KR102381134B1 - 유체 분석용 마이크로 칩 및 이를 이용한 유전자 증폭 방법 - Google Patents

유체 분석용 마이크로 칩 및 이를 이용한 유전자 증폭 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 바디부의 상부면을 관통하는 홀을 통해 유체가 주입되도록 구성된 투입부, 투입부와 유체로 연통하고, 투입부로부터 유동한 유체를 정량 (fixed quantity) 으로 수용하도록 구성된 복수의 수용 챔버, 복수의 수용 챔버 각각과 유체로 연통하고, 복수의 수용 챔버에 포집된 유체의 정량과 상응하는 부피를 갖고, 유체 내 표적 유전자 특이적인 분석 물질을 수용하도록 구성된 복수의 분석 챔버, 및 복수의 수용 챔버와 연결되고, 복수의 수용 챔버 내의 압력을 경감하도록 구성된 완충재를 포함하는 압력 완충부를 포함하는 유체 분석용 마이크로 칩, 이를 이용한 유전자 증폭 방법 및 유전자 증폭을 위한 키트를 제공한다.

Description

유체 분석용 마이크로 칩 및 이를 이용한 유전자 증폭 방법{MICRO-CHIP FOR ANALYZING FLUIDS AND METHOD FOR AMPLIFICATION OF GENES USING THE SAME}
본 발명은 유체 분석용 마이크로 칩 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 유체 시료의 정량 분주가 가능한 유체 분석용 마이크로 칩, 이를 이용한 유전자 증폭용 키트, 및 유전자 증폭 방법에 관한 것이다.
체외 진단 산업은 과거의 질환 치료 중심에서 조기 진단을 통한 사전 예방과 건강 증진 중심의 트렌드 변화를 보이고 있다. 체외 진단이 전통적인 진단방식보다 정확도가 높고 언제 어디서든지 편리하고 신속한 진단과 분석이 가능한 방식으로 발전될 것이라 예상되는 이유다. 이에 따라 의료기관에서 사용하는 의료기기도 검사에 소요되는 시간을 단축하기 위해 자동화 및 사용자 편의성이 필수적으로 고려되고 있다.
한편, 체외 진단 중 현장 진단은 피검자 가까이에서 검체 전처치 없이 신속하게 진단을 시행하여 치료에 이용할 수 있는 검사를 말한다. 현장 진단에 이용되는 현장 진단 장비는 대형 병원이나 전문 검사 기관뿐 아니라, 소형 병원, 가정, 직장 등에서도 손쉽게 이용될 수 있도록 소형이면서도 저가일 것이 요구된다. 또한, 현장 진단 장비는 적은 검체량만으로도 질병 유무의 확인이 가능하여야 하고, 진단 결과 역시 신속하게 제공되어야만 한다. 이러한 요건을 갖춘 현장 진단 장비는 병원이나 개인의 재정적 부담을 줄일 수 있는 동시에, 언제 어디서든 질병의 진단이 가능하므로 긴급한 상황에서 요긴하게 이용될 수 있다.
현장 진단을 위한 장비로서, 광원에서 발생되는 광을 샘플에 조사하고, 샘플에 존재하는 형광체에서 방출되는 여기 광을 검출부로 검출하여 상기 여기광의 세기를 분석함으로써 대상물의 분석가능한 장비가 등장하였다. 그러나, 이러한 광 분석에 기초한 현장 진단 장비는, 여기광의 세기에 대한 검출부의 감도가 낮은데다가, 검출부가 외부 노이즈의 영향을 많이 받도록 구성되어 있기 때문에 분석 결과의 정확성 및 신뢰성이 다소 부족할 수 있다.
더욱이, 공지된 현장 진단 시스템 대부분은, 분석의 신뢰도 높은 결과를 높이기 위해 마이크로 파이펫, 전문 분석 장비 등이 요구되며 이를 수행 가능한 전문 인력이 필요할 수 있다. 즉, 사용자의 숙련도에 따라 분석 결과가 상이할 수 있어, 분석의 재현성이 떨어질 수 있다. 이에, 종래의 현장 진단 시스템은, 추가적인 분석 시간이 요구되는 2 차의 확진 검사가 필수적일 수 있다.
따라서, 종래의 현장 진단 시스템이 갖는 한계를 극복하고, 재현성 높은 분석이 가능한, 새로운 현장 진단 시스템의 개발이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.
발명의 배경이 되는 기술은 본 발명에 대한 이해를 보다 용이하게 하기 위해 작성되었다. 발명의 배경이 되는 기술에 기재된 사항들이 선행기술로 존재한다고 인정하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
선행 문헌: 유럽 특허출원공개공보 EP3173149(20170531)
한편, 종래의 현장 진단 시스템이 갖는 한계를 극복하기 위한 방안으로, 플레이트 형태의 마이크로 칩이 등장하게 되었다.
보다 구체적으로, 플레이트 형태의 마이크로 칩은 유체의 유체 시료가 이송되는 미세채널과 분석 챔버 등이 형성되어 있으며, 유체 시료가 유전자 칩 내부에서 미세채널을 따라 이송되고 분석 챔버에서 반응하여 PCR 증폭이 일어날 수 있다. 이와 같은 형태의 유전자 칩은 종래의 현장 진단 시스템에 비하면 그 절차가 간소하고 휴대성이 높다는 점에서 장점이 있다.
그러나, 플레이트 형태의 마이크로 칩은, 여전히 PCR 증폭과 같은 핵산 증폭의 절차 및 진단에 필요한 유체 시료를 정량화시킬 수 있는 수단이 없어, 분석의 재현성이 떨어져, 유전자 진단의 신뢰성 저하의 한계가 존재할 수 있다.
전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해, 본 발명의 발명자들은, 사용자의 전문성에 관계 없이 손쉽게 핵심 기술의 구현 가능한 유체 분석용 마이크로 칩을 개발하고자 하였다.
*본 발명의 발명자들은, 마이크로 칩 내에 정량의 시료를 수용하기 위한 복수의 수용 챔버, 및 복수의 수용 챔버와 각각 연결되어 핵산 증폭 등의 처리 과정이 진행되는 분석 챔버들이 구비되고, 복수의 수용 챔버에 일정한 부피의 유체 시료가 수용되도록 설계하고자 하였다. 본 발명의 발명자들은, 이와 같은 구조적 특징에 의해, 사용자의 전문성에 관계 없이 유체 시료 내의 표적 물질에 대한 신속하고 정확한 검출 및 진단이 가능할 수 있음을 인지할 수 있었다.
그 결과, 본 발명의 발명자들은, 유체의 분석에 있어서, 비전문가에 의해 고 감염성과 같은 질환들을 현장에서 진단 가능하며, 마이크로 파이펫 (micropipette) 없이도 복수의 분석 챔버 각각에 대하여 유체 시료의 정량 분주가 가능한 유체 분석용 칩을 개발하기에 이르렀다.
보다 구체적으로, 본 발명의 발명자들은, 마이크로 칩 내부로 유체 시료의 주입에 따른 압력, 나아가 정량의 시료를 수용하는 챔버에 유체 시료가 가득 찼을 때의 압력에 의해, 일부 유체들이 분석 챔버로 직접 유동되어 복수의 분석 챔버 각각에 대한 일정한 량의 분주가 어렵다는 점을 인지할 수 있었다.
이에, 본 발명의 발명자들은, 복수의 수용 챔버에 정량으로 시료가 채워졌을 때 잔여 압력에 의해 분석 챔버로 유체가 역류가 되지 않도록, 압력을 완충해주는 압력 완충부를 마이크로 칩 상에 구비하고자 하였다.
특히, 본 발명의 발명자들은 흡습성의 완충재를 포함하는 압력 완충부를 복수의 수용 챔버와 공기를 칩 외부로 배출하도록 구성된 공기 배출부 사이에 배치하였다.
이에, 본 발명의 발명자들은, 이러한 구조에 따라 유체 시료의 흡수가 일어나 압력이 경감되며, 공기만이 공기 배출부를 통해 배출될 수 있으며, 복수의 분석 챔버 각각에 대하여 정량의 유체가 분주될 수 있음을 기대 할 수 있었다.
더욱이 본 발명의 발명자들은, 상기와 같은 구조를 갖는 마이크로 칩이, 오염된 시료에 따른 2차 오염을 방지할 수 있음을 기대할 수 있었다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 바디부 내에 형성된 유체가 유동 가능한 채널을 포함하는 유체 분석용 마이크로 칩으로서, 정량의 시료를 수용하도록 구성된 챔버, 챔버 내의 압력을 경감하도록 구성된 압력 완충부와 상기 복수의 수용 챔버와 각각 연결된 분석 챔버로 이루어진, 유체 분석용 마이크로 칩을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 상기 유체 분석용 마이크로 칩에 기초한 유전자 증폭을 위한 키트 및 유전자 증폭 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기판을 포함하는 유체 분석용 마이크로 칩이 제공된다. 이때, 상기 유체 분석용 마이크로 칩은 복수의 필름을 포함하는 바디부로 이루어지고, 복수의 필름 중 적어도 일부에 형성된 내부 채널로 유체를 유동시키도록 구성된다. 나아가, 상기 유체 분석용 마이크로 칩은 바디부의 상부면을 관통하는 홀을 통해 유체가 주입되도록 구성된 투입부, 투입부와 유체로 연통하고, 투입부로부터 유동한 유체를 정량 (fixed quantity) 으로 수용하도록 구성된 복수의 수용 챔버, 복수의 수용 챔버 각각과 유체로 연통하고, 복수의 수용 챔버에 포집된 유체의 정량과 상응하는 부피를 갖고, 유체 내 표적 유전자 특이적인 분석 물질을 수용하도록 구성된 복수의 분석 챔버, 및 복수의 수용 챔버와 연결되고, 복수의 수용 챔버 내의 압력을 경감하도록 구성된 완충재를 포함하는 압력 완충부를 포함한다.
본 발명의 특징에 따르면, 복수의 분석 챔버는 바디부의 하부면 상에 높이를 갖는 튜브 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 투입부 및 복수의 수용 챔버를 연결하는 연결부를 더 포함한다. 또한, 연결부는, 투입부와 연통하는 하나의 유체 채널로부터 복수의 채널로 분지되고, 복수의 채널 각각이 복수의 수용 챔버 각각과 유체로 연통하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 연결부는, 투입부와 복수의 수용 챔버를 각각 연결하는 제1 연결부, 및 복수의 수용 챔버와 복수의 분석 챔버를 각각 연결하는 제2 연결부를 포함할 수 있다. 이때, 제2 연결부는, 제1 연결부로부터 분지되어 복수의 분석 챔버 중 하나의 분석 챔버와 유체로 연통하도록 구성될 수 있다. 또한, 유체는 제1 연결부 및 제2 연결부 내에서 상이한 흐름 방향을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 마이크로 칩은 압력 완충부와 연결되고, 바디부의 외부와 연결되고, 압력 완충부의 공기만을 배출하도록 구성된 공기 필터를 포함하는, 공기 배출부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 공기 배출부는, 압력 완충부와 연결된 제1 공기 배출부, 및 분석 챔버와 연결되고, 바디부의 외부와 연결되고, 복수의 분석 챔버의 공기만을 배출하도록 구성된 공기 필터를 포함하는 제2 공기 배출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 마이크로 칩은 복수의 수용 챔버 각각과 연결되고, 바디부의 외부와 연결되고, 공기를 주입 또는 흡입하여 유체의 흐름을 제어하는 유체 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 유체는 유체 제어부에 의해 공기가 주입될 경우, 복수의 수용 챔버에서 복수의 분석 챔버로 유동할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 완충재는 유체에 대한 흡습성을 갖는 소재로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 압력 완충부는, 복수의 수용 챔버와 각각 연결된 단일 구조의 단일 챔버, 및 단일 챔버 상에 배치된 완충재를 포함할 수 있다. 이때, 완충재의 부피는, 단일 챔버의 부피에 대응할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 마이크로 칩은, 복수의 분석 챔버 각각과 연결되고, 바디부의 외부와 연결되어 분석이 완료된 유체를 마이크로 칩의 외부로 배출시키는 방출부를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판을 포함하는 유전자 증폭 방법이 제공된다. 이때, 상기 방법은, 분석하고자 하는 유체를 준비하는 단계, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩에 유체를 주입시키는 단계, 및 유체 내의 표적 유전자가 증폭하도록, 유전자 증폭기에 유체 분석용 마이크로 칩을 도입하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판을 포함하는 유전자 증폭을 위한 키트가 제공된다. 이때, 상기 키트는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩, 표적 유전자를 포함하는 유체를 유체 분석용 마이크로 칩 상에 주입하도록 구성된 주입기, 표적 유전자에 대한 증폭을 위한 프라이머, 표적 유전자의 증폭 수준을 측정하기 위한 프로브를 포함한다.
*본 발명은, 하나의 칩 상에서 반복 실험이 수행 가능하도록 구성된 복수의 분석 챔버를 포함하고, 정량의 유체 시료를 분석 챔버 각각으로 분주하도록 구성된 챔버 및 압력 완충부를 포함하는 유체 분석용 칩을 제공함으로써, 종래의 현장 진단 시스템이 갖는 한계를 해결할 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명은, 압력 완충부가 구비된 마이크로 칩을 제공함으로써, 유체 압력의 변화를 최소화하여, 정량 분주를 방해하는 타 방향으로의 유체의 흐름을 차단하고, 나아가 유체의 조성이나 미세 액적의 형상을 유지할 수 있다.
본 발명은, 비전문가에 의해 고 감염성과 같은 질환들을 현장에서 진단 가능하며, 마이크로 파이펫 없이도 복수의 분석 챔버 각각에 대하여 유체 시료의 정량 주입이 가능한 유체 분석용 칩을 제공할 수 있다.
이에, 본 발명은, 대부분의 현장 진단에 있어서 검체 채취 및 시료의 전처리 과정이 개방된 환경에서 진행됨에 따라 발생하는 외부 감염 및 이의 2 차 감염의 확산을 방지할 수 있는 효과가 있다.
나아가, 본 발명은, 감염 병의 진단의 경우 확진 판정을 위해 분자 진단 방식의 추가적인 검진이 요구되는 종래의 현장 진단 시스템의 한계를 극복할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 짧은 핵산 증폭산물이 유전자 변이에 둔감함에 따라 2 내지 3 개의 SNP 변이가 있음에도 핵산이 증폭되는 경우가 발생함에 따라, 신종 변종 감염병의 추적이 불가능할 정도로 재현성이 결여된 종래의 현장 진단 시스템의 한계를 극복할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1a 내지 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩 및 이의 구성들의 계략적인 사시도를 도시한 것이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩 및 이의 구성들의 계략적인 사시도를 도시한 것이다.
도 3a 내지 3c는 종래의 유체 분석용 마이크로 칩 내부의 유체 유동 과정을 예시적으로 도시한 것이다.
도 4a 내지 4e는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩 내부의 유체 유동 과정을 예시적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩을 이용한 유전자 증폭의 절차를 예시적으로 도시한 것이다.
발명의 이점, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우, '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
본 명세서의 해석의 명확함을 위해, 이하에서는 본 명세서에서 사용되는 용어들을 정의하기로 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "유체"는 본 발명의 유체 분석용 마이크로 칩을 이용하여 분석하고자 하는 모든 유체 시료를 의미할 수 있다. 예를 들어, 유체 시료는 세포 용해물, 전혈, 혈장, 혈청, 침, 안구액, 뇌척수액, 땀, 뇨, 젖, 복수액, 활액 및 복막액일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 본원 명세서 내에 유체는, 병원균, 호르몬, 단백질, 특정 DNA 중 적어도 하나의 표적 물질을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "투입부"는 유체 시료의 주입에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 칩의 내부로 상기 유체 시료가 유동하도록 구성된 채널을 의미할 수 있다.
이때, 투입부는, 상기 마이크로 칩의 상부면을 관통하는 홀로 유체 시료가 주입되는 주입구를 더 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "수용 챔버"는, 정량의 유체 시료를 수용하도록 구성된 수용 채널로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩 상에 복수개가 구비될 수 있다.
즉, 복수개의 챔버 각각은, 주입된 유체 시료를 일정한 양으로 수용하도록 구성될 수 있으며, 서로 동일한 부피를 가질 수 있다. 또한, 복수개의 챔버 각각은, 후술할 분석 챔버에 정량의 유체를 제공하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "분석 챔버"는, 유체 내의 핵산의 증폭과 같은 전처리 과정이 진행되는 채널을 의미할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 분석 챔버 내에서 전처리를 포함한 분자 진단의 전체 프로세스가 진행될 수도 있다. 예를 들어, 분석 챔버 내에서 유체 시료는 유전자 증폭 과정을 거친 후, 이의 정성 분석, 나아가 정량 분석이 진행될 수도 있다.
한편, 분석 챔버는 전술한 복수의 수용 챔버 챔버와 각각 유체로 연통하도록 구성되고, 복수의 분석 챔버 각각은, 복수의 수용 챔버 각각에 수용된 유체의 정량과 상응하는 부피를 가질 수 있다.
즉, 복수의 분석 챔버 각각은, 복수의 수용 챔버 각각에 수용된 정량의 유체를 수용하도록 구성되어, 유전자 진단 시 균일한 진단 및 재현성 높은 진단 결과를 제공할 수 있다.
한편, 분석 챔버는, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 칩의 하부면에 높이를 갖는, 튜브 형태를 가질 수 있다. 이때, 튜브의 부피는 분석하고자 하는 유체 시료의 부피에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
나아가, 분석 챔버는, 프라이머 또는 프로브와 같은 유체 내의 표적 유전자의 증폭, 정성 (또는 정량) 분석에 필요한 시료를 더욱 포함할 수 있다.
이에, 상용되는 PCR 기기에 적용 가능함에 따라, 표적 유전자의 증폭 절차가 보다 용이하게 수행될 수 있다.
그러나, 분석 챔버의 구조는 튜브 형태에 제한되는 것은 아니며, 복수의 수용 챔버 내의 정량의 유체를 수용하는 한, 다양한 구조를 가질 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "연결부"는, 마이크로 칩 내부에서 복수의 기능을 하는 두 개의 유닛을 연결하도록 구성된 채널을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 연결부는, 투입부와 복수의 수용 챔버를 연결하는 채널의 제1 연결부 및 복수의 수용 챔버와 복수의 분석 챔버를 각각 연결하는 채널의 제2 연결부로 구성될 수 있다.
이때, "제1 연결부"는, 투입부와 연통하는 하나의 유체 채널로부터 복수의 수용 챔버 각각과 유체로 연통하도록 복수의 채널로 분지된 채널로서, 주입된 유체가 복수의 채널을 통해 복수의 수용 챔버 각각에 정량으로 유동하도록 구성될 수 있다.
나아가, "제2 연결부"는, 투입부와 수용 챔버 사이의 제1 연결부로부터 분지되어 복수의 분석 챔버 중 하나의 챔버와 유체로 연통하도록 구성된 채널일 수 있다.
이때, 유체는, 제1 연결부 및 제2 연결부 내에서 상이한 흐름 방향을 가질 수 있다.
예를 들어, 투입부를 통해 주입된 유체는 제1 연결부를 통해 수용 챔버로 유동된 후, 제2 연결부를 통해 분석 챔버로 유동되며 동시에 제1 연결부에서의 유동 방향과 반대되는 방향을 가질 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "압력 완충부"는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩 내부의 채널에 대한 압력의 변화를 최소화하여, 정량 분주를 방해하는 타 방향으로의 유체의 흐름을 차단하고, 나아가 유체의 조성이나 미세 액적의 형상을 유지하도록 구성된 채널 (또는, 챔버) 를 의미할 수 있다.
보다 구체적으로, 압력 완충부는 복수의 수용 챔버의 일면에 연결되어 수용 챔버 내의 일부의 유체를 흡수하도록 구성된 흡습성의 완충재를 포함하는 유닛일 수 있다. 이에, 완충재에 의해 유체 시료의 흡수가 일어나, 유체의 흐름을 변화시키는 수용 챔버 내의 압력이 경감될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "완충재"는, 유체를 흡수하도록 구성된 흡습성의 유닛으로, 솜, 종이, 파이버, 스펀지 등일 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고 완충재는 보다 다양한 흡습성 소재로 이루어지고 및 다양한 형태를 가질 수 있다.
즉, 완충재를 포함하는 압력 완충부는 수용 챔버에 정량으로 시료가 채워졌을 때 잔여 압력에 의해 분석 챔버로 유체가 역류 (예를 들어, 유체를 주입했을 때 유체가 제1 연결부를 통해 수용 챔버로 유동하는 것이 아니라, 제2 연결부를 통해 분석 챔버로 흐르는 역류) 되지 않도록, 압력을 완충해줄 수 있다.
한편, 압력 완충부는, 복수의 수용 챔버 각각과 연결된 단일 구조의 단일 챔버, 및 단일 챔버 상에 배치된 완충재를 포함할 수 있다.
그러나 이에 제한되지 않고, 압력 완충부는, 복수의 수용 챔버 각각과 연결된 복수의 독립된 챔버, 및 상기 독립된 챔버와 상응하는 부피를 갖는 완충재로 이루어질 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "공기 배출부"는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩 내의 공기를 배출하도록 구성된, 상기 마이크로 칩의 외부와 연결된 채널을 의미할 수 있다.
이때, 공기 배출부는, 유체가 빠져나가지 못하게 하도록 구성된 공기 필터를 포함할 수 있다.
나아가, 공기 배출부는 압력 완충부와 연결되어 수용 챔버의 공기가 외부로 빠져나가도록 구성된 제1 공기 배출부, 및 분석 챔버와 연결되어 분석 챔버 내의 공기가 외부로 빠져나가도록 제2 공기 배출부를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "유체 제어부"는, 공기를 주입 또는 흡입하여 상기 유체의 흐름을 제어하는 채널을 의미할 수 있다.
이때, 유체 제어부는, 수용 챔버 및 압력 완충부 사이에 형성된, 공기를 주입 또는 흡입하기 위한 채널을 포함하여, 복수의 수용 챔버 내의 정량의 유체가 제2 연결부를 통해 복수의 분석 챔버 각각으로 이동하도록 유체의 흐름을 제어할 수 있다.
즉, 유체 제어부에 의해 공기가 주입 또는 흡입될 경우, 유체의 흐름이 전환될 수 있다.
그러나, 이에 제한되지 않고, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩 내에서 유체는, 투입부로부터 수용 챔버로, 수용 챔버로부터 분석 챔버로 일 방향으로 유동할 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "방출부"는, 전술한 분석 챔버와 연결되어, 분석이 완료된 유체 시료가 빠져나가는 채널을 의미할 수 있다. 이때, 방출부는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩 내부의 채널 및 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 칩의 외부로 돌출된 방출구를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "유전자 증폭"은, PCR 장치를 이용하여 핵산을 증폭시키는 방법을 의미할 수 있다. 예를 들어, 표적 유전자의 증폭을 위한 분석 시료 및 유체가 혼합된 분석 챔버가 PCR 장치와 결합된 후 반복되는 온도 변화 사이클링을 거치게 되면, 표적 유전자의 증폭이 일어날 수 있다.
한편, 본원 명세서 내에서 유전자의 증폭은, 표적 핵산의 증폭에 따른 정성 분석뿐만 아니라, 이의 정량 분석을 포괄하도록 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "유전자 증폭을 위한 키트"는 표적 유전자의 증폭을 위한 키트로서, 바람직하게 현장 진단을 위한 키트를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "프라이머"는 표적 유전자의 서열에 상보적으로 결합하는 서열로, 표적 유전자의 증폭 과정에서 이의 합성을 개시하는 서열을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "프로브"는 표적 유전자의 임의의 염기 서열에 상보적인 서열을 갖는 절편으로, 방사선 원소 또는 형광으로 표지된 말단 염기를 지닐 수 있어, 표적 유전자의 여부 나아가 이의 수준을 측정하는 것에 이용될 수 있다.
이하에서는, 도 1a 내지 1c, 도 2a 및 도 2b를 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 1a 내지 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩 및 이의 구성들의 계략적인 사시도를 도시한 것이다. 도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩 및 이의 구성들의 계략적인 사시도를 도시한 것이다.
먼저, 도 1a을 참조하면, 본 발명에 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩 (1000) 은, 유체의 시료가 주입되는 채널인 투입부 (110), 주입된 유체를 정량으로 수용하도록 구성된 복수의 수용 챔버 (120), 수용 챔버 (120) 의 압력을 경감시키도록 구성된 압력 완충부 (130), 수용 챔버 (120) 로부터 유동한 정량의 유체 시료를 분석하기 위한 복수의 분석 챔버 (140) 로 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로, 투입부 (110) 는, 마이크로 칩 (1000) 의 상부면을 관통하는 홀로 유체 시료가 주입되는 주입구 (112) 를 포함할 수 있다. 또한, 투입부 (110) 및 복수의 수용 챔버 (120) 는 연결부 (150), 보다 구체적으로 투입부 (110) 와 이어지는 하나의 유체 채널로부터 복수의 수용 챔버 (120) 각각과 유체로 연통하도록 복수의 채널로 분지된 제1 연결부 (152) 를 통해 유체로 연통하도록 연결될 수 있다. 나아가, 복수의 수용 챔버 (120) 는, 투입부 (110) 와 수용 챔버 (120) 사이의 제1 연결부 (152) 로부터 분지된 제2 열결부 (152) 를 통해, 복수의 분석 챔버 (140) 중 하나와 유체로 연통하도록 구성될 수 있다. 이때, 유체는, 제1 연결부 (152) 및 제2 연결부 (154) 내에서 상이한 흐름 방향을 가질 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 마이크로 칩 (1000) 은, 공기를 주입 또는 흡입하여 상기 유체의 흐름을 제어하기 위한 채널의 유체 제어부 (170) 를 더욱 포함할 수 있다. 예를 들어, 유체 제어부 (170) 는, 공기의 주입 또는 흡입이 가능한 수용 챔버 (120) 및 압력 완충부 (130) 사이에 형성된 채널 (미도시) 을 포함할 수 있다. 이에, 유체 제어부 (170) 는, 복수의 수용 챔버 (120) 내의 정량의 유체가 제2 연결부 (154) 를 통해 복수의 분석 챔버 (140) 각각으로 이동하도록 제어할 수 있다.
한편, 압력 완충부 (130) 는, 복수의 수용 챔버 (120) 각각에 대하여 공기를 외부로 배출하도록 마이크로 칩 (1000) 의 외부와 연결된 제1 공기 배출부 (162) 와 이어질 수 있다. 나아가, 복수의 분석 챔버 (140) 는, 이들 각각의 공기를 외부로 배출하도록 마이크로 칩 (1000) 의 외부와 연결된 제2 공기 배출부 (164) 와 이어질 수 있다. 즉, 제1 공기 배출부 (162) 및 제2 공기 배출부로 이루어진 공기 배출부 (160) 는, 외부와 연결된 복수의 배출홀 (162a, 164a) 및 복수의 배출 홀 (162a, 164a) 상에 배치되어 유체는 빠져나가지 못하고 공기만 통과시키도록 구성된 공기 필터 (162b, 164b) 로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 마이크로 칩 (1000) 은, 분석 챔버 (140) 로의 PCR 프리 믹스쳐 (PCR pre-mixture) 및 완충액을 추가 주입하기 위한 추가 투입부 (182, 184) 가 더 구비될 수 있다. 나아가, 마이크로 칩 (1000) 은, 복수의 분석 챔버 (140) 와 연결되어, 분석이 완료된 유체 시료가 빠져나가는 내부 채널의 방출부 (190) 및 외부로 돌출된 방출구 (192) 를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 마이크로 칩 (1000) 은, 복수의 필름이 적층되고, 이들 필름 중 적어도 일부에 형성된 내부 채널에 의해, 복수의 기능을 하는 유닛들 (투입부 (110), 수용 챔버 (120), 압력 완충부 (130), 분석 챔버 (140), 공기 배출부 (160) 등.) 이 구비될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 마이크로 칩 (1000) 의 분해 사시도가 도시된다. 보다 구체적으로, 마이크로 칩 (1000) 은, 커버부 (1100) 및 받침부 (1500) 와 이들 사이의 제1 필름 (1200), 제2 필름 (1300), 제3 필름 (1400) 의 복수의 필름으로 이루어질 수 있다.
이때, 제1 필름 (1200) 은 제2 필름 (1300) 의 상부에 배치되고, 제3 필름 (1400) 은 제2 필름 (1200) 의 하부에 배치된다. 즉 제2 필름 (1300) 은 제1 필름 (1200) 과 제3 필름 (1400) 사이에 개재되는 형태를 갖는다. 이에, 따라, 제1, 2, 3 필름 (1200, 1300 및 1400) 이 합지되어 마이크로 칩 (1000) 을 형성할 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 제 1, 2, 3 필름 (1200, 1300 및 1400) 모두 플라스틱 소재로 형성될 수 있다. 이때, 플라스틱 소재의 예로는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 (PE), 폴리프로필렌 (PP), 폴리이미드 (PI), 폴리스티렌 (PS), 폴리카보네이트 (PC), 폴리우레탄, 폴리비닐리덴플루오라이드, 나일론, 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA), 폴리비닐클로라이드 (PVE), 폴리에테르 설폰 (PES) 등이 있을 수 있다. 제 1, 2, 3 필름 (1200, 1300 및 1400) 은 모두 동일하거나 상이한 플라스틱 소재로 형성될 수 있으며 3개의 필름 (1200, 1300 및 1400) 중 두 개가 동일한 플라스틱 소재로 형성되고 다른 하나는 상이한 플라스틱 소재로 형성될 수 있다. 나아가 동일한 플라스틱 소재로 형성되더라도, 경우에 따라 개별 물성은 차이가 있을 수도 있다.
커버부 (1100) 상에는, 외부로 돌출된 홀인, 주입구 (112), 유체 제어부 (170), 방출구 (192) 등이 형성될 수 있다. 나아가, 커버부 (1100) 는, 후술할 제2 필름 (1300) 에 의해 형성된 복수의 유닛들 (투입부 (110), 수용 챔버 (120), 분석 챔버 (140), 연결부 (150), 유체 제어부 (170)) 의 일부가 노출되도록, 중앙이 개구된 형태를 가질 수도 있다. 그러나 이에 제한되지 않고, 커버부 (1100) 의 개구된 영역에 오염을 방지하기 위한 필름이 형성될 수도 있다.
한편, 제2 필름 (1300) 에는 채널 (1310) 이 형성될 수 있다. 채널 (1310) 은 유체 시료를 이송시키거나, PCR 증폭 등의 반응 및 분석을 유체 시료를 정량으로 수용할 수 있다. 즉, 채널 (1310) 은, 기능적 영역에 따라, 마이크로 칩 (1000) 의 투입부 (110), 수용 챔버 (120), 분석 챔버 (140), 연결부 (150), 유체 제어부 (170) 로 나뉘어질 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 채널 (1310) 은 제2 필름 (1300) 상에 레이저 컷팅, 컷팅 플로팅 가공법, 컷팅 프린팅법, 선반 가공법 등에 의해 형성될 수 있다.
한편, 제2 필름 (1300) 의 상하부 각각에 제1 필름 (1200) 및 제3 필름 (1400) 이 결합하게 된다. 즉, 제2 필름 (1300) 의 두께가 유체의 흐름 공간인 채널 (1310) 의 높이를 형성할 수 있다. 한편, 3개의 필름 (1200, 1300 및 1400) 의 결합은 통상의 결합 부재를 이용한 기계적 결합방식에 의해 이루어질 수 있고, 접착제를 이용하는 방식에 의해 이루어질 수도 있다. 이때, 접착제는 3개의 필름 (1200, 1300 및 1400) 을 상호 접합시켜 유체 시료의 흐름 공간을 형성하는데 충분한 접착성을 가지면 충분하고, 특정 종류의 접착제로 한정되지 않는다. 접착제의 종류를 예시하면, 고무계 접착제, 아크릴 수지계 접착제, 실리콘계 접착제, 광학계 접착제, 가열성 접착제 등이 있다. 또한 접착제의 형태를 예시하면, 감압 접착 테이프, 열 활성 접착 테이프, 화학적 활성 접착 테이프, 광 활성 접착 테이프 등이 있을 수 있다.
제1 필름 (1200) 에는 복수의 이송홀 (1210) 이 형성된다. 이송홀 (1210) 은 마이크로 칩 (1000) 에서 유체 시료에 대해 수직 방향으로의 이송 경로를 제공할 수 있다. 예를 들어, 커버부 (1100) 의 주입구 (112) 로부터 도입된 유체 시료는 제1 필름 (1200) 의 이송홀 (1210) 을 거쳐 제2 필름 (1300) 의 채널 (1310) 로 유입될 수 있다. 이때, 이송홀 (1210) 은 제2 필름 (1300) 의 채널이 단절된 일부 영역에 형성될 수 있어, 유체 시료에 대해 수직방향으로의 이송 경로를 제공할 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 제1 필름 (1200) 상에는 공기를 외부로 배출하기 위한 복수의 배출홀 (162a, 164a) 이 더 형성될 수 있다. 이때, 복수의 배출홀 (162a, 164a) 각각에는 공기 필터 (162b, 164b) 가 상부에 배치될 수 있다. 즉, 제1 필름 (1200) 의 배출홀 (162a, 164a) 상에 공기 필터 (162b, 164b) 각각이 배치됨으로써, 제1 공기 배출부 (162), 제2 공기 배출부 (164) 가 형성될 수 있다. 이때, 배출홀 (162a) 및 공기 필터 (162b) 로 이루어진 제1 공기 배출부 (162) 는 전술한 제2 필름 (1300) 의 채널 (1310) 중, 수용 챔버 (120) 와 적어도 일부가 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 나아가, 배출홀 (164a) 및 공기 필터 (164b) 로 이루어진 제2 공기 배출부 (164) 는 전술한 제2 필름 (1300) 의 채널 (1310) 중, 분석 챔버 (140) 와 적어도 일부가 대응하는 위치에 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 제1 필름 (1200) 상에 챔버 (130a) 가 더욱 형성될 수 있다. 나아가, 챔버 (130a) 에 대응하는 위치에 충진 가능한 완충재 (130b) 가 배치될 수 있다. 즉, 제1 필름 (1200) 상에 챔버 (130a) 및 완충재 (130b) 가 배치됨으로써, 압력 완충부 (130) 가 형성될 수 있다. 이때, 챔버 (130a) 및 완충재 (130b) 로 이루어진 압력 완충부 (130) 는, 전술한 제2 필름 (1300) 의 채널 (1310) 중, 수용 챔버 (120) 영역에 적어도 일부가 대응하고, 수용 챔버 (120) 및 공기 배출부 (160) 사이의 영역에 배치될 수 있다. 한편, 압력 완충부 (130) 의 구조는 이에 제한되는 것이 아니다. 예를 들어, 별도의 챔버 (130a) 없이 완충재 (130b) 가 수용 챔버 (120) 의 적어도 일면, 또는 수용 챔버 (120) 와 제1 공기 배출부 (162) 사이에 적층됨으로써, 압력 완충부 (130) 가 형성될 수도 있다. 즉, 수용 챔버 (120) 의 유체 시료의 일부를 흡수하고 이에 압력을 경감시켜주는 완충재 (130b) 가 배치되는 한, 압력 완충부 (130) 는 보다 다양한 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩(1000) 은, 압력 완충부 (130) 에 의해, 수용 챔버 (120) 의 압력에 따른 유체의 역류가 방지될 수 있고, 이에 복수의 수용 챔버 (120) 에 대한 유체의 정량 분주가 가능할 수 있다.
한편, 커버부 (1100) 의 개구된 영역에 의해 공기 배출부 (160), 및 압력 완충부 (130) 가 외부로 노출될 경우, 오염 및 공기 유입 등을 막기 위해, 상기 의해 공기 배출부 (160), 및 압력 완충부 (130) 상에 탈부착 가능한 보호층이 더 형성될 수도 있다.
제3 필름 (1400) 상에 복수의 챔버홀 (1410) 이 형성될 수 있다. 이때, 챔버홀 (1410) 은 제2 필름 (1300) 에 형성된 분석 챔버 (140) 와 상응하는 위치에 형성될 수 있고, 분석 챔버 (140) 가 복수개인 경우, 챔버홀 (1410) 역시 복수개일 수 있다. 한편, 도 1c를 함께 참조하면, 챔버홀 (1410) 의 하부에 튜브 챔버 (1420) 가 위치될 수 있다. 즉, 튜브 챔버 (1420) 는 그 위치가 챔버홀 (1410) 과 상응하도록 제3 필름 (1400) 의 하부에 결합될 수 있다. 이를 통해 유체 시료는 챔버홀 (1410) 을 통과하여 튜브 챔버 (1420) 내에 포집될 수 있다. 즉, 제3 필름 (1400) 의 챔버홀 (1410) 및 튜브 챔버 (1420) 및 이에 대응하는 제2 필름 (1300) 의 채널 (1310) 에 의해, 튜브 형태의 분석 챔버 (140) 가 형성될 수 있다. 이때, 튜브 챔버 (1420) 내에는 프라이머 또는 프로브와 같은 유체 내의 표적 유전자의 증폭, 정성 (또는 정량) 분석에 필요한 시료를 더욱 포함할 수도 있다. 나아가, 튜브 챔버 (1420) 는 PCR 기기의 온도 조절부에 삽입 가능한 마이크로 튜브일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이와 같이, 압력 완충부 (130) 가 구비된 마이크로 칩 (1000) 을 제공함으로써, 채널 내의 유체 압력의 변화가 최소화되고, 정량 분주를 방해하는 타 방향으로의 유체의 흐름이 차단될 수 있다. 따라서, 유체 분석용 마이크로 칩 (1000) 은, 마이크로 파이펫 없이도 복수의 분석 챔버 각각에 대하여 유체 시료의 정량 주입이 가능할 수 있다.
한편, 마이크로 칩 (1000) 의 구조적 특징은 전술한 것에 제한되는 것이 아니다.
보다 구체적으로, 도 2a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 칩 (1000') 상에, 복수의 수용 챔버 (120) 각각과 연결된 복수의 압력 완충부 (130) 가 구비될 수 있다. 이때, 복수의 압력 완충부 (130) 는, 제1 공기 배출부 (162) 와 복수의 수용 챔버 (120) 사이에 존재할 수 있다. 본 발명의 특징에 따르면, 완충재 (130b) 가 복수의 수용 챔버 (120) 의 적어도 일면에 적층되고, 완충재 (130b) 의 적어도 일부에 제1 공기 배출부 (162) 가 배치될 수도 있다.
도 2b를 더욱 참조하면, 제1 필름 (1200) 상에 복수의 독립된 챔버 (130a) 가 더욱 형성될 수 있다. 나아가, 복수의 독립된 챔버 (130a) 각각에 대응하는 위치에 충진 가능한 복수의 완충재 (130b) 가 각각 배치될 수 있다. 즉, 제1 필름 (1200) 상에 복수의 챔버 (130a) 및 복수의 완충재 (130b) 가 배치됨으로써, 복수의 독립된 압력 완충부 (130) 가 형성될 수 있다. 이때, 챔버 (130a) 및 완충재 (130b) 로 이루어진 복수의 압력 완충부 (130) 는, 전술한 제2 필름 (1300) 의 채널 (1310) 중, 복수의 수용 챔버 (120) 영역 각각과 적어도 일부가 대응하도록 배치될 수 있다. 한편, 압력 완충부 (130) 의 구조는 이에 제한되는 것이 아니다. 예를 들어, 복수의 수용 챔버 (120) 각각에 수용된 유체 시료의 적어도 일부를 흡수하고 이에 압력을 경감시켜주는 복수의 완충재 (130b) 가 배치되는 한, 압력 완충부 (130) 는 보다 다양한 구조를 가질 수 있다.
이하에서는, 도 3a 내지 3c를 참조하여, 압력 완충부가 구비되지 않은 종래의 마이크로 칩의 유체 유동 과정을 설명한다. 도 3a 내지 3c는 종래의 유체 분석용 마이크로 칩 내부의 유체 유동 과정을 예시적으로 도시한 것이다.
먼저, 도 3a를 참조하면, 압력 완충부가 구비되지 않은 마이크로 칩 (2000) 에 유체 시료 (300) 가 투입부 (210) 를 통해 마이크로 칩 (2000) 의 내부로 주입된다. 이때, 유체 시료 (300) 는 투입부 (210) 와 복수의 수용 챔버 (220) 각각을 연결하는 제1 연결부 (252) 를 통해, 수용 챔버 (220) 로 유동할 수 있다.
다음으로, 도 3b를 참조하면, 복수의 수용 챔버 (220) 각각에 수용된 유체 시료 (300) 는, 유체 제어부 (미도시) 를 통해 유입된 공기에 의해 유체의 흐름이 전환될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 연결부 (252) 로부터 분지되고 복수의 수용 챔버 (220) 각각과 복수의 분석 챔버 (240) 각각을 연결하는 제2 연결부 (254) 를 통해, 수용 챔버 (220) 에 수용된 유체가 분석 챔버 (240) 로 유동할 수 있다. 한편, 복수의 수용 챔버 (220) 에 유체 시료 (300) 가 가득차게 되면, 연결부 (160) 에 압력이 발생될 수 있다. 그 결과, 제1 연결부 (254) 를 통해 수용 챔버 (220) 로 유동해야 하는 유체 시료 (300) 는, 압력에 의해 제2 연결부 (254) 를 통해 바로 분석 챔버 (240) 로 유동할 수 있다.
결과적으로, 도 3c를 함께 참조하면, 복수의 분석 챔버 (240) 상에 유체 시료 (300) 는 정량으로 채워질 수 없게 된다. 즉, 서로 동일한 부피를 갖는 분석 챔버 (240) 각각에 서로 상이한 부피의 유체 시료 (300) 가 수용될 수 있다. 이에, 압력 완충부가 구비되지 않은 마이크로 칩 (2000) 은, 표적 유전자에 대한 분자 진단 결과에 대한 신뢰도가 떨어지며, 재현성 또한 떨어질 수 있다.
이하에서는, 도 4a 내지 도 4e를 참조하여, 압력 완충부가 구비된 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩의 유체 유동 과정을 설명한다. 도 4a 내지 4e는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩 내부의 유체 유동 과정을 예시적으로 도시한 것이다.
먼저, 도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩 (1000) 은, 각각의 분석 챔버 (140) 로 정량 분주가 가능한 압력 완충부 (130) 가 구비될 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 함께 참조하면, 유체 시료 (300) 는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩(1000) 의 투입부 (110) 를 통해 마이크로 칩 (1000) 의 내부로 주입된다. 이때, 유체 시료 (300) 는 투입부 (110) 와 복수의 수용 챔버 (120) 각각을 연결하는 제1 연결부 (152) 를 통해, ① 방향으로 수용 챔버 (120) 로 유동할 수 있다.
다음으로, 도 4a 및 도 4c를 참조하면, ① 방향으로 유동한 유체 시료 (300) 는 복수의 수용 챔버 (120) 각각에 정량으로 수용될 수 있다. 이때, 복수의 수용 챔버 (120) 의 끝 단에 형성된 압력 완충부 (130) 에 의해 수용 챔버 (120) 상에 압력이 형성되지 않음에 따라, 정량의 유체 시료가 복수의 수용 챔버 (120) 각각에 수용될 수 있다. 보다 구체적으로, 압력 완충부 (130) 는 복수의 수용 챔버 (120) 의 일면에 연결되어 수용 챔버 (120) 의 압을 경감 시키도록 구성된 챔버 (130a), 및 챔버 (130a) 상에 충진되어 유체 시료 (300) 의 일부를 흡수하도록 구성된 흡습성의 완충재 (130b) 를 포함한다. 이에, 완충재 (130b) 에 의해 유체 시료 (300) 의 흡수, 압력 완충부 (130) 와 연결된 제1 공기 배출부를 통한 공기의 배출이 일어나, 유체의 흐름을 변화시키는 수용 챔버 (120) 내의 압력이 경감될 수 있다.
따라서, 도 4d를 참조하면, 유체 제어부 (미도시) 를 통해 유입된 공기에 의해, 복수의 수용 챔버 (120) 에 수용된 정량의 유체 시료 (300) 는, 제2 연결부 (154) 를 통해 ②, ③ 및 ④ 방향으로 순차적으로 유동한 후, 분석 챔버 (140) 에 수용될 수 있다. 즉, 압력 완충부 (130) 가 구비된 마이크로 칩 (1000) 은, 연결부 (160) 에 발생한 압력에 의해 ① 방향이 아닌 ③ 방향으로 유체가 역으로 유동하여 분석 챔버 (140) 에 수용되고, 이에 따라 복수의 분석 챔버 (140) 상에 유체 시료 (300) 가 정량으로 채워질 수 없는 종래의 마이크로 칩 (2000) 의 한계를 극복할 수 있다.
이에, 압력 완충부 (130) 가 구비된 마이크로 칩 (1000) 을 제공함으로써, 채널 내의 유체 압력의 변화가 최소화되고, 정량 분주를 방해하는 타 방향으로의 유체의 흐름이 차단될 수 있다. 따라서, 유체 분석용 마이크로 칩 (1000) 은, 마이크로 파이펫 없이도 복수의 분석 챔버 각각에 대하여 유체 시료의 정량 주입이 가능할 수 있다. 나아가, 압력 완충부 (130) 가 구비된 마이크로 칩 (1000) 은, 유전자 진단 시 균일한 진단 및 재현성 높은 진단 결과를 제공할 수 있다.
한편, 도 4e를 참조하면, 분석 챔버 (140) 각각에 정량 분주된 유체 시료 (300) 에 대한 분석이 완료되면, 유체 시료 (300) 는 방출부 (190) 를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩 (1000) 의 외부로 배출될 수 있다.
이상의 실시예에 따라, 정량 분주가 가능한 유체 분석용 마이크로 칩 (1000) 을 제공함으로서, 본 발명은, 종래의 현장 진단 시스템이 갖는 한계를 해결할 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명은, 유체 압력의 변화를 최소화하여, 정량 분주를 방해하는 타 방향으로의 유체의 흐름을 차단하고, 나아가 유체의 조성이나 미세 액적의 형상을 유지할 수 있다.
이에, 본 발명은, 대부분의 현장 진단에 있어서 검체 채취 및 시료의 전처리 과정이 개방된 환경에서 진행됨에 따라 발생하는 외부 감염 및 이의 2 차 감염의 확산을 방지할 수 있는 효과가 있다.
나아가, 본 발명은, 감염 병의 진단의 경우 확진 판정을 위해 분자 진단 방식의 추가적인 검진이 요구되는 종래의 현장 진단 시스템의 한계를 극복할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는, 도 5를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유전자 증폭 방법의 절차를 설명한다. 도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩을 이용한 유전자 증폭의 절차를 예시적으로 도시한 것이다.
먼저, 분석하고자 하는 유체 시료가 준비된다 (S510). 그 다음, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩 상에 유체 시료가 위치된다 (S520). 마지막으로, 유체 시료 내의 표적 유전자가 증폭하도록, PCR 기기와 같은 유전자 증폭 기기에 상기 유체 분석용 마이크로 칩이 도입된다 (S530).
보다 구체적으로, 유체 시료가 준비되는 단계 (S510) 에서, 표적 유전자를 포함하는 유체 시료가 준비된다. 이때, 유체 시료가 준비되는 단계 (S510) 에서, 유체 시료는 PCR과 같은 분석을 위한 시료들과 선 반응할 수도 있다.
다음으로, 유체 분석용 마이크로 칩 상에 유체 시료가 위치되는 단계 (S520) 에서, 유체 시료가 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩의 투입부를 통해 주입될 수 있다.
보다 구체적으로, 유체 분석용 마이크로 칩 상에 유체 시료가 위치되는 단계 (S520) 에서, 주입된 유체 시료는, 투입부와 복수의 수용 챔버 각각을 연결하는 제1 연결부를 통해, 복수의 수용 챔버로 유동할 수 있다. 그 다음, 유동한 유체 시료는, 복수의 수용 챔버와 연결된 압력 완충부에 의해, 복수의 수용 챔버 각각에 정량으로 수용될 수 있다. 이때, 압력 완충부의 완충재에 의해 수용 챔버 내의 유체 시료의 흡수, 제1 공기 배출부를 통한 공기의 배출이 일어나, 유체의 흐름의 전환을 유도하는 수용 챔버 내의 압력이 경감되고, 복수의 수용 챔버에 대한 정량 분주가 가능할 수 있다. 다음으로, 정량의 유체 시료는, 제2 연결부를 통해 유동한 후 분석 챔버 상에 수용될 수 있다. 즉, 유체 분석용 마이크로 칩 상에 유체 시료가 위치되는 단계 (S520) 의 결과로, 마이크로 파이펫 없이도 복수의 분석 챔버 각각에 대하여 유체 시료가 정량 분주될 수 있다.
다음으로, 유전자 증폭 기기에 상기 유체 분석용 마이크로 칩이 도입되는 단계 (S530) 에서, 정량 분주된 유체 시료를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩이 PCR과 같은 유전자 증폭기에 도입될 수 있다. 보다 구체적으로, 정량의 유체 시료를 수용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩의 분석 챔버가 유전자 증폭기에 배치될 수 있다. 이의 결과로, 각 분석 챔버에 대하여 표적 유전자에 대한 분석 결과는 재현성이 높을 수 있다.
즉, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩을 이용한 유전자 증폭 방법에 따라, 표적 유전자에 대한 신뢰도 높은 분자 진단 결과가 제공될 수 있다.
이에, 본 발명은, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 유체 분석용 마이크로 칩을 이용한 유전자 증폭 방법을 제공함으로써, 대부분의 현장 진단에 있어서 검체 채취 및 시료의 전처리 과정이 개방된 환경에서 진행됨에 따라 발생하는 외부 감염 및 이의 2 차 감염의 확산을 방지할 수 있다.
나아가, 본 발명은, 감염 병의 진단의 경우 확진 판정을 위해 분자 진단 방식의 추가적인 검진이 요구되는 종래의 현장 진단 시스템의 한계를 극복할 수 있는 효과가 있다
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 연구는 대한민국 정부의 재원으로 방역연계범부처감염병연구개발사업(HI18C1903)지원에 의하여 수행되었습니다(과제고유번호HG18C0023).
1000, 1000': 유체 분석용 마이크로 칩
110, 210: 투입부
112: 주입구
120, 220: 수용 챔버
130: 압력 완충부
130 a: 챔버
130 b: 완충재
140, 240: 분석 챔버
150, 250: 연결부
152, 252: 제1 연결부
154, 254: 제2 연결부
160: 공기 배출부
162: 제1 공기 배출부
162a, 164a: 배출홀
162b, 164b: 공기 필터
164: 제2 공기 배출부
170: 유체 제어부
182, 184: 추가 투입부
190, 290: 방출부
192: 방출구
300: 유체 시료
1100: 커버부
1200: 제1 필름
1210: 이송홀
1300: 제2 필름
1310: 채널
1400: 제3 필름
1410: 챔버홀
1420: 튜브 챔버
1500: 받침부
2000: 압력 완충부가 구비되지 않은 마이크로 칩

Claims (13)

  1. 복수의 필름을 포함하는 바디부로 이루어지고, 상기 복수의 필름 중 적어도 일부에 형성된 내부 채널로 유체를 유동시키도록 구성된 유체 분석용 마이크로 칩으로서,
    상기 바디부의 상부면을 관통하는 홀을 통해 유체가 주입되도록 구성된 투입부;
    상기 투입부와 유체로 연통하고, 상기 투입부로부터 유동한 유체를 정량 (fixed quantity) 으로 수용하도록 구성된 복수의 수용 챔버;
    상기 복수의 수용 챔버 각각과 유체로 연통하고, 상기 복수의 수용 챔버에 포집된 상기 유체의 정량과 상응하는 부피를 갖고, 상기 유체 내 표적 유전자 특이적인 분석 물질을 수용하도록 구성된 복수의 분석 챔버, 및
    상기 복수의 수용 챔버와 연결되고, 상기 복수의 수용 챔버 내의 압력을 경감하도록 구성된 완충재를 포함하는 압력 완충부를 포함하는 유체 분석용 마이크로 칩
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 분석 챔버는 상기 바디부의 하부면 상에 높이를 갖는 튜브 형태를 갖는, 유체 분석용 마이크로 칩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 투입부 및 상기 복수의 수용 챔버를 연결하는 연결부를 더 포함하고,
    상기 연결부는,
    상기 투입부와 연통하는 하나의 유체 채널로부터 복수의 채널로 분지되고, 상기 복수의 채널 각각이 상기 복수의 수용 챔버 각각과 유체로 연통하도록 구성된, 유체 분석용 마이크로 칩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 투입부와 상기 복수의 수용 챔버를 각각 연결하는 제1 연결부, 및
    상기 복수의 수용 챔버와 상기 복수의 분석 챔버를 각각 연결하는 제2 연결부를 포함하고,
    상기 제2 연결부는,
    상기 제1 연결부로부터 분지되어 상기 복수의 분석 챔버 중 하나의 분석 챔버와 상기 유체로 연통하도록 구성되고,
    상기 유체는,
    상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부 내에서 상이한 흐름 방향을 갖는 유체 분석용 마이크로 칩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압력 완충부와 연결되고, 상기 바디부의 외부와 연결되고, 상기 압력 완충부의 공기만을 배출하도록 구성된 공기 필터를 포함하는, 공기 배출부를 더 포함하는, 유체 분석용 마이크로 칩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공기 배출부는,
    상기 압력 완충부와 연결된 제1 공기 배출부, 및
    상기 분석 챔버와 연결되고, 상기 바디부의 외부와 연결되고, 상기 복수의 분석 챔버의 공기만을 배출하도록 구성된 공기 필터를 포함하는 제2 공기 배출부를 포함하는, 유체 분석용 마이크로 칩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 수용 챔버 각각과 연결되고, 상기 바디부의 외부와 연결되고, 공기를 주입 또는 흡입하여 상기 유체의 흐름을 제어하는 유체 제어부를 더 포함하는, 유체 분석용 마이크로 칩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유체는,
    상기 유체 제어부에 의해 공기가 주입될 경우, 상기 복수의 수용 챔버에서 상기 복수의 분석 챔버로 유동하는, 유체 분석용 마이크로 칩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 완충재는
    상기 유체에 대한 흡습성을 갖는 소재로 이루어진, 유체 분석용 마이크로 칩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 압력 완충부는,
    상기 복수의 수용 챔버와 각각 연결된 단일 구조의 단일 챔버, 및
    상기 단일 챔버 상에 배치된 상기 완충재를 포함하고,
    상기 완충재의 부피는,
    상기 단일 챔버의 부피에 대응하는, 유체 분석용 마이크로 칩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 분석 챔버 각각과 연결되고, 상기 바디부의 외부와 연결되어 분석이 완료된 유체를 상기 마이크로 칩의 외부로 배출시키는 방출부를 더 포함하는, 유체 분석용 마이크로 칩.
  12. 분석하고자 하는 유체를 준비하는 단계;
    제1항 내지 제11항 중 한 항에 기재된 유체 분석용 마이크로 칩에 상기 유체를 주입시키는 단계, 및
    상기 유체 내의 표적 유전자가 증폭하도록, 유전자 증폭기에 상기 유체 분석용 마이크로 칩을 도입하는 단계를 포함하는, 유전자 증폭 방법.
  13. 제1항 내지 제11항 중 한 항에 기재된 유체 분석용 마이크로 칩;
    표적 유전자를 포함하는 유체를 상기 유체 분석용 마이크로 칩 상에 주입하도록 구성된 주입기;
    상기 표적 유전자에 대한 프라이머, 및
    상기 표적 유전자의 증폭 수준을 측정하기 위한 프로브를 포함하는, 유전자 증폭을 위한 키트.
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