KR102065301B1 - 미세 주입기를 가진 미세유체분석칩 및 그 제조 방법 및 그 사용 방법 - Google Patents

Abstract

본 명세서는 종래 기술에 비해 향상된 기능 및 정확도를 가진 미세유체분석칩 및 그 제조 방법 및 그 사용 방법을 개시한다. 본 명세서에 따른 미세유체분석칩은 칩하부판 및 칩상부판을 포함하는 칩하우징; 상기 칩하부판과 상기 칩상부판이 결합되는 면에 형성되고, 일단이 상기 칩하우징의 외부와 연결된 메인채널용 미세관; 일단은 상기 메인채널용 미세관의 측면과 연결되고, 타단은 상기 칩하우징의 외부와 연결되는 적어도 하나 이상의 서브채널용 미세관; 및 상기 서브채널용 미세관의 내부벽에 밀착되어 위치하는 적어도 하나 이상의 주입기;를 포함할 수 있다.

Description

미세 주입기를 가진 미세유체분석칩 및 그 제조 방법 및 그 사용 방법{LAB ON A CHIP HAVING MICRO INJECTOR AND PRODUCT METHOD THEREOF AND USING METHOD THEREOF}

본 발명은 미세유체분석칩 및 그 제조 방법 및 그 사용 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 종래 미세유체분석칩에 비해 향상된 기능 및 정확도를 가진 미세유체분석칩 및 그 제조 방법 및 그 사용 방법에 관한 것이다.

바이오칩이란 유리, 실리콘 또는 나일론 등의 재질로 된 작은 기판 위에 DNA, 단백질 등의 생물분자 (Biomolecule)들을 집적시켜 놓은 것을 말하며, 이때 DNA를 집적시켜 놓으면 DNA칩이라 칭하고, 단백질을 집적 시켜 놓으면 단백질칩이라 칭한다. 또한 바이오칩은 마이크로어레이칩(Microarray Chip)과 마이크로플루이딕스 칩(Micro fluidics chip)으로 크게 나눌 수 있다.

마이크로어레이칩은 수천 혹은 수만개 이상의 DNA나 단백질 등을 일정 간격으로 배열하여 붙이고, 분석 대상 물질을 처리하여 그 결합 양상을 분석할 수 있는 바이오칩을 말한다. 그리고 마이크로플루이딕스칩은 미량의 분석 대상물질을 흘려보내면서 칩에 집적되어 있는 각종 생물분자 혹은 센서와 반응하는 양상을 분석할 수 있는 바이오칩으로서, 랩온어칩(Lab on a chip)이라 불리기도 하며, 생화학물질의 분석시 사용되는 자동분석장 치의 시료 전처리 과정에 필수적인 펌프, 밸브, 반응기, 추출기, 분리 시스템 등의 기능과 센서기술이 같이 접목된 첨단 기술이다.

랩온어칩을 좀 더 살펴보면, 랩온어칩은 화학 및 생화학 물질을 분석하기 위해 연구실 단위에서 거치 게 되는 시료주입, 전처리, 화학반응, 분리/분석 등의 과정을 수 cm2의 칩 내부에서 이루어지도록 제작한 미세 분석장치이다.

랩온어칩 기술은 수 피코 리터(pl)에서 수십 마이크로 리터(μl) 용량의 시료를 정확하게 이송, 분배, 혼합하는 극미량 유동 제어 기술과 멤스(MEMS) 미세가공기술이 복합된 것으로 미세종합분석시스템의 핵심기술이다.

극미량의 시료를 사용하고 화학성분을 빠르고 간편하게 분석하는 랩온어칩은 수많은 신약후보물질 중 유용한 신약을 고속으로 선별하기 위해 많이 사용되고 있으며, 최근 들어서는 환경오염물질의 검출, 질병진단 등을 목적으로 하는 여러 종류의 랩온어칩이 연구개발 중에 있다.

DNA칩이나 단백질(protein)칩과 같은 마이크로어레이칩(micro-array chip)과는 달리 랩온어칩은 아직 세계적으로 연구개발 단계에 머물러 있으며, 상용화도 제한적이며 소규모로 이루어지고 있는 실정이고, 현재 상용화되어 있는 랩온어칩의 경우 미세 채널의 네트워크가 단순하며 반응과정 역시 복잡하지 않은 단계에서 구현 되고 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0060723호 (2010.06.07)

본 명세서는 종래 기술에 비해 향상된 기능 및 정확도를 가진 미세유체분석칩 및 그 제조 방법 및 그 사용 방법을 제공하고자 한다.

본 명세서는 상기 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따른 미세유체분석칩은 칩하부판 및 칩상부판을 포함하는 칩하우징; 상기 칩하부판과 상기 칩상부판이 결합되는 면에 형성되고, 일단이 상기 칩하우징의 외부와 연결된 메인채널용 미세관; 일단은 상기 메인채널용 미세관의 측면과 연결되고, 타단은 상기 칩하우징의 외부와 연결되는 적어도 하나 이상의 서브채널용 미세관; 및 상기 서브채널용 미세관의 내부벽에 밀착되어 위치하는 적어도 하나 이상의 주입기;를 포함할 수 있다.

상기 주입기는, 상기 메인채널용 미세관 방향으로 향하는 끝단에 외부로부터의 기체 유입을 방지하는 흡자(gasket)가 부착될 수 있다.

상기 서브채널용 미세관은, 내부벽에 눈금이 도시될 수 있다.

본 명세서에 따른 미세유체분석칩은 상기 서브채널용 미세관의 일단에 위치하여, 상기 서브채널용 미세관에 주입된 시약을 밀폐하는 실링막;을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 메인채널용 미세관 내부 표면 중 상기 실링막에 대응하는 위치에 형성되는 미세침;을 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 칩하부판 및 상기 칩상부판 중 적어도 하나를 이동 시켜, 상기 칩하부판 및 상기 칩상부판 사이의 거리를 조정할 수 있는 조정부;를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 실링막은, 광분해 물질로 구성될 수 있다. 이 경우 상기 메인채널용 미세관 내부 표면 중 상기 실링막에 대응하는 위치에 형성되는 광투과창;을 더 포함할 수 있다.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 서브채널용 미세관 및 상기 주입기는 2개 이상이며, 적어도 2이상의 주입기는, 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 이 경우, 본 명세서에 따른 미세유체분석칩은 상기 칩상부판으로부터 소정 거리 이격되어 위치하되, 상기 칩상부판과의 거리가 조정되는 누름판;을 더 포함할 수 있다.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 주입기는 자성물질로 제작될 수 있다.

본 명세서에 따른 미세유체분석칩은 타겟 영역에 대한 측정된 임피던스, 자기장 및 광학수치 중 적어도 어느 하나의 값에 기반하여 (i) 시료 또는 시약의 도달 여부, (ii) 상기 시료 또는 상기 시약의 유속, (iii) 상기 시료 또는 상기 시약의 양(量) 및 (iv) 상기 시료 또는 상기 시약의 종류 중 적어도 하나를 판단하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 메인채널용 미세관의 타겟 영역의 양단에 설치되는 복수의 전극; 및 상기 복수의 전극 사이의 임피던스를 측정하는 센서;를 포함할 수 있다.

본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 메인채널용 미세관의 타겟 영역의 양단에 설치되는 자기장 측정 센서;를 포함할 수 있다.

본 명세서의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 메인채널용 미세관의 타겟 영역의 일단에 설치된 광원; 및 상기 메인채널용 미세관의 타겟 영역의 타단에 설치된 광학센서;를 포함할 수 있다.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 서브채널용 미세관은 복수개이며, 상기 서브채널용 미세관 중 일부 서브채널용 미세관에는 상기 서브채널용 미세관과 외부를 차단하는 캡 또는 벨브가 형성될 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따라 서브채널용 미세관에 주입기가 위치하는 미세유체분석칩에 시약을 주입하는 방법으로서, (a) 타겟 서브채널용 미세관의 내부에 위치하는 주입기를 메인채널용 미세관 방향으로 이동시키는 단계; (b) 상기 메인채널용 미세관의 주입구를 통해서 상기 메인채널용 미세관으로 상기 시약을 주입하는 단계; 및 (c) 상기 시약이 타켓 서브채널용 미세관의 일단에 위치할 때, 상기 타켓 서브채널용 미세관에 주입되도록 상기 주입기를 이동시키는 단계;를 포함할 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따라 서브채널용 미세관 및 주입기를 가진 칩상부판 및 칩하부판이 분리된 미세유체분석칩에 시약을 주입하는 방법으로서, (a) 타겟 서브채널용 미세관의 내부에 위치하는 주입기를 이동시켜 상기 타겟 서브채널용 미세관의 일단과 상기 주입기 사이에 공간을 생성하는 단계; (b) 상기 공간에 시약을 주입하는 단계; 및 (c) 상기 칩상부판 및 상기 칩하부판을 결합하는 단계;를 포함할 수 있다. 나아가, 을 실링막으로 밀폐하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따라 실링막 및 미세침이 포함된 미세유체분석칩의 동작 방법으로서, (a) 메인채널용 미세관의 주입구를 통해서 메인채널용 미세관으로 시료를 주입하는 단계; 및 (b) 미세침이 실링막을 제거함으로써, 서브채널용 미세관에 기주입되어 있던 시약을 상기 메인채널용 미세관으로 주입하는 단계;를 포함할 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따라 광분해 실링막을 가진 미세유체분석칩의 동작 방법으로서, (a) 메인채널용 미세관의 주입구를 통해서 메인채널용 미세관으로 시료를 주입하는 단계; 및 (b) 실링막에 빛을 조사함으로써, 서브채널용 미세관에 기주입되어 있던 시약을 메인채널용 미세관으로 주입하는 단계;를 포함할 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따라 서브채널용 미세관에 주입기가 위치하는 미세유체분석칩의 동작 방법으로서, (a) 메인채널용 미세관의 주입구를 통해서 메인채널용 미세관으로 시료를 주입하는 단계; 및 (b) 주입기를 미리 설정된 주입 패턴에 기반하여 상기 메인채널용 미세관 방향으로 이동 시켜, 기주입되어 있던 시약을 상기 메인채널용 미세관으로 주입하는 단계;를 포함할 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따라 누름판을 포함하는 미세유체분석칩의 동작 방법으로서, (a) 메인채널용 미세관의 주입구를 통해서 메인채널용 미세관으로 시료를 주입하는 단계; 및 (b) 누름판을 칩상부판 방향으로 이동 시켜, 복수의 주입기 중 적어도 하나를 상기 메인채널용 미세관 방향으로 이동 시켜, 기주입되어 있던 시약을 상기 메인채널용 미세관으로 주입하는 단계;를 포함할 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따라 주입기가 자성물질인 미세유체분석칩의 동작 방법으로서, (a) 메인채널용 미세관의 주입구를 통해서 메인채널용 미세관으로 시료를 주입하는 단계; 및 (b) 칩하우징 하단에서 상기 주입기가 가진 자성물질의 반대 극성을 갖는 자성을 생성하여, 상기 주입기를 메인채널용 미세관 방향으로 이동 시켜, 기주입되어 있던 시약을 상기 메인채널용 미세관으로 주입하는 단계;를 포함할 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따라 서브채널용 미세관에 주입기가 위치하는 미세유체분석칩을 이용하여 서브채널용 미세관에 시료를 샘플링하는 방법으로서, (a) 타겟 서브채널용 미세관에 위치한 주입기를 메인채널용 미세관 방향으로 이동 시키는 단계; (b) 상기 메인채널용 미세관의 주입구를 통해서 상기 메인채널용 미세관으로 시료를 주입하는 단계; 및 (c) 상기 (a) 단계에서 이동 시켰던 주입기를 반대 방향으로 이동시켜서 상기 시료를 추출하는 단계;를 포함할 수 있다. 나아가, (d) 상기 시료의 추출이 완료되면, 상기 메인채널용 미세관을 세척(washing)하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따라 주입기가 자성물질인 미세유체분석칩을 이용하여 서브채널용 미세관에 시료를 샘플링하는 방법으로서, (a) 칩하우징 하단에서 상기 주입기가 가진 자성물질의 반대 극성을 갖는 자성을 생성하는 단계; (b) 메인채널용 미세관의 주입구를 통해서 상기 메인채널용 미세관으로 상기 시료를 주입하는 단계; 및 (c) 상기 칩하우징 하단에서 상기 주입기가 가진 자성물질과 동일 극성을 갖는 자성을 생성하여, 상기 시료를 추출하는 단계;를 포함할 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따라 캡 또는 벨브와 주입기를 가진 미세유체분석칩을 이용하여 메인채널용 미세관에 시료 또는 시약을 원하는 방향으로 이동시키는 방법으로서, (a) 시료 또는 시약의 위치를 기준으로 이동시키고자 하는 방향에 설치된 캡을 닫는 단계; 및 (b) 시료 또는 시약의 위치를 기준으로 이동시키고자 하는 방향에 설치된 주입기를 이동시켜 상기 시료 또는 시약을 이동시키는 단계;를 포함할 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따라 캡 또는 벨브와 주입기를 가진 미세유체분석칩을 이용하여 메인채널용 미세관에 시료 또는 시야를 원하는 방향으로 이동시키는 방법으로서, (a) 시료 또는 시약의 위치를 기준으로 이동시키고자 하는 방향에 설치된 캡을 여는 단계; 및 (b) 시료 또는 시약의 위치를 기준으로 이동시키고자 하는 방향의 반대방향에 설치된 주입기를 이동시켜 상기 시료 또는 시약을 이동시키는 단계;를 포함할 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따라 캡 또는 벨브와 주입기를 가진 미세유체분석칩을 이용하여 메인채널용 미세관에 2개의 시료 또는 시약의 간격을 조절하는 방법으로서, (a) 간격을 조절하고자 하는 2개의 시료 또는 시약의 위치를 기준으로 상기 2개의 시료 또는 시약보다 바깥쪽에 위치한 캡 또는 벨브의 개폐를 조절하는 단계; 및 (b) 상기 2개의 시료 또는 시약 사이에 위치한 주입기를 이동시켜 2개의 시료 또는 시약의 간격을 조절하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 명세서의 일 측면에 따르면, 시료를 원하는 위치에 주입시킬 수 있다. 그리고 주입기를 통해 시료와 시약의 정확한 혼합이 가능하다. 이를 통해 보다 신뢰성이 높은 테스트 결과를 얻을 수 있다.

본 명세서의 다른 측면에 따르면, 원하는 위치에 원하는 양만큼 시료를 주입시킬 수 있기 때문에 제작이 용이하며, 제작 비용이 절감된다.

본 명세서의 또 다른 측면에 따르면, 원하는 시약과 시료의 선택적 혼합이 가능하며, 혼합의 순서도 제어할 수 있다. 이를 통해 하나의 제품에서 다양한 테스트가 가능한 범용성을 가질 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 미세유체분석칩의 제작 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 명세서의 미세유체분석칩 제작 방법에 따라 제작된 미세유체분석칩의 평면도 및 단면도이다.
도 3은 본 명세서에 따른 미세유체분석칩에 캡이 형성된 예시도이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따라 표면 처리 용액 및 반응물질 용액을 주입하는 예시도이다.
도 5는 본 명세서의 다른 실시예에 따라 표면 처리 용액 및 반응물질 용액을 주입하는 예시도이다.
도 6은 본 명세서의 또 다른 실시예에 따라 표면 처리 용액 및 반응물질 용액을 주입하는 예시도이다.
도 7은 본 명세서에 따른 메인채널용 미세관의 일부 확대 단면도이다.
도 8은 본 명세서에 따른 불필요한 반응물질 제거 방법의 예시도이다.
도 9는 본 명세서의 일 실시예에 따라 메인채널용 미세관 내부를 세척하는 예시도이다.
도 10는 본 명세서의 일 실시예에 따른 미세유체분석칩의 단면도이다.
도 11은 본 명세서의 일 실시예에 따른 미세유체분석칩의 서브채널용 미세관에 시약을 주입하는 방법의 흐름도이다.
도 12은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 미세유체분석칩의 서브채널용 미세관에 시약을 주입하는 방법의 흐름도이다.
도 13는 종래 기술에 따른 시약 주입 방법의 개략도이다.
도 14는 본 명세서에 따른 실링막이 형성된 미세유체분석칩의 단면도이다.
도 15은 본 명세서의 일 실시예에 따른 미세유체분석칩의 동작 방법이다.
도 16은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 미세유체분석칩의 동작 방법이다.
도 17은 본 명세서의 일 실시예에 따라 복수의 주입기가 서로 다른 길이를 가진 예시도이다.
도 18는 본 명세서의 일 실시예에 따라 시료를 샘플링하는 방법의 참고도이다.
도 19은 본 명세서에 따라 복수의 전극을 가진 미세유체분석칩의 일부 확대도이다.
도 20 및 도 21는 본 명세서의 실시예에 따라 벨브가 포함된 서브채널용 미세관의 예시도이다.
도 22은 본 명세서의 일 실시예에 따라 캡 및 주입기를 이용하여 메인채널용 미세관 내에서 시료를 이동시키는 예시도이다.
도 23는 본 명세서의 다른 실시예에 따라 캡 및 주입기를 이용하여 메인채널용 미세관 내에서 시료를 이동시키는 예시도이다.
도 24는 본 명세서의 일 실시예에 따른 2개의 시약 사이의 간격을 조절하는 예시도이다.
도 25는 본 명세서의 일 실시예에 따른 시료 및 시약을 혼합하는 예시도이다.

본 명세서에 개시된 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 명세서가 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 명세서의 개시가 완전하도록 하고, 본 명세서가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 명세서의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 명세서의 권리 범위는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 명세서의 권리 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 기술자(이하 '당업자')에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 미세유체분석칩의 평면도 및 단면도이다.

도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 미세유체분석칩의 제작 방법을 도시한 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 미세유체분석칩 제작 방법은 메인채널용 미세관 및 복수의 서브채널용 미세관이 형성된 칩하우징을 제작하는 단계(S10), 상기 메인채널용 미세관의 표면에 반응물질 고정을 위한 표면 처리를 하는 단계(S20) 및 상기 메인채널용 미세관 또는 서브채널용 미세관을 통해 반응물질을 주입하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.

도 2는 본 명세서의 미세유체분석칩 제작 방법에 따라 제작된 미세유체분석칩의 평면도 및 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 명세서에 따른 미세유체분석칩(100)은 칩하우징(110), 메인채널용 미세관(120), 복수의 서브채널용 미세관(130)을 포함할 수 있다.

상기 칩하우징(110)은 플라스틱과 같은 고분자 물질로 제작될 수 있다.

본 명세서에서 메인채널용 미세관(120)은 혈액, 소변 등과 같은 시료(sample)가 투입되어 이동하는 공간으로서, 메인채널용 미세관 내에서는 시약(reagent)과 반응을 위한 반응실(reaction chamber)이 형성될 수 있다. 그리고 상기 메인채널용 미세관(120)은 양단이 상기 칩하우징(110)의 외부와 연결될 수 있다. 상기 외부는 반드시 상기 하우징의 끝 단을 기준으로 물리적으로 이격된 공간을 의미하지 않는다. 상기 메인채널용 미세관(120)은 시료가 투입되어야 하기 때문에 한 쪽 끝이 시료 투입을 위해 외부와 연결이 되어야 한다. 또한 상기 메인채널용 미세관(120)에 투입된 시료가 시약과 반응한 후 그 결과를 확인하기 위해 투입된 반대편으로 이동하여야 하며, 그 결과를 외부에서 확인할 수 있어야 한다. 도면에서는 메인채널용 미세관(120)의 입구와 출구가 칩하우징의 상단면에 형성된 예시가 도시되어 있으나, 본 명세서에 따른 미세유체분석칩이 상기 도면에 제한되는 것은 아니다. 상기 입구 및 출구는 칩하우징의 상단, 하단, 측면 등 다양하게 형성될 수 있음은 자명하다. 따라서 본 명세서에서 상기 메인채널용 미세관(120)의 양단이 상기 칩하우징(110)의 외부와 연결된 것이란, 상기 메인채널용 미세관(120)에서 이루어진 시료와 시약의 반응을 외부에서 주도하고 확인할 수 있도록 다양하게 형성된 형태로 이해해야 한다.

상기 복수의 서브채널용 미세관(130)의 일단은 상기 메인채널용 미세관(120)의 측면과 연결되고, 타단은 상기 칩하우징(110)의 외부와 연결될 수 있다. 본 명세서에서 '상기 메인채널용 미세관의 측면'이란, 메인채널용 미세관 내에 흐르는 유체의 이동 방향을 기준을 측면을 의미한다. 따라서, 서브채널용 미세관이 메인채널용 미세관의 표면과 반듯이 수직으로 연결될 필요는 없으며, 상기 메인채널용 미세관의 내부와 서브채널용 미세관의 내부가 연결이 될 수 있는 다양한 형태를 의미한다. 한편, 도 2에서는 2개의 서브채널용 미세관(130)을 가진 실시예가 도시되어 있으나, 도면 실시예에 제한되는 것이 아니며 필요에 따라 그 개수는 다양하다.

상기 칩하우징(110)은 사출방식에 의해 일체형으로 제작될 수도 있으며, 칩하부판(111) 및 칩상부판(112)이 결합된 방식으로 제작될 수도 있다. 상기 칩하우징(110)이 칩하부판(111) 및 칩상부판(112)으로 구분되는 경우, 상기 S10 단계는, 메인채널용 미세관(120) 및 복수의 서브채널용 미세관(130)이 형성된 칩하부판(111) 및 칩상부판(112)을 제작하는 단계 및 상기 칩하부판(111)과 상기 칩상부판(112)을 결합하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 결합하는 단계는, 열처리, 자외선처리 및 화학처리 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 상기 칩하부판(111)과 상기 칩상부판(112)을 결합할 수 있다. 이 경우, 상기 메인채널용 미세관(120)은 상기 칩하부판(111)과 상기 칩상부판(112)이 결합되는 면에 형성될 수 있다.

도 3은 본 명세서에 따른 미세유체분석칩에 캡이 형성된 예시도이다.

도 3을 참조하면, 상기 메인채널용 미세관 및 서브채널용 미세관의 끝단에 캡(140)이 형성된 것을 확인할 수 있다. 상기 캡(140)은에는 상기 메인채널용 미세관 또는 서브채널용 미세관을 개방 또는 밀폐하기 위한 구성으로서 상기 캡이 닫혔을 때 해당 미세관은 외부와 차단되어 공기가 유입되거나 유체가 침투할 없다. 이 경우, 상기 S10 단계는, 상기 메인채널용 미세관 또는 서브채널용 미세관에는 상기 메인채널용 미세관 또는 서브채널용 미세관과 외부를 차단하는 캡 또는 밸브를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 캡(140)의 사용 방법에 대해서는 이하에서 설명하도록 하겠다.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 메인채널용 미세관의 전체 영역 중에서 (i) 상기 복수의 서브채널용 미세관 중 제1 서브채널용 미세관과 상기 메인채널용 미세관이 연결된 제1 지점과 (ii) 상기 복수의 서브채널용 미세관 중 제2 서브채널용 미세관과 상기 메인채널용 미세관이 연결된 제2 지점 사이의 영역의 표면에 단백질 고정용 물질이 화학적으로 표면 처리된 상태일 수 있다.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 S20 단계는, 상기 메인채널용 미세관의 양단, 상기 복수의 서브채널용 미세관 중 제1 서브채널용 미세관 및 제2 서브채널용 미세관을 제외한 나머지 서브채널용 미세관의 외부로 연결되는 끝단을 캡 또는 밸브로 폐쇄하는 단계 및 상기 메인채널용 미세관의 전체 영역 중에서 (i) 상기 제1 서브채널용 미세관과 상기 메인채널용 미세관이 연결된 제1 지점과 (ii) 상기 제2 서브채널용 미세관과 상기 메인채널용 미세관이 연결된 제2 지점 사이의 영역의 표면에 반응물질 고정을 위한 표면 처리를 위해 상기 제1 서브채널용 미세관 또는 제2 서브채널용 미세관을 통해 표면 처리 용액을 주입하는 하는 단계를 포함할 수 있다.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 S30 단계는, 상기 메인채널용 미세관의 양단 및 상기 제1, 2 서브채널용 미세관을 제외한 나머지 서브채널용 미세관의 외부로 연결되는 끝단을 캡 또는 밸브로 폐쇄하는 단계 및 상기 메인채널용 미세관의 전체 영역 중에서 (i) 상기 제1 서브채널용 미세관과 상기 메인채널용 미세관이 연결된 제1 지점과 (ii) 상기 제2 서브채널용 미세관과 상기 메인채널용 미세관이 연결된 제2 지점 사이의 영역의 표면에 반응물질 고정하기 위해 상기 제1 서브채널용 미세관 또는 제2 서브채널용 미세관을 통해 반응 물질 용액을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.

도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따라 표면 처리 용액 및 반응물질 용액을 주입하는 예시도이다.

도 4의 (d)를 잠시 먼저 참조하면, 메인채널용 미세관의 일부 영역에 표면처리 및 반응물질이 고정된 것을 확인할 수 있다. 본 명세서에서는 이해의 편의를 위해 상기 메인채널용 미세관의 전체 영역 중에서 (i) 상기 복수의 서브채널용 미세관 중 제1 서브채널용 미세관과 상기 메인채널용 미세관이 연결된 지점을 '제1 지점'이라고 명명하고, (ii) 상기 복수의 서브채널용 미세관 중 제2 서브채널용 미세관과 상기 메인채널용 미세관이 연결된 지점을 '제2 지점'이라 명명하겠다. 상기 '제1 서브채널용 미세관'이란 상기 제1 지점에 대응하는 서브채널용 미세관이고, '제2 서브채널용 미세관'이란 상기 제2 지점에 대응하는 서브채널용 미세관이다.

먼저 도 4의 (a)에서 메인채널용 미세관(120)에 형성된 캡은 닫혔으며, 서브채널용 미세관(130)에 형성된 캡은 개방된 것을 확인할 수 있다. 상기 메인채널용 미세관의 양단 및 상기 제1, 2 서브채널용 미세관을 제외한 나머지 서브채널용 미세관의 외부로 연결되는 끝단을 캡으로 막는다. 도 4에서는 제1, 2 서브채널용 미세관만 도시되어 있기 때문에 나머지 서브채널용 미세관을 막는 모습은 도시되어 있지 않다. 그러나 다양한 실시예에 따라 제1, 2 서브채널용 미세관 외에 다른 서브채널용 미세관이 형성될 수 있다. 이때, 상기 서브채널용 미세관(130)을 통해 반응물질 고정을 위한 표면 처리 용액을 주입하면, 도 4의 (b)와 같이 제1 지점과 제2 지점 사이 표면이 처리가 된다. 상기 표면 처리 용액으로 BSA (bovine serum albumin), HEC (hydroxyethyl-cellulose), MC (methyl-cellulose), PVA (poly(vinyl alcohol), PP(pluronic polyol) 또는 DS (dextransulfate) 가 될 수 있다. 다음으로 도 4의 (c)와 같이 상기 제1 서브채널용 미세관의 외부로 연결되는 끝단 및 상기 제2 서브채널용 미세관의 외부로 연결되는 끝단 중 어느 하나를 통하여 반응물질 용액을 주입할 수 있다. 그 결과 도 4의(d)와 같이 제1 지점과 제2 지점 사이 표면에 반응물질이 고정된다.

상기 반응물질은 특정 물질과 화학 반응하는 물질 또는 항원-항체 반응 물질, 또는 특정 성분과 결합하는 단백질 등이 될 수 있다. 즉, 시료에서 찾고자 하는 물질의 특성에 따라 대상 물질과 반응하는 다양한 물질이 될 수 있다.

도 5는 본 명세서의 다른 실시예에 따라 표면 처리 용액 및 반응물질 용액을 주입하는 예시도이다.

도 5의 (a) 및 (b)는 도 4의 (a) 및 (b)와 동일하다. 따라서 반복되는 부분의 설명은 생략하고 차이나는 도 5의 (c)부분부터 설명하겠다. 도 5의 (c)를 참조하면, 메인채널용 미세관(120)에 형성된 캡은 개방되어 있으며, 서브채널용 미세관(130)에 형성된 캡은 폐쇄된 것을 확인할 수 있다. 상기 메인채널용 미세관(120)의 양 끝단 중 어느 한 끝단을 통해 반응물질 용액을 주입할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 지점과 제2 지점 사이에만 반응물질 고정용 물질이 표면 처리되어 있기 때문에, 도 5의(d)와 같이 제1 지점과 제2 지점 사이 표면에 반응물질이 고정된다.

도 6은 본 명세서의 또 다른 실시예에 따라 표면 처리 용액 및 반응물질 용액을 주입하는 예시도이다.

먼저 도 6의 (a)에서 메인채널용 미세관(120)에 형성된 캡은 개방되어 있으며, 서브채널용 미세관(130)에 형성된 캡은 폐쇄된 것을 확인할 수 있다. 상기 메인채널용 미세관(120)을 통해 반응물질 고정을 위한 표면처리 용액을 주입하면, 도 6의 (b)와 같이 상기 메인채널용 미세관의 모든 영역의 표면이 반응물질 고정용 물질로 표면 처리가 된다. 다음으로 도 6의 (c)를 확인하면, 메인채널용 미세관(120)에 형성된 캡은 폐쇄되어 있으며, 서브채널용 미세관(130)에 형성된 캡은 개방된 것을 확인할 수 있다. 상기 제1 서브채널용 미세관의 외부로 연결되는 끝단 및 상기 제2 서브채널용 미세관의 외부로 연결되는 끝단 중 어느 하나를 통하여 반응물질 용액을 주입할 수 있다. 그 결과 도 6의(d)와 같이 제1 지점과 제2 지점 사이 표면에 반응물질이 고정된다.

도 4 내지 도 6을 통해 국소영역의 표면을 반응물질로 고정하는 실시예를 살펴보았다. 도 4 내지 6에서는 설명의 간소화 및 이해의 편의를 위해 2개의 서브채널용 미세관이 형성된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 상기 제1, 2 서브채널용 미세관 외 추가적인 서브채널용 미세관을 구성하면, 하나의 메인채널용 미세관 내에서도 복수개의 반응물질 고정 영역을 만들 수 있다. 이때, 이종의 반응물질을 사용하면 한 채널 내에서 다중 표적 물질에 대한 분석을 수행할 수 있다.

한편, 상기 반응물질은 요구된 제1 지점 또는 제2 지점을 넘어서 고정될 수 있으며, 상기 서브채널용 미세관의 표면에 잔류할 가능성이 있다.

도 7은 본 명세서에 따른 메인채널용 미세관의 일부 확대 단면도이다.

본 명세서에 따른 제작 방법은 상기 메인채널용 미세관을 캡 또는 밸브로 막고 원하는 국소 영역에 해당하는 서브채널용 미세관을 통해 표면처리 용액 및 반응물질 용액을 주입하지만, 도 7에 도시된 것과 같이, 상기 표면처리용 용액 또는 반응물질 용액이 예상했던 제1 지점 또는 제2 지점을 벗어날 수 있다. 도 7에서는 제1 서브채널용 미세관의 우측 벽면을 기준으로 왼쪽은 원치 않게 반응물질이 고정된 영역으로 표현하였다. 또한, 제1 서브채널용 미세관의 표면에 반응물질의 일부가 잔류한 것으로 표현하였다. 본 명세서에 따른 제작 방법은 상기 원치 않는 영역의 반응물질 제거가 가능하다.

도 8은 본 명세서에 따른 불필요한 반응물질 제거 방법의 예시도이다.

도 8의 (a)를 참조하면, 도 6의 방법에 따라 제1 지점과 제2 지점 사이에 단백질이 고정된 상태이다. 이 때, 제1 서브채널용 미세관의 표면, 제2 서브채널용 미세관의 표면, 제1 지점의 좌측 및 제2 지점의 우측에 불필요한 반응물질을 제거하려고 하는 것으로 가정하겠다. 이를 위해 도 8의 (b)와 같이, 메인채널용 미세관의 좌측 끝단과 제1 서브채널용 미세관의 캡은 개방하고, 메인채널용 미세관의 우측 끝단과 제2 서브채널용 미세관의 캡은 폐쇄한다. 그리고 메인채널용 미세관의 좌측 끝단 또는 제1 서브채널용 미세관을 통해 제거액을 주입한다. 이를 통해 제1 서브채널용 미세관의 표면 및 제1 지점의 좌측에 존재하는 불필요한 반응물질이 제거된다. 다음으로, 도 8의 (c)와 같이, 메인채널용 미세관의 우측 끝단과 제2 서브채널용 미세관의 캡은 개방하고, 메인채널용 미세관의 좌측 끝단과 제1 서브채널용 미세관의 캡은 폐쇄한다. 그리고 메인채널용 미세관의 우측 끝단 또는 제2 서브채널용 미세관을 통해 제거액을 주입한다. 이를 통해 제2 서브채널용 미세관의 표면 및 제2 지점의 우측에 존재하는 불필요한 반응물질이 제거된다. 그 결과, 도 8의 (d)와 같이, 제거액을 통해 불필요한 반응물질을 제거할 수 있다.

한편, 도 8에는 2개의 서브채널용 미세관이 구비된 실시예를 도시하였기 때문에 메인채널용 미세관을 함께 이용하는 예시를 도시하였다. 그러나 2개를 초과하는 서브채널용 미세관이 구비된 경우, 메인채널용 미세관의 역할을 인접한 다른 서브채널용 미세관이 수행할 수 있다. 예를 들어, 4개의 서브채널용 미세관이 구비되어 있고, 각각의 서브채널용 미세관과 대응하는 메인채널용 미세관의 지점을 제1 지점, 제2 지점, 제3 지점 및 제4 지점이라고 명명하겠다. 그리고 이때, 제2 지점과 제3 지점 사이에 반응물질이 고정된 상태이며, 나머지 부분에 불필요한 반응물질을 제거하려는 것으로 가정하겠다. 이를 위해 제1 서브채널용 미세관과 제2 서브채널용 미세관을 개방하고 나머지는 모두 폐쇄하고 상기 제1 서브채널용 미세관 또는 제2 서브채널용 미세관을 통해 제거액을 주입한다. 그리고 제3 서브채널용 미세관과 제4 서브채널용 미세관을 개방하고 나머지는 모두 폐쇄하고 상기 제3 서브채널용 미세관 또는 제4 서브채널용 미세관을 통해 제거액을 주입한다. 이를 통해 제2 지점과 제3 지점 사이에 고정된 반응물질을 제외한 나머지 영역에 불필요한 반응물질이 제거될 것이다.

즉, (i) 상기 제1 또는 제2 서브채널용 미세관의 캡 또는 밸브 및 (ii) 상기 (i)에서 선택된 캡 또는 밸브와 인접한 메인채널용 미세관의 캡 또는 밸브 또는 서브채널용 캡 또는 밸브를 개방하는 단계이다. 그리고, 상기 개방된 서브채널용 미세관 또는 메인채널용 미세관을 통해 제1 지점과 제2 지점 사이 영역의 표면에 고정되지 않은 반응물질을 제거는 제거액을 주입하는 단계이다.

상기 제거액은 제거하고자 하는 물질과 표면과의 결합 방식에 따라 적합한 용액을 선택하며, 일 예로 단백질 제거 용액은 15 g glycine, 1 g SDS, 10 ml Tween20, Adjust pH to 2.2, Bring volume up to 1 L with ultrapure water 용액 또는 20 ml SDS 10%, 12.5 ml Tris HCl pH 6.8 0.5M, 67.5 ml ultra pure water, 0.8 ml ß-mercaptoethanol 용액을 사용할 수 있다.

한편, 시료는 상기 반응물질과 반응(또는 결합)되지만, 일부 반응하지 않은 물질 또는 반응물질의 양을 초과하는 시료는 상기 메인채널용 미세관에 잔류할 수 있다. 따라서, 상기 메인채널용 미세관을 세척할 필요성이 있다.

도 9는 본 명세서의 일 실시예에 따라 메인채널용 미세관 내부를 세척하는 예시도이다.

도 9의 (a)를 참조하면, 먼저 시료를 주입하는 단계이다. 상기 시료 내에는 반응물질과 결합하는 물질이 함유된 것으로 표현하였다. 다음 도 9의 (b)를 참조하면, 시료가 반응물질과 모두 반응하였으나, 시료의 일부가 메인채널용 미세관 내에 잔류한 것을 확인할 수 있다. 다음으로 도 9의 (c)와 같이, (i) 상기 메인채널용 미세관의 양단에 연결된 캡 또는 벨브는 개방하고, (ii) 상기 복수의 서브채널용 미세관의 외부로 연결되는 끝단을 캡 또는 밸브로 폐쇄한다. 그리고 상기 메인채널용 미세관의 양단 중 어느 일단을 통해 상기 반응물질과 반응하지 않고 상기 메인채널용 미세관에 잔류하는 시료를 세척하는 세척액을 주입한다. 그 결과 도 9의 (d)와 같이, 세척액을 통해 잔류물질을 제거할 수 있다.

상기 세척액은 메인채널용 미세관의 사용 환경 조건에 따라 사용자가 다양하게 선택 가능하며, 일반적으로 바이오 분야에서 널리 쓰이는 DIW (deionized water), PBS(phosphate buffered saline) 또는 TBS(tris buffered saline)가 될 수 있다.

도 1 내지 도 8은 모두 반응물질을 메인채널용 미세관의 표면에 고정시키는 실시예에 해당하였다. 그러나 본 명세서에 따라 수화젤이 제1 지점과 제2 지점 사이에 고정될 수 있다.

본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 상기 메인채널용 미세관의 전체 영역 중에서 (i) 상기 복수의 서브채널용 미세관 중 제1 서브채널용 미세관과 상기 메인채널용 미세관이 연결된 제1 지점과 (ii) 상기 복수의 서브채널용 미세관 중 제2 서브채널용 미세관과 상기 메인채널용 미세관이 연결된 제2 지점 사이의 영역의 표면에 수화젤(160)이 고정될 수 있다. 이 때, 상기 메인채널용 미세관의 표면에 수화젤 고정을 위한 표면 처리를 하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

상기 '수화젤(hydrogel)'은 고분자 물질로서 일반적으로 기저귀, 콘텍트 렌즈, 의료용 전극, 세포 배양시 많이 쓰이고 특수한 용도로 성형 재료나 토양 수분 저장용, 화상 상처용 붕대류에도 다양하게 쓰인다. 이는 공유 결합, 수소결합, 반데르발스(van der waals) 결합 또는 물리적 결합 등과 같은 응집력에 의해 가교된 친수성 고분자로서, 수용액상에서 다량의 물을 내부에 함유하여 팽윤할 수 있는 3차원 고분자 네트워크 구조를 갖는 물질이다. 일 예로, 세포를 3차원으로 배양하거나 3차원 골격을 통한 특정 화학물질의 확산을 통해 상기 화학물질의 농도 구배를 형성시키기 위한 것으로 매트리젤(Matrigel), 퓨라메트릭스 (Puramatrix), 콜라겐(Collagen), 피브린 겔(Fibrin gel), PEGDA, 알지네이트(Alginate) 등이 있다. 또한, 특성에 따라, 이온 가교(Ionic cross-linking)법을 이용하여 형성한 수화젤은 alginate (Ca2+ 이온을 함께 넣음)이 있고, UV 경화성 젤 (photo-polymerization이 필요)에는 PEGDA (initiator material을 함께 넣음)이 있고, 온도 감응성 젤은 collagen, matrigel 등이 있다. 상기 수화젤의 종류는 당업자에게 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하겠다.

한편, 상기 수화젤은 본 명세서에 따른 반응물질 그 자체가 될 수 있으며, 본 명세서에 따른 반응물질을 포함하는 매개체가 될 수도 있다. 또한, 본 명세서에 따른 반응물질이 메인채널용 미세관의 표면에 고정된 후, 수화젤을 주입하여 상기 메인채널용 미세관을 채울 수도 있다.

한편, 본 명세서에 따라 칩상부판과 칩하우판을 먼저 결합하는 방식의 경우, 종래 제작 방법과 비교할 때, 시약으로 사용되는 반응물질을 메인채널용 미세관의 표면에 고정시키기 전에 상기 칩상부판과 칩하부판을 먼저 결합시킨다는 것이 큰 차이점이다. 종래 제작 방법은 미세유체분석칩의 메인채널용 미세관이 아주 작기 때문에 반응물질이 단백질인 경우, 단백질을 미세관의 표면에 먼저 고정시킨 후, 칩상부판과 칩하부판을 결합시켰다. 이때, 칩상부판과 칩하부판을 결합시키는 과정에서 열처리, 자외선처리 및 화학처리 등이 사용되기 때문에 단백질의 변형이 발생할 수 있다. 단백질 구조 변성은 분석 성능의 하락을 유발할 수 있기 때문에, 단백질의 특성에 따라 미세유체분석칩에 사용 제약이 되었다. 반면, 본 명세서에 따른 미세유체분석칩(100)은 칩상부판(112)과 칩하부판(111)을 먼저 결합시킨 후 이후 단백질을 메인채널용 미세관의 표면에 고정시키기 때문에 단백질 구조의 변성이 발생할 가능성이 매우 낮다.

도 10는 본 명세서의 일 실시예에 따른 미세유체분석칩의 단면도이다.

도 10를 참조하면, 본 명세서에 따른 미세유체분석칩(100)은 칩하우징(110), 메인채널용 미세관(120), 서브채널용 미세관(130) 및 주입기(140)를 포함할 수 있다.

상기 칩하우징(110)은 상기 메인채널용 미세관(120)을 감싸는 역할을 한다. 상기 칩하우징(110)은 플라스틱과 같은 고분자 물질로 제작될 수 있다. 상기 칩하우징(110)은 칩상부판과 칩하부판이 따로 제작된 다음에 결합하여 제작할 수 있으며, 플라스틱 사출 방식과 같이 한번에 제작될 수도 있다. 필요에 따라, 상기 칩하우징(110)은 칩하부판(111) 및 칩상부판(112)을 포함할 수 있다.

상기 메인채널용 미세관(120)은 한 쪽 끝에는 형성된 시료 주입구(121)로부터 투입된 시료가 다른 쪽 끝으로 이동하는 동안 시약과 반응하는 공간을 제공한다. 상기 메인채널용 미세관(120)은 상기 칩하부판(111)과 상기 칩상부판(112)이 결합되는 면에 형성될 수도 있다. 본 명세서에서 메인채널용 미세관(120)은 혈액, 소변 등과 같은 시료(sample)가 투입되어 이동하는 공간으로서, 메인채널용 미세관 내에서는 시약(reagent)과 반응을 위한 반응실(reaction chamber)이 형성될 수 있다. 상기 반응실은 메인채널용 미세관 내 다른 공간에 비해 상대적으로 직경이 넓어서 시료와 시약이 반응하는 공간인 반응챔버가 형성될 수도 있다.

그리고 상기 메인채널용 미세관(120)의 일단은 상기 칩하우징(110)의 외부와 연결될 수 있다. 또한 메인채널용 미세관(120)의 타단도 상기 칩하우징(110)의 외부와 연결될 수 있다. 상기 외부는 반드시 상기 하우징을 기준으로 물리적으로 이격된 공간을 의미하지 않는다. 상기 메인채널용 미세관(120)은 시료가 투입되어야 하기 때문에 한 쪽 끝이 시료 투입을 위해 외부와 연결이 되어야 한다. 상기 메인채널용 미세관(120)에 투입된 시료가 시약과 반응한 후 그 결과를 확인하기 위해 투입된 반대편으로 이동하여야 하며, 그 결과를 외부에서 확인할 수 있어야 한다. 도면에서는 메인채널용 미세관(120)의 입구와 출구가 칩하우징의 상단면에 형성된 예시가 도시되어 있으나, 본 명세서에 따른 미세유체분석칩이 상기 도면에 제한되는 것은 아니다. 상기 입구 및 출구는 칩하우징의 상단, 하단, 측면 등 다양하게 형성될 수 있음은 자명하다. 따라서 본 명세서에서 상기 메인채널용 미세관(120)의 양단이 상기 칩하우징(110)의 외부와 연결된 것이란, 상기 메인채널용 미세관(120)에서 이루어진 시료와 시약의 반응을 외부에서 주도하고 확인할 수 있도록 다양하게 형성된 형태로 이해해야 한다.

상기 서브채널용 미세관(130)의 일단은 상기 메인채널용 미세관(120)의 측면과 연결되고, 타단은 상기 칩하우징(110)의 외부와 연결될 수 있다. 본 명세서에서 '상기 메인채널용 미세관의 측면'이란, 메인채널용 미세관 내에 흐르는 유체의 이동 방향을 기준을 측면을 의미한다. 따라서, 서브채널용 미세관이 메인채널용 미세관의 표면과 반듯이 수직으로 연결될 필요는 없으며, 상기 메인채널용 미세관의 내부와 서브채널용 미세관의 내부가 연결이 될 수 있는 다양한 형태를 의미한다. 또한, 본 명세서에 따른 미세유체분석칩(100)은 적어도 하나 이상의 서브채널용 미세관(130)을 포함할 수 있다. 도 10에서는 3개의 서브채널용 미세관(130)을 가진 실시예가 도시되어 있으나, 도면 실시예에 제한되는 것이 아니며 필요에 따라 그 개수는 다양하다.

상기 주입기(140)는 상기 서브채널용 미세관(130)의 내부벽에 밀착되어 위치할 수 있다. 도 10에 도시된 예시에는 3개의 서브채널용 미세관 모두에 주입기가 위치한 실시예가 도시되어 있다. 그러나 상기 주입기가 반듯이 모든 서브채널용 미세관에 위치해야 하는 것은 아니다. 필요에 따라 일부 서브채널용 미세관에는 주입기가 위치하지 않을 수 있다.

상기 주입기(140)는 상기 메인채널용 미세관 방향으로 향하는 끝단에 외부로부터의 기체 유입을 방지하는 흡자(gasket)가 부착될 수 있다. 상기 흡자는 고무 또는 고분자 물질로서 이루어질 수 있으며, 그 외 상기 서브채널용 미세관(130)의 내부벽과 주입기(140) 사이의 이음매를 메우는 역할을 하는 물질이면 충분하다. 상기 주입기(140)는 상기 서브채널용 미세관(130)에 포함된 물질을 상기 메인채널용 미세관(120)으로 주입시키거나, 상기 메인채널용 미세관(120)에 있는 물질을 상기 서브채널용 미세관(130)으로 빨아당길 수도 있다. 다시 말해서, 상기 주입기(140)는 주사기와 같은 역할을 할 수 있다. 상기 주입기(140)의 몸체는 강성이 있는 플라스틱 또는 금속 재료를 사용하여 구성할 수 있다. 나아가, 사용자의 편의를 위해 상기 서브채널용 미세관(130)은, 내부벽에 눈금이 도시될 수 있다.

본 명세서에 따라 주입기가 포함된 미세유체분석칩에 시약을 주입하는 방법은 크게 칩상부판과 칩하부판을 결합하기 전에 주입하는 방법과 결합한 후에 주입하는 방법으로 구분될 수 있다.

먼저, 칩상부판과 칩하부판이 결합된 후에 시약을 주입하는 방법에 대해서 설명하겠다.

도 11은 본 명세서의 일 실시예에 따른 미세유체분석칩의 서브채널용 미세관에 시약을 주입하는 방법의 흐름도이다.

도 11을 참조하면, 먼저 단계 S10에서 타겟 서브채널용 미세관의 내부에 위치하는 주입기를 메인채널용 미세관 방향으로 이동시킬 수 있다. 상기 '타겟 서브채널용 미세관'이란, 시약을 주입하고자 하는 서브채널용 미세관을 의미한다.

다음으로 단계 S11에서 상기 메인채널용 미세관(120)의 주입구를 통해서 상기 메인채널용 미세관(120)으로 상기 시약을 주입할 수 있다. 이때 시약은 상기 메인채널용 미세관(120)을 주입구의 반대편으로 흐르게 될 것이고, 상기 타겟 서브채널용 미세관의 아래까지 도달하게 될 것이다.

다음으로 단계 S12에서 상기 이동 시킨 주입기를 이동 시켜서 상기 시약을 상기 타겟 서브채널용 미세관(130)으로 주입할 수 있다. 이때 원하는 시약의 양만큼 주입기를 이동시킬 수 있다.

상기 과정을 도 10를 참조하여 설명한 미세유체분석칩의 서브채널용 미세관에 시약을 주입하는 방법은 간략하게 비유하자면, 주사기에 시약을 빨아들이는 과정과 유사하다. 즉, 주사기의 밀대를 끝까지 밀었다가 시약을 주사기 내부로 빨아당기는 과정과 유사하다.

다음으로, 칩상부판과 칩하부판이 결합하기 전에 시약을 주입하는 방법에 대해서 설명하겠다.

도 12은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 미세유체분석칩의 서브채널용 미세관에 시약을 주입하는 방법의 흐름도이다.

도 12을 참조하면, 먼저 단계 S20에서 상기 복수의 서브채널용 미세관(130) 중 타겟 서브채널용 미세관의 내부에 위치하는 주입기를 이동 시켜, 상기 타겟 서브채널용 미세관의 타단과 상기 주입기 사이의 공간을 생성할 수 있다. 상기 공간의 크기는 주입하고자 하는 시약의 양에 따라 다양하게 생성될 수 있다.

다음으로, 단계 S21에서 상기 공간에 상기 시약을 주입할 수 있다. 상기 시약 주입은 스포이드(pipette) 또는 디스펜서(dispenser)를 사용하여 원하는 양만큼 주입할 수 있다.

다음으로, 단계 S22에서 상기 칩상부판(112) 및 상기 칩하부판(111)을 결합할 수 있다.

도 13는 종래 기술에 따른 시약 주입 방법의 개략도이다.

미세유체분석칩 상에서 2종 이상 시약의 순차적 주입이 요구되는 분석법을 수행할 경우, 재현성 있는 분석 결과를 보장하기 위하여 각 시약의 주입 시점 및 유속을 정확하게 제어하는 것이 중요하다.

종래에는 미세유체분석칩 외부에 각 시료별 용기와 펌프를 설치하여 내부로 주입하는 방식을 사용하나, 분석에 필요한 시약은 극소량인데 반해 구동을 위해 대용량의 시료가 필요하기 때문에 낭비되는 용량이 상당하여 비용 손해를 야기했다. 상기 문제점을 극복하기 위하여, 도 13에 도시된 것과 같이, 시약을 기주입한 미세관을 미세유체분석칩 주입구에 체결하는 방법이 제안된 바 있다. 미세유체분석칩과의 체결 전에 시약을 순서에 맞게 미세관에 기주입하고, 섞이지 않는 기체 또는 액체를 사용하여 시약 사이 공간을 형성함으로써 순차적인 시약 주입의 시점이 조절 가능하다. 하지만 동일한 시약을 사용하더라도, 시료 특성에 따라 시약 별 주입 시점, 반응 시간, 유속 등의 설정 조절이 필요할 때마다, 새로운 미세관에 시약을 주입하는 과정이 필수적이므로 범용성의 제약이 존재했다.

본 명세서에 따른 미세유체분석칩의 서브채널용 미세관에 시약을 주입하는 방법은 종래 기술에 비해 정확한 양을 정확한 위치에 주입할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 본 명세서에 따른 미세유체분석칩의 시약 주입 방법은 2종 이상 시약이 실험에 사용되는 경우에도 시약의 특성에 관계없이 정확한 양을 정확한 위치에 주입시킬 수 있을 뿐만 아니라, 필요에 따라 시약의 종류가 바뀌어도 주입 방법이 바뀌지 않는 장점이 있다. 이를 통해 미세유체분석칩의 재현성 있는 분석 결과를 보장할 뿐만 아니라, 제작 비용 역시 종래 기술에 비해 낮출 수 있다.

한편, 본 명세서에 따른 미세유체분석칩(100)은 상기 서브채널용 미세관(130)의 일단에 위치하여, 상기 서브채널용 미세관에 주입된 시약을 밀폐하는 실링막(150)을 더 포함할 수 있다.

도 14는 본 명세서에 따른 실링막이 형성된 미세유체분석칩의 단면도이다.

도 14를 참조하면, 실링막(150)이 상기 서브채널용 미세관의 일단을 막은 것을 확인할 수 있다. 상기 실링막(150)은 미세분석유체칩이 제작된 이후 유통 과정에서 시약이 누출되는 것을 방지하며, 실험 과정에서 시약과 시료가 원치 않게 반응하는 것을 방지할 수 있다.

상기 실링막(150)은 상기 시약이 주입 완료된 후 상기 타겟 서브채널용 미세관의 일단을 실링막으로 밀폐할 수 있다. 도 11에 도시된 실시예의 경우, 단계 S12 이후에 실링막으로 밀폐하는 과정이 수행될 있다. 이 경우, 상기 실링막 역할을 하는 물질을 상기 메인채널용 미세관(120)의 주입구를 통해 주입한 후 상기 메인채널용 미세관 내부를 흐르면서 상기 서브채널용 미세관의 끝단에서 고체화되는 과정을 통해 밀폐시킬 수 있다. 도 12에 도시된 실시예의 경우, 단계 S21 이후 단계 S22 이전에 실링막으로 밀폐하는 과정이 수행될 있다. 이 경우, 상기 실링막 역할을 하는 물질을 직접 상기 서브채널용 미세관의 끝단에 도포하는 과정을 통해 밀폐시킬 수 있다.

한편, 상기 실링막(150)은 사용자가 원하는 시점(시약 투입 전 또는 투입 후)에 파괴될 수 있어야 한다.

본 명세서에 따른 미세유체분석칩(100)은 상기 메인채널용 미세관 내부 표면 중 상기 실링막(150)에 대응하는 위치에 형성되는 미세침(151)을 더 포함할 수 있다.

도 14의 (a)를 참조하면, 미세유체분석칩(100)은 상기 메인채널용 미세관 내부 표면에 형성되는 미세침(151)을 확인할 수 있다. 상기 미세침(151)은 상기 실링막(150)에 대응하는 위치 보다 정확하게, 상기 서브채널용 미세관(130)의 맞은편에 미세침(151)이 형성된 것을 확인할 수 있다. 상기 칩상부판(112) 및 칩하부판(111)은 탄성을 가지며 외력에 의해 약간의 변형이 가능한 고분자물질로 구성될 수 있다. 따라서 상기 실험 전에 상기 칩하우징(110)을 살짝 눌러서 미세침(151)이 실링막(150)을 뚫도록 할 수 있다. 본 명세서에서는 실험 전 즉, 시약 투입 전에 뚫는 것을 예시로 언급하였으나, 시약 투입 후에 상기 실링막을 뚫는 것도 가능하다.

도 14의 (a-1)을 참조하면, 3개의 미세침 길이가 서로 다른 것을 확인할 수 있다. 이 경우, 상기 칩하우징(110)을 누를 경우, 미세침의 길이에 따라 상기 실링막을 뚫는 시점이 서로 다를 수가 있다. 본 명세서에 따르면, 상기 미세침(151)의 길이를 가변하여 실링막의 파괴 시점을 제어할 수 있다.

본 명세서에 따라 실링막 및 미세침이 포함된 미세유체분석칩의 동작 방법은, 먼저 상기 메인채널용 미세관(120)의 주입구를 통해서 상기 메인채널용 미세관(120)으로 시료를 주입할 수 있다. 그리고 상기 미세침(151)이 상기 실링막(150)을 제거함으로써, 상기 서브채널용 미세관에 기주입되어 있던 시약을 상기 메인채널용 미세관(120)으로 주입할 수 있다.

한편 본 명세서에 따르는 미세유체분석칩(100)은 상기 칩하부판(111) 및 상기 칩상부판(112) 중 적어도 하나를 이동 시켜, 상기 칩하부판 및 상기 칩상부판 사이의 거리를 조정할 수 있는 조정부를 더 포함할 수 있다. 상기 조정부는 상기 미세침(151)이 상기 실링막(150)을 뚫도록 하는 역할을 한다. 즉, 상기 조정부는 사용자가 아닌 칩하우징(110)에 외력을 제공하는 기계적인 장치로 이해할 수 있다.

한편, 상기 실링막(150)은 광분해 물질일 수 있다. 상기 광분해 물질로 된 실링막은 빛을 받으면 분해되기 때문에, 원하는 시점에 상기 실링막(150)에 빛을 조사하여 시약과 시료를 반응시킬 수 있다. 상기 실링막에 빛을 조사하는 광원은 미세유체분석칩의 내부 및 외부에 존재할 수 있다. 광원이 미세유체분석칩의 내부에 존재할 경우, 상기 실링막(150)에 대응하는 위치 보다 정확하게, 메인채널용 미세관의 내부 표면 중 상기 서브채널용 미세관(130)의 맞은편에 LED 같은 광원이 위치할 수 있다.

도 14의 (b)를 참조하면, 광투과창(152)을 확인할 수 있다. 본 명세서에 따른 미세유체분석칩(100)은 상기 메인채널용 미세관 내부 표면 중 상기 실링막(150)에 대응하는 위치에 형성되는 광투과창(152)을 더 포함할 수 있다. 상기 광투과창(152)은 광원이 미세유체분석칩의 외부에 존재할 경우, 상기 외부 광원에서 조사된 빛이 상기 실링막에 도달할 수 있도록 한다.

본 명세서에 따라 광분해 실링막을 가진 미세유체분석칩의 동작 방법은, 먼저 상기 메인채널용 미세관(120)의 주입구를 통해서 상기 메인채널용 미세관으로 시료를 주입할 수 있다. 그리고 다음으로 상기 실링막(150)에 빛을 조사함으로써, 상기 서브채널용 미세관에 기주입되어 있던 시약을 상기 메인채널용 미세관으로 주입할 수 있다.

이하에서는 본 명세서에 따른 미세유체분석칩(100)을 사용하여 시약과 시료를 반응시키는 과정에 대해서 설명하도록 하겠다. 본 명세서에 따른 미세유체분석칩(100)은 종래 기술에 따른 미세유체분석칩과 달리, 시약과 시료를 반응 시키는 시점을 사용자가 다양하게 선택 및 조절할 수 있다는 점이다. 즉, 종래 기술에 따른 미세분석유체칩의 경우, 미리 설정된 위치에 시약이 존재하기 때문에 일단 시료가 주입되면 이후 과정에서 사용자가 시약과 시료의 선택적 반응 또는 반응 시점에 대해서 관여하기 어려웠다. 그러나 본 명세서에 따른 미세유체분석칩(100)은 주입기(140)를 통해 사용자의 의도에 따라 다양한 반응 설계가 가능하다.

도 15은 본 명세서의 일 실시예에 따른 미세유체분석칩의 동작 방법이다.

도 15의 (a)를 참조하면, 먼저 상기 메인채널용 미세관(120)의 주입구를 통해서 상기 메인채널용 미세관(120)으로 시료를 주입할 수 있다. 다음으로 도 15의 (b)를 참조하면, 상기 복수의 주입기(140)를 미리 설정된 주입 패턴에 기반하여 상기 메인채널용 미세관 방향으로 이동 시킬 수 있다. 이를 통해 상기 이동한 주입기(140)의 상기 메인채널용 미세관 방향으로 향하는 끝단에 기주입되어 있던 시약을 상기 메인채널용 미세관으로 주입시킬 수 있다. 다음으로 도 15의 (c)를 참조하면, 시료와 반응한 시약이 순차적으로 상기 메인채널용 미세관(120)의 주입구 반대방향으로 흐르게 된다.

도 16은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 미세유체분석칩의 동작 방법이다.

도 16을 참조하면, (a)부터 (f)까지 가장 왼쪽의 빨간 시약, 가장 오른쪽의 파란 시약, 마지막에 가운데 노란 시약이 서로 다른 시점에 메인채널용 미세관으로 주입되는 것을 확인할 수 있다. 시료와 반응한 시약은 주입된 순서대로 상기 메인채널용 미세관(120)의 주입구 반대방향으로 흐르게 된다.

도 15에 도시된 실시예는 복수의 주입기를 동시에 가압하여 시약을 동시에 주입시킨 예시도이다. 도 16에 도시된 실시예는 복수의 주입기를 서로 다른 시점에 가압하여 시약을 주입시킨 예시도이다. 이처럼 본 명세서에 따른 미세유체분석칩의 동작 방법은 선택적 주입이 가능하며, 주입 순서 역시 가변이 가능하다. 또한, 도면에 도시되어 있지는 않지만, 선택적으로 일부 시약이 시료와 반응하지 않도록 제어할 수도 있다. 이러한 동시 또는 서로 다른 시점의 주입 또는 선택적 일부 주입은 본 명세서에 따른 미세유체분석칩(100)만이 가진 장점이다.

한편, 도 15 및 도 16에 도시된 실시예에서 주입기의 길이는 모두 동일하다. 그러나 본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 서브채널용 미세관 및 상기 주입기는 2개 이상이며, 적어도 2이상의 주입기는 서로 다른 길이를 서로 다른 길이를 가질 수 있다.

도 17은 본 명세서의 일 실시예에 따라 복수의 주입기가 서로 다른 길이를 가진 예시도이다.

도 17을 참조하면, 3개의 주입기(140-1, 140-2, 140-3)의 길이가 서로 다른 것을 확인할 수 있다. 상기 3개의 주입기가 차지하는 영역 전부를 포함하는 하나의 바(bar) 또는 판(plate)를 수직 방향으로 누를 경우, 각 주입기는 길이의 차이에 의해 각 서브채널용 미세관에 포함된 시약이 주입되는 시점이 서로 다를 수 있다. 이를 이용하여 미리 시약의 주입 시점에 따라 상기 주입기의 길이를 미리 설계할 수 있다. 보다 자세하게는 보다 먼저 주입되어야 할 시약이 담긴 서브채널용 미세관의 주입기 길이는 상대적으로 길게 만들고, 보다 나중에 주입되어야 할 시약이 담긴 서브채널용 미세관의 주입기 길이는 상대적으로 짧게 만드는 것이다. 이 경우, 사용자가 주입 시점을 제어함에 있어서 실수할 가능성이 보다 낮아질 수 있다.

한편, 본 명세서에 따른 미세유체분석칩(100)은 상기 칩상부판으로부터 소정 거리 이격되어 위치하되, 상기 칩상부판과의 거리가 조정되는 누름판(160)을 더 포함할 수 있다. 상기 누름판(160)은 상기 주입기 전체 또는 적어도 2이상의 일부 주입기에 해당하는 면적을 가지며, 상기 주입기의 수직방향으로 이동하는 구성을 의미한다.

본 명세서에 따라 누름판(160)을 포함하는 미세유체분석칩의 동작 방법은, 먼저 상기 메인채널용 미세관의 주입구를 통해서 상기 메인채널용 미세관으로 시료를 주입할 수 있다. 그리고 다음으로, 상기 누름판(160)을 상기 칩상부판 방향으로 이동 시켜, 상기 복수의 주입기 중 적어도 하나를 상기 메인채널용 미세관 방향으로 이동 시켜, 상기 이동한 주입기의 상기 메인채널용 미세관 방향으로 향하는 끝단에 기주입되어 있던 시약을 상기 메인채널용 미세관으로 주입할 수 있다.

상술한 내용은 상기 주입기는 모두 직접적인 접촉을 통해 기계적인 힘이 전달되고 이로 인해 주입기가 이동하는 경우이다. 하지만 상기 주입기가 직접 접촉을 통해서만 이동될 수 있는 것은 아니다. 자력을 이용하면 비접촉식으로 주입기를 이동시킬 수 있다.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 주입기(140)는 자성물질로 제작될 수 있다. 상기 주입기(140)가 자성물질인 경우, 외부 자력(magnetic force)에 의해 상기 주입기를 이동시킬 수 있다.

본 명세서에 따라 주입기가 자성물질인 미세유체분석칩의 동작 방법은, 먼저 상기 메인채널용 미세관(120)의 주입구를 통해서 상기 메인채널용 미세관으로 시료를 주입할 수 있다. 그리고 다음으로, 상기 칩하우징 하단에서 상기 주입기(140)가 가진 자성물질의 반대 극성을 갖는 자성을 생성하여, 상기 주입기(140)를 상기 메인채널용 미세관 방향으로 이동 시켜, 기주입되어 있던 시약을 상기 메인채널용 미세관으로 주입할 수 있다. 상기 반대 극성은 전자석을 통해 발생시킬 수 있다. 또한 전자석의 자성 발생 시기를 제어하여 주입기의 이동 시점을 동시 또는 서로 다른 시점으로 제어할 수 있으며, 일부 주입기만 이동하도록 선택적인 자성 발생도 가능하다.

한편, 지금까지는 시약과 시료를 혼합하는 방법에 대해서만 기술하였으나, 본 명세서에 따른 미세유체분석칩의 동작 방법이 시약-시료 혼합에만 제한되는 것은 아니다. 상기 주입기(140)를 설명함에 있어서 주사기에 비유하였듯이, 시료를 샘플링하는 방법도 가능하다.

도 18는 본 명세서의 일 실시예에 따라 시료를 샘플링하는 방법의 참고도이다.

도 18를 참조하면, 본 명세서에 따라 서브채널용 미세관에 주입기가 위치하는 미세유체분석칩을 이용하여 서브채널용 미세관에 시료를 샘플링하는 방법으로서, 먼저 타겟 서브채널용 미세관에 위치한 주입기를 메인채널용 미세관 방향으로 이동 시킬 수 있다(a). 그리고 다음으로 상기 메인채널용 미세관의 주입구를 통해서 상기 메인채널용 미세관으로 상기 시료를 주입한다(b). 그리고 다음으로 이동 시켰던 주입기를 반대 방향으로 이동시켜서 상기 시료를 추출할 수 있다(c).

복수의 서브채널용 미세관에 시료를 추출하는 경우 상기 메인채널용 미세관(120)에 복수의 시료가 흐를 수 있으며, 이들이 서로 섞이지 않게 할 필요가 있다. 따라서 시료 추출 후 상기 시료의 추출이 완료되면, 상기 메인채널용 미세관을 세척(washing)할 수 있다.

본 명세서에 따라 주입기가 자성물질인 미세유체분석칩을 이용하여 서브채널용 미세관에 시료를 샘플링하는 방법은, 먼저 상기 칩하우징(110) 하단에서 상기 주입기(140)가 가진 자성물질의 반대 극성을 갖는 자성을 생성한다. 반대 극성은 인력을 발생시키므로, 상기 주입기(140)가 서브채널용 미세관의 일단으로 이동한다. 그리고 다음으로 상기 메인채널용 미세관(120)의 주입구를 통해서 상기 메인채널용 미세관으로 상기 시료를 주입한다. 그리고 다음으로 상기 칩하우징(110) 하단에서 상기 주입기(140)가 가진 자성물질과 동일 극성을 갖는 자성을 생성한다. 동일 극성은 척력을 발생시키므로, 상기 주입기(140)가 메인채널용 미세관(120)에서 멀어지는 방향으로 이동한다. 이를 통하여, 상기 시료를 추출할 수 있다.

한편, 본 명세서에 따른 미세유체분석칩(100)은 타겟 영역에 대한 측정된 임피던스, 자기장 및 광학수치 중 적어도 어느 하나의 값에 기반하여 (i) 시료 또는 시약의 도달 여부, (ii) 상기 시료 또는 상기 시약의 유속, (iii) 상기 시료 또는 상기 시약의 양(量) 및 (iv) 상기 시료 또는 상기 시약의 종류 중 적어도 하나를 판단하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

임피던스 변화 측정을 위해 상기 제어부는 상기 메인채널용 미세관의 타겟 영역의 양단에 설치되는 복수의 전극 및 상기 복수의 전극 사이의 임피던스를 측정하는 센서를 포함할 수 있다.

자기장 변화 측정을 위해 상기 제어부는 상기 메인채널용 미세관의 타겟 영역의 양단에 설치되는 자기장 측정 센서를 포함할 수 있다.

광학 수치 변화 측정을 위해 상기 제어부는 상기 메인채널용 미세관의 타겟 영역의 일단에 설치된 광원 및 상기 메인채널용 미세관의 타겟 영역의 타단에 설치된 광학센서를 포함할 수 있다.

도 19은 본 명세서에 따라 복수의 전극을 가진 미세유체분석칩의 일부 확대도이다.

도 19을 참조하면, 미세관의 일부 영역에 두 개의 전극이 설치되어 있고, 두 전극 사이에 임피던스 측정을 위한 전압센서가 연결된 것을 확인할 수 있다. 기체는 무한대의 임피던스를 가지고, 액체는 상대적으로 0에 가까운 임피던스를 가지므로, 액체와 기체가 직렬로 주입될 때 관심영역 상의 액체의 도달 유무를 전기적으로 측정할 수 있으며, 이렇게 실시간으로 확인되는 액체의 주입 정보는 정확한 피드백 조정법(feedback control)으로 활용할 수 있다. 임피던스 변화 뿐만 아니라, 시료 또는 시약에 자기장에 영향을 주는 물질을 첨가하여 자기장이 변화하는 것을 통해 특정 영역 즉, 타겟 영역에 액체의 도달 유무를 측정할 수 있다. 또한, 광원으로부터 조사된 빛이 시료 또는 시약을 투과하는 과정에서 산란된 빛의 양을 측정하거나 반사된 빛을 측정하여 역시 타겟 영역에 액체의 도달 유무를 측정할 수 있다. 이를 통해 상기 제어부는 상기 측정된 임피던스, 자기장 또는 광학 수치 값에 기반하여 상기 타겟 영역에 대한 (i) 시료 또는 시약의 도달 여부, (ii) 상기 시료 또는 상기 시약의 유속, (iii) 상기 시료 또는 상기 시약의 양(量) 및 (iv) 상기 시료 또는 상기 시약의 종류 중 적어도 하나를 판단할 수 있다.

다종의 시료 및 시약이 미세관 내에 순차적으로 주입될 때, 기존에는 기 주입된 순서와 용량 정보를 저장해두고 인가한 유체의 유속에 따라 특정 지역의 통과시점을 예상하여 수행했다. 이러한 경우, 사전에 설정된 사항에 의존하기 때문에 시료 및 시약의 실제 통과 시점을 정확히 알 수 없고, 예상치 못 한 상황이 발생하거나 사전 설정에 오류가 있는 경우에는 비정상적인 유체구동이 일어날 수 있었다. 반면 본 명세서에 따라 제어부를 포함하는 미세유체분석칩은 (i) 시료 또는 시약의 도달 여부, (ii) 상기 시료 또는 상기 시약의 유속, (iii) 상기 시료 또는 상기 시약의 양(量) 및 (iv) 상기 시료 또는 상기 시약의 종류 등을 판단할 수 있다. 따라서, 특히 생물학적 분석을 수행하는 경우, 시료 및 시약의 도달 시점을 파악하고 후속 유체 구동을 조절이 가능하다.

한편, 전기전도도가 비슷한 다종의 액체가 주입될 경우, 임피던스 차이로 액체를 구별하는데 제약이 있을 수 있다. 이러한 경우에 전기전도도가 확연히 다른 색인 액체를 사용하여 간접적으로 모니터링이 가능하다. 즉, 이미 알고 있는 색인 액체의 임피던스 정보를 기반으로 유속 및 통과 시점을 파악할 수 있다. 이 방법은 자기장 또는 광학 수치 측정 방법에도 유사하게 적용이 가능하다.

본 명세서에 따라 복수개의 서브채널용 미세관 미세유체분석칩(100)은 상기 서브채널용 미세관 중 일부 서브채널용 미세관에는 상기 서브채널용 미세관과 외부를 차단하는 캡 또는 벨브가 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제어부는 상기 측정된 임피던스, 자기장 및 광학수치값 중 어느 하나에 기반하여 상기 캡 또는 벨브 중 적어도 하나의 개폐를 제어할 수 있다.

도 20 및 도 21는 본 명세서의 실시예에 따라 벨브가 포함된 서브채널용 미세관의 예시도이다.

도 20을 참조하면, 가로 방향의 메인채널용 미세관에는 임피던스 측정을 위한 전극 및 센서가 설치되어 있다. 세로 방향의 서브채널용 미세관에는 벨브가 설치되어 있다. (a)는 메인채널용 미세관은 기체로 채워진 상태이며, 액체 주입을 위한 서브채널용 미세관의 벨브는 닫힌 상태다. 그리고 (b)와 같이, 액체의 주입이 필요한 시점에 부채널의 벨브를 열어 주입을 시작한다. 그러면 (c)와 같이 전극 사이에 액체가 도달하게 된다. 전극 사이의 임피던스를 측정하면, 이전까지 기체는 임피던스가 무한대였으나 액체가 도달하여 0에 가까운 임피던스값이 측정되므로, 액체의 관심영역 도달 유무, 유속 등을 모니터링 할 수 있다. 다음 (d)에서 액체의 목표량이 주입된 이후에 벨브를 닫아 유입을 제한한다.

도 21를 참조하면, (a)에서 메인채널용 미세관에는 분홍 액체가 흐르고 있으며, 서브채널용 미세관의 벨브는 닫힌 상태이다. 다음 (b)에서 파란 액체의 주입이 필요한 시점에 서브채널용 미세관의 벨브를 열어 주입을 시작한다. (c)에서는 전극 사이의 임피던스를 측정함으로써, 파란 액체의 관심영역 도달 유무, 유속 등을 모니터링 할 수 있다. 마지막으로 (d)에서 파란 액체가 목표량이 주입된 이후에 벨브를 닫아 유입을 제한한다.

한편, 본 명세서에 따라 캡 또는 벨브와 주입기를 가진 미세유체분석칩(100)은 캡 또는 벨브의 개폐와 주입기의 이동을 통해 시약 또는 시료를 메인채널용 미세관 내에서 원하는 방향으로 이동시킬 수 있다.

도 22은 본 명세서의 일 실시예에 따라 캡 및 주입기를 이용하여 메인채널용 미세관 내에서 시료를 이동시키는 예시도이다.

도 22을 참조하면, 2개의 서브채널용 미세관에는 주입기(140)가 1개의 서브채널용 미세관에는 캡(170)이 설치된 것을 확인할 수 있다. 또한, 메인채널용 미세관의 양 단에도 캡이 설치된 것을 확인할 수 있다. 먼저 (a)를 보면, 메인채널용 미세관의 주입구를 통해 시료를 주입한다. 다음 (b)를 보면, 상기 시료가 메인채널용 미세관을 통해 이동하는 것을 확인할 수 있다. 이때, 상기 시료를 뒤로 이동시킬 필요가 있는 것으로 가정하겠다. 이를 위해 (c)처럼, 중간에 위치한 서브채널용 미세관에 설치된 캡(170)을 닫고, 시료보다 앞에 위치한 캡(170)을 열고, 시료보다 뒤에 위치한 주입기(140)를 당겨서 시료를 뒤로 이동시킬 수 있다. 그리고 필요하다면 (d)와 같이, 메인채널용 미세관의 주입구에 설치된 캡을 열고 (c) 과정에서 이동시킨 주입기를 다시 밀어서 원위치로 이동시킬 수 있다. 그리고 (e) 단계에서 다시 상기 시료를 앞으로 이동시킬 필요가 있는 것으로 가정하겠다. 이를 위해 메인채널용 미세관의 주입구에 설치된 캡을 열린 상태로 두고, 나머지 모든 캡을 닫는다. (f)와 같이, 시료보다 앞에 위치한 주입기(140)를 당겨서 시료를 뒤로 이동시킬 수 있다. 상기 (a) 내지 (f) 과정은 간단하게 앞 뒤로 1회씩 이동시킨 예시이다. 필요에 따라서 시료의 이동을 반복적으로 할 수 있다.

상기 과정을 정리하면, 시료 또는 시약의 위치를 기준으로 이동시키고자 하는 방향에 설치된 캡을 닫는 단계 및 시료 또는 시약의 위치를 기준으로 이동시키고자 하는 방향에 설치된 주입기를 이동시켜 상기 시료 또는 시약을 이동시키는 단계로 구분할 수 있다.

한편, 도 22에 도시된 예시는 주입기를 당겨서 즉, 음압을 발생시켜 시료 또는 시약을 이동시키는 예시이다. 반대로, 양압을 이용하여 시료 또는 시약을 이동시킬 수도 있다.

도 23는 본 명세서의 다른 실시예에 따라 캡 및 주입기를 이용하여 메인채널용 미세관 내에서 시료를 이동시키는 예시도이다.

도 23를 참조하면, 도 22에 도시된 실시예와 달리 초기 주입기의 위치가 위로 올라간 것을 확인할 수 있다. 즉, 이동이 필요한 시점에 주입기를 밀어서 상기 메인채널용 미세관에 양압을 발생시키기 위함이다. 정리하자면, 시료 또는 시약의 위치를 기준으로 이동시키고자 하는 방향에 설치된 캡을 여는 단계 및 시료 또는 시약의 위치를 기준으로 이동시키고자 하는 방향의 반대방향에 설치된 주입기를 이동시켜 상기 시료 또는 시약을 이동시키는 단계로 구분할 수 있다.

또 한편, 캡 또는 벨브와 주입기를 가진 미세유체분석칩을 이용하여 메인채널용 미세관에 2개의 시료 또는 시약의 간격을 조절할 수도 있다.

도 24는 본 명세서의 일 실시예에 따른 2개의 시약 사이의 간격을 조절하는 예시도이다.

도 24를 참조하면, (a)에서 메인채널용 미세관에 2개의 시약이 있는 것을 확인할 수 있다. 이때 상기 2개의 시약 간격을 조절할 필요가 있는 것으로 가정하겠다. (b)와 같이, 벌이고자 하는 간격보다 안쪽에 위치한 2개의 캡은 닫고, 벌이고자 하는 간격보다 바깥쪽에 위치한 캡을 열 수 있다. 그리고 간격을 벌이고자 할 때에는 (c)와 같이 2개의 시약 사이에 위치한 주입기를 밀어서 양압을 발생시키고, 간격을 벌이고자 할 때에는 (d)와 같이 2개의 시약 사이에 위치한 주입기를 당겨서 음압을 발생시킬 수 있다. 정리하자면, 간격을 조절하고자 하는 2개의 시료 또는 시약의 위치를 기준으로 상기 2개의 시료 또는 시약보다 바깥쪽에 위치한 캡 또는 벨브의 개폐를 조절하는 단계 및 상기 2개의 시료 또는 시약 사이에 위치한 주입기를 이동시켜 2개의 시료 또는 시약의 간격을 조절하는 단계로 구분할 수 있다.

도 25는 본 명세서의 일 실시예에 따른 시료 및 시약을 혼합하는 예시도이다.

도 25를 참조하면, (a)에서 미세채널용 미세관의 주입구로 시료가 주입된 것을 확인할 수 있다. 그리고 (b)에서 서브채널용 미세관에 있던 시약이 상기 미세채널용 미세관으로 주입된 것을 확인할 수 있다. 이 때, 시약과 시료가 잘 혼합할 필요가 있다. 이를 위해 (c) 내지 (f)에 도시된 것과 같이, 시약과 시료를 상기 메인채널용 미세관 내에서 반복 이동시켜서 서로 잘 섞이도록 할 수 있다. (c) 내지 (f)에는 2개의 주입기를 사용하여 시약과 시료가 반복 이동하는 예시를 도시하였지만, 주입기의 개수, 캡의 개방 여부 및 조작하는 주입기의 순서 등은 다양하게 설정할 수 있음은 자명하다.

상기 도 22 내지 도 25에 도시된 예시에 있어서, 상기 제어부를 통해서 시료 또는 시약을 정확한 위치로 이동하였는지 확인할 수 있다.

본 명세서의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 명세서의 실시예를 설명하였지만, 본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100 : 미세유체분석칩
110 : 칩하우징
111 : 칩하부판
112 : 칩상부판
120 : 메인채널용 미세관
130 : 서브채널용 미세관
140 : 주입기
150 : 실링막
151 : 미세침
152 : 광투과창
160 : 누름판
170 : 캡

Claims (3)

1. 한 쪽 끝에는 형성된 시료 주입구로부터 투입된 시료가 다른 쪽 끝으로 이동하는 동안 시약과 반응하는 공간을 제공하는 메인채널용 미세관; 상기 메인채널용 미세관을 감싸는 칩하우징; 일단은 상기 메인채널용 미세관의 측면과 연결되고, 타단은 상기 칩하우징의 외부와 연결되는 2개 이상의 서브채널용 미세관; 상기 2개 이상의 서브채널용 미세관의 내부벽에 밀착되어 위치하고, 서로 다른 길이를 갖는 2개 이상의 주입기; 상기 칩하우징으로부터 소정 거리 이격되어 위치하되, 상기 칩하우징과의 거리가 조정되며, 상기 칩하우징의 칩상부판 방향으로 이동하면서 상기 서로 다른 길이를 갖는 2개 이상의 주입기를 상기 메인채널용 미세관 방향으로 이동 시키는 누름판; 및 캡;을 포함하는 미세유체분석칩을 이용하여 메인채널용 미세관에 시료 또는 시약을 원하는 방향으로 이동시키는 방법으로서,
   (a) 시료 또는 시약의 위치를 기준으로 이동시키고자 하는 방향에 설치된 상기 캡을 닫는 단계; 및
   (b) 시료 또는 시약의 위치를 기준으로 이동시키고자 하는 방향에 설치된 주입기를 이동시켜 상기 시료 또는 시약을 이동시키는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 또는 시약 이동 방법.
2. 한 쪽 끝에는 형성된 시료 주입구로부터 투입된 시료가 다른 쪽 끝으로 이동하는 동안 시약과 반응하는 공간을 제공하는 메인채널용 미세관; 상기 메인채널용 미세관을 감싸는 칩하우징; 일단은 상기 메인채널용 미세관의 측면과 연결되고, 타단은 상기 칩하우징의 외부와 연결되는 2개 이상의 서브채널용 미세관; 상기 2개 이상의 서브채널용 미세관의 내부벽에 밀착되어 위치하고, 서로 다른 길이를 갖는 2개 이상의 주입기; 상기 칩하우징으로부터 소정 거리 이격되어 위치하되, 상기 칩하우징과의 거리가 조정되며, 상기 칩하우징의 칩상부판 방향으로 이동하면서 상기 서로 다른 길이를 갖는 2개 이상의 주입기를 상기 메인채널용 미세관 방향으로 이동 시키는 누름판; 및 캡;을 포함하는 미세유체분석칩을 이용하여 메인채널용 미세관에 시료 또는 시약을 원하는 방향으로 이동시키는 방법으로서,
   (a) 시료 또는 시약의 위치를 기준으로 이동시키고자 하는 방향에 설치된 상기 캡을 여는 단계; 및
   (b) 시료 또는 시약의 위치를 기준으로 이동시키고자 하는 방향의 반대방향에 설치된 주입기를 이동시켜 상기 시료 또는 시약을 이동시키는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 또는 시약 이동 방법.
3. 캡 또는 벨브와 주입기를 가진 미세유체분석칩을 이용하여 메인채널용 미세관에 2개의 시료 또는 시약의 간격을 조절하는 방법으로서,
   (a) 간격을 조절하고자 하는 2개의 시료 또는 시약의 위치를 기준으로 상기 2개의 시료 또는 시약보다 바깥쪽에 위치한 캡 또는 벨브의 개폐를 조절하는 단계; 및
   (b) 상기 2개의 시료 또는 시약 사이에 위치한 주입기를 이동시켜 2개의 시료 또는 시약의 간격을 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 또는 시약의 간격 조절 방법.

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