킬 수가 있다. 하지만, 흡입력이 강해질수록 회수과정에서 미세입자(200)를 훼손시킬 가능성이 높아지게 된다. 따라서, 본 발명에서는 여과 구조체 변형부(180)가 미세채널(104)을 변형시켜 미세채널(104)과 미세입자(200) 사이에 작용하는 응력을 완화시키도록 할 수가 있다.

예를 들어, 도 11에 도시되어 있는 것과 같이 여과 구조체 변형부가 물리적인 힘으로 여과 구조체(100)를 좌우로 잡아당기면 미세채널(104)의 폭이 늘어나게 된다. 따라서, 미세채널(104)과 미세입자(200) 사이의 응력이 완화되어서 약한 흡입력으로도 미세입자(200)를 노즐(152)을 통해 회수할 수가 있다.

또한, 도 12에 도시되어 있는 것과 같이 여과 구조체(100)의 아래쪽 측면에 곡면 형상의 여과 구조체 변형부(180)가 이동하면 여과 구조체(100)의 양단부가 아래로 휘어져 굴곡 변형이 일어나게 된다. 따라서, 굴곡 변형에 의해 미세채널(104)이 벌어져서 미세채널(104)과 미세 입자 사이의 응력을 완화시킬 수가 있다.

따라서, 외부의 물리적인 힘에 의해 여과 구조체(100)를 변형시킬 수 있도록 여과 구조체(100)(보다 자세히는 요철구조가 형성된 제 1 기판(110))는 전술한 탄성 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 물리적인 힘으로 미세채널(104)을 변형시키는 여과 구조체 변형부의 구성은 도 11 및 도 12를 참조로 전술한 방법 및 구조에 한정되는 것은 아니다.

다음, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 회수방법을 설명하기로 한다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 회수방법의 순서도이다.

먼저, 도 1을 참조로 설명한 미세채널(104)이 형성된 여과 구조체(100)에 혈액과 같은 시료를 유입시켜 시료에 포함되어 있는 암세포와 같은 미세입자(200)를 미세채널(104) 상에 포집시킨다(S310).

본 발명에 따른 여과 구조체(100)는 도 2를 참조로 설명한 것과 같이 요부와 철부가 형성된 제 1 기판(하부 기판)(110)과 요부과 철부가 형성된 면을 덮어 마감하는 제 2 기판(상부 기판)(120)으로 형성될 수가 있는데, 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120)은 각각 분리가 가능하다. 따라서, 미세채널(104) 상에 포집된 미세입자(200)가 외부에 노출될 수 있도록 제 2 기판(120)의 전체 혹은 일부분을 분리시킨다(S320). 이때, 도 7을 참조로 설명한 것과 같이 회수 작업을 더욱 용이하게 할 수 있도록 노즐(152)이 장착되는 제 3 기판(130)과 제 1 기판(110)을 상호 결합시킬 수도 있다.

다음, 작은 흡입력으로도 미세입자(200)를 회수할 수 있도록, 미세채널(104)과 미세입자(200) 사이에 작용하는 구속력인 응력을 완화시키도록 여과 구조체(100)에 물리적인 힘을 가하여 미세채널(104)을 변형시킬 수가 있다(S330).

이때, 도 11을 참조로 전술한 것과 같이 여가 구조체 변형부가 여과 구조체(100)를 좌우로 잡아 당겨서 미세채널(104)이 폭이 늘어나도록 하여 미세채널(104)과 미세입자(200) 사이의 응력을 완화시키도록 할 수도 있고, 도 12를 참조로 전술한 것과 같이 여과 구조체 변형부(180)가 여과 구조체(100)의 양단부가 아래로 휘도록 굴곡 변형시켜 미세채널(104)이 벌어지도록 하여 미세채널(104)과 미세입자(200) 사이의 응력을 완화시키도록 할 수도 있다.

다음, 미세채널(104)의 상부에서 흡입력을 가하는 노즐(152)을 이용하여 미세채널(104) 상에 포집된 미세입자(200)를 회수시킬 수가 있다(S340). 이때, 도 4 및 도 6을 참조로 설명한 것과 같이 이동부(미도시)에 의해 노즐(152) 또는 여과 구조체(100)를 이동시키면서 여과 구조체(100)에 형성된 미세채널(104)의 전체 영역에 대해서 스캔을 수행하며 미세입자(200)를 회수할 수가 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

100: 여과 구조체 102: 유입구
104: 미세채널 106: 유출구
110: 제 1 기판(하부 기판) 120: 제 2 기판(상부 기판)
130: 제 3 기판 135: 개구부
150: 회수부 152: 노즐
154: 회수 챔버 156: 배관
170: 카메라 172: 전극
174: 소채널 175: 분기채널부
180: 여과 구조체 변형부 200: 미세입자

Claims

요부와 철부가 형성된 제 1 기판 및 상기 요부와 철부를 마감하여 미세채널을 형성하는 제 2 기판을 포함하는 여과 구조체의 상기 미세채널 상에 미세입자를 포집하고 상기 제 1 기판으로부터 상기 제 2 기판을 분리시키는 단계;
노즐이 장착되는 개구부가 형성된 제 3 기판으로 상기 제 1 기판을 마감하는 단계; 및
상기 미세채널의 상부에서 흡입력을 가하는 노즐을 이용하여 상기 포집된 미세입자를 회수하는 단계를 포함하는 미세입자 회수방법.
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제 1 항에 있어서,
상기 개구부의 주위에는 상기 개구부의 위치가 이동하도록 하는 자바라 구조가 형성된 미세입자 회수방법.
제 1 항에 있어서,
상기 미세입자를 회수하는 단계 이전에,
상기 미세채널 상에 포집된 상기 미세입자의 구속력을 완화시키도록 상기 여과 구조체에 물리적인 힘을 가하여 상기 미세채널을 변형시키는 단계를 더 포함하는 미세입자 회수방법.
제 5 항에 있어서,
상기 미세채널을 변형시키는 단계는
상기 여과 구조체를 좌우로 잡아 당기는 힘을 가하여 상기 미세채널의 폭이 늘어나도록 변형시키는 미세입자 회수방법.
제 5 항에 있어서,
상기 미세채널을 변형시키는 단계는
상기 여과 구조체의 양단부가 아래로 휘도록 굴곡 변형시켜 상기 미세채널이 벌어지도록 변형시키는 미세입자 회수방법.
제 1 항에 있어서,
상기 미세입자를 회수하는 단계는 상기 노즐 또는 상기 여과 구조체 중 어느 하나가 이동하며 상기 미세채널의 전체 영역에 대해서 상기 미세입자를 회수하는 미세입자 회수방법.
제 1 항 및 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미세입자는 시료인 혈액에 포함된 표적 세포인 미세입자 회수방법.
요부와 철부가 형성된 제 1 기판 및 상기 요부와 철부를 마감하여 미세채널을 형성하는 제 2 기판을 포함하고, 상기 미세채널 상에 미세입자를 포집시키는 여과 구조체;
상기 제 1 기판으로부터 상기 제 2 기판을 분리시킨 후 상기 제 1 기판을 마감하고 노즐이 장착되는 개구부가 형성된 제 3 기판; 및
상기 제 3 기판의 개구부에 연결되어 상기 미세채널의 상부에서 흡입력을 가하여 상기 포집된 미세입자를 흡입하는 노즐을 포함하는 미세입자 회수장치.
미세채널이 형성되고 상기 미세채널 상에 미세입자를 포집시키는 여과 구조체; 및
상기 미세채널의 상부에서 흡입력을 가하여 상기 포집된 미세입자를 회수하는 회수부를 포함하고,
상기 회수부는
상기 미세채널의 상부에서 상기 포집된 미세입자를 흡입하는 노즐;
상기 노즐에 흡입력을 가하는 흡입력 발생부;
상기 노즐로부터 흡입된 미세입자를 저장하는 회수 챔버; 및
상기 노즐과 상기 회수 챔버를 연결하는 배관을 포함하는 미세입자 회수장치.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 노즐 또는 상기 여과 구조체 중 어느 하나를 이동시키는 이동부를 더 포함하는 미세입자 회수장치.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 노즐은 선형노즐인 미세입자 회수장치.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 노즐은 복수의 점노즐이 평면상으로 배열된 다점노즐인 미세입자 회수장치.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 노즐에서 회수되는 미세입자의 회수 상태를 모니터링하는 모니터링부를 더 포함하는 미세입자 회수장치.
제 15 항에 있어서,
상기 모니터링부는
상기 노즐의 끝단에서 회수되는 미세입자를 확대하여 촬영하는 광학적 모니터링부; 또는
상기 노즐의 내부 또는 외부에 형성된 전극으로 상기 미세입자가 상기 노즐을 통과할 때 나타나는 임피던스 또는 정전용량의 변화를 감지하여 상기 미세입자의 회수 상태를 측정하는 전기적 모니터링부 중 적어도 하나를 포함하는 미세입자 회수장치.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 노즐로부터 흡입된 미세입자를 저장하는 회수 챔버와 상기 노즐을 연결하는 배관에서 상기 회수되는 미세입자의 회수 상태를 모니터링하는 모니터링부를 더 포함하는 미세입자 회수장치.
제 17 항에 있어서,
상기 모니터링부는
상기 배관에 밀착하여 회수되는 미세입자를 확대하여 촬영하는 광학적 모니터링부; 또는
상기 배관의 내부 또는 외부에 형성된 전극으로 상기 미세입자가 상기 배관을 통과할 때 나타나는 임피던스 또는 정전용량의 변화를 감지하여 상기 미세입자의 회수 상태를 측정하는 전기적 모니터링부 중 적어도 하나를 포함하는 미세입자 회수장치.
제 17 항에 있어서,
상기 배관에는 다수의 소채널로 분기시키는 분기채널부가 형성되고,
상기 모니터링부는
상기 소채널에 밀착하여 회수되는 미세입자를 확대하여 촬영하는 광학적 모니터링부; 또는
상기 소채널의 내부 또는 외부에 형성된 전극으로 상기 미세입자가 상기 배관을 통과할 때 나타나는 임피던스 또는 정전용량의 변화를 감지하여 상기 미세입자의 회수 상태를 측정하는 전기적 모니터링부 중 적어도 하나를 포함하는 미세입자 회수장치.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 미세채널 상에 포집된 미세입자의 구속력을 완화시키도록 상기 여과 구조체에 물리적인 힘을 가하여 상기 미세채널을 변형시키는 여과 구조체 변형부를 더 포함하는 미세입자 회수장치.
제 11 항에 있어서,
상기 여과 구조체는
요부와 철부가 형성된 제 1 기판; 및
상기 요부와 철부를 마감하여 상기 미세채널을 형성하는 제 2 기판을 포함하며,
상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판은 분리가 가능한 미세입자 회수장치.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 미세입자는 시료인 혈액에 포함된 표적 세포인 미세입자 회수장치.