KR102281477B1 - 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미소동물, 미소동물의 알(egg), 미소동물의 먹이가 되는 미세조류(algae)를 포함하여 이루어진 미소동물 배양샘플이 내부로 유입되어 미세조류 군집을 필터링하는 필터 유닛; 및 압전기판과, 상기 압전기판 위에 증착되어 교류 신호를 인가받아 표면 탄성파를 발생시키는 빗살무늬전극과, 블럭 형태로 이루어져 상기 빗살무늬전극과 이격되어 상기 압전기판 위에 접착되고 내부에는 상기 필터 유닛에서 미세조류 군집이 필터링된 미소동물 배양샘플이 주입되어 일직선으로 유동하다가 양 갈래로 나뉘어 한쪽으로는 미소동물이 배출되고 다른 한쪽으로는 미소동물의 알과 미세조류가 배출되도록 마이크로 스케일의 채널부가 소정 길이로 형성되는 미세 유체칩으로 이루어진 분리 유닛;을 포함하고, 상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파는 상기 채널부 내에서 미소동물 배양샘플이 횡방향으로 이동가능하게 상기 채널부에 전달되는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치를 제공한다.

Description

미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치 및 방법{MICROFLUIDICS APPARATUS AND METHOD FOR SEPARATION OF ANIMALCULE}
본 발명은 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 미소동물 배양 샘플에서 미세조류 군집을 제거한 후 음향 방사력을 이용하여 미소동물을 비접촉식으로 분리할 수 있는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치 및 방법에 관한 것이다.
미소동물(animalcule)이란 육안으로는 식별이 어렵고 현미경으로 볼 수 있는 동물을 일컫는 말이다.
특히, 일반적으로 물곰이라고 알려져 있는 완보동물(tardigrade)은 현존 동물 중 가장 뛰어난 생존력을 바탕으로 극지는 물론 적도, 심해, 고산지대에 이르기까지 지구 전체에 걸쳐 서식한다.(도 1)
이러한 완보동물의 강력한 생존력은 극한 환경에 노출되면 신진대사를 멈추고 휴면상태(cryptobiosis)로 전환하는 것에 기인한다.(도 2)
신진대사가 멈춰진 휴면상태의 완보동물은 먹지도 않고 호흡하지도 않으며 생명을 유지한다.
휴면상태에서 완보생물은 단백질, 체내 수분 등을 트레할로스(trehalose)라는 당분으로 감싸 세포 파괴를 방지하며, 항산화제를 다량으로 생산하여 DNA 파괴를 막고 손상된 DNA를 보수한다.
학계에 보고된 바에 따르면, 완보동물은 절대영도에 가까운 -272℃의 극저온, 150℃ 이상의 고온, 대기압의 1000배 이상의 고압, 진공상태에서 생존할 수 있고, 570000 rad 이상의 방사능(인간 치사량 약 500 rad)과 각종 독성물질에도 강한 내성을 갖고 있다.
완보동물은 다양한 극한 환경에서 생존할 수 있는 고유한 특성 때문에 발생생물학적 연구를 위한 새로운 모델동물(model animal)로 각광받고 있다.
다양한 극한 환경에서 생존하기 위한 휴면상태 전환 연구를 중심으로 활발한 연구가 수행되고 있으며, 휴면상태 전환 능력에 연관된 유전체, 단백질체, 대사체 분석 연구도 각광을 받고 있다.
완보동물 연구를 위해서는 자연에서 채집된 완보동물을 실험실 내에서 배양한 후 배양샘플에서 분리해야 한다.
이때, 배양샘플은 완보동물의 먹이인 미세조류(algae), 완보동물 알(egg)을 포함한다.
1 mm 이내의 크기를 갖는 완보동물 분리를 위해서 수작업 기반의 방법이 널리 사용되고 있다.
대표적인 방법으로는 미세한 바늘(needle), 마이크로파이펫(micropipette), 와이어 어윈 루프(wire Irwin loop)를 이용한 방법이 있다.(비특허문헌 1 내지 3)
하지만, 이들 방법은 사람이 일일이 손으로 개별 완보동물을 분리해야 하기 때문에 많은 시간과 노력을 요구한다.
또한, 최근 보고된 연구에 따르면 이러한 수작업 기반의 완보동물 분리 방법은 완보동물과 분리 도구의 접촉을 요구하기 때문에 샘플오염에 취약하여 잘못된(false-positive;긍정오류) 연구 결과의 원인이 된다.
아울러, 다른 완보동물 분리 방법으로 여과지(filter paper)를 이용한 방법이 있다.(비특허문헌 4)
하지만 여과지 기반 완보동물 분리는 분리 시간이 오래 걸리고, 완보동물이 여과지의 기공(pore)으로 기어가는 것(crawling)에 의존하기 때문에 분리된 완보동물의 개체수가 일정하지 않다는 한계를 지닌다.
상술한 바와 같이 배양된 완보동물로 실험을 하기 위해서는 배양액에서 미세한 바늘(needle), 마이크로파이펫(micropipette), 와이어 어윈 루프(wire Irwin loop), 여과지(filter paper) 등을 이용하여 접촉식 방식으로 완보동물을 분리해야 하는데, 1㎜ 이내의 몸길이를 갖는 완보동물을 접촉식 방식으로 분리하는 것은 숙련된 연구자에게도 매우 까다로운 작업이다.
또한, 이처럼 접촉식 방식으로 분리한 완보동물을 대상으로 한 연구는 Koutsovoulos 등 (2016)이 지적한 바와 같이, 샘플 오염이 빈번히 발생해 정확한 완보동물 연구가 어려운 문제점이 있다.
KR 10-1810066 B1 (2017.12.20.공고)
Gross V, Minich I, Mayer G. 2017. External morphogenesis of the tardigrade Hypsibius dujardini as revealed by scanning electron microscopy. Journal of Morphology 278: 563-573. Degma P, Katina S, Sabatovicova L. 2011. Horizontal distribution of moisture and Tardigrada in a single moss cushion. Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research 49: 71-77. Sands CJ, Convey P, Linse K, McInnes SJ. 2008. Assessing meiofaunal variation among individuals utilising morphological and molecular approaches: an example using the Tardigrada. BMC Ecology 8: 7. Koutsovoulos G, Kumar S, Laetsch DR, Stevens L, Daub J, Conlon C, Maroon H, Thomas F, Aboobaker AA, Blaxter M. 2016. No evidence for extensive horizontal gene transfer in the genome of the tardigrade Hypsibius dujardini. Proceedings of the National Academy of Sciences 113: 5053-5058.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 여러 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 미소동물 배양 샘플에서 미세조류 군집을 제거한 후 음향 방사력을 이용하여 미소동물을 비접촉식으로 분리할 수 있는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 미소동물을 비접촉식으로 분리하여 미소동물 배양 샘플이 오염되는 것을 방지하여 미소동물에 대한 연구를 정확하게 수행할 수 있고, 고속으로 분리할 수 있어 분리시간을 크게 줄일 수 있도록 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1관점에 따른 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치는, 미소동물, 미소동물의 알(egg), 미소동물의 먹이가 되는 미세조류(algae)를 포함하여 이루어진 미소동물 배양샘플이 내부로 유입되어 미세조류 군집을 필터링하는 필터 유닛; 및 압전기판과, 상기 압전기판 위에 증착되어 교류 신호를 인가받아 표면 탄성파를 발생시키는 빗살무늬전극(IDT;Interdigital Transducer)과, 블럭 형태로 이루어져 상기 빗살무늬전극과 이격되어 상기 압전기판 위에 접착되고 내부에는 상기 필터 유닛에서 미세조류 군집이 필터링된 미소동물 배양샘플이 주입되어 일직선으로 유동하다가 양 갈래로 나뉘어 한쪽으로는 미소동물이 배출되고 다른 한쪽으로는 미소동물의 알과 미세조류가 배출되도록 마이크로 스케일의 채널부가 소정 길이로 형성되는 미세 유체칩으로 이루어진 분리 유닛;을 포함하고, 상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파는 상기 채널부 내에서 미소동물 배양샘플이 횡방향으로 이동가능하게 상기 채널부에 전달되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 필터 유닛은, 소정 길이로 이루어지고, 일측에는 유입구가 형성되며, 타측에는 유출구가 형성되고, 상기 유입구 및 유출구와 각각 연통되게 소정 길이로 내부에 채널이 형성된 필터칩; 및 복수로 마련되어 상호간 이격되게 상기 채널에 설치되어 상기 유입구로부터 유입되는 미소동물 배양샘플 중 미세조류 군집을 필터링하는 마이크로 필터;를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 마이크로 필터는, 기둥 형태로 이루어진 복수의 마이크로포스트(micropost)가 서로 인접하여 배치되되, 상기 유출구 방향으로 볼록한 호(弧) 형태로 배치되는 것이 바람직하다.
이러한 마이크로포스트는 원기둥 또는 다각 기둥 형태로 형성되고, 상기 복수의 마이크로포스트 상호 간의 간격은 미소동물, 미소동물의 알 및 미세조류는 통과할 수 있지만 미세조류 군집은 통과할 수 없게 수십 ㎛로 이루어지는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 빗살무늬전극은, 상기 압전기판의 양측 단부에 형성된 각각의 제1전극단자 및 제2전극단자로부터 이들의 방향을 따라 서로 교번하고 서로를 향해 폭 방향으로 연장 형성되는 복수의 제1손가락 전극 및 제2손가락 전극이 서로의 사이에 끼워져 포크 2개의 끝이 마주보도록 겹치되 서로 닿지 않도록 엇갈리게 놓인 패턴 형상으로 증착된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 복수의 제1손가락 전극 및 제2손가락 전극을 이루는 금속선들은
Figure 112019077059642-pat00001
의 너비를 가지며, 각 금속선 간의 간격도
Figure 112019077059642-pat00002
로 형성되되, 여기서, λ는 상기 표면 탄성파의 파장이다.
또한, 상기 복수의 제1손가락 전극 및 제2손가락 전극의 각각의 너비와 상기 제1손가락 전극 및 제2손가락 전극 사이의 간격은 길이방향을 따라 선형적으로 가변되게 형성되어 전체적으로 사다리꼴 형상의 경사진 빗살무늬 형태를 이루도록 할 수도 있다.
아울러, 상기 채널부는, 상기 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 전달되도록 소정 길이로 이루어지되, 상기 필터 유닛에서 상기 미세조류 군집이 필터링된 미소동물 배양샘플이 주입되는 주입구와 연결되어 일직선으로 형성된 제1채널; 상기 제1채널의 끝단 중 상기 빗살무늬전극과 인접한 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제1배출구와 연결된 제2채널; 및 상기 제1채널의 끝단 중 상기 빗살무늬전극과 먼 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제2배출구와 연결된 제3채널;로 이루어지고, 상기 제2채널 및 제3채널은 역 브이자(∧) 형태로 이루어지며, 상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 상기 제1채널에 전달되는 경우 상기 미소동물의 알과 미세조류는 상기 제2채널로 유동하여 제1배출구로 배출되고, 상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 상기 제1채널에 전달되는 경우 미소동물은 상기 제3채널로 유동하여 제2배출구로 배출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 채널부는, 상기 주입구와 인접한 상기 제1채널 부분에서 상기 빗살무늬전극과 인접한 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제1유체 주입구와 연결된 제1가이드 채널; 및 상기 주입구와 인접한 상기 제1채널 부분에서 상기 빗살무늬전극과 먼 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제2유체 주입구와 연결된 제2가이드 채널;을 더 포함하고, 상기 제1가이드 채널 및 제2가이드 채널은 브이자 형태(∨)로 이루어지는 것이 바람직하다.
이때, 상기 제1유체 주입구와 제2유체 주입구로 주입되는 유체는, 생체적합액체(biocompatible liquid)이고, 상기 제1가이드 채널을 통해 유동하는 유체의 유량보다 상기 제2가이드 채널을 통해 유동하는 유체의 유량이 더 많아 미소동물 배양샘플이 빗살무늬전극과 가깝게 위치하도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 제2관점에 따른 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 방법은, 소정 길이로 이루어지고 일측에는 유입구가 형성되며 타측에는 유출구가 형성되고 상기 유입구 및 유출구와 각각 연통되게 소정 길이로 내부에 채널이 형성된 필터칩과, 복수로 마련되어 상호간 이격되게 상기 채널에 설치되어 상기 유입구로부터 유입되는 미소동물 배양샘플 중 미세조류 군집을 필터링하는 마이크로 필터를 포함하는 필터 유닛을 이용하여 미세조류 군집을 필터링하는 필터링 단계; 및 압전기판과, 상기 압전기판 위에 증착되어 교류 신호를 인가받아 표면 탄성파를 발생시키는 빗살무늬전극과, 블럭 형태로 이루어져 상기 빗살무늬전극과 이격되어 상기 압전기판 위에 접착되고 내부에는 상기 필터링 단계에서 미세조류 군집이 필터링된 미소동물 배양샘플이 주입되어 일직선으로 유동하다가 양 갈래로 나뉘어 한쪽으로는 미소동물이 배출되고 다른 한쪽으로는 미소동물의 알과 미세조류가 배출되도록 마이크로 스케일의 채널부가 소정 길이로 형성되는 미세 유체칩으로 이루어진 분리 유닛을 이용하여 미소동물을 분리하는 미소동물 분리단계;를 포함하고, 상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파는 상기 채널부 내에서 미소동물 배양샘플이 횡방향으로 이동가능하게 상기 채널부에 전달되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 채널부는, 상기 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 전달되도록 소정 길이로 이루어지되, 상기 필터 유닛에서 상기 미세조류 군집이 필터링된 미소동물 배양샘플이 주입되는 주입구와 연결되어 일직선으로 형성된 제1채널; 상기 제1채널의 끝단 중 상기 빗살무늬전극과 인접한 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제1배출구와 연결된 제2채널; 및 상기 제1채널의 끝단 중 상기 빗살무늬전극과 먼 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제2배출구와 연결된 제3채널;로 이루어지고, 상기 제2채널 및 제3채널은 역 브이자(∧) 형태로 이루어지며, 상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 상기 제1채널에 전달되는 경우 상기 미소동물의 알과 미세조류는 상기 제2채널로 유동하여 제1배출구로 배출되고, 상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 상기 제1채널에 전달되는 경우 미소동물은 상기 제3채널로 유동하여 제2배출구로 배출된다.
아울러, 상기 채널부는, 상기 주입구와 인접한 상기 제1채널 부분에서 상기 빗살무늬전극과 인접한 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제1유체 주입구와 연결된 제1가이드 채널; 및 상기 주입구와 인접한 상기 제1채널 부분에서 상기 빗살무늬전극과 먼 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제2유체 주입구와 연결된 제2가이드 채널;을 더 포함하고, 상기 제1가이드 채널 및 제2가이드 채널은 브이자 형태(∨)로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1가이드 채널을 통해 유동하는 유체의 유량보다 상기 제2가이드 채널을 통해 유동하는 유체의 유량이 더 많아 미소동물 배양샘플이 빗살무늬전극과 가깝게 위치하도록 하는 것이 바람직하다.
전술한 과제의 해결수단에 의하면 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
본 발명은 필터 유닛과 분리 유닛을 마련함으로써 미소동물 배양 샘플에서 미세조류 군집을 제거한 후 음향 방사력을 이용하여 미소동물을 비접촉식으로 분리할 수 있도록 하여 미소동물 배양 샘플이 오염되는 것을 방지하여 미소동물에 대한 연구를 정확하게 수행할 수 있고, 고속으로 분리할 수 있어 분리시간을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
이처럼 미소동물이 오염되지 않도록 분리하여 미소동물의 생존 메커니즘을 규명함으로써 인간을 포함한 유기체의 생명력을 증진시킬 수 있고, 기존의 초파리나 예쁜 꼬마선충 등을 대체할 수 있는 차세대 모델 생물을 확보하여 우주 생물학과 극지 생물학을 비롯한 생물학 연구 전반에 막대한 기여를 할 수 있을 것이다.
도 1은 완보동물을 나타낸 도면이다.
도 2는 다양한 극한 환경에 대한 완보동물의 휴면상태 전환을 나타낸 도면이다.
도 3은 완보동물 배양 샘플에서 완보동물을 분리하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치에 채용된 필터 유닛을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 A부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 6은 현미경을 이용하여 도 4의 필터 유닛을 관찰하는 상태를 나타낸 사진이다.
도 7은 도 5의 마이크로 필터에 미세조류 군집(algal cluster)이 필터링된 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치에 채용된 분리 유닛을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 (b-c)부분을 확대하여 나타낸 도면으로서, 빗살무늬전극에 교류 신호가 인가되지 않아 표면 탄성파가 채널부로 전달되지 않는 상태를 나타낸 것이다.
도 10은 도 8의 (b-c)부분을 확대하여 나타낸 도면으로서, 빗살무늬전극에 교류 신호가 인가되어 표면 탄성파가 채널부로 전달되는 상태를 나타낸 것이다.
도 11은 도 8에서 빗살무늬전극을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11의 빗살무늬전극의 변형예를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들에 의거하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어와 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석해야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 완보동물 배양 샘플에서 완보동물을 분리하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 미소동물을 비접촉 방식으로 분리하기 위한 미세유체역학 장치에 관한 것으로서, 이하에서는 완보동물(tardigrades)을 예로 들어서 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치는, 미세조류 군집(Algal cluster)을 제거하기 위한 필터 유닛과, 미세조류 군집이 포함된 완보동물 배양샘플(Raw sample)에서 완보동물(tardigrade)을 선택적으로 분리하기 위한 분리 유닛을 포함하여 이루어진다.
필터 유닛에는 1㎜ 이내의 크기를 갖는 완보동물은 통과할 수 있으면서 1㎜ 이상의 크기를 갖는 미세조류 군집은 필터링할 수 있도록 마이크로 스케일의 마이크로 필터가 마련되는데, 이를 통해 완보동물 배양샘플에서 완보동물의 먹이인 미세조류(algae)가 서로 엉겨 붙어 형성된 미세조류 군집(algal cluster)을 필터링하게 된다.
이는 분리 유닛에서 표면 탄성파 기반 음향 방사력을 이용하여 완보동물을 분리할 때 완보동물과 함께 미세조류 군집이 분리되는 것을 방지하기 위함이다.
이때, 필터 유닛을 통과한 완보동물 배양샘플(algal cluster-free sample)은 완보동물(tardigrade)(장방형으로 장축 약 100-500 ㎛, 단축 약 50-100 ㎛), 완보동물의 알(egg)(구형으로 약 40 ㎛ 직경), 완보동물의 먹이가 되는 미세조류(algae, 구형으로 약 10 ㎛ 직경) 등으로 구성된다.
이때 미세조류는 뭉치려는 특성으로 인해 미세조류 군집(algal cluster)를 이루며 이는 200 ㎛ 이상의 크기를 갖는다.
따라서, 후술할 분리 유닛의 미세 유체칩의 채널부 내에서 고주파수의 표면 탄성파(음파)에 노출되었을 때 음향 방사현상으로 인해 발생하는 음향 방사력은 완보동물에 가장 크게 작용한다.
이에 따라, 완보동물을 선택적으로 비접촉식 방식으로 분리할 수 있게 된다.
이와 같이 이루어진 본 발명은, 완보동물 샘플 준비에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대되고, 후술할 필터유닛의 마이크로포스트 어레이(마이크로필터) 크기를 달리하면 완보동물과 비슷한 크기 뿐만 아니라 다양한 크기의 미소동물 분리에도 적용 가능할 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치에 채용된 필터 유닛을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4의 A부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
필터 유닛(10)은 완보동물(tardigrade), 완보동물의 알(egg), 완보동물의 먹이가 되는 미세조류(algae)를 포함하여 이루어진 완보동물 배양샘플(Raw sample)이 내부로 유입되어 미세조류 군집(algal cluster)을 필터링하는 것으로서, 필터칩(11)과 마이크로 필터(12)를 포함하여 이루어진다.
필터칩(11)은 소정 길이로 이루어지고, 일측에는 유입구(11a)가 형성되며, 타측에는 유출구(11b)가 형성되고, 유입구(11a) 및 유출구(11b)와 각각 연통되게 소정 길이로 내부에 채널(11c)이 형성된다.
이때, 필터칩(11)은 실리콘 기반 폴리머, 고분자화합물, 유리(glass). 플라스틱, 금속 등 큰 변형없이 유체를 담을 수 있는 그 어떤 재료 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 결합으로 이루어질 수 있다.
여기서, 실리콘 기반 폴리머(Silicone-Based Polymer)는 PDMS(Polydimethylsiloxane)인 것을 포함할 수 있다.
또한, 고분자화합물(plastic)은 PMMA(Polymethyl Methacrylate), PP(polypropylene), COC, 또는 PETE(Polyethylene Terephthalate)을 포함할 수 있다.
마이크로 필터(12)는 복수로 마련되어 상호간 이격되게 필터칩(11)의 내부에 형성된 채널(11c)에 설치되어 유입구(11a)로부터 유입되는 완보동물 배양샘플 중 미세조류 군집을 필터링한다.
이러한 마이크로 필터(12)는, 기둥 형태로 이루어진 복수의 마이크로포스트(micropost)(12a)가 서로 인접하여 배치되되, 유출구(11b) 방향으로 볼록한 호(弧) 형태로 배치되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 마이크로 필터(12)는 마이크로포스트(12a) 어레이(micropost array)로 명명될 수도 있을 것이다.
이와 같은 마이크로포스트(12a)는 원기둥 또는 다각 기둥 형태로 형성되고, 복수의 마이크로포스트(12a) 상호 간의 간격은 완보동물, 완보동물의 알 및 미세조류는 통과할 수 있지만 미세조류 군집은 통과할 수 없게 수십 ㎛로 이루어지는 것이 바람직하다.
이때, 필터칩(11)의 내부에 형성된 마이크로 스케일의 채널(11c)의 상하높이는 마이크로포스트(12a)의 높이와 동일하게 이루어지는데, 대략 100 내지 500 ㎛ 정도이다.
이처럼 마이크로 포스트(12a) 상호 간의 간격을 조절하여 원하는 발육상태의 완보동물을 배양샘플로부터 분리할 수 있을 것이다.
전술한 바와 같이 필터 유닛(10)에 의해 필터링된 배양샘플은 다시 주사기(syringe)에 넣어 수동 혹은 자동으로 후술할 분리유닛의 미세 유체칩에 형성된 주입구에 주입된다.
본 출원인은 주사기 펌프(syringe pump)를 이용하여 자동으로 주입하였다.
도 6은 현미경(S)을 이용하여 도 4의 필터 유닛을 관찰하는 상태를 나타낸 사진이고, 도 7은 도 5의 마이크로 필터에 미세조류 군집(algal cluster)이 필터링된 상태를 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 마이크로포스트(12a)로 이루어진 마이크로 필터(12)에 미세조류 군집이 필터링되고, 완보동물, 완보동물의 알 및 미세조류는 마이크로포스트(12a) 사이를 통과하게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치에 채용된 분리 유닛을 나타낸 도면이다.
분리 유닛(20)은 압전기판(21), 빗살무늬전극(IDT;Interdigital Transducer)(22) 및 미세 유체칩(23)을 포함하여 구성된다.
압전기판(21)은 리튬리니오베이트(LiNbO3), 석영(quartz), 리튬탄탈레이트 (LiTaO3), 리튬보레이트(Li2B4O7) 또는 랑가사이트(La3Ga5SiO14) 중에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.
빗살무늬전극(22)은 압전기판(21) 위에 증착되고 교류 신호를 인가받아 표면 탄성파(SAW)를 발생시키는 것으로서, 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 또는 이들을 포함하는 금속 화합물들 중에서 선택된 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
여기서, 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극(22)에서 발생된 표면 탄성파(SAW)는 미세 유체칩(23)에 형성된 채널부 내에서 배양샘플이 횡방향으로 이동가능하게 채널부에 전달되게 된다.
이처럼 소정의 신호 발생기(미도시)를 통해 기설정된 주파수의 전류 신호를 발생시켜 빗살무늬전극(22)에 교류 신호를 인가하는 기술은 한국등록특허 10-1810066호 등에 개시되어 있으므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
미세 유체칩(23)은 블럭 형태로 이루어져 빗살무늬전극(22)과 이격되어 압전기판(21) 위에 접착되고 내부에는 필터 유닛(10)에서 미세조류 군집이 필터링된 완보동물 배양샘플이 주입되어 일직선으로 유동하다가 양 갈래로 나뉘어 한쪽으로는 완보동물(Tardigrade)이 배출되고 다른 한쪽으로는 완보동물의 알(Egg)과 미세조류(Algae)가 배출되도록 마이크로 스케일의 채널부가 소정 길이로 형성된다.
이러한 미세 유체칩(23)은 실리콘 기반 폴리머(Silicon-based polymers), 고분자 화합물(Plastics), 유리(Glass). 금속(Metal), 실리콘(Si) 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 결합으로 이루어질 수 있다.
이때, 실리콘 기반 폴리머는, PDMS(Polydimethylsiloxane)인 것이 바람직하다.
아울러, 고분자 화합물은, PMMA(Polymethyl Methacrylate), PP(polypropylene), COC(cyclic olefin copolymer), 또는 PET(Polyethylene Terephthalate) 중 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
이처럼 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극(22)에서 발생된 표면 탄성파(SAW)는 미세 유체칩(23)의 내부에 형성된 채널부 내에서 완보동물 배양샘플이 횡방향으로 이동가능하게 채널부에 전달됨으로써, 미세 유체칩(23)의 채널부 내에서 발생된 고주파수의 표면 탄성파(음파)(SAW)가 유체영역 내의 완보동물을 만나 음향 방사력을 가해 완보동물의 횡방향 위치를 제어하여 원하는 때에 선택적으로 완보동물을 고속으로 분리할 수 있게 되는 것이다.
한편, 미세 유체칩(23)에 형성된 채널부는 빗살무늬전극(22)에서 발생된 표면 탄성파가 전달되도록 소정 길이로 이루어지되, 필터 유닛(10)에서 미세조류 군집(Algal cluster)이 필터링된 완보동물 배양샘플이 주입되는 주입구(I)와 연결되어 일직선으로 형성된 제1채널(C1); 제1채널(C1)의 끝단(주입구(I)와 반대쪽에 위치한 단부) 중 빗살무늬전극(22)과 인접한 부분으로부터 제1채널(C1)의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제1배출구(O1)와 연결된 제2채널(C2); 및 제1채널(C1)의 끝단(주입구(I)와 반대쪽에 위치한 단부) 중 빗살무늬전극(22)과 먼 부분으로부터 제1채널(C1)의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제2배출구(O2)와 연결된 제3채널(C3);로 이루어진다.
이때, 제2채널(C2) 및 제3채널(C3)은 역 브이자(∧) 형태로 이루어지며, 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극(22)에서 발생된 표면 탄성파(SAW)가 제1채널(C1)에 전달되는 경우 완보동물의 알(Egg)과 미세조류(Algae)는 제2채널(C2)로 유동하여 제1배출구(O1)로 배출된다.
아울러, 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극(22)에서 발생된 표면 탄성파(SAW)가 제1채널(C1)에 전달되는 경우 완보동물(Tardigrade)은 제3채널(C3)로 유동하여 제2배출구(O2)로 배출된다.
이러한 채널부는, 주입구(I)와 인접한 제1채널(C1) 부분에서 빗살무늬전극(22)과 인접한 부분으로부터 제1채널(C1)의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제1유체 주입구(F1)와 연결된 제1가이드 채널(G1); 및 주입구(I)와 인접한 제1채널(C1) 부분에서 빗살무늬전극(22)과 먼 부분으로부터 제1채널(C1)의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제2유체 주입구(F2)와 연결된 제2가이드 채널(G2);을 더 포함할 수 있다.
이때, 제1가이드 채널(G1) 및 제2가이드 채널(G2)은 브이자 형태(∨)로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 제1유체 주입구(F1)와 제2유체 주입구(F2)로 주입되는 유체는 동일한 생체적합액체(biocompatible liquid)(예를 들면, 물)이고, 제1가이드 채널(G1)을 통해 유동하는 유체의 유량보다 제2가이드 채널(G2)을 통해 유동하는 유체의 유량이 더 많아 미소동물 배양샘플이 빗살무늬전극과 가깝게 위치하도록 하는 것이 바람직하다.
도 9는 도 8의 (b-c)부분을 확대하여 나타낸 도면으로서, 빗살무늬전극에 교류 신호가 인가되지 않아 표면 탄성파가 채널부로 전달되지 않는 상태를 나타낸 것이다.
빗살무늬전극(IDT;Interdigital Transducer)(22)에 교류신호를 인가하면 표면 탄성파가 발생된다.
이와 같이 발생된 표면 탄성파는 미세 유체칩(23)의 내부에 형성된 채널부 내 유체영역으로 집속되어 종파(longitudinal wave, compressional wave)로 변환되어 음향장(acoustic field)을 형성한다.
음향장에 노출된 완보동물 배양 샘플 내 완보동물, 완보동물 알, 미세조류는 음향 방사력을 받게 된다.
이때, 음향장에 노출된 물체에 인가되는 음향 방사력은 물체의 크기의 여섯 제곱에 비례한다.
따라서, 완보동물에 비해 크기가 작은 미세조류와 완보동물의 알에 인가되는 음향 방사력의 세기는 거의 미약한 반면, 완보동물은 음향 방사력에 의해 음파의 전파방향으로 밀려난다.
도 8에 도시된 바와 같이 미세 유체칩(23)에는 주입구(I), 제1유체주입구(F1), 제2유체주입구(F2), 제1배출구(O1) 및 제2배출구(O2)가 형성된다.
가운데에 위치한 주입구(I)에 미세조류 군집이 필터링된 배양샘플을 주입하고 좌측과 우측에 각각 위치한 제1유체 주입구(F1)와 제2유체 주입구(F2)에는 제1가이드유체 및 제2가이드유체(sheath flow)를 주입하여 채널부(즉, 제1채널(C1)) 내에서 좌측으로 완보동물 배양 샘플이 집속되도록 한다.
이때, 좌측의 제1가이드유체의 유량보다 우측의 제2가이드유체의 유량을 더 많게 하여 미소동물 배양샘플이 빗살무늬전극과 가깝게 위치하도록 한다.
이에 따라, 도 9에 도시된 바와 같이 음향장이 인가되지 않았을 때에는 모든 완보동물 배양 샘플(완보동물, 알, 미세조류)이 좌측의 제1배출구(O1)로 향한다.
도 10은 도 8의 (b-c)부분을 확대하여 나타낸 도면으로서, 빗살무늬전극에 교류 신호가 인가되어 표면 탄성파가 채널부로 전달되는 상태를 나타낸 것이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 우측으로 진행하는 표면 탄성파에 의해 음향장이 형성되면 완보동물만 선택적으로 우측의 제2배출구(O2)로 향하는 것을 볼 수 있다.
반복실험에서 제2배출구(O2)로 나온 샘플을 분석한 결과, 주입구(I)를 통해 주입된 완보동물 대비 약 95%의 완보동물이 제2배출구(O2)에서 회수되었으며, 약 4% 정도의 불순물(완보동물 알, 미세조류)이 검출되었다.
도 11은 도 8에서 빗살무늬전극을 확대하여 나타낸 도면이다.
빗살무늬전극(22)은, 압전기판(21)의 양측 단부에 형성된 각각의 제1전극단자(21a) 및 제2전극단자(21b)로부터 이들의 방향을 따라 서로 교번하고 서로를 향해 폭 방향으로 연장 형성되는 복수의 제1손가락 전극(22a) 및 제2손가락 전극(22b)이 서로의 사이에 끼워져 포크 2개의 끝이 마주보도록 겹치되 서로 닿지 않도록 엇갈리게 놓인 패턴 형상으로 증착된다.
이때, 복수의 제1손가락 전극(22a) 및 제2손가락 전극(22b)을 이루는 금속선들은
Figure 112019077059642-pat00003
의 너비를 가지며, 각 금속선 간의 간격도
Figure 112019077059642-pat00004
로 형성되되, 여기서, λ는 상기 표면 탄성파의 파장이다.
또한, 빗살무늬전극(22)의 제1 손가락 전극(22a) 및 제2 손가락 전극(22b)을 이루는 금속선은 바닥층을 이루는 크롬(Cr)과 상부층을 이루는 금(Au)이 서로 적층 형성된 Cr/Au 적층 구조를 갖도록 형성될 수 있다.
도 12는 도 11의 빗살무늬전극의 변형예를 나타낸 도면이다.
복수의 제1손가락 전극(22a) 및 제2손가락 전극(22b)의 각각의 너비(W)와 제1손가락 전극(22a) 및 제2손가락 전극(22b) 사이의 간격(T)은 길이방향을 따라 선형적으로 가변되게 형성되어 전체적으로 사다리꼴 형상의 경사진 빗살무늬 형태를 이루도록 할 수도 있다.
선형적으로 가변되는 제1손가락 전극(22a) 및 제2손가락 전극(22b)의 각각의 너비(W)와 제1손가락 전극(22a) 및 제2손가락 전극(22b) 사이의 간격(T)으로 인해 경사진 빗살무늬 형태의 전극은 위치에 따라 서로 다른 공진주파수를 가지며, 이는
Figure 112019077059642-pat00005
식에 따라 결정된다.
여기서, f는 인가된 교류신호의 주파수를, c는 압전기판에서의 음파의 진행속도를, λ는 표면 탄성파의 파장으로서 전극 간 거리와 전극 너비(
Figure 112019077059642-pat00006
)의 4배이다.
따라서, 경사진 빗살무늬 형태의 SIDT(Slanted Finger Interdigital Transducer) 전극은 전극에 인가되는 교류전류의 주파수에 따라 원하는 위치에서 표면 탄성파를 선택적으로 발생시킬 수 있다.
이때, 표면 탄성파는 압전기판의 표면을 따라서 전파되는 파동을 말한다.
일반적으로 직사각형 형태의 빗살무늬전극의 경우에는 단일 공진주파수를 갖는 반면, 경사진 빗살무늬 형태의 SIDT 전극은 공진주파수대역, 즉 복수의 공진주파수를 갖는 장점이 있다.
여기에서는 직사각형 형태의 빗살무늬전극(IDT), 경사진 빗살무늬전극(SIDT)에 대해서 설명하였지만, 집속 빗살무늬전극(FIDT;Focused Interdigital Transducer)도 사용가능하다.
이러한 집속 빗살무늬전극(FIDT;Focused Interdigital Transducer)에 대해서는 본 출원인의 한국등록특허인 제10-1753776호에 상세히 기술되어 있으므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명에 따른 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 방법은, 필터링 단계 및 미소동물 분리단계를 포함하여 이루어진다.
이하에서는 미소동물에 대해서 완보동물(tardigrades)을 예로 들어서 설명하기로 한다.(도 4 내지 도 10 참고)
필터링 단계에서는, 소정 길이로 이루어지고 일측에는 유입구(11a)가 형성되며 타측에는 유출구(11b)가 형성되고 유입구(11a) 및 유출구(11b)와 각각 연통되게 소정 길이로 내부에 채널(11c)이 형성된 필터칩(11)과, 복수로 마련되어 상호간 이격되게 상기 채널(11c)에 설치되어 유입구(11a)로부터 유입되는 완보동물 배양샘플 중 미세조류 군집을 필터링하는 마이크로 필터(12)를 포함하는 필터 유닛(10)을 이용하여 미세조류 군집을 필터링한다.
완보동물 분리단계에서는, 압전기판(21)과, 압전기판(21) 위에 증착되어 교류 신호를 인가받아 표면 탄성파(SAW)를 발생시키는 빗살무늬전극(IDT;Interdigital Transducer)(22)과, 블럭 형태로 이루어져 빗살무늬전극(22)과 이격되어 압전기판(21) 위에 접착되고 내부에는 필터링 단계에서 미세조류 군집이 필터링된 완보동물 배양샘플이 주입되어 일직선으로 유동하다가 양 갈래로 나뉘어 한쪽으로는 완보동물이 배출되고 다른 한쪽으로는 완보동물의 알과 미세조류가 배출되도록 마이크로 스케일의 채널부가 소정 길이로 형성되는 미세 유체칩(23)으로 이루어진 분리 유닛(20)을 이용하여 미소동물을 분리한다.
이때, 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극(22)에서 발생된 표면 탄성파는 채널부 내에서 완보동물 배양샘플이 횡방향으로 이동가능하게 채널부(즉, 제1채널(C1))에 전달되도록 한다.
또한, 채널부는, 빗살무늬전극(22)에서 발생된 표면 탄성파가 전달되도록 소정 길이로 이루어지되, 필터 유닛(10)에서 미세조류 군집이 필터링된 완보동물 배양샘플이 주입되는 주입구(I)와 연결되어 일직선으로 형성된 제1채널(C1); 제1채널(C1)의 끝단 중 빗살무늬전극(22)과 인접한 부분으로부터 제1채널(C1)의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제1배출구(O1)와 연결된 제2채널(C2); 및 제1채널(C1)의 끝단 중 빗살무늬전극(22)과 먼 부분으로부터 제1채널(C1)의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제2배출구(O2)와 연결된 제3채널(C3);로 이루어진다.
이러한 제2채널(C2) 및 제3채널(C3)은 역 브이자(∧) 형태로 이루어지며, 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극(22)에서 발생된 표면 탄성파(SAW)가 제1채널(C1)에 전달되는 경우 완보동물의 알과 미세조류는 제2채널(C2)로 유동하여 제1배출구(O1)로 배출되고, 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극(22)에서 발생된 표면 탄성파가 제1채널(C1)에 전달되는 경우 완보동물은 제3채널(C3)로 유동하여 제2배출구(O3)로 배출된다.
한편, 채널부는, 주입구(I)와 인접한 제1채널(C1) 부분에서 빗살무늬전극(22)과 인접한 부분으로부터 제1채널(C1)의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제1유체 주입구(F1)와 연결된 제1가이드 채널(G1); 및 주입구(I)와 인접한 제1채널(C1) 부분에서 빗살무늬전극(22)과 먼 부분으로부터 제1채널(C1)의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제2유체 주입구(F2)와 연결된 제2가이드 채널(G2);을 더 포함할 수 있다.
이때, 제1가이드 채널(G1) 및 제2가이드 채널(G2)은 브이자 형태(∨)로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 제1가이드 채널(G1)을 통해 유동하는 유체의 유량보다 제2가이드 채널(G2)을 통해 유동하는 유체의 유량이 더 많아 미소동물 배양샘플이 빗살무늬전극과 가깝게 위치하도록 하는 것이 바람직한데, 이는 도 9에 도시된 바와 같이 음향장이 인가되지 않았을 때에는 모든 완보동물 배양 샘플(완보동물, 알, 미세조류)이 좌측의 제1배출구(O1)로 향하게 하고, 도 10에 도시된 바와 같이 우측으로 진행하는 표면 탄성파에 의해 음향장이 형성되면 완보동물만 선택적으로 우측의 제2배출구(O2)로 향하게 하기 위함이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10 : 필터 유닛 11 : 필터칩
11a : 유입구 11b : 유출구
11c : 채널 12 : 마이크로 필터
12a : 마이크로 포스트 20 : 분리 유닛
21 : 압전기판 21a : 제1전극단자
21b : 제2전극단자 22 : 빗살무늬전극
22a : 제1손가락전극 22b : 제2손가락전극
23 : 미세 유체칩 I : 주입구
O1 : 제1배출구 O2 : 제2배출구
F1 : 제1유체주입구 F2 : 제2유체주입구
C1 : 제1채널 C2 : 제2채널
C3 : 제3채널 G1 : 제1가이드채널
G2 : 제2가이드채널

Claims (15)

  1. 미소동물, 미소동물의 알(egg), 미소동물의 먹이가 되는 미세조류(algae)를 포함하여 이루어진 미소동물 배양샘플이 내부로 유입되어 미세조류 군집을 필터링하는 필터 유닛; 및
    압전기판과, 상기 압전기판 위에 증착되어 교류 신호를 인가받아 표면 탄성파를 발생시키는 빗살무늬전극(IDT;Interdigital Transducer)과, 블럭 형태로 이루어져 상기 빗살무늬전극과 이격되어 상기 압전기판 위에 접착되고 내부에는 상기 필터 유닛에서 미세조류 군집이 필터링된 미소동물 배양샘플이 주입되어 일직선으로 유동하다가 양 갈래로 나뉘어 한쪽으로는 미소동물이 배출되고 다른 한쪽으로는 미소동물의 알과 미세조류가 배출되도록 마이크로 스케일의 채널부가 소정 길이로 형성되는 미세 유체칩으로 이루어진 분리 유닛;을 포함하고,
    상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파는 상기 채널부 내에서 미소동물 배양샘플이 횡방향으로 이동가능하게 상기 채널부에 전달되는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 필터 유닛은,
    소정 길이로 이루어지고, 일측에는 유입구가 형성되며, 타측에는 유출구가 형성되고, 상기 유입구 및 유출구와 각각 연통되게 소정 길이로 내부에 채널이 형성된 필터칩; 및
    복수로 마련되어 상호간 이격되게 상기 채널에 설치되어 상기 유입구로부터 유입되는 미소동물 배양샘플 중 미세조류 군집을 필터링하는 마이크로 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 마이크로 필터는,
    기둥 형태로 이루어진 복수의 마이크로포스트(micropost)가 서로 인접하여 배치되되, 상기 유출구 방향으로 볼록한 호(弧) 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 마이크로포스트는 원기둥 또는 다각 기둥 형태로 형성되고,
    상기 복수의 마이크로포스트 상호 간의 간격은 미소동물, 미소동물의 알 및 미세조류는 통과할 수 있지만 미세조류 군집은 통과할 수 없게 수십 ㎛로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 빗살무늬전극은,
    상기 압전기판의 양측 단부에 형성된 각각의 제1전극단자 및 제2전극단자로부터 이들의 방향을 따라 서로 교번하고 서로를 향해 폭 방향으로 연장 형성되는 복수의 제1손가락 전극 및 제2손가락 전극이 서로의 사이에 끼워져 포크 2개의 끝이 마주보도록 겹치되 서로 닿지 않도록 엇갈리게 놓인 패턴 형상으로 증착된 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 복수의 제1손가락 전극 및 제2손가락 전극을 이루는 금속선들은
    Figure 112019077059642-pat00007
    의 너비를 가지며, 각 금속선 간의 간격도
    Figure 112019077059642-pat00008
    로 형성되되, 여기서, λ는 상기 표면 탄성파의 파장인 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수의 제1손가락 전극 및 제2손가락 전극의 각각의 너비와 상기 제1손가락 전극 및 제2손가락 전극 사이의 간격은 길이방향을 따라 선형적으로 가변되게 형성되어 전체적으로 사다리꼴 형상의 경사진 빗살무늬 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 채널부는,
    상기 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 전달되도록 소정 길이로 이루어지되, 상기 필터 유닛에서 상기 미세조류 군집이 필터링된 미소동물 배양샘플이 주입되는 주입구와 연결되어 일직선으로 형성된 제1채널;
    상기 제1채널의 끝단 중 상기 빗살무늬전극과 인접한 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제1배출구와 연결된 제2채널; 및
    상기 제1채널의 끝단 중 상기 빗살무늬전극과 먼 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제2배출구와 연결된 제3채널;로 이루어지고,
    상기 제2채널 및 제3채널은 역 브이자(∧) 형태로 이루어지며,
    상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 상기 제1채널에 전달되는 경우 상기 미소동물의 알과 미세조류는 상기 제2채널로 유동하여 제1배출구로 배출되고,
    상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 상기 제1채널에 전달되는 경우 미소동물은 상기 제3채널로 유동하여 제2배출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 채널부는,
    상기 주입구와 인접한 상기 제1채널에서 상기 빗살무늬전극과 인접한 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제1유체 주입구와 연결된 제1가이드 채널; 및
    상기 주입구와 인접한 상기 제1채널에서 상기 빗살무늬전극과 먼 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제2유체 주입구와 연결된 제2가이드 채널;을 더 포함하고,
    상기 제1가이드 채널 및 제2가이드 채널은 브이자 형태(∨)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1유체 주입구와 제2유체 주입구로 주입되는 유체는, 생체적합액체(biocompatible liquid)인 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1가이드 채널을 통해 유동하는 유체의 유량보다 상기 제2가이드 채널을 통해 유동하는 유체의 유량이 더 많아 미소동물 배양샘플이 빗살무늬전극과 가깝게 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 하나의 청구항에 따른 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치를 이용하여 비접촉식으로 미소동물을 분리하는 미세유체역학 방법으로서,
    소정 길이로 이루어지고 일측에는 유입구가 형성되며 타측에는 유출구가 형성되고 상기 유입구 및 유출구와 각각 연통되게 소정 길이로 내부에 채널이 형성된 필터칩과, 복수로 마련되어 상호간 이격되게 상기 채널에 설치되어 상기 유입구로부터 유입되는 미소동물 배양샘플 중 미세조류 군집을 필터링하는 마이크로 필터를 포함하는 필터 유닛을 이용하여 미세조류 군집을 필터링하는 필터링 단계; 및
    압전기판과, 상기 압전기판 위에 증착되어 교류 신호를 인가받아 표면 탄성파를 발생시키는 빗살무늬전극(IDT;Interdigital Transducer)과, 블럭 형태로 이루어져 상기 빗살무늬전극과 이격되어 상기 압전기판 위에 접착되고 내부에는 상기 필터링 단계에서 미세조류 군집이 필터링된 미소동물 배양샘플이 주입되어 일직선으로 유동하다가 양 갈래로 나뉘어 한쪽으로는 미소동물이 배출되고 다른 한쪽으로는 미소동물의 알과 미세조류가 배출되도록 마이크로 스케일의 채널부가 소정 길이로 형성되는 미세 유체칩으로 이루어진 분리 유닛을 이용하여 미소동물을 분리하는 미소동물 분리단계;를 포함하고,
    상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파는 상기 채널부 내에서 미소동물 배양샘플이 횡방향으로 이동가능하게 상기 채널부에 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 채널부는,
    상기 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 전달되도록 소정 길이로 이루어지되, 상기 필터 유닛에서 상기 미세조류 군집이 필터링된 미소동물 배양샘플이 주입되는 주입구와 연결되어 일직선으로 형성된 제1채널;
    상기 제1채널의 끝단 중 상기 빗살무늬전극과 인접한 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제1배출구와 연결된 제2채널; 및
    상기 제1채널의 끝단 중 상기 빗살무늬전극과 먼 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제2배출구와 연결된 제3채널;로 이루어지고,
    상기 제2채널 및 제3채널은 역 브이자(∧) 형태로 이루어지며,
    상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 상기 제1채널에 전달되는 경우 상기 미소동물의 알과 미세조류는 상기 제2채널로 유동하여 제1배출구로 배출되고,
    상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 상기 제1채널에 전달되는 경우 미소동물은 상기 제3채널로 유동하여 제2배출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 채널부는,
    상기 주입구와 인접한 상기 제1채널에서 상기 빗살무늬전극과 인접한 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제1유체 주입구와 연결된 제1가이드 채널; 및
    상기 주입구와 인접한 상기 제1채널에서 상기 빗살무늬전극과 먼 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제2유체 주입구와 연결된 제2가이드 채널;을 더 포함하고,
    상기 제1가이드 채널 및 제2가이드 채널은 브이자 형태(∨)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1가이드 채널을 통해 유동하는 유체의 유량보다 상기 제2가이드 채널을 통해 유동하는 유체의 유량이 더 많아 미소동물 배양샘플이 빗살무늬전극과 가깝게 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 방법.
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