KR102061979B1 - Free sedimentation-based microfluidic filtering system and method with improved throughput - Google Patents

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KR102061979B1
KR102061979B1 KR1020180095482A KR20180095482A KR102061979B1 KR 102061979 B1 KR102061979 B1 KR 102061979B1 KR 1020180095482 A KR1020180095482 A KR 1020180095482A KR 20180095482 A KR20180095482 A KR 20180095482A KR 102061979 B1 KR102061979 B1 KR 102061979B1
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KR
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capture space
outlet
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sample
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KR1020180095482A
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김봉준
하미드레자 시린카미
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재단법인 다차원 스마트 아이티 융합시스템 연구단
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Abstract

The present invention discloses a free sedimentation-based microfluidic filtering system and method with improved filtration throughput. The free sedimentation-based microfluidic filtering system with improved filtration throughput according to one embodiment comprises an inlet through which a sample is introduced; at least one outlet through which the sample is discharged; and a capture space portion, arranged between the inlet and the at least one outlet, formed to have a depth deeper than the inlet and the at least one outlet, and filtering at least one target particle included in the sample flowing from the inlet toward the at least one outlet using a free sedimentation phenomenon.

Description

여과 처리량을 향상시킨 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템 및 방법{FREE SEDIMENTATION-BASED MICROFLUIDIC FILTERING SYSTEM AND METHOD WITH IMPROVED THROUGHPUT}FREE SEDIMENTATION-BASED MICROFLUIDIC FILTERING SYSTEM AND METHOD WITH IMPROVED THROUGHPUT}

아래의 설명은 마이크로스케일의 입자(이하, 입자는 세포를 포함함)를 여과하는 기술로서, 보다 상세하게 자유 침강 현상을 이용하여 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 여과하는 시스템 및 그 방법에 대한 것이다.The description below is a technique for filtering microscale particles (hereinafter, the particles include cells), and more particularly, a system and method for selectively filtering at least one target particle using a free settling phenomenon. .

시료에 포함되는 복수의 입자들 중 원하는 물리적 특성(크기 및 밀도)의 적어도 하나의 입자(이하, 적어도 하나의 타겟 입자로 기재함)를 여과하는 것은 적어도 하나의 타겟 입자를 포획 공간부에 포획하고 나머지 입자들을 배출하는 것으로서, 마이크로스케일의 입자를 여과하는 방식으로는 크게 수력학적 도약 현상을 이용하는 방식과 자유 침강 현상을 이용하는 방식이 있다.Filtration of at least one particle (hereinafter referred to as at least one target particle) of desired physical properties (size and density) among the plurality of particles included in the sample traps at least one target particle in the capture space and As the remaining particles are discharged, there are two methods of filtering microscale particles using a hydraulic leap phenomenon and a method using free sedimentation.

이 때, 여과 특성 상 포획되는 적어도 하나의 타겟 입자보다는 배출되는 나머지 입자들이 중요하기 때문에, 적어도 하나의 타겟 입자가 출구부로 휩쓸려 나갈 수 있는 수력학적 도약 현상을 이용하는 방식보다는 적어도 하나의 타겟 입자가 출구부로 휩쓸려 나가는 것을 방지할 수 있는 자유 침강 방식이 더 효과적이다.At this time, since the remaining particles to be discharged are important rather than the trapped at least one target particle due to the filtration characteristics, at least one target particle exits rather than using a hydraulic leap phenomenon in which at least one target particle can be swept out to the outlet. Free sedimentation is more effective to prevent sweeping away.

이에, 아래의 실시예들은 자유 침강 방식을 이용하는 미세유체 여과 시스템 및 방법에 대해 개시한다.Thus, the following examples disclose a microfluidic filtration system and method using a free settling scheme.

일 실시예들은 자유 침강 현상을 이용하여, 시료에 포함되는 복수의 입자들 중 원하는 물리적 특성(크기 및 밀도)의 적어도 하나의 입자(이하, 적어도 하나의 타겟 입자로 기재함)를 선택적으로 여과하는 시스템 및 방법을 제공한다.One embodiment uses a free sedimentation phenomenon to selectively filter at least one particle (hereinafter referred to as at least one target particle) of desired physical properties (size and density) among a plurality of particles included in the sample. Provides a system and method.

보다 상세하게, 일 실시예들은 적어도 하나의 타겟 입자의 침강 속도를 고려하여 적어도 하나의 타겟 입자를 포획 공간부에 포획 및 여과하고, 시료에 포함되는 입자들 중 포획 및 여과된 적어도 하나의 타겟 입자를 제외한 나머지 입자를 배출함으로써, 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 여과하는 시스템 및 방법을 제공한다.More specifically, one embodiment captures and filters the at least one target particle in the capture space in consideration of the settling velocity of the at least one target particle, and at least one target particle captured and filtered among the particles included in the sample. A system and method are provided for selectively filtering at least one target particle by discharging the remaining particles except for.

이 때, 일 실시예들은 적어도 하나의 타겟 입자의 침강 속도에 기초하여 포획 공간부의 길이를 결정 및 조절함으로써, 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 여과하는 시스템 및 방법을 제공한다.At this time, one embodiment provides a system and method for selectively filtering at least one target particle by determining and adjusting the length of the capture space based on the settling velocity of the at least one target particle.

특히, 일 실시예들은 적어도 하나의 배출구에 인접한 영역의 부피가 유입구에 인접한 영역의 부피보다 커지는 형태로 포획 공간부를 형성함으로써, 포획 공간부 내 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도를 감소시켜 여과 처리량 및 여과율을 향상시킨 시스템 및 방법을 제공한다.In particular, one embodiment forms a capture space in such a way that the volume of the region adjacent to the at least one outlet is greater than the volume of the region adjacent to the inlet, thereby reducing the rate of movement of the at least one target particle in the capture space and thereby filtering filtration and Provided are systems and methods for improving filtration rate.

또한, 일 실시예들은 유입구의 부피 및 포획 공간부의 부피를 결정 및 조절함으로써, 유입구에서의 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도를 증가시키고 포획 공간부 내 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도를 감소시켜 여과 처리량 및 여과율을 향상시킨 시스템 및 방법을 제공한다.Further, one embodiment determines and controls the volume of the inlet and the volume of the capture space, thereby increasing the rate of movement of the at least one target particle at the inlet and reducing the rate of movement of the at least one target particle in the capture space. Provided are systems and methods that have improved throughput and filtration rates.

일 실시예에 따르면, 여과 처리량을 향상시킨 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템은, 시료가 유입되는 유입구; 상기 시료가 배출되는 적어도 하나의 배출구; 및 상기 유입구 및 상기 적어도 하나의 배출구 사이에 배치된 채 상기 유입구 및 상기 적어도 하나의 배출구보다 깊은 깊이를 갖도록 형성되어, 상기 유입구로부터 상기 적어도 하나의 배출구를 향해 흐르는 상기 시료에 포함되는 적어도 하나의 타겟 입자를 자유 침강 현상을 이용하여 여과하는 포획 공간부를 포함한다.According to one embodiment, the free sedimentation-based microfluidic filtration system with improved filtration throughput, the inlet through which the sample is introduced; At least one outlet through which the sample is discharged; And at least one target disposed between the inlet port and the at least one outlet port to have a depth deeper than the inlet port and the at least one outlet port, and included in the sample flowing from the inlet port toward the at least one outlet port. And a capture space portion for filtering the particles using the free sedimentation phenomenon.

일 측면에 따르면, 상기 포획 공간부는, 상기 포획 공간부의 깊이가 상기 유입구의 깊이보다 깊어져 상기 시료의 이동 속도가 상기 포획 공간부에서 저하됨에 따라 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 침강시켜 여과할 수 있다.According to one aspect, the capture space portion, the depth of the capture space portion is deeper than the depth of the inlet can be filtered by seizing the at least one target particles as the moving speed of the sample is lowered in the capture space portion. .

다른 측면에 따르면, 상기 포획 공간부는, 상기 시료에 포함되는 입자들 각각의 크기 또는 밀도에 기초하여 상기 입자들이 서로 침강 속도를 갖게 됨에 따라, 상기 입자들 중 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 여과할 수 있다.According to another aspect, the capture space portion selectively filters the at least one target particle of the particles as the particles have a sedimentation rate with each other based on the size or density of each of the particles included in the sample. can do.

또 다른 측면에 따르면, 상기 포획 공간부의 길이는, 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 침강 속도에 기초하여 결정될 수 있다.According to another aspect, the length of the capture space portion may be determined based on the sedimentation velocity of the at least one target particle.

또 다른 측면에 따르면, 상기 포획 공간부는, 상기 적어도 하나의 배출구에 인접한 영역의 부피가 상기 유입구에 인접한 영역의 부피보다 커지는 형태로 형성되어, 상기 포획 공간부 내 이동 경로에 따른 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도를 감소시킬 수 있다.According to another aspect, the capture space, the volume of the region adjacent to the at least one outlet is formed in a shape larger than the volume of the region adjacent to the inlet, the at least one target according to the movement path in the capture space It is possible to reduce the moving speed of the particles.

또 다른 측면에 따르면, 상기 포획 공간부의 상기 유입구에 인접한 영역의 부피 및 상기 적어도 하나의 배출구에 인접한 영역의 부피는, 상기 포획 공간부 내 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도 및 침강 속도에 기초하여 결정될 수 있다.According to another aspect, the volume of the region adjacent to the inlet of the capture space and the volume of the region adjacent to the at least one outlet are based on the movement speed and the settling velocity of the at least one target particle in the capture space. Can be determined.

또 다른 측면에 따르면, 상기 유입구의 부피와 상기 포획 공간부의 상기 유입구에 인접한 영역의 부피 및 상기 적어도 하나의 배출구에 인접한 영역의 부피는, 상기 유입구에서의 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도, 상기 포획 공간부 내 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도 및 침강 속도에 따른 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 여과 처리량 및 여과율에 기초하여 결정될 수 있다.According to yet another aspect, the volume of the inlet, the volume of the region adjacent to the inlet of the capture space and the volume of the region adjacent to the at least one outlet, the speed of movement of the at least one target particle at the inlet, the It may be determined based on the filtration throughput and the filtration rate of the at least one target particle according to the moving speed and the settling velocity of the at least one target particle in the capture space.

또 다른 측면에 따르면, 상기 포획 공간부는, 상기 적어도 하나의 배출구에 인접한 영역의 폭이 상기 유입구에 인접한 영역의 폭보다 넓어지는 형태로 형성되어, 상기 포획 공간부 내 이동 경로에 따른 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도를 감소시킬 수 있다.According to another aspect, the capture space portion, the width of the region adjacent to the at least one outlet is formed in a shape that is wider than the width of the region adjacent to the inlet, the at least one according to the movement path in the capture space It is possible to reduce the moving speed of the target particle.

또 다른 측면에 따르면, 상기 포획 공간부는, 외경이 내경보다 넓어지는 원 형태로 형성되고, 상기 유입구는, 상기 원 형태의 포획 공간부의 중심에 위치하고, 상기 적어도 하나의 배출구는, 상기 원 형태의 포획 공간부의 외경에 위치할 수 있다.According to another aspect, the capture space portion is formed in a circular shape, the outer diameter is wider than the inner diameter, the inlet is located at the center of the circular capture space portion, the at least one outlet is the capture of the circle shape It may be located at the outer diameter of the space portion.

일 실시예에 따르면, 여과 처리량을 향상시킨 자유 침강 기반 미세유체 여과 방법은, 유입구를 통해 시료를 유입시키는 단계; 상기 유입구와 상기 시료가 배출되는 적어도 하나의 배출구 사이에 배치된 채 상기 유입구 및 상기 적어도 하나의 배출구보다 깊은 깊이를 갖도록 형성되는 포획 공간부에서, 상기 유입구로부터 상기 적어도 하나의 배출구를 향해 흐르는 상기 시료에 포함되는 적어도 하나의 타겟 입자를 자유 침강 현상을 이용하여 여과하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 배출구를 통해 상기 타겟 입자가 여과되고 난 시료를 배출시키는 단계를 포함한다,According to one embodiment, the free sedimentation-based microfluidic filtration method with improved filtration throughput comprises the steps of: introducing a sample through an inlet; The sample flowing from the inlet toward the at least one outlet in a capture space formed between the inlet and the at least one outlet through which the sample is discharged to have a depth deeper than the inlet and the at least one outlet; Filtering at least one target particle included in a free sedimentation phenomenon; And discharging the sample after the target particles have been filtered through the at least one outlet.

일 측면에 따르면, 상기 여과하는 단계는, 상기 포획 공간부의 깊이가 상기 유입구의 깊이보다 깊어져 상기 시료의 이동 속도가 상기 포획 공간부에서 저하됨에 따라 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 침강시켜 여과하는 단계일 수 있다.According to one aspect, the filtering step, the depth of the capture space portion is deeper than the depth of the inlet port so that the movement speed of the sample is lowered in the capture space portion to settle and filter the at least one target particles Can be.

다른 측면에 따르면, 상기 여과하는 단계는, 상기 시료에 포함되는 입자들 각각의 크기 또는 밀도에 기초하여 상기 입자들이 서로 다른 침강 속도를 갖게 됨에 따라, 상기 입자들 중 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 여과하는 단계일 수 있다.According to another aspect, the step of filtering, the particles having a different sedimentation rate based on the size or density of each of the particles included in the sample, thereby selectively selecting the at least one target particles of the particles It may be a step of filtering.

또 다른 측면에 따르면, 상기 여과하는 단계는, 상기 포획 공간부가 상기 적어도 하나의 배출구에 인접한 영역의 부피가 상기 유입구에 인접한 영역의 부피보다 커지는 형태로 형성됨에 따라, 상기 포획 공간부 내 이동 경로에 따른 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도를 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect, the filtration step, as the capture space is formed in a shape such that the volume of the region adjacent to the at least one outlet is larger than the volume of the region adjacent to the inlet, the movement path in the capture space portion It may include reducing the moving speed of the at least one target particle according.

일 실시예에 따르면, 여과 처리량을 향상시킨 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템은, 시료가 유입되는 유입구; 상기 시료가 배출되는 적어도 하나의 배출구; 및 상기 유입구 및 상기 적어도 하나의 배출구 사이에 배치된 채 상기 유입구 및 상기 적어도 하나의 배출구보다 깊은 깊이를 갖도록 형성되어, 상기 유입구로부터 상기 적어도 하나의 배출구를 향해 흐르는 상기 시료에 포함되는 적어도 하나의 타겟 입자를 자유 침강 현상을 이용하여 포획 및 여과하는 포획 공간부-상기 포획 공간부는 상기 적어도 하나의 배출구에 인접한 영역의 부피가 상기 유입구에 인접한 영역의 부피보다 커지는 형태로 형성됨-를 포함한다.According to one embodiment, the free sedimentation-based microfluidic filtration system with improved filtration throughput, the inlet through which the sample is introduced; At least one outlet through which the sample is discharged; And at least one target disposed between the inlet port and the at least one outlet port to have a depth deeper than the inlet port and the at least one outlet port, and included in the sample flowing from the inlet port toward the at least one outlet port. And a capture space portion for capturing and filtering the particles using free sedimentation, wherein the capture space portion is formed such that the volume of the region adjacent to the at least one outlet is greater than the volume of the region adjacent to the inlet.

일 실시예들은 자유 침강 현상을 이용하여, 시료에 포함되는 복수의 입자들 중 원하는 물리적 특성(크기 및 밀도)의 적어도 하나의 입자(이하, 적어도 하나의 타겟 입자로 기재함)를 선택적으로 여과하는 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.One embodiment uses a free sedimentation phenomenon to selectively filter at least one particle (hereinafter referred to as at least one target particle) of desired physical properties (size and density) among a plurality of particles included in the sample. Systems and methods can be provided.

보다 상세하게, 일 실시예들은 적어도 하나의 타겟 입자의 침강 속도를 고려하여 적어도 하나의 타겟 입자를 포획 공간부에 포획 및 여과하고, 시료에 포함되는 입자들 중 포획 및 여과된 적어도 하나의 타겟 입자를 제외한 나머지 입자를 배출함으로써, 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 여과하는 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.More specifically, one embodiment captures and filters the at least one target particle in the capture space in consideration of the settling velocity of the at least one target particle, and at least one target particle captured and filtered among the particles included in the sample. By discharging the remaining particles except for, it is possible to provide a system and method for selectively filtering at least one target particle.

이 때, 일 실시예들은 적어도 하나의 타겟 입자의 침강 속도에 기초하여 포획 공간부의 길이를 결정 및 조절함으로써, 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 여과하는 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.At this time, one embodiment may provide a system and method for selectively filtering at least one target particle by determining and adjusting the length of the capture space based on the settling velocity of the at least one target particle.

특히, 일 실시예들은 적어도 하나의 배출구에 인접한 영역의 부피가 유입구에 인접한 영역의 부피보다 커지는 형태로 포획 공간부를 형성함으로써, 포획 공간부 내 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도를 감소시켜 여과 처리량 및 여과율을 향상시킨 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.In particular, one embodiment forms a capture space in such a way that the volume of the region adjacent to the at least one outlet is greater than the volume of the region adjacent to the inlet, thereby reducing the rate of movement of the at least one target particle in the capture space and thereby filtering filtration and It is possible to provide a system and method with improved filtration rate.

또한, 일 실시예들은 유입구의 부피 및 포획 공간부의 부피를 결정 및 조절함으로써, 유입구에서의 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도를 증가시키고 포획 공간부 내 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도를 감소시켜 여과 처리량 및 여과율을 향상시킨 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.Further, one embodiment determines and controls the volume of the inlet and the volume of the capture space, thereby increasing the rate of movement of the at least one target particle at the inlet and reducing the rate of movement of the at least one target particle in the capture space. Systems and methods can be provided that improve throughput and filtration rates.

도 1 내지 2는 일 실시예에 따른 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템에서 포획 공간부의 폭의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 자유 침강 기반 미세유체 여과 방법을 나타낸 플로우 차트이다.1 to 2 are diagrams showing a free settling based microfluidic filtration system according to one embodiment.
3 is a view for explaining the change in the width of the capture space in the free sedimentation-based microfluidic filtration system shown in FIG.
4 is a flow chart showing a free sedimentation-based microfluidic filtration method according to one embodiment.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the embodiments. Also, like reference numerals in the drawings denote like elements.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(Terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 시청자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 예컨대, 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In addition, terms used in the present specification are terms used to properly express preferred embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of the viewer, the operator, or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of the terms should be made based on the contents throughout the specification. For example, in this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the text. Also, as used herein, “comprises” and / or “comprising” refers to one or more other components, steps, operations and / or elements. It does not exclude the presence or addition of devices.

또한, 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 제시된 각각의 실시예 범주에서 개별 구성요소의 위치, 배치, 또는 구성은 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.In addition, it should be understood that various embodiments of the present invention are different from one another, but need not be mutually exclusive. For example, specific shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention with respect to one embodiment. In addition, it should be understood that the position, arrangement, or configuration of individual components in each of the exemplary embodiments presented may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention.

이하에서 기재되는 타겟 입자는 시료에 포함되는 복수의 입자들 중 원하는 물리적 특성(크기 및 밀도)를 갖는 입자로서, 여과하고자 하는 입자를 의미한다.The target particles described below are particles having desired physical properties (size and density) among the plurality of particles included in the sample, and mean particles to be filtered.

도 1 내지 2는 일 실시예에 따른 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템에서 포획 공간부의 폭의 변화를 설명하기 위한 도면이다. 보다 상세하게, 도 1은 일 실시예에 따른 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템을 나타낸 상면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템을 나타낸 단면도이다.1 to 2 are views showing a free settling based microfluidic filtration system according to an embodiment, and FIG. 3 is a view for explaining a change in the width of the capture space in the free settling based microfluidic filtration system shown in FIG. 1. . More specifically, FIG. 1 is a top view showing a free settling based microfluidic filtration system according to an embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing the free settling based microfluidic filtration system shown in FIG. 1.

도 1 내지 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템(이하, 시스템으로 기재함)(100)은, 시료가 유입되는 유입구(110), 시료가 배출되는 적어도 하나의 배출구(120) 및 유입구(110) 및 적어도 하나의 배출구(120) 사이에 배치되는 포획 공간부(130)를 포함한다.1 to 3, a free sedimentation-based microfluidic filtration system (hereinafter, referred to as a system) 100 according to one embodiment includes an inlet 110 through which a sample is introduced and at least one outlet through which a sample is discharged. And a capture space 130 disposed between the inlet 110 and the at least one outlet 120.

포획 공간부(130)는, 유입구(110) 및 적어도 하나의 배출구(120)보다 깊은 깊이를 갖도록 형성되어, 유입구(110)로부터 적어도 하나의 배출구(120)를 향해 흐르는 시료에 포함되는 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 자유 침강 현상을 이용하여 여과 및 포획한다.The capture space 130 is formed to have a depth deeper than the inlet 110 and the at least one outlet 120, at least one included in the sample flowing from the inlet 110 toward the at least one outlet 120. The target particles 140 are filtered and captured using a free sedimentation phenomenon.

구체적으로, 도 2에서 나타나듯이 유입구(110)로부터 매우 빠른 속도로 유입되는 시료는 포획 공간부(130)에 진입할 때 급격한 깊이 변화로 인해 이동 속도가 급격하게 저하되게 된다. 즉, 시료에 포함되는 입자들(140, 150)에는, 유입구(110)에서 적어도 하나의 배출구(120)를 향한 항력(drag force)이 작용하며, 포획 공간부(130)에서 중력이 작용되게 된다. 따라서, 시료에 포함되는 입자들(140, 150)은 포획 공간부(130) 내에서 침강하는 바, 일 실시예에 따른 시스템(100)은 포획 공간부(130)의 깊이가 유입구(110)의 깊이보다 깊어져 시료의 속도가 포획 공간부(130)에서 저하됨에 따른 적어도 하나의 타겟 입자(140)의 침강 현상(자유 침강 현상)을 이용하여 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 시료로부터 분리하고 및 포획 공간부(130) 내에 포획하여 여과할 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 2, the sample flowing at a very high speed from the inlet 110 has a rapid drop in movement speed due to a rapid depth change when entering the capture space 130. That is, drag forces from the inlet port 110 to the at least one outlet port 120 act on the particles 140 and 150 included in the sample, and gravity acts on the capture space 130. . Accordingly, the particles 140 and 150 included in the sample settle in the capture space 130, and according to an embodiment, the system 100 has a depth of the capture space 130 in the inlet 110. At least one target particle 140 is separated from the sample by using the sedimentation phenomenon (free sedimentation phenomenon) of the at least one target particle 140 as the depth of the sample is lowered in the capture space 130. And may be captured and filtered in the capture space 130.

이 때, 시료에 포함되는 입자들(140, 150) 각각의 침강 속도는 시료에 포함되는 입자들(140, 150) 각각의 크기 및 밀도에 비례하고 시료의 점성에 반비례하는 관계식을 갖는다. 이에, 입자들(140, 150) 각각의 크기 및 밀도가 다름에 따라, 입자들(140, 150) 각각의 침강 속도는 서로 다르게 된다. 일례로, 크기 및 밀도가 큰 입자(140)의 침강 속도는 크기 및 밀도가 작은 입자(150)의 침강 속도보다 빠를 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 시스템(100)은 시료에 포함되는 입자들(140, 150) 각각의 침강 속도를 고려하도록 설계됨으로써, 복수의 입자들(140, 150) 중 적어도 하나의 타겟 입자(140)만을 선택적으로 포획 및 여과할 수 있다.At this time, the sedimentation rate of each of the particles 140 and 150 included in the sample is proportional to the size and density of each of the particles 140 and 150 included in the sample and inversely proportional to the viscosity of the sample. Accordingly, as the sizes and densities of the particles 140 and 150 are different, the sedimentation rates of the particles 140 and 150 are different from each other. For example, the settling speed of the particles 140 having a larger size and density may be faster than the settling speed of the particles 150 having a smaller size and density. Accordingly, the system 100 according to an embodiment is designed to consider the settling velocity of each of the particles 140 and 150 included in the sample, thereby making it possible to target at least one target particle 140 of the plurality of particles 140 and 150. ) Can be selectively captured and filtered.

보다 상세하게, 일 실시예에 따른 시스템(100)은, 입자들(140, 150) 중 포획 및 여과하고자 하는 적어도 하나의 타겟 입자(140)의 침강 속도를 고려하여 포획 공간부(130)의 길이 l를 결정 및 조절함으로써, 적어도 하나의 타겟 입자(140)만을 선택적으로 포획 및 여과할 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 적어도 하나의 타겟 입자(140)의 침강 속도에 따른 침강 시간 t1S이 적어도 하나의 타겟 입자의 통과 시간 t1T보다 적은 조건(t1S<t1T)을 만족시키도록 포획 공간부(130)의 길이를 결정 및 조절하여 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 포획 공간부(130) 내에 포획 및 여과할 수 있다.More specifically, the system 100 according to an embodiment may include the length of the capture space 130 in consideration of the settling velocity of at least one target particle 140 to be captured and filtered among the particles 140 and 150. By determining and adjusting l, only at least one target particle 140 can be selectively captured and filtered. For example, the system 100 can satisfy the condition t 1S <t 1T where the settling time t 1S according to the settling velocity of the at least one target particle 140 is less than the passage time t 1T of the at least one target particle. The length of the capture space 130 may be determined and adjusted to capture and filter the at least one target particle 140 in the capture space 130.

이 때, 시스템(100)은 적어도 하나의 타겟 입자(140)의 침강 속도를 고려하여 포획 공간부(130)의 길이를 결정 및 조절하는 동시에, 시료에 포함되는 입자들(140, 150) 중 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 제외한 나머지 입자들(150)의 침강 속도를 고려할 수도 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 적어도 하나의 타겟 입자(140)의 침강 속도에 따른 침강 시간 t1S이 통과 시간 t1T보다 작은 조건(t1S<t1T)을 만족시키는 동시에, 나머지 입자들(150) 각각의 침강 속도에 따른 침강 시간 t2S이 통과 시간 t2T보다 큰 조건(t2S>t2T)을 만족시키도록 포획 공간부(130)의 길이를 결정 및 조절하여, 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 포획 공간부(130) 내에 포획 및 여과하는 동시에 나머지 입자들(150)은 적어도 하나의 배출구(120)를 통해 배출시킬 수 있다.At this time, the system 100 determines and adjusts the length of the capture space 130 in consideration of the settling velocity of the at least one target particle 140, and at least one of the particles 140 and 150 included in the sample. It is also possible to consider the settling velocity of the remaining particles 150 except for one target particle 140. For example, the system 100 may satisfy the condition t 1S <t 1T at which the settling time t 1S according to the settling speed of the at least one target particle 140 is less than the passage time t 1T , while the remaining particles ( 150) the length of the capture space 130 is determined and adjusted so that the settling time t 2S according to the settling velocity satisfies a condition (t 2S > t 2T ) greater than the passage time t 2T , so that at least one target particle While capturing and filtering 140 in the capture space 130, the remaining particles 150 may be discharged through the at least one outlet 120.

도면에는 도시되지 않았지만, 입자들 중 복수의 타겟 입자들을 포획 및 여과하고자 한다면, 시스템(100)은 복수의 타겟 입자들 각각의 침강 속도 및 낙하 지점을 고려하여 포획 공간부(130)의 길이를 결정 및 조절할 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 복수의 타겟 입자들 각각의 침강 속도에 따른 침강 시간이 복수의 타겟 입자들 각각의 통과 시간보다 적은 조건을 만족시키며, 복수의 타겟 입자들 각각의 낙하 지점을 포함하는 길이로 포획 공간부(130)의 길이를 결정 및 조절할 수 있다.Although not shown in the figure, if it is desired to capture and filter a plurality of target particles among the particles, the system 100 determines the length of the capture space 130 in consideration of the settling velocity and the dropping point of each of the plurality of target particles. And can be adjusted. For example, the system 100 satisfies the condition that the settling time according to the settling speed of each of the plurality of target particles is less than the passage time of each of the plurality of target particles, and includes a drop point of each of the plurality of target particles. The length of the capture space 130 may be determined and adjusted to the length to be.

여기서, 시료의 평균 이동 속도가 증가되면 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 여과하는 처리량은 향상될 수 있으며, 포획 공간부(130)에서의 시료의 속도가 감소되면 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 여과하는 여과율이 향상될 수 있는 바, 일 실시예에 따른 시스템(100)은 유입구(110)에서의 시료의 속도를 증가시켜 시료의 평균 이동 속도를 증가시키는 동시에 포획 공간부(130)에서의 시료의 속도가 감소시켜 처리량 및 여과율 모두를 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 일 실시예에 따른 시스템(100)은 시료의 평균 이동 속도와 관련된 포획 공간부(130)의 부피, 유입구(110)의 부피를 적응적으로 결정 및 조절함으로써, 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 여과하는 처리량과 여과율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 유입구(110)의 부피를 줄여 유입구(110)에서의 시료의 속도를 증가시키고, 포획 공간부(130)의 부피를 크게 하여 포획 공간부(130)에서의 시료의 속도를 감소시킴으로써, 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 여과하는 처리량과 여과율을 향상시킬 수 있다. 이 때, 포획 공간부(130)의 부피 및 유입구(110)의 부피 각각은 포획 공간부(130)의 폭 및 유입구(110)의 폭과 관련되므로, 시스템(100)은 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 여과하는 처리량 및 여과율에 기초하여 포획 공간부(130)의 폭 및 유입구(110)의 폭을 결정 및 조절할 수 있다.Here, when the average moving speed of the sample is increased, the throughput of filtering the at least one target particle 140 may be improved, and when the speed of the sample in the capture space 130 is reduced, the at least one target particle 140 is reduced. The filtration rate for filtering the bar may be improved. The system 100 according to the exemplary embodiment may increase the speed of the sample at the inlet 110 to increase the average moving speed of the sample and at the same time, in the capture space 130. The sample rate can be reduced to improve both throughput and filtration rate. Specifically, the system 100 according to an embodiment adaptively determines and adjusts the volume of the capture space 130 and the volume of the inlet 110 associated with the average moving speed of the sample, thereby providing at least one target particle ( 140) can improve the throughput and filtration rate. For example, the system 100 reduces the volume of the inlet 110 to increase the speed of the sample at the inlet 110, and increases the volume of the capture space 130 to increase the volume of the sample at the capture space 130. By reducing the speed of the filter, the throughput and the filtration rate of filtering the at least one target particle 140 may be improved. At this time, since each of the volume of the capture space 130 and the volume of the inlet 110 is related to the width of the capture space 130 and the width of the inlet 110, the system 100 is at least one target particle ( The width of the capture space 130 and the width of the inlet 110 may be determined and adjusted based on the throughput and the filtration rate for filtering 140.

즉, 시스템(100)은 유입구(110)에서의 적어도 하나의 타겟 입자(140)의 이동 속도, 포획 공간부(130) 내 적어도 하나의 타겟 입자(140)의 이동 속도 및 침강 속도에 따른 적어도 하나의 타겟 입자(140)의 여과 처리량 및 여과율에 기초하여, 유입구(110)의 부피와 포획 공간부(130)의 부피를 결정 및 조절할 수 있다.That is, the system 100 is at least one according to the moving speed of at least one target particle 140 in the inlet 110, the moving speed of the at least one target particle 140 in the capture space 130, and the settling speed. Based on the filtration throughput and the filtration rate of the target particles 140, the volume of the inlet 110 and the volume of the capture space 130 may be determined and adjusted.

특히, 포획 공간부(130)에서 유입구(110)에 인접한 영역의 부피보다 적어도 하나의 배출구(120)에 인접한 영역의 부피가 더 크다면, 적어도 하나의 타겟 입자(140)의 이동 경로에 따라 이동 속도가 더욱 감소될 수 있으므로, 일 실시예에 따른 시스템(100)은 적어도 하나의 배출구(120)에 인접한 영역의 부피가 유입구(110)에 인접한 영역의 부피보다 커지는 형태로 포획 공간부(130)를 형성함으로써, 포획 공간부(130) 내 적어도 하나의 타겟 입자(140)의 이동 속도를 더욱 감소시킬 수 있다. 이에, 시스템(100)은 포획 공간부(130) 내 적어도 하나의 타겟 입자(140)의 이동 속도 및 침강 속도에 기초하여, 포획 공간부(130) 내 유입구(110)에 인접한 영역의 부피 및 적어도 하나의 배출구(120)에 인접한 영역의 부피를 결정 및 조절할 수 있다.In particular, if the volume of the region adjacent to the at least one outlet 120 is larger than the volume of the region adjacent to the inlet 110 in the capture space 130, the movement along the movement path of the at least one target particle 140 is performed. Since the speed can be further reduced, the system 100 according to an embodiment includes the capture space 130 in such a way that the volume of the region adjacent to the at least one outlet 120 is larger than the volume of the region adjacent to the inlet 110. By forming a, it is possible to further reduce the moving speed of the at least one target particle 140 in the capture space 130. Accordingly, the system 100 may determine the volume and area of the area adjacent to the inlet 110 in the capture space 130 based on the movement speed and the settling speed of the at least one target particle 140 in the capture space 130. The volume of the area adjacent to one outlet 120 can be determined and adjusted.

마찬가지로, 포획 공간부(130) 내 유입구(110)에 인접한 영역의 부피 및 적어도 하나의 배출구(120)에 인접한 영역의 부피 각각은 포획 공간부(130) 내 유입구(110)에 인접한 영역의 폭 및 적어도 하나의 배출구(120)에 인접한 영역의 폭과 관련되므로, 시스템(100)은 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 여과하는 처리량 및 여과율에 기초하여 포획 공간부(130) 내 유입구(110)에 인접한 영역의 폭 및 적어도 하나의 배출구(120)에 인접한 영역의 폭을 결정 및 조절할 수 있다.Similarly, each of the volume of the region adjacent to the inlet 110 in the capture space 130 and the volume of the region adjacent to the at least one outlet 120 is determined by the width of the region adjacent to the inlet 110 in the capture space 130 and As it relates to the width of the area adjacent to the at least one outlet 120, the system 100 is based on the inlet 110 in the capture space 130 based on the throughput and filtration rate filtering the at least one target particle 140. The width of the adjacent area and the width of the area adjacent to the at least one outlet 120 may be determined and adjusted.

일례로, 시스템(100)에서 포획 공간부(130)가 도 3과 같이 외경 Wb이 내경 Wa보다 넓어지는 원 형태로 형성됨으로써, 내경 부근에서의 적어도 하나의 타겟 입자(140)의 이동 속도 Va가 외경 부근에서의 적어도 하나의 타겟 입자(140)의 이동 속도 Vb로 이동 경로에 따라 감소될 수 있다. 이러한 경우, 유입구(110)는 원 형태의 포획 공간부(130)의 중심에 위치하고 적어도 하나의 배출구(120)는 원 형태의 포획 공간부의 외경에 위치할 수 있다. 그러나 포획 공간부(130)는 원 형태로 제한되거나 한정되지 않고 적어도 하나의 배출구(120)에 인접한 영역의 폭이 유입구(110)에 인접한 영역의 폭보다 넓어지는 다양한 형태를 가질 수 있다.For example, in the system 100, the capture space 130 is formed in a circle shape in which the outer diameter W b is wider than the inner diameter W a , as shown in FIG. 3, thereby moving the at least one target particle 140 near the inner diameter. V a may be reduced along the moving path at a moving speed V b of the at least one target particle 140 near the outer diameter. In this case, the inlet 110 may be located at the center of the capturing space 130 having a circular shape, and the at least one outlet 120 may be located at an outer diameter of the capturing space having a circular shape. However, the capture space 130 is not limited or limited to a circular shape and may have various shapes in which the width of the region adjacent to the at least one outlet 120 is wider than the width of the region adjacent to the inlet 110.

도 4는 일 실시예에 따른 자유 침강 기반 미세유체 여과 방법을 나타낸 플로우 차트이다. 이하, 일 실시예에 따른 자유 침강 기반 미세유체 여과 방법은 도 1 내지 3을 참조하여 상술된 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템(이하, 시스템으로 기재함)에 의해 수행된다.4 is a flow chart showing a free sedimentation-based microfluidic filtration method according to one embodiment. Hereinafter, the free sedimentation-based microfluidic filtration method according to one embodiment is performed by the free sedimentation-based microfluidic filtration system described below with reference to FIGS. 1 to 3.

도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 시스템은 단계(S410)에서 유입구를 통해 시료를 유입시킨다.Referring to FIG. 4, the system according to an embodiment introduces a sample through the inlet at step S410.

이어서, 시스템은 단계(S420)에서 유입구와 시료가 배출되는 적어도 하나의 배출구 사이에 배치된 채 유입구 및 적어도 하나의 배출구보다 갚은 깊이를 갖도록 형성되는 포획 공간부를 통해, 유입구로부터 적어도 하나의 배출구를 향해 흐르는 시료에 포함되는 적어도 하나의 타겟 입자를 자유 침강 현상을 이용하여 여과한다. 단계(S320)에서 시스템이 자유 침강 현상을 이용하여 적어도 하나의 타겟 입자를 여과하는 것은, 포획 공간부의 깊이가 유입구의 깊이보다 급격히 깊어져 시료의 이동 속도가 포획 공간부에서 저하됨에 따라 적어도 하나의 타겟 입자를 침강시켜 포획 및 여과하는 것을 의미한다.The system then moves toward the at least one outlet from the inlet through a capture space that is formed to have a depth repaid than the inlet and the at least one outlet while being disposed between the inlet and the at least one outlet through which the sample is discharged in step S420. At least one target particle included in the flowing sample is filtered using a free sedimentation phenomenon. The filtering of the at least one target particle by using the free sedimentation phenomenon in the system at step S320 means that the depth of the capture space is sharply deeper than the depth of the inlet so that the movement speed of the sample is reduced in the capture space. Sedimentation, capture and filtration of the target particles.

보다 상세하게, 시스템은 시료에 포함되는 입자들 각각의 크기 또는 밀도에 기초하여 입자들이 서로 다른 침강 속도를 갖게 되는 특성을 이용하여, 단계(S420)에서 입자들 중 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 여과할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 포획 공간부의 길이를 포획하고자 하는 적어도 하나의 타겟 입자의 침강 속도에 기초하여 결정 및 조절하여 설계함으로써, 적어도 하나의 타겟 입자만을 선택적으로 여과할 수 있다.More specifically, the system selectively selects at least one target particle of the particles in step S420 using the property that the particles have different sedimentation rates based on the size or density of each of the particles included in the sample. It can be filtered. For example, the system can selectively filter only at least one target particle by determining and adjusting the length of the capture space based on the settling velocity of the at least one target particle to be captured.

특히, 시스템은 단계(S320)에서 포획 공간부가 적어도 하나의 배출구에 인접한 영역의 부피가 유입구에 인접한 영역의 부피보다 커지는 형태로 형성됨에 따라, 포획 공간부 내 이동 경로에 따른 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도를 감소시킴으로써, 여과 처리량 및 여과율을 향상시킬 수 있다.In particular, the system is configured in such a way that the volume of the region adjacent to the at least one outlet is larger in volume than the volume of the region adjacent to the inlet in step S320, so that By reducing the moving speed, the filtration throughput and the filtration rate can be improved.

그 후, 시스템은 단계(S430)에서 적어도 하나의 배출구를 통해 적어도 하나의 타겟 입자가 여과되고 난 시료를 배출시킨다.The system then discharges the sample from which the at least one target particle has been filtered through at least one outlet in step S430.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components. Or even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.

Claims (14)

여과 처리량을 향상시킨 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템에 있어서,
시료가 유입되는 유입구;
상기 시료가 배출되는 적어도 하나의 배출구; 및
상기 유입구 및 상기 적어도 하나의 배출구 사이에 배치된 채 상기 유입구 및 상기 적어도 하나의 배출구보다 깊은 깊이를 갖도록 형성되어, 상기 유입구로부터 상기 적어도 하나의 배출구를 향해 흐르는 상기 시료에 포함되는 적어도 하나의 타겟 입자를 자유 침강 현상을 이용하여 여과하는 포획 공간부
를 포함하고,
상기 포획 공간부는,
상기 적어도 하나의 타겟 입자를 여과하는 여과율을 향상시키기 위하여 상기 적어도 하나의 배출구에 인접한 영역의 폭이 상기 유입구에 인접한 영역의 폭보다 넓어지는 형태로 형성되어, 상기 포획 공간부 내 이동 경로에 따른 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도를 감소시키는 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템.A free settling based microfluidic filtration system with improved filtration throughput,
An inlet through which a sample is introduced;
At least one outlet through which the sample is discharged; And
At least one target particle included in the sample disposed between the inlet and the at least one outlet and having a depth deeper than the inlet and the at least one outlet and flowing toward the at least one outlet from the inlet; Capture space to filter the filtrate using free sedimentation
Including,
The capture space portion,
The width of the area adjacent to the at least one outlet is wider than the width of the area adjacent to the inlet so as to improve the filtration rate for filtering the at least one target particle. A free settling based microfluidic filtration system for reducing the rate of movement of at least one target particle. 제1항에 있어서,
상기 포획 공간부는,
상기 포획 공간부의 깊이가 상기 유입구의 깊이보다 깊어져 상기 시료의 이동 속도가 상기 포획 공간부에서 저하됨에 따라 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 침강시켜 여과하는, 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템.The method of claim 1,
The capture space portion,
A free sedimentation-based microfluidic filtration system, wherein the depth of the capture space is deeper than the depth of the inlet to settle and filter the at least one target particle as the moving speed of the sample is lowered in the capture space. 제2항에 있어서,
상기 포획 공간부는,
상기 시료에 포함되는 입자들 각각의 크기 또는 밀도에 기초하여 상기 입자들이 서로 침강 속도를 갖게 됨에 따라, 상기 입자들 중 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 여과하는, 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템.The method of claim 2,
The capture space portion,
A free sedimentation-based microfluidic filtration system that selectively filters the at least one target particle of the particles as the particles have a sedimentation rate with each other based on the size or density of each of the particles included in the sample. 제3항에 있어서,
상기 포획 공간부의 길이는,
상기 적어도 하나의 타겟 입자의 침강 속도에 기초하여 결정되는, 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템.The method of claim 3,
The length of the capture space portion,
A free settling based microfluidic filtration system, determined based on the settling velocity of the at least one target particle. 제1항에 있어서,
상기 포획 공간부는,
상기 적어도 하나의 배출구에 인접한 영역의 부피가 상기 유입구에 인접한 영역의 부피보다 커지는 형태로 형성되어, 상기 포획 공간부 내 이동 경로에 따른 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도를 감소시키는, 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템.The method of claim 1,
The capture space portion,
A free sedimentation base is formed in such a way that the volume of the region adjacent to the at least one outlet is larger than the volume of the region adjacent to the inlet, thereby reducing the rate of movement of the at least one target particle along the movement path in the capture space. Microfluidic Filtration System. 제5항에 있어서,
상기 포획 공간부의 상기 유입구에 인접한 영역의 부피 및 상기 적어도 하나의 배출구에 인접한 영역의 부피는,
상기 포획 공간부 내 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도 및 침강 속도에 기초하여 결정되는, 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템.The method of claim 5,
The volume of the region adjacent to the inlet of the capture space and the volume of the region adjacent to the at least one outlet,
A free sedimentation-based microfluidic filtration system, determined based on the rate of movement and the rate of settling of the at least one target particle in the capture space. 제6항에 있어서,
상기 유입구의 부피와 상기 포획 공간부의 상기 유입구에 인접한 영역의 부피 및 상기 적어도 하나의 배출구에 인접한 영역의 부피는,
상기 유입구에서의 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도, 상기 포획 공간부 내 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도 및 침강 속도에 따른 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 여과 처리량 및 여과율에 기초하여 결정되는, 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템.The method of claim 6,
The volume of the inlet and the volume of the region adjacent to the inlet of the capture space and the volume of the region adjacent to the at least one outlet,
Determined based on a filtration throughput of the at least one target particle and a filtration rate according to a moving speed of the at least one target particle at the inlet, a moving speed of the at least one target particle in the capture space, and a settling speed, Free sedimentation based microfluidic filtration system. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 포획 공간부는,
외경이 내경보다 넓어지는 원 형태로 형성되고,
상기 유입구는,
상기 원 형태의 포획 공간부의 중심에 위치하고,
상기 적어도 하나의 배출구는,
상기 원 형태의 포획 공간부의 외경에 위치하는, 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템.The method of claim 1,
The capture space portion,
The outer diameter is formed in the shape of a circle wider than the inner diameter,
The inlet is,
Located in the center of the capture space of the circle shape,
The at least one outlet,
A free sedimentation-based microfluidic filtration system located at an outer diameter of the capture space in the circular shape. 여과 처리량을 향상시킨 자유 침강 기반 미세유체 여과 방법에 있어서,
유입구를 통해 시료를 유입시키는 단계;
상기 유입구와 상기 시료가 배출되는 적어도 하나의 배출구 사이에 배치된 채 상기 유입구 및 상기 적어도 하나의 배출구보다 깊은 깊이를 갖도록 형성되는 포획 공간부에서, 상기 유입구로부터 상기 적어도 하나의 배출구를 향해 흐르는 상기 시료에 포함되는 적어도 하나의 타겟 입자를 자유 침강 현상을 이용하여 여과하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 배출구를 통해 상기 타겟 입자가 여과되고 난 시료를 배출시키는 단계
를 포함하고,
상기 여과하는 단계는,
상기 포획 공간부가 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 여과하는 여과율을 향상시키기 위하여 상기 적어도 하나의 배출구에 인접한 영역의 폭이 상기 유입구에 인접한 영역의 폭보다 넓어지는 형태로 형성됨에 따라, 상기 포획 공간부 내 이동 경로에 따른 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도를 감소시키는 단계
를 포함하는 자유 침강 기반 미세유체 여과 방법.In the free sedimentation-based microfluidic filtration method with improved filtration throughput,
Introducing a sample through an inlet;
The sample flowing from the inlet toward the at least one outlet in a capture space formed between the inlet and the at least one outlet through which the sample is discharged to have a depth deeper than the inlet and the at least one outlet; Filtering at least one target particle included in a free sedimentation phenomenon; And
Discharging the sample after the target particles have been filtered through the at least one outlet port
Including,
The filtration step,
In order to improve the filtration rate at which the capture space filters the at least one target particle, a width of a region adjacent to the at least one outlet is formed to be wider than a width of the region adjacent to the inlet. Reducing the movement speed of the at least one target particle along a movement path
Free sedimentation-based microfluidic filtration method comprising a. 제10항에 있어서,
상기 여과하는 단계는,
상기 포획 공간부의 깊이가 상기 유입구의 깊이보다 깊어져 상기 시료의 이동 속도가 상기 포획 공간부에서 저하됨에 따라 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 침강시켜 여과하는 단계인, 자유 침강 기반 미세유체 여과 방법.The method of claim 10,
The filtration step,
The depth of the capture space portion is deeper than the depth of the inlet is the step of sedimentation and filtering the at least one target particles as the moving speed of the sample is lowered in the capture space portion, free sedimentation-based microfluidic filtration method. 제11항에 있어서,
상기 여과하는 단계는,
상기 시료에 포함되는 입자들 각각의 크기 또는 밀도에 기초하여 상기 입자들이 서로 다른 침강 속도를 갖게 됨에 따라, 상기 입자들 중 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 여과하는 단계인, 자유 침강 기반 미세유체 여과 방법.The method of claim 11,
The filtration step,
A free sedimentation-based microfluid, which is a step of selectively filtering the at least one target particle among the particles as the particles have different sedimentation rates based on the size or density of each of the particles included in the sample. Filtration method. 제10항에 있어서,
상기 여과하는 단계는,
상기 포획 공간부가 상기 적어도 하나의 배출구에 인접한 영역의 부피가 상기 유입구에 인접한 영역의 부피보다 커지는 형태로 형성됨에 따라, 상기 포획 공간부 내 이동 경로에 따른 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도를 감소시키는 단계
를 포함하는 자유 침강 기반 미세유체 여과 방법.The method of claim 10,
The filtration step,
As the capture space is formed in such a way that the volume of the region adjacent to the at least one outlet is larger than the volume of the region adjacent to the inlet, the movement speed of the at least one target particle along the movement path in the capture space is reduced. Letting step
Free sedimentation-based microfluidic filtration method comprising a. 여과 처리량을 향상시킨 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템에 있어서,
시료가 유입되는 유입구;
상기 시료가 배출되는 적어도 하나의 배출구; 및
상기 유입구 및 상기 적어도 하나의 배출구 사이에 배치된 채 상기 유입구 및 상기 적어도 하나의 배출구보다 깊은 깊이를 갖도록 형성되어, 상기 유입구로부터 상기 적어도 하나의 배출구를 향해 흐르는 상기 시료에 포함되는 적어도 하나의 타겟 입자를 자유 침강 현상을 이용하여 포획 및 여과하는 포획 공간부-상기 포획 공간부는 상기 적어도 하나의 배출구에 인접한 영역의 부피가 상기 유입구에 인접한 영역의 부피보다 커지는 형태로 형성됨-
를 포함하고,
상기 포획 공간부는,
상기 적어도 하나의 타겟 입자를 여과하는 여과율을 향상시키기 위하여 상기 적어도 하나의 배출구에 인접한 영역의 폭이 상기 유입구에 인접한 영역의 폭보다 넓어지는 형태로 형성되어, 상기 포획 공간부 내 이동 경로에 따른 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 이동 속도를 감소시키는 자유 침강 기반 미세유체 여과 시스템.A free settling based microfluidic filtration system with improved filtration throughput,
An inlet through which a sample is introduced;
At least one outlet through which the sample is discharged; And
At least one target particle included in the sample disposed between the inlet and the at least one outlet and having a depth deeper than the inlet and the at least one outlet and flowing toward the at least one outlet from the inlet; Capture space for trapping and filtering by using a free sedimentation phenomenon, wherein the capture space is formed in such a way that the volume of the region adjacent to the at least one outlet is larger than the volume of the region adjacent to the inlet.
Including,
The capture space portion,
The width of the area adjacent to the at least one outlet is wider than the width of the area adjacent to the inlet so as to improve the filtration rate for filtering the at least one target particle. A free settling based microfluidic filtration system for reducing the rate of movement of at least one target particle.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090223874A1 (en) 2005-03-21 2009-09-10 Utah State University Apparatus for particle sorting by fluidic vectoring
JP2012504243A (en) 2008-09-26 2012-02-16 ザ ジェネラル ホスピタル コーポレイション Particle capture
JP2017512130A (en) * 2013-12-16 2017-05-18 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Particulate separation device and related method and system

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