KR101929924B1 - 수력학을 이용한 마이크로 입자 분리용 미세유로 바이오칩 - Google Patents

수력학을 이용한 마이크로 입자 분리용 미세유로 바이오칩 Download PDF

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Abstract

미세유로 바이오칩은 복수의 확장부들 및 복수의 수축부들이 길이방향인 제1 방향으로 교번적으로 연결된 멀티오리피스 세그먼트(multiorifice segment) 및 상기 멀티오리피스 세그먼트의 양 말단에 형성된 유입부 및 유출부를 포함한다. 상기 확장부들 각각은, 상기 제1 방향으로 연장되며 상기 수축부들 각각에 연결되는 연장부, 및 상기 연장부로부터 사선방향으로 서로 대칭으로 연장되는 제1 및 제2 사선부들을 포함한다.

Description

수력학을 이용한 마이크로 입자 분리용 미세유로 바이오칩 {MICROFLUIDIC CHANNEL BASED HYDRODYNAMIC ACTIVATED MICROPARTICLE SORTING BIOCHIP}
본 발명은 미세유로 바이오칩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 입자의 분리에 사용되는 수력학 기반의 마이크로 입자 분리용 미세유로 바이오칩에 관한 것이다.
종래의 유체 샘플 내에서 표적 입자를 분리하는 기술은 많은 분야에서 그 활용도가 높다. 예를 들어, 병원균의 검출, 신약 개발, 약물 검사, 세포 대체 치료법 등의 의학 분야에서 표적 세포를 분리하는 작업은 필수적이며, 오염된 하수와 관련된 환경 분야에서 미세한 오염 원인 입자를 분리하는 기술은 그 활용도가 매우 높다. 특히, 현재 암 진단에 있어서 암 세포의 조기 발견은 매우 중요하기 때문에 간편하며 정확한 암 세포 분리 기술을 찾고자 많은 연구가 진행되고 있는 실정이다.
그러나, 기존의 암 세포 분리 기술은 복잡하고 많은 시간이 소요되기 때문에 신속한 진단 및 치료를 요하는 암 관련 질환에 있어서 효과적인 해결 방안이 될 수 없었다. 예를 들어, 유방암 관련 암 세포인 CTC(circulating t㎛or cell)는 인체 내에 존재하더라도 그 양이 극히 적기 때문에 의학적 치료 및 연구를 진행하기 위한 충분한 표본 확보가 매우 어렵다.
따라서, 혈액 등 체액을 포함하는 유체 샘플 내에서 미세하게 존재하는 암 세포 등과 같은 표적 입자를 효율적으로 분리하기 위한 기술이 현재 요구되고 있다.
종래 기술로, 처리속도가 100㎕/min 내로 빠른 수력학 기반의 마이크로입자 분리 장치가 개발되었으나, 혈액 내 순환종양세포의 양이 극소량이며, 효과적인 검침을 위하여 7.5ml의 혈액을 시험 대상으로 사용하기 때문에 더 빠른 처리속도가 요구되는 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0134981호 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0135330호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 좁은 폭을 가지는 축소부와 넓은 폭을 가지는 확장부의 반복으로 이루어진 미세유로를 통해 검침 확률을 향상시키고 처리속도를 높일 수 있는, 미세유로 바이오칩에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 미세유로 바이오칩은 복수의 확장부들 및 복수의 수축부들이 연장방향인 제1 방향으로 교번적으로 연결된 멀티오리피스 세그먼트(multiorifice segment) 및 상기 멀티오리피스 세그먼트의 양 말단에 형성된 유입부 및 유출부를 포함한다. 상기 확장부들 각각은, 상기 제1 방향으로 연장되며 상기 수축부들 각각에 연결되는 연장부, 및 상기 연장부로부터 사선방향으로 서로 대칭으로 연장되는 제1 및 제2 사선부들을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제1 사선부는 상기 수축부에 대하여 45도의 경사를 이루고, 상기 제2 사선부는 상기 수축부를 기준으로 상기 제1 사선부와 대칭으로 연장될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 사선부들의 상기 제1 방향으로의 길이, 및 상기 연장부의 상기 제1 방향으로의 길이는 동일하며, 상기 연장부의 상기 제1 방향으로의 길이가 상기 수축부의 상기 제1 방향으로의 길이보다 길 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연장부의 상기 제1 방향으로의 길이와 상기 수축부의 상기 제1 방향으로의 길이의 비는 2:1일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 연장부의 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로의 폭은 상기 수축부의 상기 제2 방향으로의 폭과 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 수축부의 상기 제1 방향으로의 길이와 상기 수축부의 상기 제2 방향으로의 폭은 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 확장부 및 상기 수축부는 동일한 높이를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 확장부 및 상기 수축부의 높이와 상기 수축부의 상기 제1 방향으로의 길이의 비는 1:2일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 멀티오리피스 세그먼트에 흐르는 유체 샘플의 유속은 240㎕/min일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유입부와 상기 멀티오리피스 세그먼트 사이에는 필터(filter)가 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유출부는 입자가 크기 별로 분리되었는지 여부를 확인할 수 있도록 형성된 검출 선(detection line)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 미세유로 바이오칩은 세포의 크기에 따라 세포를 효과적으로 분리 할 수 있다.
또한, 분리 대상의 전처리 과정을 필요로 하지 않으며 처리속도가 빠른 효과가 있다.
또한, 혈액 내 극소량(1-1000개/ml, 직경 10㎛ 이상) 함유된 순환종양세포를 검침하기 위하여 적혈구(5x109개/ml, 직경 6-8㎛ 두께 2㎛), 혈소판(직경2㎛) 등을 미리 분리 제거함으로써 순환종양세포의 검침확률을 높일 수 있다.
또한, 확장부의 급작스러운 유체의 확장은 입자의 크기에 따른 서로 다른 관성력이 작용하도록 하며 관성력의 차이에 의하여 크기에 따라 서로 다른 위치로 입자가 정렬할 수 있게 한다.
나아가, 확장부의 형태를 45도 각도로 기울인 형태를 취하여, 관성력의 차이를 극대화 할 수 있고 이를 통하여 처리속도를 종래기술과 비교하여 3배(300㎕/min 내외) 빠르게 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수력학을 이용한 마이크로 입자 분리용 미세유로 바이오칩의 구조를 도시한 모식도이다.
도 2는 도 1의 폭이 100㎛인 수축부를 갖는 멀티오리피스 세그먼트를 도시한 확대도이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 도 1의 마이크로 입자의 크기에 따른 유동형태를 도시한 이미지들이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 도 1 의 마이크로 입자의 유속에 따른 형광입자의 유동형태 변화를 도시한 이미지들이다.
도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 도 1의 서로 다른 크기의 마이크로 입자를 섞은 후 유속에 따라 진행한 분리실험결과를 도시한 이미지들이다.
도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d, 도 6e 및 도 6f는 도 1의 각 유속에 따른 마이크로 입자의 미세유로 내 분포결과를 도시한 그래프들이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수력학을 이용한 마이크로 입자 분리용 미세유로 바이오칩의 구조를 도시한 모식도이다.
도 2는 도 1의 폭이 100㎛인 수축부를 갖는 멀티오리피스 세그먼트를 도시한 확대도이다.
도 1및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 미세유로 바이오칩(100)은 마이크로 단위의 입자를 분리하기 위해 사용되며, 멀티오리피스 세그먼트(20), 유입부(10) 및 유출부(30)를 포함한다.
상기 미세유로 바이오칩(100)은 MOFF(MultiOrifice Flow Fractionation) 채널의 형상을 이루며, 유체 내 입자들을 크기에 따라 연속적으로 분리할 수 있다.
구체적으로, 상기 미세유로 바이오칩(100)은 복수의 확장부(200)들 및 복수의 수축부(250)들이 길이 방향(제1 방향)으로 교번적으로 연결된 멀티오리피스 세그먼트(multiorifice segment)(20)를 포함할 수 있다.
상기 멀티오리피스 세그먼트(20)의 일 말단에는 유체 샘플을 도입하기 위한 유입부(inlet)(10)가 형성되며, 다른 말단에는 상기 유체 샘플 내 입자를 크기 별로 분리하여 배출하는 유출부(outlet)(30)가 형성될 수 있다.
상기 유체 샘플이 상기 유입부(10)로 도입되어 상기 확장부(200)가 상기 수축부(250)를 통과할 때까지는 상기 유체 샘플 내 입자들은 유체 흐름에 큰 영향을 받지 않고 상기 유체 샘플 내에서 무작위적으로 배치된다.
그러나, 그 이후 유체가 상기 확장부(200) 및 상기 수축부(250)를 연이어 통과하게 되면 상기 유체 내 입자들은 관 끼임 효과에 의해 원형 띠 형태로 모이게 되고, 그 이후 상기 미세유로 바이오칩(100)의 수평면 상으로 2차 흐름에 의해 힘을 받게 되어 상기 유체가 유출부(30) 쪽으로 갈수록 상기 미세유로 바이오칩(100)의 양 측벽으로 포커싱(focusing)되는 현상이 나타난다.
따라서, 상기 멀터오리피스 세그먼트(20) 내에서 유체 내 입자의 크기와 상기 미세유로 바이오칩(100) 단면의 크기의 상대적인 비율에 따라 상기 입자들의 거동이 달라지고, 이를 이용하여 상기 멀티오리피스 세그먼트(20)를 이용하여 상기 샘플 유체 내 입자의 크기에 따른 입자 분리가 가능하다.
상기 미세유로 바이오칩(100)의 상기 유입부(10)와 상기 멀티오리피스 세그먼트(20) 사이에는 필터(filter)(40)가 배치될 수 있고, 상기 필터(40)는 유체 샘플 내 불순물을 여과하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 미세유로 바이오칩(100)의 상기 유출부(30)는 상기 멀티오리피스 세그먼트(20) 내에서의 유체 흐름 방향으로 점점 넓어지는 구조로 형성될 수 있다.또한 상기 유출부(30)는 입자가 크기 별로 분리되었는지 여부를 확인할 수 있도록 형성된 검출 선(detection line)(50)을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 상기 멀티오리피스 세그먼트(20)의 길이는 예를 들어, 30mm일 수 있다.
또한, 상기 멀티오리피스 세그먼트(20)는 상기 수축부(250) 및 상기 확장부(200)가, 예를 들어, 제1 방향(X)으로 100개가 반복 연결되어 형성될 수 있다.
다만, 이는 상기멀티오리피스 세그먼트(20)의 크기 및 단면적을 표현하기 위한 일 예를 나타낸 것으로, 이에 제한되지 않는다.상기 확장부(200) 및 상기 수축부(250)의 길이 및 단면적은 유체 내 포함된 입자의 크기에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 또한 상기 확장부(200) 및 상기 수축부(250)의 반복 유닛의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 멀티오리피스 세그먼트(20)의 각 세그먼트는 하나의 상기 수축부(250) 및 하나의 상기 확장부(200)로 구성된다.
이하에서는 상기 수축부(250) 및 상기 확장부(200)의 형상을 수치를 예를 들어 설명한다.
상기 확장부(200)는 제1 사선부(210), 제2 사선부(220) 및 연장부(240)를 포함한다.
상기 제1 사선부(210)는 상기 수축부에 대하여 45도의 경사를 이루 는 것이 바람직하다. 상기 제2 사선부(220)는 상시 수축부(250)를 기준으로 상기 제1사선부(210)와 대칭으로 연장된다. 따라서, 상기 제 2사선부(220)도 상시 수축부(250)에 대하여 45도의 경사를 이룰 수 있다.
이와 같이, 상기 사선부(230)는 상기 제1 방향으로 연장되는 상기 수축부(250)에 대하여 45도의 경사각을 형성하므로, 상기 확장부(200)는 유체 흐름 방향으로 점점 넓어지는 구조로 형성된다.
따라서, 상기 확장부(200) 내에서 상기 유체 샘플이 급작스럽게 확장되면서 입자의 크기에 따른 서로 다른 관성력이 작용하도록 하며, 관성력의 차이에 의하여 크기에 따라 서로 다른 위치로 입자가 보다 효과적으로 정렬 할 수 있다.
한편, 상기 제1사선부(210) 및 제2 사선부(220)의 상기 제1 방향(X)으로의 길이, 및 상기 연장부의 상기 제1 방향으로의 길이는 동일하다. 예를 들어, 상기 제1사선부(210) 및 제2 사선부(220)의 상기 제1 방향(X)으로의 길이가 200 ㎛이면, 상기 연장부의 상기 제1 방향으로의 길이도 200 ㎛일 수 있다.
또한, 상기 연장부(240)의 상기 제1 방향으로의 길이가 상기 수축부(250)의 상기 제1 방향으로의 길이보다 긴 것이 바람직하다. 상기 연장부의 상기 제1 방향으로의 길이와 상기 수축부의 상기 제1 방향으로의 길이의 비는 2:1인 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 상기 연장부(240)의 길이가 200 ㎛인 경우, 상기 수축부(250)의 상기 제1 방향으로의 길이는 100㎛일 수 있다.
또한, 상기 수축부(250)의 상기 제1 방향으로의 길이와 상기 수축부(250)의 상기 제2 방향으로의 폭은 동일한 것이 바람직하다. 따라서, 상기 수축부(250)의 상기 제2 방향으로의 폭은 100㎛일 수 있다.
상기 연장부(240)의 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향(Y)으로의 폭은 상기 수축부(250)의 상기 제2 방향으로의 폭과 동일한 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 수축부(250)의 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향(Y)으로의 폭이 100㎛인 경우, 상기 연장부(240)의 상기 제2 방향으로의 폭도 100㎛일 수 있다.
한편, 상기 확장부(200) 및 상기 수축부(250)는 동일한 높이를 가지는 것이 바람직하다. 상기 확장부(200)의 상기 제1 및 제2 방향들에 수직인 제3 방향(Z)으로의 높이가 50㎛이면, 상기 수축부(250)의 상기 제3 방향으로의 높이도 50㎛일 수 있다.
본 실시예에서, 상기 확장부(200) 및 상기 수축부(250)의 높이가 50㎛이고, 상기 수축부(250)의 상기 제1 방향으로의 길이가 100㎛이므로, 상기 확장부(200) 및 상기 수축부(250)의 높이와 상기 수축부(250)의 상기 제1 방향으로의 길이의 비는 1:2인 것이 바람직하다.
한편, 유체에 포함되는 입자들은 크기에 따라 서로 다른 관성력이 작용하며, 상기 관성력에 의해 서로 다른 위치로 정렬된다. 전술한 바와 같은 상기 확장부(200)의 사선방향으로 대칭적으로 연장되는 형상에 의해 상기 확장부(200)를 통과하는 유체가 급작스럽게 확장되어 관성력이 크게 작용될 수 있다. 이와 같은 형상을 갖는 확장부(200)를 포함하는 미세유로 바이오칩(100)에 유체 샘플을 통과시켜 유속에 따른 입자 분리 실험을 수행하였다.
후술하겠으나, 본 실시예에서 상기 유체 샘플의 유속에 따라 상기 유체 샘플의 동일한 직경을 갖는 입자의 정렬 실험 결과가 다르게 나타남을 확인할 수 있다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 도 1의 마이크로 입자의 크기에 따른 유동형태를 도시한 이미지들이다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 상기 멀티오리피스 세그먼트(20) 내에서, 2 ㎛ 입자(blue)가 상대적으로 가장 넓게 분포하며, 그 다음으로 6 ㎛ 입자(green)가 상대적으로 넓게 분포하고, 13 ㎛ 입자(red)가 상대적으로 가장 좁게 분포하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 2 ㎛ 입자(blue)가 상기 제2 방향으로의 유동성이 가장 크며, 상기 제2 방향으로의 유동성은 2 ㎛ 입자(blue), 6 ㎛ 입자(green), 13 ㎛ 입자(red) 순으로 큰 것을 알 수 있다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 도 1 의 마이크로 입자의 유속에 따른 형광입자의 유동형태 변화를 도시한 이미지들이다.
즉, 도 4a는 2㎛ 직경의 입자로 혈소판의 거동을 나타낸다.도 4b는 6㎛ 직경의 입자로 적혈구의 거동을 나타낸다.도 4c는 13㎛ 직경의 입자로 백혈구 및 암세포의 거동을 나타낸다.
상기 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 구체적으로 상기 멀티오리피스 세그먼트(20)에서 Upstream(도 1의 110), Midstream(도 1의 120), 및 Downstream(도 1의 130) 세그먼트에서 샘플 용액 1, 2 및 3에 포함된 입자의 배치를 형광 사진 촬영으로 측정했다.
상기 샘플 용액 1은 2 ㎛ 입자(혈소판)을 포함하고, 상기 샘플 용액 2는 6 ㎛ 입자(적혈구)를 포함하고, 상기 샘플 용액 3은 13 ㎛ 입자(백혈구 및 암세포)를 포함한다.
측정 결과, 샘플 용액 1에 포함된 2 ㎛ 입자(혈소판)는 상기 미세유로 바이오칩(100)의 상기 유출부(30) 및 상기 멀티오리피스 세그먼트(20)에서 전체적으로 넓은 유동을 보이는 것이 관찰되었다.
샘플 용액 2에 포함된 6 ㎛ 입자는 상기 유출부(30) 및 상기 멀티오리피스 세그먼트(20)의 양 측벽 부분에 위치하는 것으로 관찰되었다.
상기 6 ㎛ 입자는 특정 레이놀즈 수(Re=0.75)에서는 일 측벽 근방에서만 흐르는 특징을 갖는데, 이는 버퍼 제공부로부터 버퍼의 유입으로 일 측벽으로 바이어스(bias)되기 때문이다.따라서 바이어스된 입자는 멀티오리피스 세그먼트(20)의 말단까지 동일한 측벽으로 바이어스됨을 확인할 수 있다.
반면에, 상기 샘플 용액 3에 포함된 약 13 ㎛ 입자는 특정 레이놀즈 수(Re=6.40)에서 상기 유출부(30) 및 상기 멀티오리피스 세그먼트(20)의 중앙 부분에 몰려있는 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 2 ㎛ 입자는 유속이 빠를수록 유동성이 크므로 상기 유출부(30)에 전체적으로 넓게 분포한다.상기 2 ㎛ 입자는 레이놀즈 수(Re)가 0.15인 경우에, 레이놀즈 수(Re)가 0.08인 경우보다, 상기 유출부(30)에 더 넓게 분포하는 것이 관찰되었다.
상기 6 ㎛ 입자는 유속이 느린 경우(Re=0.75) 상기 유출부(30)의 양측벽에 집중적으로 모이나, 유속이 빠른 경우(Re=1.35) 상기 유출부(30)의 양측벽 및 중앙부분에 모이는 것이 관찰 되었다.
상기 13 ㎛ 입자는 유속이 빠를수록(Re=6.40) 상기 유출부(30)의 중앙에 집중적으로 몰리는 것을 확인할 수 있다.
상기 레이놀즈 수를 통해 특정 유체의 흐름이 층류(laminar flow)인지 난류(turbulent flow)인지 여부를 예측하는 데, 상기 층류는 점성력이 지배적인 유체 흐름의 일종으로서 레이놀즈 수가 낮고, 상기 난류는 관성력이 지배적인 유체 흐름의 일종으로서 레이놀즈 수가 높게 나타남은 주지의 사실이다.
한편, 상기 혈액샘플의 경우, 좁은 미세유동장치 내 채널을 통과하는 경우와 같이 점성이 큰 유체가 폭이 좁은 유로를 천천히 움직이는 경우에는 층류가 나타날 수 있다.
도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 도 1의 서로 다른 크기의 마이크로 입자를 섞은 후 유속에 따라 진행한 분리실험결과를 도시한 이미지들이다.
도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 서로 다른 크기의 입자를 섞은 후 유속에 따라 진행한 분리실험결과, 상기 미세유로 바이오칩(100)에서 상대적으로 크기가 가장 큰 입자(13 ㎛, red)는 상기 미세유로 바이오칩(100)의 중앙 부분으로 점점 모이고, 상대적으로 크기가 작은 입자(6 ㎛, green)는 상기 미세유로 바이오칩(100)의 양 측벽 부분으로 점점 모이는 것을 확인할 수 있다.또한, 상대적으로 크기가 가장 작은 입자(2 ㎛, blue)는 유동성이 크기 때문에 상기 미세유로 바이오칩(100)에 넓게 퍼져있는 것을 확인 할 수 있다.
또한, 유속이 점점 빨라질수록(레이놀즈 수가 커질수록) 상기 2 ㎛ 입자는 상기 미세유로 바이오칩(100)의 중앙 부분부터 양 측벽 부분까지 전체적으로 넓게 퍼져있으며,상기 6 ㎛ 입자는 상기 미세유로 바이오칩(100)의 중앙 부분 및 양 측벽 부분에 몰려있다.상기 13 ㎛ 입자는 유속이 빠를 수록 상기 미세유로 바이오칩(100)의 중앙에 집중적으로 모이는 것을 확인할 수 있다.
도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d, 도 6e 및 도 6f는 도 1의 각 유속에 따른 마이크로 입자의 미세유로 내 분포결과를 도시한 그래프들이다.
도 6a 내지 도 6f를 참조하면, 유속이 빠를 수록 상기 미세유로 바이오칩(100)의 중앙 부분에서 입자 분포율(Particle distribution)이 커지는 것을 확인 할 수 있다.
도 6a는 유속이 220㎕/min인 경우 상기 2 ㎛ 입자, 상기 6 ㎛ 입자, 및 상기 13 ㎛ 입자의 상기 미세유로 바이오칩(100) 내 분포결과를 나타낸다.
도 6b는 유속이 240㎕/min인 경우 상기 2 ㎛ 입자, 상기 6 ㎛ 입자, 및 상기 13 ㎛ 입자의 상기 미세유로 바이오칩(100) 내 분포결과를 나타낸다.
도 6c는 유속이 260㎕/min인 경우 상기 2 ㎛ 입자, 상기 6 ㎛ 입자, 및 상기 13 ㎛ 입자의 상기 미세유로 바이오칩(100) 내 분포결과를 나타낸다.
도 6d는 유속이 280㎕/min인 경우 상기 2 ㎛ 입자, 상기 6 ㎛ 입자, 및 상기 13 ㎛ 입자의 상기 미세유로 바이오칩(100) 내 분포결과를 나타낸다.
도 6e는 유속이 300㎕/min인 경우 상기 2 ㎛ 입자, 상기 6 ㎛ 입자, 및 상기 13 ㎛ 입자의 상기 미세유로 바이오칩(100) 내 분포결과를 나타낸다.
도 6f는 유속이 320㎕/min인 경우 상기 2 ㎛ 입자, 상기 6 ㎛ 입자, 및 상기 13 ㎛ 입자의 상기 미세유로 바이오칩(100) 내 분포결과를 나타낸다.
상기 도 6a에서 상기 도 6f로 갈수록, 즉 유속이 빨라질수록 상기 미세유로 바이오칩(100)의 중앙 부분에서 상기 13 ㎛ 입자(red)의 입자 분포율이 증가한다.유속이 가장 느린 경우, 즉 상기 도 6a에서 상기 미세유로 바이오칩(100)의 중앙 부분의 입자 분포율이 가장 낮고, 상기 도 6f에서 상기 미세유로 바이오칩(100)의 중앙 부분의 입자 분포율이 가장 높다.
또한 상기 13 ㎛ 입자(red)는 상기 미세유로 바이오칩(100)의 양 측벽에는 거의 분포되지 않으며 중앙 부분에 집중적으로 분포된 것을 확인할 수 있다.
상기 6 ㎛ 입자(green)는 유속이 가장 느린 경우, 즉 상기 도 6a에서 상기 미세유로 바이오칩(100)의 양 측벽의 입자 분포율이 가장 높다.상기 도 6a에서 상기 도 6f로 갈수록 상기 MOFF 채널(100)의 양 측벽의 입자 분포율이 낮아지는 반면에 상기 MOFF 채널(100)의 중앙 부분의 입자 분포율이 높아진다.
상기 2 ㎛ 입자(blue)는 상기 미세유로 바이오칩(100) 내에 전체적으로 분포하고 있다.상기 도 6a 내지 상기 도 6f에서, 입자 분포율이 거의 비슷하다.다만, 상기 도 6a에서 상기 도 6f로 갈수록 상기 미세유로 바이오칩(100)의 중앙 부분의 입자 분포율이 점점 높아지는 것을 확인할 수 있다.
한편, 상기 도 6a 내지 상기 도 6f 중, 상기 도 6b에서 상기 6 ㎛ 입자(green), 상기 13 ㎛ 입자(red)의 구분이 가장 뚜렷하게 나타난다.또한 도 5d의 Stacked image에서도 유속이 240㎕/min인 경우에 green 및 red 선이 가장 뚜렷하게 관찰된다.따라서 상기 입자 분류의 최적 유속은 240㎕/min임을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 미세유로 바이오칩은 세포의 크기에 따라 세포를 효과적으로 분리 할 수 있다.
또한, 분리 대상의 전처리 과정을 필요로 하지 않으며 처리속도가 빠른 효과가 있다.
또한, 혈액 내 극소량(1-1000개/ml, 직경 10㎛ 이상) 함유된 순환종양세포를 검침하기 위하여 적혈구(5x109개/ml, 직경 6-8㎛, 두께 2㎛), 혈소판(직경2㎛) 등을 미리 분리 제거함으로써 순환종양세포의 검침확률을 높일 수 있다.
또한, 확장부의 급작스러운 유체의 확장은 입자의 크기에 따른 서로 다른 관성력이 작용하도록 하며 관성력의 차이에 의하여 크기에 따라 서로 다른 위치로 입자가 정렬할 수 있게 한다.
나아가, 확장부의 형태를 45도 각도로 기울인 형태를 취하여, 관성력의 차이를 극대화 할 수 있고 이를 통하여 처리속도를 종래기술과 비교하여 3배(300㎕/min 내외) 빠르게 처리할 수 있다.
10: 유입부 20: 멀티오리피스 세그먼트
30: 유출부 40: 필터
50: 검출선 110: Upstream
120: Midstream 130: Downstream
200: 확장부 210: 제1 사선부
220: 제2 사선부 230: 사선부
240: 연장부 250: 수축부

Claims (11)

  1. 복수의 확장부들 및 복수의 수축부들이 연장방향인 제1 방향으로 교번적으로 연결된 멀티오리피스 세그먼트(multiorifice segment); 및
    상기 멀티오리피스 세그먼트의 양 말단에 형성된 유입부 및 유출부를 포함하며,
    상기 확장부들 각각은, 상기 제1 방향으로 연장되며 상기 수축부들 각각에 연결되는 연장부, 및 상기 연장부로부터 사선방향으로 서로 대칭으로 연장되는 제1 및 제2 사선부들을 포함하고,
    상기 제1 사선부는 상기 수축부에 대하여 45도의 경사를 이루고, 상기 제2 사선부는 상기 수축부를 기준으로 상기 제1 사선부와 대칭으로 연장되고,
    상기 연장부의 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로의 폭은 상기 수축부의 상기 제2 방향으로의 폭과 동일하며,
    상기 수축부의 상기 제1 방향으로의 길이와 상기 수축부의 상기 제2 방향으로의 폭은 동일한 것을 특징으로 하는 미세유로 바이오칩.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 사선부들의 상기 제1 방향으로의 길이, 및 상기 연장부의 상기 제1 방향으로의 길이는 동일하며,
    상기 연장부의 상기 제1 방향으로의 길이가 상기 수축부의 상기 제1 방향으로의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 미세유로 바이오칩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연장부의 상기 제1 방향으로의 길이와 상기 수축부의 상기 제1 방향으로의 길이의 비는 2:1인 것을 특징으로 하는 미세유로 바이오칩.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 확장부 및 상기 수축부는 동일한 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 미세유로 바이오칩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 확장부 및 상기 수축부의 높이와 상기 수축부의 상기 제1 방향으로의 길이의 비는 1:2인 것을 특징으로 하는 미세유로 바이오칩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 멀티오리피스 세그먼트에 흐르는 유체 샘플의 유속은 240㎕/min인 것을 특징으로 하는 미세유로 바이오칩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유입부와 상기 멀티오리피스 세그먼트 사이에는 필터(filter)가 배치되는 것을 특징으로 하는 미세유로 바이오칩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 유출부는 입자가 크기 별로 분리되었는지 여부를 확인할 수 있도록 형성된 검출 선(detection line)을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유로 바이오칩.
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