KR101758826B1 - 용액의 이온농도 조절을 이용한 미세유체칩 여과 방법 및 장치 - Google Patents

용액의 이온농도 조절을 이용한 미세유체칩 여과 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

미체유체칩 여과 방법은, 주채널(main channel) 내로, 입자 및 전해질을 포함하며 제1 이온농도를 가지는 시료액을 주입하는 단계; 상기 주채널의 제1 측면에 연결된 측면채널(side channel) 내로, 전해질을 포함하며 상기 제1 이온농도에 비해 낮은 제2 이온농도를 가지는 용매액을 주입하는 단계; 및 상기 용매액에 의해, 상기 주채널로부터, 상기 제1 측면과 상이한 상기 주채널의 제2 측면에 연결된 하나 이상의 분지채널(branch channel)로 상기 입자를 빠져나가게 하는 단계를 포함한다. 측면흐름(side flow)의 이온농도는 상대적으로 낮게 하고 주흐름(main flow)의 이온농도는 상대적으로 높게 함으로써, 주채널 출구까지 측면흐름 벽면에 두꺼운 전기이중층을 형성하여 입자정렬에 교란이 발생하지 않도록 함으로써 분리효율을 향상시킬 수 있다.

Description

용액의 이온농도 조절을 이용한 미세유체칩 여과 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MICROFLUIDIC CHIP FILTRATION USING CONTROLLED IONIC CONCENTRATION IN SOLUTION}
실시예들은 다중(multiple) 분지채널을 이용한 미세유체칩 여과 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주채널(main channel)과 분지채널(branch channel)과의 유동 분획(flow fraction)에 의한 수력학적 여과(hydrodynamic filtration)에서 주흐름(main flow)인 시료액과 측면 흐름(side flow)인 용매액의 이온 농도를 조절하여 분리 효율을 향상시킨 미세유체칩 여과 방법 및 장치에 대한 것이다.
자기장, 유전영동, 광학 기법 등과 같은 외부장의 자발적인 도입 없이 채널유동에서의 수력학적 효과에 의해서 입자 및 세포의 조작이나 분리를 행하는 방법으로서, 수력학적 여과와 관성력(inertial force)에 의한 분리 방법이 있다. 수력학적 여과는 층류에 대한 유동 저항과 임의의 채널지점에서의 유동 분획(flow fraction)을 기본 원리로 하고 있다. 수력학적 여과에 대해서는 다양한 종류의 세포에 대해 많은 연구와 개발이 이루어져 왔으며, 예를 들어, "Apparatus and method for continuous two-dimensional particle separation"의 발명의 명칭을 가지는 일본 공개특허공보 제2012-076016호 등에 상세히 소개되어 있다.
도 1은 종래의 수력학적 여과 장치의 원리를 보여주기 위한 장치의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 수력학적 여과 장치에서는 입자나 세포가 분산되어 있는 시료액이 주채널(10)에 연속적으로 도입되어 흐르면, 각 분지채널(branch channel)(30)에서의 유동 분획에 의해 결정되는 유선의 선택적 배제에 의해 분리가 일어난다. 도 1에서 분지채널(30)은 하나의 채널로 도시되나, 실제로는 다수 개로 이루어진 다중(multiple) 직선 채널이다. 유동 분획 효과를 높이기 위해, 주채널(10)의 측면에 연결된 측면채널(side channel)(20)로 용매액(medium)을 연속적으로 도입함으로써 시료액을 측면채널(20) 반대편의 주채널(10) 벽면쪽으로 집중시킬 수 있다. 주채널(10)에서 분지채널(30)이 형성되어 있는 벽면 부근에 있는 유선은 분지채널(30)로 빠지는데, 이때 중심이 이 유선에 위치하는 입자도 분지채널(30)로 빠지게 된다. 분지채널(30)로 빠지는 유량은 채널 네트워크에서의 유동저항(flow resistance)과 관련되어 주채널(10)과 분지채널(30) 간의 유동 분배로부터 결정된다.
도 1에서 WC는 이러한 유동분배에 의해 형성된 컷오프(cut-off) 두께로서, WC와 입자의 반경 크기에 따라 해당 입자가 분지채널(30)로 빠질지의 여부가 결정된다. 주채널(10)의 폭을 W, 주채널(10) 입구에서의 유량을
Figure 112015116098252-pat00001
, 측면채널(20) 입구에서의 유량을
Figure 112015116098252-pat00002
라 할 경우, W/2-WC=X를 만족하는 X에 대해 -X≤x≤0 (혹은 대칭에 의해, 0≤x≤X) 범위에 대한 유량을 QX 라고 하면,
Figure 112015116098252-pat00003
+
Figure 112015116098252-pat00004
= Q와
Figure 112015116098252-pat00005
+ QX = Q/2인 관계가 성립한다. 따라서, 주채널(10)에서 분지채널(30)이 분지되는 분지점 Sb에서 유량비는 하기 수학식 1로 정해진다.
Figure 112015116098252-pat00006
여기서 유량은, 채널 단면이 사각형인 사각채널에서의 정상상태이고 층류인 뉴톤성 유체에 대한 운동방정식과 경계조건으로 구한 속도분포를 채널의 단면에 대해 적분하여 구한다.
수력학적 여과 방법에서 통상 분지채널은 유동집중(flow focusing) 효과를 높이기 위해서 수십 개 이상 형성되고 직선이며, 출구 부분에서 집합되어 외부로 배출되는 구조를 적용한다. 여기서 출구는 입자나 세포가 여러 크기 별로 혼합되어 있는 시료용액에서 특정한 크기 별로 분리하고자 하는 분취액의 개수만큼 설치되도록 설계된다. 수십 개 이상의 분지채널들로 이루어진 채널 네트워크 중 임의의 j 번째 분지채널로의 분지점에서 분지채널과 주채널간의 유량비는 다음 수학식 2와 같이 정리될 수 있다.
Figure 112015116098252-pat00007
상기 수학식 2에서 여기서,
Figure 112015116098252-pat00008
=tanh(npW/2H),
Figure 112015116098252-pat00009
=cosh(npW/2H),
Figure 112015116098252-pat00010
=sinh(npX/H) 이며, W와 H는 각각 주채널의 폭과 높이를 나타낸다. 위의 수학식 2와 각 분지점에서의 압력강하 관계로부터, 목적하는 입자나 세포의 분리를 위해 설정한 WC 값과 각 채널의 폭, 높이, 길이, 그리고 분지채널 개수, 분지채널간의 간격, 출구 개수 등의 제반 설계값들을 결정하기 위해서는, 복잡한 반복 계산이 수행되어야만 한다.
그러나, 정확한 계산에 의하여 도출된 설계값들로 채널을 설계하는 경우에도, 유동 정렬과 입자 정렬에 교란이 발생할 경우 분리 효율이 저하될 수 있다.
도 2a 및 2b는 위와 같은 분리 효율 저하 현상을 나타낸 것으로서, 도 2a는 2분산(bidisperse) 입자 분리용으로 1개의 출구에 집합되는 N개의 분지채널이 있는 장치 구성을 나타내는 평면도이고, 도 2b는 3분산(tridisperse) 입자 분리용으로 2개의 출구에 각각 집합되는 N개와 M개의 분지채널이 있는 장치 구성을 나타내는 평면도이다. 여기서, N 및 M은 각각 임의의 자연수이다.
도 2a 및 2b에 도시된 것과 같이, 입자가 컷오프 층의 두께(WC1 및 WC2)을 벗어나면 주어진 분지채널로 목적하는 크기의 입자가 분리되지 않고 해당 입자가 주채널로 흘러서 분리 효율을 저하시킬 수 있다. 도 2a 및 2b에서 화살표로 표시된 입자들(200)이 목적하는 분지채널로 분리되지 않은 입자들을 나타낸다. 이는 주채널 후반부로 갈수록 컷오프 층의 두께가 증가하는 다분산 입자 분리에서 더욱 심해질 수 있다.
일본 공개특허공보 제2012-076016호
본 발명의 일 측면에 따르면, 주채널(main channel)과 분지채널(branch channel)과의 유동 분획(flow fraction)에 의한 수력학적 여과(hydrodynamic filtration)에서 주채널 전체 길이에 걸쳐 입자 정렬이 유지되도록 하여 주어진 분지채널로 목적하는 입자가 정확히 분리될 수 있는 미세유체칩 여과 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 미체유체칩 여과 방법은, 주채널(main channel) 내로, 입자 및 전해질을 포함하며 제1 이온농도를 가지는 시료액을 주입하는 단계; 상기 주채널의 제1 측면에 연결된 측면채널(side channel) 내로, 전해질을 포함하며 상기 제1 이온농도에 비해 낮은 제2 이온농도를 가지는 용매액을 주입하는 단계; 및 상기 용매액에 의해, 상기 주채널로부터, 상기 제1 측면과 상이한 상기 주채널의 제2 측면에 연결된 하나 이상의 분지채널(branch channel)로 상기 입자를 빠져나가게 하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 미체유체칩 여과 방법은, 상기 제1 이온농도 및 상기 제2 이온농도를 이용하여 상기 주채널의 벽면에 형성되는 전기이중층의 두께를 조절하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 전기이중층의 두께를 조절하는 단계는, 상기 제1 이온농도를 이용하여 상기 주채널의 상기 제2 측면 및 상기 분지채널의 벽면에 형성되는 전기이중층의 두께를 조절하도록 구성된다. 또한 일 실시예에서, 상기 전기이중층의 두께를 조절하는 단계는, 상기 제2 이온농도를 이용하여 상기 주채널의 상기 제1 측면에 형성되는 전기이중층의 두께를 조절하도록 구성된다.
일 실시예에 따른 미세유체칩 여과 장치는, 입자 및 전해질을 포함하는 시료액이 흐르도록 구성된 주채널; 상기 주채널의 제1 측면에 연결되며, 전해질을 포함하는 용매액이 주입됨으로써 시료액을 상기 주채널의 제2 측면으로 집중시키는 측면채널; 및 상기 주채널의 제2 측면에 연결되며, 상기 주채널로부터 상기 입자가 빠져나오도록 구성된 하나 이상의 분지채널을 포함한다. 이때, 상기 시료액은 제1 이온농도를 가지며, 상기 용매액은 상기 제1 이온농도에 비해 낮은 제2 이온농도를 갖는다.
일 실시예에서, 미세유체칩 여과 장치는 전해질이 해리되어 생성된 이온에 의해 상기 주채널의 벽면에 형성되며 상기 제1 이온농도 및 상기 제2 이온농도에 의해 결정되는 두께를 갖는 전기이중층을 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 전기이중층은, 상기 주채널의 상기 제2 측면 및 상기 분지채널의 벽면에 형성되며 상기 제1 이온농도에 의해 두께가 결정되는 층을 포함한다. 또한 일 실시예에서, 상기 전기이중층은, 상기 주채널의 상기 제1 측면에 형성되며 상기 제2 이온농도에 의해 두께가 결정되는 층을 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 주채널, 상기 측면채널 및 상기 하나 이상의 분지채널 각각은, 채널의 높이가 폭에 비해 큰 형상을 갖는다.
일 실시예에 따른 미세유체칩 여과 방법 및 장치에서, 상기 제1 이온농도는 상기 제2 이온농도의 104 배 내지 106 배이다.
일 실시예에서, 상기 제1 이온농도는 10 mM 내지 100 mM이다. 또한 일 실시예에서, 상기 제2 이온농도는 10-4 mM 내지 10-1 mM이다.
일 실시예에서, 상기 전해질은 1:1의 비율로 해리되는 양이온 및 음이온을 포함한다.
일 실시예에 따른 미세유체칩은, 제1 기판; 상기 제1 기판상에 형성되며, 입자 및 전해질을 포함하는 시료액이 흐르도록 구성된 주채널; 상기 주채널의 제1 측면에 연결되며, 전해질을 포함하는 용매액이 주입됨으로써 시료액을 상기 주채널의 제2 측면으로 집중시키는 측면채널; 및 상기 주채널의 제2 측면에 연결되며, 상기 주채널로부터 상기 입자가 빠져나오도록 구성된 하나 이상의 분지채널을 포함하는 미세유체칩 여과 장치; 및 상기 제1 기판의 상기 미세유체칩 여과 장치가 형성된 면과 접합되는 제2 기판을 포함한다. 이때, 상기 시료액은 제1 이온농도를 가지며, 상기 용매액은 상기 제1 이온농도에 비해 낮은 제2 이온농도를 갖는다.
본 발명의 일 측면에 따른 미세유체칩(microfluidic chip) 여과 방법 및 장치에 의하면, 주채널(main channel)과 분지채널(branch channel)과의 유동 분획(flow fraction)에 의한 수력학적 여과(hydrodynamic filtration)에서 주채널 출구까지 측면흐름 벽면에 두꺼운 전기이중층을 형성해서 입자 정렬에 교란이 발생하지 않도록 할 수 있다. 그 결과, 고가의 장비나 복잡한 과정을 적용하지 않고도 다분산 입자의 분리 효율을 향상할 수 있는 이점이 있다. 나아가, 분리 효율이 향상되는 효과 이외에 부수적으로, 정전반발력 원리를 적용한 결과 채널이 막히는 요인인 채널 벽면에서 입자의 흡착이 발생되지 않아 채널의 수명이 연장되는 이점이 있다.
도 1은 종래의 수력학적 여과(hydrodynamic filtration) 장치의 원리를 보여주기 위한 단순한 장치의 평면도이다.
도 2a 및 2b는 2분산(bidisperse) 입자와 3분산(tridisperse) 입자에 대한 종래의 수력학적 여과 장치에서 후반부 주흐름 벽면에서의 입자 정렬이 교란되어 분리 효율이 낮아지는 것을 나타내는 평면도이다.
도 3a 및 3b는 용액의 이온농도에 따라 하전된 채널 벽면 주위에 형성되는 전기이중층 두께의 변화를 나타내는 도면이다.
도 4a 및 4b는 용액의 이온농도에 따라 하전된 채널 벽면 주위에 형성된 전기이중층 두께와 입자의 하전성에 따라 입자가 채널 벽면에 접근하는 정도를 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 5d는 3분산 입자의 수력학적 여과를 위한 미세유체칩 여과 장치에서 주흐름 용액인 시료액과 측면흐름 용액인 용매액의 이온농도에 따른 입자의 거동을 나타내는 평면도이다.
도 6은 일 실시예에 따라 수력학적 여과를 구현한 미세유체칩의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 미세유체칩의 사진이다.
도 8a는 종래의 수력학적 여과 방법에 의한 3분산 입자의 크기별 분리에 대한 회수율을 나타내는 그래프이다.
도 8b는 종래의 수력학적 여과 방법에 의한 3분산 입자의 크기별 분리에 대한 순도를 나타내는 그래프이다.
도 9a는 일 실시예에 따른 미세유체칩 여과 방법에 의한 3분산 입자의 크기별 분리에 대한 회수율을 나타내는 그래프이다.
도 9b는 일 실시예에 따른 미세유체칩 여과 방법에 의한 3분산 입자의 크기별 분리에 대한 순도를 나타내는 그래프이다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.
수력학적 여과(hydrodynamic filtration)는 층류에 대한 유동 저항과 임의의 채널 지점에서의 유동 분획을 기본 원리로 하고 있는데, 이를 구현하기 위한 장치에는 주채널(main channel) 및 주채널에 연결된 하나 또는 복수 개의 분지채널(branch channel)들이 설치된다. 또한, 주채널로 도입되는 시료액에 분산된 특정 크기의 입자들을 특정 분지채널로 여과시키기 위한 목적의 컷오프(cut-off) 층을 형성하는 용매액이 주입되는 측면채널(side channel)이 설치된다.
복수 개의 분지채널은 유동 정렬에 의한 입자 정렬 효과를 높이기 위한 것으로서, 입자 분리를 위해서는 주흐름(main flow)으로 도입된 시료액에 분산되어 있는 입자들이 측면흐름(side flow)에 의해 주채널 내에서 분지채널 부근인 주흐름 벽면에 위치하는 거동을 유지해야 한다. 본 명세서에서, "측면흐름 벽면"이란 주채널 내에서 측면채널이 연결된 측면의 벽면을 지칭하며, "주흐름 벽면"이란 주채널 내에서 측면채널이 연결된 측면 반대편의 벽면(즉, 분지채널이 연결된 측면의 벽면)을 지칭한다.
하지만, 주채널 후반부로 갈수록 2분산 입자 분리에서는 측면흐름 세기가 약해지고, 3분산 이상의 입자 분리에서는 컷오프 층의 두께가 점차 커지게 됨에 따른 측면흐름의 역할이 저하되어 입자들이 주흐름 벽면 부근을 벗어날 수 있다. 이러한 입자 정렬의 교란이 발생하면, 설정된 컷오프 층의 두께에서 입자 중심이 벗어나 입자가 빠져 나가야 할 분지채널로 빠지지 않고 주채널을 따라 흐르게 되어, 목적하는 수력학적 여과를 구현하지 못해 분리 효율이 저하되는 문제가 있다. 특히 이러한 문제는 3분산(tridisperse) 이상의 다분산 입자 분리에서 두드러지게 나타난다.
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 문제점을 해결하고 입자들이 주흐름 벽면 부근에 위치하는 거동을 유지하게 하기 위한 것으로서, 하전된 채널 벽면과 입자 간의 정전반발력을 이용한다. 시료액과 용매액에는 전해질이 해리되어 생성된 다수의 이온들이 포함되는데, 이들 이온에 의해 하전된 채널벽면의 주위에는 전기이중층(electric double layer)이 형성되어 정전반발력이 작용한다. 이 전기이중층은 용액의 이온농도에 따라 그 두께가 변하기 때문에 이온농도를 조절하여 적당한 두께의 전기이중층을 주채널의 측면흐름 벽면 주위에 형성시키면 시료액에 분산되어 있는 입자들이 주흐름 벽면 부근에 위치하는 입자정렬(particle focusing)을 유지하면서 분지채널로의 여과가 설계한대로 이루어져 분리효율을 향상시킬 수 있다.
정전반발력을 발생시키기 위하여, 채널 벽면은 미세유체칩(microfluidic chip)의 재료로서 널리 사용되는 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane; PDMS), 유리, 실리콘, 석영 또는 다른 적당한 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 음전하로 하전된 고체 벽면이 물과 같이 전해질을 포함하는 용액과 접하게 되면, 전해질이 해리되어 생성된 양이온들이 고체 벽면 주위에 모여들게 된다. 실시예들에 따른 미세유체칩 여과 방법은 예를 들어 크기가 약 10 mm 이하인 입자의 크기별 분리(sorting), 갯수 분석(counting), 특정 크기선별(fractionation) 등 미세종합분석시스템(micro total analysis system)에 효과적으로 적용될 수 있다. 본 명세서에 기재된 입자는 형태가 변하지 않는 입자는 물론이고 형태가 변하는 입자인 베시클(vesicle), 다당류, 각종 세포 등도 포함할 수 있다.
도 3a 및 3b는, 본 발명의 실시예들에 의한 입자 분리의 원리를 설명하기 위하여, 용액의 이온농도에 따라 하전된 채널 벽면 주위에 형성되는 전기이중층 두께의 변화를 나타내는 도면이다. 도 3a는 용액의 이온농도가 상대적으로 높은 경우를 나타내며, 도 3b는 용액의 이온농도가 상대적으로 낮은 경우를 나타낸다. 통상 이온농도 10-1 mM 이하를 낮은 이온농도, 10 mM 이상을 높은 이온농도로 정의할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 용액에 포함된 전해질의 이온농도가 높으면 충분히 많은 수의 양이온이 고체 벽면의 음전하를 감싸게 되어 고체 벽면의 하전성이 약화된다. 반면, 도 3b를 참조하면, 용액에 포함된 전해질의 이온농도가 낮으면 적은 수의 양이온이 고체벽면의 음전하를 감싸게 되어 고체벽면의 하전성이 크게 약화되지 않을 것이다. 고체벽면의 하전성 영향이 현격하게 미치는 거리까지의 영역을 전기이중층이라고 하는데, 도 3a 및 3b를 비교하면 용액의 이온농도가 낮을수록 전기이중층은 두꺼워짐을 볼 수 있다.
채널 내부는, 고체 벽면의 전하와 반대인 이온이 우세하게 존재하는 전기이중층 영역과, 양이온 및 음이온이 동일한 수로 존재하여 전기적으로 중성인 벌크(bulk) 영역으로 나뉜다. 채널 내부로 용액이 계속 유입되는 상황에서는, 전기이중층에 특정 이온이 편재해도 벌크 영역에서는 양이온과 음이온이 무수히 많은 수로 동일하게 존재하게 되고, 그렇기 때문에 벌크 영역에서의 이온농도가 곧 용액의 이온농도를 대변한다. 여기서, 전기이중층 두께는 통상 κ-1로 표기하는데 다음과 같이 정의된다.
Figure 112015116098252-pat00011
상기 수학식 3에서, nb는 벌크 영역에서 용액의 이온농도를 나타내며, Zi는 i이온의 이온가(valence)를 나타내고, e는 단위전하 1.6×10-19 Coul를 나타내며, kT는 볼쯔만(Boltzmann) 열에너지를 나타낸다. 또한, e는 유전상수(dielectric constant)로서 이는 상대 유전율(relative permittivity)과 진공에서의 유전상수의 곱으로 상온에서 e = (79)×(8.854×10-12) Coul2/J·m 이다. 여기서, 입자가 분산되어 있는 시료액은 통상 물과 같은 수준의 상대유전율 및 점도를 갖는 것으로 가정한다. 예컨대, 시료액의 상대유전율은 상온에서 79이며 점도는 1.0×10-3 kg/m·sec일 수 있다.
일 실시예에서, 시료액에 녹아있는 전해질은 염화칼륨(KCl) 및 염화나트륨(NaCl)과 같이 양이온과 음이온이 각각 1:1로 해리되는 물질이다. 이 경우, nm 단위를 갖는 전기이중층 두께 κ-1 는 하기 수학식 4와 같이 간단히 산출될 수 있다.
Figure 112015116098252-pat00012
아래의 표 1은 전해질의 이온농도에 따른 전기이중층 두께를 나타낸 것으로서, 용액의 이온농도를 가장 낮은 이온농도 한계인 10-4 mM 부터 가장 높은 한계인 100 mM까지 변화시키면서 생성되는 전기이중층 두께를 정리한 것이다.
용액의 이온농도, Cb (mM) 전기이중층(EDL) 두께, κ-1 (nm)
10-4 (탈이온 및 2차증류수) 965
10-3 305
10-2 96.5
10-1 30.5
1.0 9.7
10 3.1
100 (높은 농도 한계) 0.97
상기 표 1에서 이온농도 Cb는 벌크 영역에서의 이온농도를 기초로 nb (1/m3)=NA×Cb 에 의해 정의되며, 여기서 NA는 아보가드로 수이다.
표 1을 참조하면, 이온농도가 100배 증가하면 전기이중층 두께는 10배 감소함을 볼 수 있다. 통상 10-1 mM 이하를 낮은 이온농도, 10 mM 이상을 높은 이온농도로 정의할 수 있다. 바람직하게는, 10-3 mM 이하의 충분히 낮은 이온농도는 시료액의 전기전도도값으로 정확한 이온농도를 결정한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 정의하는 높은 이온농도와 낮은 이온농도의 차이는 104 내지 106 배로서, 그 결과 이온농도의 차이에 따라 전기이중층 두께는 100 내지 1,000배 차이가 나게 된다. 예를 들어, 높은 이온농도와 낮은 이온농도가 각각 10 mM과 10-3 mM 로 이온농도 차이가 104 배이면, 전기이중층 두께는 각각 3.1 nm와 305 nm로 100배의 차이가 난다.
도 4a 및 4b는 용액의 이온농도에 따라 하전된 채널 벽면 주위에 형성된 전기이중층 두께와 입자의 하전성에 따라 입자가 채널 벽면에 접근하는 정도를 나타내는 도면으로서, 도 4a는 용액의 이온농도가 높은 경우를 나타내며, 도 4b는 용액의 이온농도가 낮은 경우를 나타낸다. 높은 이온농도 및 낮은 이온농도는 도 3과 관련하여 전술한 것과 같이 정의된다.
도 4a 및 4b를 참조하면, 채널 벽면과 입자 사이의 접근 거리는 전기이중층 두께와 입자의 하전성에 따라 결정된다. 비하전성 입자(401)는 채널 벽면 주위에 형성된 전기이중층 두께가 최대 접근 거리이다. 또한, 채널 벽면의 전하와 같은 전하로 하전된 입자(402)(예컨대, 음이온성 벽면 및 음이온성 입자)는 정전 반발력(electrostatic repulsion)에 의해 채널 벽면과 입자 주위에 형성된 전기이중층 두께의 합이 최대 접근 거리가 된다. 반면, 채널 벽면의 전하와 반대인 전하로 하전된 입자(403)에는 정전 유인력(electrostatic attraction)이 작용하므로 채널 벽면의 전하와 반대로 하전된 입자(403)는 채널 벽면에 접촉할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 이상에서 설명한 관계로부터 수력학적 여과에서 주흐름인 시료액과 측면흐름인 용매액 각각의 이온농도를 조절하여, 주채널의 양측 벽면(즉, 주흐름 벽면과 측면흐름 벽면) 및 분지채널 벽면에 형성되는 전기이중층 두께를 조절하도록 구성된다.
도 5a 내지 5d는 3분산 입자의 수력학적 여과를 위한 미세유체칩 여과 장치에서 주흐름 용액과 측면흐름 용액의 이온농도에 따른 입자의 거동을 나타내는 평면도이다.
미세유체칩 여과 장치는 주채널(10), 주채널(10)의 제1 측면에 연결된 측면채널(20) 및 주채널(10)의 제2 측면에 연결된 하나 이상의 분지채널(41, 42)을 포함한다. 예컨대, 제1 측면 및 제2 측면은 서로 반대편의 측면일 수 있다. 이때, 분지채널(41, 42)이 위치한 주채널(10)의 벽면이 주흐름 벽면(110)에 해당되며, 측면채널(20)이 위치한 위치한 주채널(10)의 벽면이 측면흐름 벽면(120)에 해당된다.
본 명세서의 도면들에서 각각의 채널(10, 20, 41, 42)은 소정의 형상을 가진 구성요소로 도시되나, 각각의 채널(10, 20, 41, 42)은 유체 형태의 시료가 흐를 수 있도록 기판 등 지지체(미도시)에 형성된 공동(cavity)이나 홈(recess) 형태의 공간일 수 있으며, 도면에 도시된 각각의 채널(10, 20, 41, 42)은 이러한 공간의 형상을 나타내는 것으로 의도된다. 기판 등 지지체는 원하는 형상을 갖는 채널의 가공이 용이한 PDMS로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
주채널(10)은 여과하고자 하는 입자를 포함하는 시료액이 흐르기 위한 공간이다. 본 명세서에서 입자란, 나노입자와 같이 형태가 변하지 않는 입자는 물론이고 형태가 변하는 입자인 베시클, 다당류, 각종 세포 등도 포괄하는 개념으로 의도되며, 특정 종류에 한정되지 않는다. 주채널(10) 내를 흐르는 시료액에는 크기가 상이한 한 종류 이상의 입자(101-103)가 포함될 수 있으며, 입자(101-103)의 일부 또는 전부를 주채널(10)로부터 분지채널(41, 42)로 빠지도록 하여 분지채널(41, 42)을 통해 입자를 여과할 수 있다.
측면채널(20)은 주채널(10)의 제2 측면(120)에 연결되어, 용매액(medium)을 연속적으로 도입함으로써 측면채널(20) 반대편의 주흐름 벽면(110)쪽으로 입자(101-103)를 집중(focusing)시키는 역할을 한다. 일 실시예에서, 측면채널(20)은 주채널(10)과 60도의 각도를 이루도록 주채널(10)에 연결되나, 이에 한정되는 것은 아니다.
분지채널(41, 42)은 주채널(10)에서 측면채널(20) 반대편의 벽면에 형성되며, 1개의 출구에 대해 1개 이상의 분지채널(41, 42)이 연결되도록 형성된다. 분지채널(41, 42)의 폭(WB1, WB2)은 주채널(10)의 폭(W)에 비하여 같거나 작다. 주채널(10)에서 분지채널(41, 42)이 형성되어 있는 벽면(110) 부근에 있는 유선은 분지채널(41, 42)로 빠지는데, 이때 중심이 이 유선에 위치하는 입자(101-103)도 분지채널(41, 42)로 빠지게 된다. 분지채널(41, 42)로 빠지는 유량은 채널 네트워크에서의 유동저항(flow resistance)과 관련되어 주채널(10)과 분지채널(41, 42) 간의 유동 분배로부터 결정되며, 유동분배에 의해 각 분지채널(41, 42)에 대응되는 분지점에서 형성된 컷오프(cut-off) 층의 두께(WC1, WC2)와 입자(101-103)의 반경에 입자가 분지채널(41, 42)로 빠질지의 여부가 결정된다.
분지채널(41, 42)의 개수는 입자가 여러 크기 별로 혼합되어 있는 시료액에서 특정한 크기별로 분리하고자 하는 분취액이 배출되는 출구의 개수로 결정된다. 도 5에서는 3분산 입자의 분리 과정을 나타내기 위하여 크기가 상이한 세 종류의 입자(101-103) 및 이의 분리를 위해 2개의 출구에 각각 연결된 분지채널(41, 42)이 도시되었다. 그러나 이는 예시적인 것으로서, 시료액에 포함되어 실시예들에 따른 미세유체칩 여과 장치에 의해 여과되기 위한 입자의 종류는 더 적거나 더 많을 수 있으며, 이에 따라 분지채널(41, 42)의 개수도 상이할 수 있다.
일 실시예에서, 주채널(10) 및 상기 분지채널(41, 42) 각각은, 각각의 채널의 높이가 폭에 비해 큰 형상, 즉, 채널단면의 종횡비(aspect ratio)가 작은 형상을 갖는다. 또한, 도 5에 도시된 각 채널(10, 20, 41, 42)의 형상 및 크기는 단지 예시적인 것으로서, 각 채널의 실제 형상 및 크기를 한정하는 것이 아니라는 점이 이해되어야 한다.
도 5a는 이상과 같이 구성된 미세유체칩 여과 장치에 종래의 수력학적 여과 조건을 적용한 것을 나타내는 것으로서, 시료액과 용매액의 이온농도를 모두 높은 이온농도, 예컨대, 10 mM 내지 100 mM로 한 것을 나타낸다. 그 결과, 주채널(10)의 양측 벽면(110, 120)과 분지채널(41, 42)의 벽면에 얇은 전기이중층이 형성되어, 측면흐름의 영향이 강한 주채널(10) 전반부(즉, 시료액의 주입부와 상대적으로 인접한 부분)에서는 입자들이 주흐름 벽면(110)에 위치하지만, 주채널(10) 후반부(즉, 시료액의 주입부와 상대적으로 먼 부분)로 갈수록 측면흐름의 역할이 약화된다. 더구나 3분산 이상의 입자 분리에서는 주채널(10) 후반부로 갈수록 컷오프(cut-off) 층의 두께(WC1, WC2)가 커져 입자(101-103)들이 주흐름 벽면(110)에서 벗어나 입자정렬이 교란될 수 있으며, 이는 목적하는 분지채널(41, 42)로 입자가 분리되지 않는 결과로 나타난다.
한편, 도 5b는 시료액과 용매액의 이온농도를 모두 낮은 이온농도, 예컨대, 10-4 mM 내지 10-1 mM로 한 것을 나타낸다. 도 5b에 도시된 것과 같이, 시료액과 용매액의 이온농도를 모두 낮게 하면 주채널(10)의 양측 벽면(110, 120)에 두꺼운 전기이중층이 형성되어, 주채널(10) 전체에 걸쳐 입자(101-103)들이 채널 중앙에 정렬되므로, 입자(101-103)의 분리가 정상적으로 이루어질 수 없다. 더구나, 분지채널(41, 42)의 벽면에 형성된 두꺼운 전기이중층은 입자가 주채널(10)로부터 분지채널(41, 42)로 빠져나가는 것을 방해한다.
도 5c는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 주채널(10)에 공급되는 시료액의 이온농도는 상대적으로 높은 제1 이온농도로 하고, 측면채널(20)에 공급되는 용매액의 이온농도는 상대적으로 낮은 제2 이온농도로 한 경우를 나타낸다. 예컨대, 제1 이온농도는 상기 제2 이온농도의 104 배 내지 106 배일 수 있다. 또한, 제1 이온농도는 10 mM 내지 100 mM일 수 있다. 나아가, 제2 이온농도는 10-4 mM 내지 10-1 mM일 수 있다. 이상과 같이 이온농도를 조절한 결과, 측면흐름 벽면에 형성된 두꺼운 전기이중층에 의해, 도 5a를 참조하여 전술한 주채널(10) 후반부의 입자정렬의 교란이 억제되고, 주흐름 벽면 부근에서 입자정렬이 유지된다.
이와 반대로 도 5d와 같이, 측면채널(20)에 공급되는 용매액의 이온농도는 높게 하고 주채널(10)에 공급되는 시료액의 이온농도는 낮게 할 경우, 주채널(10) 전체에 걸쳐 입자(101-103)들이 측면흐름 벽면 부근에 정렬하려는 경향이 일어나고, 도 5b에서와 마찬가지로 같이 분지채널(41, 42)의 벽면에 형성된 두꺼운 전기이중층은 입자가 주채널(10)로부터 분지채널(41, 42)로 빠져나가는 것을 방해한다.
이상에서, 종래의 수력학적 여과 조건인 도 5a의 경우에는 분리 효율에 한계가 있으며, 시료액과 용매액의 이온농도가 모두 낮거나 모두 높은 도 5b 및 5d의 경우에는 수력학적 여과에 적합하지 않다. 결과적으로, 도 5c를 참조하여 전술한 본 발명의 실시예에 따른 수력학적 여과 조건에 의하여 분리 효율을 극대화할 수 있다.
도 6은 도 5c를 참조하여 전술한 미세유체칩 여과 장치를 포함하여 수력학적 여과를 구현한 미세유체칩의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 작은 입자(DS), 중간 입자(DM), 그리고 큰 입자(DL)가 혼합된 3분산 입자에 대하여 본 실시예에 따른 미세유체칩을 이용하여 분리를 수행하는 것을 나타낸다. 여기서 입자들의 크기는 다른 종류의 입자에 대한 상대적인 의미로 정의되며, 특정 수치로 한정되지 않는다. 도 6을 참조하면, 컷오프 층의 두께(WC1)이 설정된 분지점에서 DS 입자는 출구1에 연결된 분지채널(41)로 빠지는 한편, DM 입자와 DL 입자는 주채널(10)을 따라 흘러간다. 이후, 컷오프 층의 두께(WC2)가 설정된 분지점에서 DM 입자는 출구 2에 연결된 분지채널(42)로 빠지는 한편, DL 입자는 주채널(10)을 따라 흘러 주채널(10)에 연결된 출구3으로 분취된다. 이상의 과정에 의하여, DS, DM 및 DL 입자 각각을 분리해낼 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 미세유체칩의 사진이다.
실시예들에 따른 미세유체칩의 재질은 PDMS, 유리, 실리콘, 석영 등이 가능하다. 제조 공정으로는, MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 공정 등에 의하여, PDMS 등으로 이루어진 제1 기판에 채널들을 형성시킬 수 있다. 이때, 주채널 입구, 측면채널 입구, 분지채널들이 집합되는 출구, 주채널 출구를 제1 기판을 둥근 칼로 관통하여 형성시킬 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 형성되는 각 입구와 출구의 직경은 튜빙(tubing)의 설치가 가능하도록 1/16 인치로 할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 튜빙의 직경에 따라 적절히 조절될 수 있다. 이와 같이 구성된 제1 기판을 하부의 제2 기판과 접합하여 미세유체칩을 제조할 수 있다. 제2 기판은 제1 기판에서 채널이 형성된 면과 산소 플라즈마 접합법으로 접합될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 주채널과 측면채널의 폭은 시료액에 분산된 입자들 중에서 가장 직경이 큰 입자의 직경의 1.5배 이상으로 한다. 또한 일 실시예에서, 각 분지채널의 폭은 해당 분지채널을 통과할 입자의 직경의 1.5배 내지 3배로 한다. 또한 일 실시예에서, 어느 채널이든지 간에 채널 폭은 약 1 내지 15 마이크로미터(μm)일 수 있다. 일 실시예에서, 각 채널의 높이는 채널 폭보다 크도록 한다.
일 실시예에서, 제1 기판의 두께는 1.5 내지 2.5 mm이다. 또한 일 실시예에서, 하부기판인 제2 기판의 넓이는 상부의 제1 기판에 비해 크다. 제2 기판의 두께는 1.0 내지 1.5 mm이다. 일 실시예에서, 제1 기판은 PDMS로 이루어지며, 제2 기판은 유리로 이루어진다.
도 7에 도시된 것과 같이, 각 입구와 출구에 튜빙을 설치하고, 실린지 펌프(syringe pump) 등에 의해 일정한 압력으로 분리하고자 하는 입자들을 포함하는 시료액을 설치된 튜빙을 통해 주채널 입구로 주입할 수 있다. 한편, 또 다른 실린지 펌프에 의해 일정한 압력으로 용매액을 튜빙을 통해 측면채널 입구로 주입할 수 있다. 시료액의 유량을 Qm이라 하고, 용매액의 유량을 Qs라고 할 경우, 일 실시예에서는 Qs/Qm가 5이상이 되도록 시료액 및 용매액을 주입하여 시료액이 주채널에서 주흐름 벽면 부근에 정렬을 유지하여 컷오프 층이 형성되도록 한다. 각 분지채널을 거쳐 각각의 출구에서 나오는 크기별로 분리된 시료는 도 6을 참조하여 도시한 것과 같이 별도의 용기에 취합할 수 있다.
그러나, 위에 기재한 채널의 가공 방법이나 채널 및 기판에 관련된 각 수치들은 단지 예시적인 것으로서, 실시예들에 따른 미체유체칩 여과 장치의 제조 방법이나 형상을 한정하는 것은 아니라는 점이 이해되어야 한다.
한편 본 발명자들은, 설계된 미세유체칩을 제작하고 모델 입자에 의한 분리실험을 수행하여 분리효율을 나타내는 회수율(recovery)과 순도(purity)를 측정하여 향상된 정도를 확인하였다.
도 8a 및 8b는 종래의 수력학적 여과 방법에 의한 3분산 입자의 크기별 분리에 대한 회수율 및 순도를 각각 나타내는 그래프이다.
구체적으로는, 도 5 및 도 6을 참조하여 전술한 것과 같은 미세유체칩을 구성한 후, 도 5a를 참조하여 전술한 종래의 수력학적 여과 조건을 적용하여 3분산 입자의 분리를 수행함으로써 도 8a 및 8b의 그래프를 얻었다. 용매액으로는 2차 증류수에 입자간의 응집이 없도록 비이온성 계면활성제인 Triton X-100 0.15%(w/v)와 전해질로서 염화칼륨(KCl) 10mM를 녹여서 수용성 용매액을 조제하여 사용하였으며, 전기전도도 측정으로 이의 이온농도가 10 mM 임을 확인하였다. 또한, 직경(D)이 각각 1, 3 및 6 μm인 구형인 폴리스타이렌(polystyrene) 라텍스(latex) 입자를 3종류가 동일한 갯수를 갖는 조건으로 용매액에 분산시켜 시료액을 준비하였다.
이상과 같이 준비된 시료액 및 용매액을 주채널과 측면채널에 각각 주입한 후, 3 개의 출구로 분리되어 배출되는 입자들을 각각의 용기에 받고 그 중의 일정한 부피를 취해서 거기에 들어있는 3종류 입자 각각의 개수를 형광현미경과 이미징 프로그램에 의해 산출하였다.
이때, 회수율과 순도는 분리효율을 정량적으로 판단하는 척도이다. 회수율은 [특정한 출구에서 취합된 분리하고자 하는 입자 개수]를 [모든 출구에서 취합된 시료 중에서 분리하고자 하는 입자의 총 개수]로 나눈 값으로 정의된다. 또한, 순도는 [분리하고자 하는 입자 개수]를 [각각의 출구에서 취합된 시료 중에서 총 입자 개수]로 나눈 값으로 정의된다.
한편, 도 9a 및 9b는 일 실시예에 따른 미세유체칩 여과 방법에 의한 3분산 입자의 크기별 분리에 대한 회수율 및 순도를 각각 나타내는 그래프이다.
본 실시예에서는 2차 증류수에 Triton X-100 0.15%(w/v)만 녹이고 염화칼륨(KCl)을 투여하지 않은 수용성 용매액을 조제하였으며, 전기전도도 측정으로 이의 이온농도는 4×10-4 mM임을 확인하였다. 한편, 시료액은 도 8a 및 8b의 시험예와 마찬가지로 염화칼륨(KCl) 10mM를 녹여서 준비된 수용성 용매액에 입자를 분산시켰으며, 입자의 종류 및 직경 역시 도 8a 및 8b의 시험예와 동일하다. 이상과 같이 준비된 시료액 및 용매액을 주채널과 측면채널에 각각 주입한 후, 3 개의 출구로 분리되어 배출되는 입자들을 각각의 용기에 받고 그 중의 일정한 부피를 취해서 거기에 들어있는 3종류 입자 각각의 개수를 산출하였다.
도 8a와 도 9a를 비교해 보면, 본 발명의 실시예에 따른 방법 및 장치에 의해 얻어진 회수율이 모든 직경의 입자에 대하여 더 높은 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 8b와 도 9b를 비교해 보면, 본 발명의 실시예에 따른 방법 및 장치에 의해 얻어진 순도가 모든 직경의 입자에 대하여 더 높은 것을 확인할 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 주채널 내로, 입자 및 전해질을 포함하며 제1 이온농도를 가지는 시료액을 주입하는 단계;
    상기 주채널의 제1 측면에 연결된 측면채널 내로, 전해질을 포함하며 상기 제1 이온농도에 비해 낮은 제2 이온농도를 가지는 용매액을 주입하는 단계; 및
    상기 용매액에 의해, 상기 주채널로부터, 상기 제1 측면과 상이한 상기 주채널의 제2 측면에 연결된 하나 이상의 분지채널로 상기 입자를 빠져나가게 하는 단계를 포함하되,
    상기 전해질로부터 해리된 이온에 의하여 상기 주채널의 벽면에 정전반발력이 작용하는 전기이중층이 형성되며, 상기 주채널로부터 상기 분지채널로의 상기 입자의 이동은 상기 전기이중층에 의해 영향을 받는, 미세유체칩 여과 방법.
  2. 주채널 내로, 입자 및 전해질을 포함하며 제1 이온농도를 가지는 시료액을 주입하는 단계;
    상기 주채널의 제1 측면에 연결된 측면채널 내로, 전해질을 포함하며 상기 제1 이온농도에 비해 낮은 제2 이온농도를 가지는 용매액을 주입하는 단계;
    상기 용매액에 의해, 상기 주채널로부터, 상기 제1 측면과 상이한 상기 주채널의 제2 측면에 연결된 하나 이상의 분지채널로 상기 입자를 빠져나가게 하는 단계; 및
    상기 제1 이온농도 및 상기 제2 이온농도를 이용하여 상기 주채널의 벽면에 형성되는 전기이중층의 두께를 조절하는 단계를 포함하는 미세유체칩 여과 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 전기이중층의 두께를 조절하는 단계는, 상기 제1 이온농도를 이용하여 상기 주채널의 상기 제2 측면 및 상기 분지채널의 벽면에 형성되는 전기이중층의 두께를 조절하도록 구성된 미세유체칩 여과 방법.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 전기이중층의 두께를 조절하는 단계는, 상기 제2 이온농도를 이용하여 상기 주채널의 상기 제1 측면에 형성되는 전기이중층의 두께를 조절하도록 구성된 미세유체칩 여과 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 이온농도는 상기 제2 이온농도의 104 배 내지 106 배인 미세유체칩 여과 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 이온농도는 10 mM 내지 100 mM인 미세유체칩 여과 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 이온농도는 10-4 mM 내지 10-1 mM인 미세유체칩 여과 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 전해질은 1:1의 비율로 해리되는 양이온 및 음이온을 포함하는 미세유체칩 여과 방법.
  9. 입자 및 전해질을 포함하는 시료액이 흐르도록 구성된 주채널;
    상기 주채널의 제1 측면에 연결되며, 전해질을 포함하는 용매액이 주입됨으로써 시료액을 상기 주채널의 제2 측면으로 집중시키는 측면채널; 및
    상기 주채널의 제2 측면에 연결되며, 상기 주채널로부터 상기 입자가 빠져나오도록 구성된 하나 이상의 분지채널을 포함하되,
    상기 시료액은 제1 이온농도를 가지며, 상기 용매액은 상기 제1 이온농도에 비해 낮은 제2 이온농도를 가지고,
    상기 전해질로부터 해리된 이온에 의하여 상기 주채널의 벽면에 정전반발력이 작용하는 전기이중층이 형성되며, 상기 주채널로부터 상기 분지채널로의 상기 입자의 이동은 상기 전기이중층에 의해 영향을 받는, 미세유체칩 여과 장치.
  10. 입자 및 전해질을 포함하는 시료액이 흐르도록 구성된 주채널;
    상기 주채널의 제1 측면에 연결되며, 전해질을 포함하는 용매액이 주입됨으로써 시료액을 상기 주채널의 제2 측면으로 집중시키는 측면채널; 및
    상기 주채널의 제2 측면에 연결되며, 상기 주채널로부터 상기 입자가 빠져나오도록 구성된 하나 이상의 분지채널을 포함하되,
    상기 시료액은 제1 이온농도를 가지며, 상기 용매액은 상기 제1 이온농도에 비해 낮은 제2 이온농도를 가지고,
    전해질이 해리되어 생성된 이온에 의해 상기 주채널의 벽면에 형성되며 상기 제1 이온농도 및 상기 제2 이온농도에 의해 결정되는 두께를 갖는 전기이중층을 더 포함하는 미세유체칩 여과 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 전기이중층은, 상기 주채널의 상기 제2 측면 및 상기 분지채널의 벽면에 형성되며 상기 제1 이온농도에 의해 두께가 결정되는 층을 포함하는 미세유체칩 여과 장치.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 전기이중층은, 상기 주채널의 상기 제1 측면에 형성되며 상기 제2 이온농도에 의해 두께가 결정되는 층을 더 포함하는 미세유체칩 여과 장치.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 이온농도는 상기 제2 이온농도의 104 배 내지 106 배인 미세유체칩 여과 장치.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 이온농도는 10 mM 내지 100 mM인 미세유체칩 여과 장치.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 제2 이온농도는 10-4 mM 내지 10-1 mM인 미세유체칩 여과 장치.
  16. 제 9항에 있어서,
    상기 전해질은 1:1의 비율로 해리되는 양이온 및 음이온을 포함하는 미세유체칩 여과 장치.
  17. 제 9항에 있어서,
    상기 주채널, 상기 측면채널 및 상기 하나 이상의 분지채널 각각은, 채널의 높이가 폭에 비해 큰 형상을 갖는 미세유체칩 여과 장치.
  18. 제1 기판;
    상기 제1 기판상에 형성되며, 입자 및 전해질을 포함하는 시료액이 흐르도록 구성된 주채널; 상기 주채널의 제1 측면에 연결되며, 전해질을 포함하는 용매액이 주입됨으로써 시료액을 상기 주채널의 제2 측면으로 집중시키는 측면채널; 및 상기 주채널의 제2 측면에 연결되며, 상기 주채널로부터 상기 입자가 빠져나오도록 구성된 하나 이상의 분지채널을 포함하는 미세유체칩 여과 장치; 및
    상기 제1 기판의 상기 미세유체칩 여과 장치가 형성된 면과 접합되는 제2 기판을 포함하며,
    상기 시료액은 제1 이온농도를 가지며, 상기 용매액은 상기 제1 이온농도에 비해 낮은 제2 이온농도를 가지고,
    상기 전해질로부터 해리된 이온에 의하여 상기 주채널의 벽면에 정전반발력이 작용하는 전기이중층이 형성되며, 상기 주채널로부터 상기 분지채널로의 상기 입자의 이동은 상기 전기이중층에 의해 영향을 받는, 미세유체칩.
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