KR102396014B1 - 모듈형 유체 장치 및 이를 이용한 dna 추출 방법 - Google Patents

Abstract

상호 체결 및 연결 가능한 모듈화된 미세 유체 장치를 통해 효율적으로 DNA를 추출할 수 있는 모듈형 유체 장치를 개시한다.
본 발명의 실시예에 따른 모듈형 유체 장치는 적어도 하나의 챔버 및 적어도 하나의 채널을 포함하는 코어부를 포함하고, 코어부는, 외부로부터 유입된 유체가 수용되도록 구성되는 제1 챔버, 제1 챔버로부터 이격 배치되는 제2 챔버 및 제1 챔버와 제2 챔버를 연결하고, 제1 챔버와 제2 챔버를 오고 가는 유체에 난류가 발생되도록 유체의 흐름을 안내하는 유체 유동 채널을 포함한다.

Description

모듈형 유체 장치 및 이를 이용한 DNA 추출 방법{Modular micro-fluidic chip and method for extracting DNA using the same}

본 발명은 모듈형 유체 장치 및 이를 이용한 DNA 추출 방법에 관한 것이다.

기존의 진단 기법의 단점을 극복하기 위해 랩온어칩(Lab-on-a-chip, LOC) 기술이 각광을 받고 있다. 랩온어칩 기술은 NT, IT, BT의 융합기술의 대표적인 예로 MEMS나 NEMS와 같은 기술을 이용하여 시료의 희석, 혼합, 반응, 분리, 정량 등 시료의 모든 전처리 및 분석 단계를 하나의 칩 위에서 수행하도록 하는 기술을 의미한다.

이와 같은, 랩온어칩 기술이 적용된 미세유체 장치(microfluidic devices)는 반응채널을 흐르는 유체 시료의 유동 혹은 반응채널에 공급된 유체 시료와 시약의 반응을 분석 및 진단함은 물론, 유체 시료의 제어와 관련된 여러 단계의 처리 및 조작을 하나의 칩에서 수행할 수 있도록 유리, 실리콘 또는 플라스틱으로 된 수 ㎠ 크기의 소형의 칩 상에 분석에 필요한 다수의 유닛이 구비된 형태로 제작된다.

이와 같은 구조적 특징에 의해 미세 유체 장치는 휴대성이 높고 복잡한 분석 절차를 간소화할 수 있어, 유체 분석 시스템에 적용될 수 있다. 예를 들어, 유체 시료가 이송되는 미세 채널 및 분석 챔버가 구비된 미세 유체 장치는, 외부의 PCR (polymerase chain reaction) 장치에 삽입되어 분석 챔버 내의 표적 유전자에 대한 온도 변화에 따른 PCR 반응을 유도할 수 있다. 즉, 상기와 같은 구조의 미세 유체 장치는 유체의 반응을 유도하여 표적 유전자에 대한 정성 및 정량 분석과 유체 분석 환경을 제공할 수 있다.

한편, 종래의 미세 유체 장치에는 유전자 추출을 위한 별도의 기능이 구현되어 있지 않기 때문에, 종래에는 상용화된 유전자 추출 키트를 사용하여 유전자를 추출하였다.

그러나, 상기와 같은 유전자 추출 키트를 사용할 경우 유전자 추출 시간이 오래 걸리고, 고가의 비용이 발생되며, 원심 분리 및 다중 세척 과정을 반드시 거쳐야 하는 등의 문제점이 있었다.

따라서, 완벽한 유체 분석 시스템을 구현하기 위하여 미세 유체 장치를 이용하여 유전자를 추출하는 방법에 대한 중요성이 점차 증대되고 있으며, 이에 대한 미세 유체 장치의 개발이 요구되고 있다.

등록특허공보 제10-0563621호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상호 체결 및 연결 가능한 모듈화된 미세 유체 장치를 통해 효율적으로 DNA를 추출할 수 있는 모듈형 유체 장치 및 이를 이용한 DNA 추출 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치는 적어도 하나의 챔버 및 적어도 하나의 채널을 포함하는 코어부를 포함하고, 상기 코어부는, 외부로부터 유입된 유체가 수용되도록 구성되는 제1 챔버; 상기 제1 챔버로부터 이격 배치되는 제2 챔버; 및 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버를 연결하고, 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버를 오고 가는 유체에 난류가 발생되도록 상기 유체의 흐름을 안내하는 유체 유동 채널을 포함한다.

상기 유체 유동 채널에 자기력을 전달하도록 구성되는 자성체를 더 포함할 수 있다.

상기 자성체는 상기 유체 유동 채널에 선택적으로 자기력을 전달할 수 있도록 상기 코어부에 탈착 가능할 수 있다.

상기 유체와 상기 자성체의 직접적인 접촉을 차단할 수 있도록, 상기 자성체와 상기 유체 유동 채널 사이에 배치되어 상기 자성체를 지지하는 비드 접촉 부재를 더 포함할 수 있다.

상기 코어부는, 상기 제1 챔버의 중심축과 평행한 제1 방향(Z축 방향)으로 상기 자성체의 출입이 가능한 출입홀; 및 상기 제1 방향으로 상기 출입홀의 일 측과 연통되고, 상기 비드 접촉 부재가 안착되는 부재 안착홈을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버는, 상기 유체 유동 채널을 향하여 내경의 크기가 점차 감소하는 웨지(wedge) 구조로 형성되는 수용부; 및 상기 수용부의 단부로부터 연장되어 상기 수용부와 상기 유체 유동 채널을 서로 연결하고, 유체의 유동 방향을 전환하도록 구성되는 안내 채널을 포함할 수 있다.

상기 유체 유동 채널은, 상기 비드 접촉 부재와 연통되도록 배치되는 제1 유체 유동 구간; 상기 제1 유체 유동 구간의 일단부에서 상기 제1 챔버 측으로 절곡되어 상기 제1 챔버와 연통되도록 배치되는 제2 유체 유동 구간; 및 상기 제1 유체 유동 구간의 타단부에서 상기 제2 챔버 측으로 절곡되어 상기 제2 챔버와 연통되도록 배치되는 제3 유체 유동 구간을 포함할 수 있다.

상기 제2 유체 유동 구간은 평면상에서 상기 제1 유체 유동 구간의 일단부로부터 상기 제1 챔버의 단부를 향하여 채널의 폭이 점차 좁아지는 웨지 구조로 형성되고, 상기 제3 유체 유동 구간은 평면상에서 상기 제1 유체 유동 구간의 타단부로부터 상기 제1 챔버의 단부를 향하여 채널의 폭이 점차 좁아지는 웨지 구조로 형성될 수 있다.

상기 코어부는, 외부로부터 유입된 유체를 상기 제1 챔버로 안내하도록 구성되는 유체 유입 채널; 상기 제2 챔버로부터 배출된 유체를 외부로 안내하도록 구성되는 유체 배출 채널; 및 상기 제2 챔버로 흡입력 및 가압력을 전달하도록 구성되는 압력 조절 채널을 더 포함할 수 있다.

상기 코어부는, 상기 제1 챔버와 연통되어 유체의 유동 시 공기의 출입이 가능한 공기 출입 채널; 및 상기 제1 챔버에 직접적으로 유체의 투입이 가능한 투입홀을 더 포함할 수 있다.

상기 코어부는 상기 공기 출입 채널의 개구부에 배치되는 필터를 더 포함할 수 있다.

상기 코어부는, 상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버를 포함하는 코어바디; 상기 코어바디의 상면에 결합되는 제1 필름부; 및 상기 코어바디의 하면에 결합되고, 상기 유체 유동 채널을 포함하는 제2 필름부를 포함하고, 상기 코어바디는 패럴린 코팅(parylene coating) 혹은 테프론 코팅(teflon coating) 처리될 수 있다.

상기 코어부를 내부에 수용하고, 다른 모듈형 유체 장치와의 결합을 위하여 외면에 적어도 하나의 결합부가 마련되는 하우징; 및 상기 코어부에 결합되고, 상기 하우징과 상기 다른 모듈형 유체 장치의 결합 시 상기 적어도 하나의 채널을 상기 다른 모듈형 유체 장치에 구비된 채널과 연통시키도록 구성되는 연결부재를 더 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 결합부는, 상기 하우징의 외면으로부터 외부로 볼록하게 돌출되는 돌출부; 상기 하우징의 외면으로부터 내부로 오목하게 함몰되는 함몰부; 및 상기 돌출부 및 상기 함몰부에 수용되는 자성결합체를 포함할 수 있다.

상기 하우징의 내부에 수용되어 상기 유체 유동 채널의 하측에 배치되고, 상기 코어부에 진동을 전달하도록 구성되는 진동 전달 모듈을 더 포함할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치는 외부로부터 유입된 유체가 수용되도록 구성되는 제1 챔버, 상기 제1 챔버로부터 이격 배치되는 제2 챔버 및 상기 유체가 상기 제2 챔버 및 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버를 연결하고, 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버를 오고 가는 유체에 난류가 발생되도록 상기 유체의 흐름을 안내하는 유체 유동 채널을 포함하는 코어부; 상기 유체 유동 채널에 선택적으로 자기력을 전달할 수 있도록 상기 코어부에 탈착 가능하고, 상기 제1 챔버의 중심축과 평행한 제1 방향으로 출입 가능한 자성체; 상기 유체와 상기 자성체의 직접적인 접촉을 차단할 수 있도록, 상기 자성체와 상기 유체 유동 채널 사이에 배치되어 상기 자성체를 지지하는 비드 접촉 부재; 상기 코어부를 내부에 수용하고, 다른 모듈형 유체 장치와의 결합을 위하여 외면에 적어도 하나의 결합부가 마련되는 하우징; 및 상기 코어부에 결합되고, 상기 하우징과 상기 다른 모듈형 유체 장치를 연통시키도록 구성되는 연결부재를 포함한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치는 하나의 챔버 및 복수의 채널을 포함하는 코어부를 포함하고, 상기 코어부는, 외부로부터 유입된 유체가 수용되도록 구성되는 챔버; 상기 챔버로부터 이격 배치되는 제1 채널; 및 상기 챔버와 상기 제1 채널을 연결하고, 상기 제1 채널과 상기 챔버를 오고 가는 유체에 난류가 발생되도록 상기 유체의 흐름을 안내하는 제2 채널을 포함한다.

상기 코어부와 결합되어 상기 코어부에 진동을 전달하도록 구성되는 진동 전달부; 및 상기 코어부와 결합되어 상기 제2 채널에 자기력을 전달하도록 구성되는 자력 전달부를 더 포함할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치를 이용한 DNA 추출 방법은 외부로부터 유입된 유체가 수용되도록 구성되는 제1 챔버, 상기 제1 챔버로부터 이격 배치되는 제2 챔버 및 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버를 연결하고, 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버를 오고 가는 유체에 난류가 발생되도록 상기 유체의 흐름을 안내하는 유체 유동 채널을 포함하는 코어부, 상기 유체 유동 채널에 자기력을 전달하도록 구성되는 자성체 및 상기 유체와 상기 자성체의 직접적인 접촉을 차단할 수 있도록 상기 자성체와 상기 유체 유동 채널 사이에 배치되어 상기 자성체를 지지하는 비드 접촉 부재를 포함하는 모듈형 유체 장치를 이용한 DNA 추출 방법으로서, 상기 제1 챔버에 DNA를 포함하는 샘플, 자성비드 및 용해 버퍼를 투입하는 단계; 상기 샘플, 상기 자성비드 및 상기 용해 버퍼를 상기 제2 챔버 및 상기 제1 챔버로 왕복 이동시키며 샘플을 용해하고, DNA를 방출시켜 상기 자성비드에 부착시키는 단계; 상기 코어부에 상기 자성체를 결합하여 상기 유체 유동 채널에 자기력을 가하고, 상기 샘플 및 상기 용해 버퍼가 혼합된 유체를 상기 제2 챔버 및 상기 제1 챔버로 왕복 이동시켜 상기 비드 접촉 부재에 DNA가 부착된 자성비드를 부착시키는 단계; 상기 샘플 및 상기 용해 버퍼가 혼합된 유체를 상기 제2 챔버로 이동시킨 후, 외부로 배출하는 단계; 상기 코어부로부터 상기 자성체를 제거하고, 상기 제1 챔버에 세척 버퍼를 투입하는 단계; 상기 DNA가 부착된 자성비드 및 상기 세척 버퍼를 상기 제2 챔버 및 상기 제1 챔버로 왕복 이동시키며 상기 DNA가 부착된 자성비드와 세포 잔해물을 분리하는 단계; 상기 코어부에 상기 자성체를 결합하여 상기 유체 유동 채널에 자기력을 가하고, 상기 DNA가 부착된 자성비드 및 상기 세척 버퍼를 상기 제2 챔버 및 상기 제1 챔버로 왕복 이동시켜 상기 비드 접촉 부재에 상기 DNA가 부착된 자성비드를 부착시키는 단계; 상기 세포 잔해물이 부유된 상기 세척 버퍼를 상기 제2 챔버로 이동시킨 후, 외부로 배출하는 단계; 상기 코어부로부터 상기 자성체를 제거하고, 상기 제1 챔버에 용리 버퍼를 투입하는 단계; 상기 DNA가 부착된 자성비드 및 상기 용리 버퍼를 상기 제2 챔버 및 상기 제1 챔버로 왕복 이동시키며 상기 자성비드와 상기 DNA를 분리하는 단계; 상기 코어부에 상기 자성체를 결합하여 상기 유체 유동 채널에 자기력을 가하고, 상기 DNA, 상기 자성비드 및 상기 용리 버퍼를 상기 제2 챔버 및 상기 제1 챔버로 왕복 이동시켜 상기 비드 접촉 부재에 상기 자성비드를 부착시키는 단계; 및 상기 DNA가 부유된 상기 용리 버퍼를 상기 제2 챔버로 이동시킨 후, 외부로 배출하는 단계를 포함한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치를 이용한 DNA 추출 방법은 외부로부터 유입된 유체가 수용되도록 구성되는 챔버, 상기 챔버로부터 이격 배치되는 제1 채널 및 상기 챔버와 상기 제1 채널을 연결하고, 상기 제1 채널과 상기 챔버를 오고 가는 유체에 난류가 발생되도록 상기 유체의 흐름을 안내하는 제2 채널을 포함하는 코어부, 상기 코어부와 결합되어 상기 코어부에 진동을 전달하도록 구성되는 진동 전달부 및 상기 코어부와 결합되어 상기 제2 채널에 자기력을 전달하도록 구성되는 자력 전달부를 포함하는 모듈형 유체 장치를 이용한 DNA 추출 방법으로서, 상기 코어부를 상기 진동 전달부에 결합하고, 상기 챔버에 DNA를 포함하는 샘플, 자성비드 및 용해 버퍼를 투입하는 단계; 상기 진동 전달부에 의해 상기 코어부에 진동을 가하고, 상기 샘플, 상기 자성비드 및 상기 용해 버퍼를 상기 제1 채널 및 상기 챔버로 왕복 이동시키며 샘플을 용해하고, DNA를 방출시켜 상기 자성비드에 부착시키는 단계; 상기 코어부를 상기 진동 전달부로부터 분리한 후, 상기 자력 전달부에 결합하여 상기 제2 채널에 자기력을 가하고, 상기 샘플 및 상기 용해 버퍼가 혼합된 유체를 상기 제1 채널 및 상기 챔버로 왕복 이동시켜 자기력이 작용하는 상기 코어부의 바닥면에 DNA가 부착된 자성비드를 부착시키는 단계; 상기 샘플 및 상기 용해 버퍼가 혼합된 유체를 상기 제1 채널을 통해 외부로 배출하는 단계; 상기 코어부를 상기 자력 전달부로부터 분리한 후, 상기 진동 전달부에 결합하고, 상기 챔버에 세척 버퍼를 투입하는 단계; 상기 진동 전달부에 의해 상기 코어부에 진동을 가하고, 상기 DNA가 부착된 자성비드 및 상기 세척 버퍼를 상기 제1 채널 및 상기 챔버로 왕복 이동시키며 상기 DNA가 부착된 자성비드와 세포 잔해물을 분리하는 단계; 상기 코어부를 상기 진동 전달부로부터 분리한 후, 상기 자력 전달부에 결합하여 상기 제2 채널에 자기력을 가하고, 상기 DNA가 부착된 자성비드 및 상기 세척 버퍼를 상기 제1 채널 및 상기 챔버로 왕복 이동시켜 상기 코어부의 바닥면에 상기 DNA가 부착된 자성비드를 부착시키는 단계; 상기 세포 잔해물이 부유된 상기 세척 버퍼를 상기 제1 채널을 통해 외부로 배출하는 단계; 상기 코어부를 상기 자력 전달부로부터 분리한 후, 상기 진동 전달부에 결합하고, 상기 챔버에 용리 버퍼를 투입하는 단계; 상기 진동 전달부에 의해 상기 코어부에 진동을 가하고, 상기 DNA가 부착된 자성비드 및 상기 용리 버퍼를 상기 제1 채널 및 상기 챔버로 왕복 이동시키며 상기 자성비드와 상기 DNA를 분리하는 단계; 상기 코어부를 상기 진동 전달부로부터 분리한 후, 상기 자력 전달부에 결합하여 상기 제2 채널에 자기력을 가하고, 상기 DNA, 상기 자성비드 및 상기 용리 버퍼를 상기 제1 채널 및 상기 챔버로 왕복 이동시켜 상기 코어부의 바닥면에 상기 자성비드를 부착시키는 단계; 및 상기 DNA가 부유된 상기 용리 버퍼를 상기 제1 채널을 통해 외부로 배출하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상호 체결 및 연결되어 하나의 유체 분석 시스템을 구현하는 모듈화된 미세 유체 장치에 DNA를 추출할 수 있는 코어부를 마련함에 따라, 하나의 유체 분석 시스템에서 DNA 추출과 유체 분석을 연속적으로 수행 가능하여 신속한 작업이 가능할 수 있고, 나아가 유전자 추출 키트의 사용을 배제하여 비용을 절감할 수 있다.

또한, 하나의 코어 내에서 세포의 용해, 세척 및 용리를 모두 수행 가능하여, 별도의 원심분리 장비 및 세척 장비를 활용해야만 하는 종래의 DNA 추출 디바이스에 비해 전체적인 구조 및 공정을 단순화 할 수 있다.

또한, DNA를 포함하고 있는 유체가 반복적으로 복수의 챔버 혹은 챔버와 채널을 오고 가도록 하여 유체 내에 난류를 형성함으로써, 세포의 분열을 가속화하여 신속히 세포로부터 DNA를 방출시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 기능을 수행할 수 있는 유체 장치를 모듈 형태로 제공함으로써, 필요에 따라 서로 다른 기능을 수행 가능한 복수개의 유체 장치를 서로 연결하여 형상 혹은 크기의 제약 없이 다양한 구조의 유체 유동 시스템을 구현할 수 있고, 다양하고 정확한 실험 데이터를 획득할 수 있음은 물론, 특정 부위의 변형 혹은 파손 시 해당 부분의 유체 장치만을 교체 가능하여 제조 및 유지 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치가 다른 모듈형 유체 장치와 결합된 상태를 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치의 제1 챔버와 제2 챔버의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치의 유체 유동 채널을 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치의 자성체와 비드 접촉 부재의 결합구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치에 진동전달모듈이 적용된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치의 코어부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치의 코어부가 진동 전달부에 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치의 코어부가 자력 전달부에 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 유체 장치를 이용한 DNA 추출 공정을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치를 이용한 DNA 추출 방법을 나타낸 순서도이다.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치를 이용한 DNA 추출 방법을 나타낸 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형상으로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예들을 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 면적, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 제한되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 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 발명 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 ‘직접’이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

또한 제1, 제2 등이 다양한 구성 요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성 요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성 요소일 수도 있다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도면에서 나타난 각 구성의 면적 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 면적 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치가 다른 모듈형 유체 장치와 결합된 상태를 나타낸 평면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 유체 장치(1)(이하 ‘모듈형 유체 장치(1)’이라 함)는 독립적으로 하나의 기능을 수행할 수 있는 모듈 형태로 형성되고, 다른 모듈형 유체 장치(2)와 연결되어 다양한 구조 및 기능을 갖는 유체 유동 시스템을 구현할 수 있다.

구체적으로, 모듈형 유체 장치(1)와 다른 모듈형 유체 장치(2)의 결합을 통해 구현된 유체 유동 시스템은 체액, 혈액, 타액, 피부세포를 포함하는 액체 시료 등과 같은 유체로부터 샘플 채취, 샘플 파쇄, 채취된 샘플로부터 유전자 또는 단백질 등과 같은 물질 추출, 필터링, 믹싱, 저장, 밸브, RT-PCR 등을 포함하는 중합효소연쇄반응 등을 이용한 증폭, 항원항체반응, 친화크로마토그래피 (Affinity Chromatography) 및 전기적 센싱, 전기화학적 센싱, 캐패시터형 전기적 센싱, 형광물질을 포함하거나 포함하지 않는 광학적 센싱 등의 분석/검출 과정을 수행할 수 있다. 그러나, 모듈형 유체 장치(1)와 다른 모듈형 유체 장치(2)의 결합을 통해 구현된 유체 유동 시스템은 반드시 상기한 기능으로 한정되는 것은 아니며, 유체 분석 및 진단을 위한 다양한 기능을 수행할 수 있다.

본 실시예에서는 유체 유동 시스템이 유체 이동 및 DNA 추출을 위한 기능을 수행하는 형태로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태를 가지도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 유체 유동 시스템은 유체가 진입하여, 유체 내 세포가 파쇄되고, 필터링된 후, 유전자가 증폭되고, 증폭된 유전자에 형광물질이 부착되어 관찰되도록 하는 일련의 처리가 가능하도록 구성되어질 수 있다.

또한, 모듈형 유체 장치(1)를 통해 구현된 유체 유동 시스템은 또 다른 유체 유동 시스템과의 연결을 통하여 팩토리온어칩(Factory-on-a-chip) 기술을 구현할 수 있다. 이를 통해 각 유체 유동 시스템에서 서로 다른 유체에 관한 유체 분석 및 진단을 동시에 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 화학반응 및 물질합성 등과 같은 유체와 관련된 복수의 실험을 동시에 수행할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치를 나타낸 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치를 나타낸 평면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 모듈형 유체 장치(1)는 코어부(10)를 포함한다.

코어부(10)는 하나의 기능을 수행 가능한 모듈 형태로 형성되고, 하우징(40)에 결합되어 하우징(40)의 내부에 수용되거나, 하우징(40)으로부터 분리될 수 있다. 예를 들어, 코어부(10)는 MEMS나 3D 프린팅, 사출성형, CNC 가공, 임프린팅(imprinting), 고분자 캐스팅 등의 기술을 이용하여 제작될 수 있다. 그리고, 코어부(10)는 외부에서 내부에 흐르는 유체의 유동을 육안으로 확인 할 수 있도록 전체가 투명도를 가지거나, 일부가 투명도를 가지는 재질로 형성될 수 있다. 구체적으로, 코어부(10)는 유리 등과 같은 비결정질(amorphous) 물질, 나무, 고분자 수지, 금속 및 엘라스토머 중 적어도 어느 하나로 형성되거나, 이들의 조합을 통하여 형성될 수 있다.

코어부(10)는 외부로부터 유입된 유체가 수용되는 적어도 하나의 챔버와 유체가 유동 가능한 적어도 하나의 채널을 포함한다.

구체적으로, 코어부(10)는 제1 챔버(11), 제2 챔버(12) 및 유체 유동 채널(13)을 포함한다.

제1 챔버(11)는 X축 방향을 따라 코어부(10)의 일 측에 마련되어 다른 모듈형 유체 장치(2) 혹은 유체 공급 수단과 연결된 유체 유입 채널(16)과 연결되고, 유체 유입 채널(16)을 통해 유입된 유체를 내부에 수용한다. 이때, 유체 유입 채널(16)은 제1 챔버(11)의 상측과 연통되어 제1 챔버(11)의 내부로 유체를 공급할 수 있다. 그리고, 제1 챔버(11)는 제1 챔버(11)의 하측에 마련된 유체 유동 채널(13)과 연결되어 내부에 수용된 유체를 유체 유동 채널(13)로 안내할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치의 제1 챔버와 제2 챔버의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 챔버(11)는 유체 유입 채널(16)과 연결되는 수용부(111)와, 유체 유동 채널(13)과 연결되는 안내 채널(112)을 포함할 수 있다. 수용부(111)는 유체 유동 채널(13)과 연결된 안내 채널(112) 측을 향하여 내경의 크기가 점차 감소하는 웨지(wedge) 구조로 형성될 수 있다. 그리고, 안내 채널(112)은 수용부(111)의 단부로부터 Z축 방향을 따라 하측으로 연장되어 수용부(111)와 유체 유동 채널(13)을 서로 연결할 수 있다. 이를 통해, 유체 유동 채널(13)에서 제1 챔버(11) 측으로 이동되는 유체는 수용부(111)의 단부로부터 Z축 방향으로 연장된 안내 채널(112)에 의해 유동 방향이 전환될 수 있다. 또한, 안내 채널(112)은 수용부(111) 및 유체 유동 채널(13)에 비해 더 작은 내경의 크기를 가짐에 따라, 제1 챔버(11)와 유체 유동 채널(13) 사이에 경계를 형성할 수 있다. 이를 통해, 유체 유동 채널(13)에서 안내 채널(112)에 접촉되어 제1 챔버(11)의 내부로 유입되는 유체 및 제1 챔버(11)의 내부에서 안내 채널(112)을 통과한 후 유체 유동 채널(13)에 접촉되어 이동되는 유체에는 난류(turbulence)가 발생된다. 따라서, 모듈형 유체 장치(1)에 DNA를 포함하는 유체 샘플과 이의 용해를 위한 버퍼가 투입되어 유체 샘플과 버퍼가 제1 챔버(11)와 제2 챔버(12)를 반복적으로 왕복 이동하게 될 경우, 유체 샘플이 유체 유동 채널(13)에서 제1 챔버(11)의 내부로 이동하는 과정과 제1 챔버(11)의 내부에서 유체 유동 채널(13)로 이동하는 과정에서 난류가 발생되고, 이로 인해 DNA를 감싸고 있는 세포의 분열이 가속화되어 신속히 DNA를 방출시킬 수 있다.

다시 도 2 내지 도 4를 참조하면, 제2 챔버(12)는 X축 방향을 따라 제1 챔버(11)로부터 이격 배치되어 코어부(10)의 타 측에 마련된다. 그리고, 제2 챔버(12)의 하측은 유체 유동 채널(13)과 연결되고, 제2 챔버(12)의 상측은 피펫(pipet) 등과 같은 압력 조절 수단에 연결된 압력 조절 채널(18)과 연결될 수 있다. 따라서, 제2 챔버(12)는 내부가 진공상태로 유지되고, 압력 조절 채널(18)을 통해 내부에 작용하는 흡입력 또는 가압력에 따라 유체를 내부에 수용하거나, 내부에 수용된 유체를 외부로 배출시킬 수 있다. 구체적으로, 제2 챔버(12)는 압력 조절 채널(18)을 통해 내부에 흡입력이 작용하면, 제1 챔버(11) 및 유체 유동 채널(13)에 수용된 유체를 내부로 유입하여 수용하고, 압력 조절 채널(18)을 통해 내부에 가압력이 작용하면, 내부에 수용된 유체를 배출하여 제1 챔버(11) 및 유체 유동 채널(13)로 유입시킬 수 있다.

또한, 유체 유동 채널(13)과 연결된 제2 챔버(12)의 하측은 다른 모듈형 유체 장치(2) 또는 웨이스트(waist) 챔버에 연결된 유체 배출 채널(17)과 연결될 수 있다. 따라서, 제2 챔버(12)에 수용된 유체는 유체 배출 채널(17)을 통해 다른 모듈형 유체 장치(2) 또는 웨이스트(waist) 챔버로 배출될 수 있다. 예를 들어, 도면에는 도시되지 않았으나, 제2 챔버(12)와 연결된 유체 유동 채널(13) 및 유체 배출 채널(17)에는 각각 채널을 개폐하는 개폐밸브(미도시)가 마련될 수 있다. 이에, 유체를 제1 챔버(11)와 제2 챔버(12)로 반복적으로 이동시켜야 하는 경우, 유체 배출 채널(17)에 마련된 개폐밸브는 폐쇄된 상태를 유지하고, 제2 챔버(12)에 수용된 유체를 다른 모듈형 유체 장치(2) 또는 웨이스트(waist) 챔버로 배출해야 하는 경우, 유체 유동 채널(13)에 마련된 개폐밸브는 폐쇄된 상태를 유지할 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 제2 챔버(12)는 압력 조절 채널(18)과 연결되는 수용부(121)와, 유체 유동 채널(13) 및 유체 배출 채널(17)과 연결되는 안내 채널(122)을 포함할 수 있다. 수용부(121)는 유체 유동 채널(13)과 연결된 안내 채널(112) 측을 향하여 내경의 크기가 점차 감소하는 웨지(wedge) 구조로 형성될 수 있다. 그리고, 안내 채널(122)은 수용부(121)의 단부로부터 Z축 방향을 따라 하측으로 연장되어 수용부(121)와 유체 유동 채널(13)을 서로 연결할 수 있다. 이를 통해, 유체 유동 채널(13)에서 제2 챔버(12) 측으로 이동되는 유체는 수용부(121)의 단부로부터 Z축 방향으로 연장된 안내 채널(122)에 의해 유동 방향이 전환될 수 있다. 또한, 안내 채널(122)은 수용부(121) 및 유체 유동 채널(13)에 비해 더 작은 내경의 크기를 가짐에 따라, 제2 챔버(12)와 유체 유동 채널(13) 사이에 경계를 형성할 수 있다. 이를 통해, 유체 유동 채널(13)에서 안내 채널(122)에 접촉되어 제2 챔버(12)의 내부로 유입되는 유체 및 제2 챔버(12)의 내부에서 안내 채널(122)을 통과한 후 유체 유동 채널(13)에 접촉되어 이동되는 유체에는 난류(turbulence)가 발생된다. 따라서, 모듈형 유체 장치(1)에 DNA를 포함하는 유체 샘플과 이의 용해를 위한 버퍼가 투입되어 유체 샘플과 버퍼가 제2 챔버(12)와 제1 챔버(11)를 반복적으로 왕복 이동하게 될 경우, 유체 샘플이 유체 유동 채널(13)에서 제2 챔버(12)의 내부로 이동하는 과정과 제2 챔버(12)의 내부에서 유체 유동 채널(13)로 이동하는 과정에서 난류가 발생되고, 이로 인해 DNA를 감싸고 있는 세포의 분열이 가속화되어 신속히 DNA를 방출시킬 수 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 유체 유동 채널(13)은 평면상에서 제1 챔버(11)와 제2 챔버(12) 사이에 배치된다. 그리고, 유체 유동 채널(13)은 제1 챔버(11)와 제2 챔버(12)를 서로 연결하고, 제1 챔버(11)와 제2 챔버(12)를 반복적으로 오고 가는 유체에 난류가 발생되도록 유체의 흐름을 안내한다.

유체 유동 채널(13)은 유체가 흐르는 방향을 변화시켜 유체에 저항을 가하고, 유체의 유속을 증가시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치의 유체 유동 채널을 나타낸 평면도이다.

도 6을 참조하면, 유체 유동 채널(13)은 제1 유체 유동 구간(131), 제2 유체 유동 구간(132) 및 제3 유체 유동 구간(133)을 포함할 수 있다.

제1 유체 유동 구간(131)은 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(12)가 대향 배치되는 제2 방향, 즉, X축 방향을 따라 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(12) 사이에 배치되고, 직선 형태로 마련될 수 있다. 그리고, 제1 유체 유동 구간(131)은 평면상에서 제1 챔버(11)의 중심과 제2 챔버(12)의 중심을 연결하는 가상의 중심선(CL)으로부터 제2 방향에 대하여 교차하는 제3 방향, 즉, Y축 방향으로 소정의 길이만큼 이격된 위치에 배치될 수 있다. 또한, 제1 유체 유동 구간(131)은 자성체(20)의 하측에 배치되는 비드 접촉 부재(30)와 연통될 수 있다. 즉, 제1 유체 유동 구간(131)을 통과하는 유체는 비드 접촉 부재(30)의 하부를 통과하게 된다. 따라서, 비드 접촉 부재(30)의 상측에 자성체(20)가 배치되고, 유체에 자성비드가 포함될 경우, 제1 유체 유동 구간(131)을 통과중인 자성비드는 비드 접촉 부재(30)에 부착되어 고정된 상태로 배치될 수 있다.

제2 유체 유동 구간(132)은 제1 유체 유동 구간(131)의 일단부에서 제1 챔버(11) 측으로 만곡진(curved) 형태로 절곡되어 제1 챔버(11)와 연통될 수 있다. 그리고, 제2 유체 유동 구간(132)은 평면상에서 제1 유체 유동 구간(131)의 일단부로부터 제1 챔버(11)의 단부를 향하여 채널의 폭이 점차 좁아지는 웨지(wedge) 구조로 형성될 수 있다. 즉, 제2 유체 유동 구간(132)은 곡선 구조를 갖고, 제1 챔버(11)를 향하여 채널의 폭이 점차 좁아지는 커브드 웨지(curved wedge) 구조로 마련될 수 있다.

제3 유체 유동 구간(133)은 제1 유체 유동 구간(131)의 타단부에서 제2 챔버(12) 측으로 만곡진(curved) 형태로 절곡되어 제2 챔버(12)와 연통될 수 있다. 그리고, 제3 유체 유동 구간(133)은 평면상에서 제1 유체 유동 구간(131)의 타단부로부터 제2 챔버(12)의 단부를 향하여 채널의 폭이 점차 좁아지는 웨지(wedge) 구조로 형성될 수 있다. 즉, 제3 유체 유동 구간(133)은 곡선 구조를 갖고, 제2 챔버(12)를 향하여 채널의 폭이 점차 좁아지는 커브드 웨지(curved wedge) 구조로 마련될 수 있다.

따라서, 제1 챔버(11)에 수용된 상태에서 제2 챔버(12) 측으로 이동하는 유체는 커브드 구조의 제2 유체 유동 구간(132), 직선형의 제1 유체 유동 구간(131) 및 커브드 웨지 구조의 제3 유체 유동 구간(133)을 통과하게 되고, 제2 챔버(12)에 수용된 상태에서 제1 챔버(11) 측으로 이동하는 유체는 커브드 구조의 제3 유체 유동 구간(133), 직선형의 제1 유체 유동 구간(131) 및 커브드 웨지 구조의 제2 유체 유동 구간(132)을 통과하게 된다. 이를 통해, 제1 챔버(11)와 제2 챔버(12)를 반복적으로 왕복 이동하게되는 유체는 저항을 받음과 동시에 유속이 증가하게 되고, 이로 인해 유체에는 난류가 발생된다.

다시 도 2 내지 도 4를 참조하면, 모듈형 유체 장치(1)는 자성체(20)를 더 포함할 수 있다.

자성체(20)는 유체 유동 채널(13)에 자기력을 전달하여, 유체 유동 채널(13)에 흐르는 유체에 포함된 자성 입자를 고정시킬 수 있다. 또한, 자성체(20)는 유체 유동 채널(13)에 선택적으로 자기력을 전달할 수 있도록 코어부(10)에 탈착될 수 있다. 예를 들어, 자성체(20)는 일 측에 N극 타 측에 S극을 띄는 영구자석의 형태로 마련될 수 있다. 그러나, 자성체(20)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 종류 및 형태의 자석으로 변경될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치의 자성체와 비드 접촉 부재의 결합구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 4 및 도 7을 참조하면, 코어부(10)에는 자성체(20)가 결합 가능한 출입홀(14)이 마련될 수 있다. 출입홀(14)은 유체 유동 채널(13)과 연통되도록 코어부(10)의 상단으로부터 하측으로 관통되어 형성될 수 있다. 따라서, 자성체(20)는 출입홀(14)을 통하여 제1 챔버(11)의 중심축과 평행한 제1 방향, 즉, Z축 방향으로 출입이 가능하고, 이를 통해 코어부(10)에 탈착될 수 있다.

또한, 모듈형 유체 장치(1)는 비드 접촉 부재(30)를 더 포함할 수 있다.

비드 접촉 부재(30)는 소정의 두께를 가지는 필름 형태로 마련되어 자성체(20)와 유체 유동 채널(13) 사이에 배치될 수 있다. 그리고, 비드 접촉 부재(30)는 일면에 접착층이 마련되어 코어부(10)에 부착되고, 이를 통해 유체 유동 채널(13)에 연통된 출입홀(14)의 단부를 폐쇄시킬 수 있다. 따라서, 비드 접촉 부재(30)는 출입홀(14)에 삽입된 자성체(20)의 단부를 지지하고, 유체 유동 채널(13)에 수용된 유체와 자성체(20)의 직접적인 접촉을 차단할 수 있다. 이때, 코어부(10)에는 제1 방향, 즉, Z축 방향으로 출입홀(14)의 일 측과 연통되고, 비드 접촉 부재(30)가 안착되는 부재 안착홈(15)이 마련될 수 있다. 예를 들어, 부재 안착홈(15)은 평면상에서 비드 접촉 부재(30)에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 그리고, 부재 안착홈(15)은 비드 접촉 부재(30)의 두께와 동일한 크기의 깊이를 가질 수 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 코어부(10)는 유체 유입 채널(16), 유체 배출 채널(17) 및 압력 조절 채널(18)을 더 포함할 수 있다.

유체 유입 채널(16)은 다른 모듈형 유체 장치(2) 혹은 외부의 유체 주입 수단과 연결되어 외부로부터 유입된 유체를 제1 챔버(11)로 안내할 수 있다. 예를 들어, 유체 유입 채널(16)은 일 측에서 내부로 유입된 유체를 Z축 방향을 따라 상측으로 안내하는 제1 구간, 제1 구간과 연결되어 제1 구간으로 전송된 유체를 제1 챔버(11)의 상측으로 안내하는 제2 구간을 포함할 수 있다. 그러나, 유체 유입 채널(16)은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 구조로 변경될 수 있다.

유체 배출 채널(17)은 다른 모듈형 유체 장치(2) 혹은 외부의 웨이스트 챔버와 연결되고, 제2 챔버(12)로부터 배출된 유체를 외부로 안내할 수 있다. 예를 들어, 유체 배출 채널(17)은 유체 유동 채널(13)과 연결되는 제2 챔버(12)의 단부와 연결되어 제2 챔버(12)로부터 배출된 유체를 X축 방향으로 소정 길이 안내하는 제1 구간, 제1 구간으로부터 Z축 방향을 따라 상측으로 안내하는 제2 구간, 제2 구간으로부터 Y축 방향으로 소정 길이 안내하는 제3 구간 및 외부와 연결되어 제3 구간으로부터 Z축 방향을 따라 하측으로 안내한 후, 하측으로 이동된 유체를 외부로 안내하는 제4 구간을 포함할 수 있다. 그러나, 유체 배출 채널(17)은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 구조로 변경될 수 있다.

압력 조절 채널(18)은 다른 모듈형 유체 장치(2)와 연결되거나, 피펫, 펌프, 압축기 등과 같은 압력 조절 장비와 연결되어 제2 챔버(12)의 내부로 흡입력 및 가압력을 전달할 수 있다. 예를 들어, 압력 조절 채널(18)은 외부와 연결되어 외부로부터 제공된 흡입력 또는 가압력을 Z축 방향을 따라 상측으로 안내하는 제1 구간 및 제2 챔버(12)의 상부와 연통되어 제1 구간으로부터 전송된 흡입력 또는 가압력을 X축 및 Y축 방향으로 소정길이 안내하여 제2 챔버(12)로 이동시키는 제2 구간을 포함할 수 있다. 그러나, 압력 조절 채널(18)은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 구조로 변경될 수 있다.

또한, 코어부(10)는 공기 출입 채널(19), 필터(191) 및 투입홀(11A)을 더 포함할 수 있다.

공기 출입 채널(19)은 제1 챔버(11)의 상부와 연통되어 유체의 유동 시 공기의 출입이 가능할 수 있다. 즉, 공기 출입 채널(19)은 유체가 제1 챔버(11)를 통해 유체 유동 채널(13)로 유입될 경우 유로에 잔존하는 공기를 외부로 배출하고, 이를 통해 다른 유체가 투입되는 과정에서 유체 유동 채널(13)에 이미 배치된 유체가 밀리는 현상을 방지할 수 있다.

필터(191)는 공기 출입 채널(19)의 개구부에 배치되고, 공기 출입 채널(19)의 개구부를 개폐할 수 있다. 필터(191)는 친수성(hydrophilic) 유체는 통과할 수 없고, 기체만 통과 가능한 소수성(hydrophobic) 소재로 이루어지거나, 표면에 소수성 물질이 코팅된 섬유조직 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 섬유조직은 부직포 또는 유리섬유 또는 스폰지 등으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 소수성 소재로 이루어지는 필터(191)는 폴리테트라 플루오로에틸렌(Polytetrafluore ethylene, PTFE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephtalate, PET), 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소수성 소재로 형성될 수 있다. 그러나, 필터(191)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 소수성 유체는 통과할 수 없고, 기체만 통과 가능한 친수성 소재로 이루어지거나, 표면에 친수성 물질이 코팅된 섬유조직 형태로 형성될 수도 있으며, 친수성 유체와 소수성 유체가 혼합된 혼합유체로부터 기포를 제거할 수 있도록, 소수성 소재와 친수성 소재를 모두 구비할 수도 있다.

투입홀(11A)은 제1 챔버(11)와 연통되어, 제1 챔버(11)에 직접적으로 유체의 투입이 가능할 수 있다. 예를 들어, 투입홀(11A)에는 투입홀(11A)을 선택적으로 개폐할 수 있는 캡이 더 마련될 수도 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 코어부(10)는 내부에 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(12)가 마련되는 코어바디(10A), 코어바디(10A)의 상면에 결합되는 제1 필름부(10B) 및 코어바디(10A)의 하면에 결합되고, 유체 유동 채널(13)을 형성하는 제2 필름부(10C)를 포함할 수 있다.

코어바디(10A)에는 Z축 방향으로 관통된 복수의 홀이 마련되고, 제1 필름부(10B)와 제2 필름부(10C)에는 복수의 제1 홀과 연통되어 X축 및 Y축 방향으로 유체의 흐름을 안내하는 복수의 제2 홀이 마련될 수 있다. 이를 통해, 유체 유입 채널(16), 유체 배출 채널(17) 및 압력 조절 채널(18) 등을 형성할 수 있다.

또한, 제1 필름부(10B)와 제2 필름부(10C)는 각각 코어바디(10A)에 부착되고, 채널의 일부를 형성하는 제1 필름부재와, 제1 필름부재의 외면에 부착되는 제2 필름부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 필름부재는 접착층이 마련된 PVC 필름으로 적용되고, 제2 필름부재는 PET 필름으로 적용될 수 있다. 그러나, 제1 필름부재와 제2 필름부재는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 소재로 변경될 수 있다.

한편, 코어바디(10A)는 내부에 수용되는 유체의 종류 및 코어바디(10A)를 구성하는 소재의 종류에 따라 화학반응 억제를 위해 패럴린 코팅(parylene coating) 혹은 테프론 코팅(teflon coating) 처리될 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 모듈형 유체 장치(1)는 하우징(40) 및 연결부재(50)를 더 포함할 수 있다.

하우징(40)은 내부에 수용공간이 형성된 프레임 구조로 형성되어 코어부(10)를 내부에 수용하고 외부 충격으로부터 코어부(10)를 보호할 수 있다.

또한, 하우징(40)은 분할 및 조립 가능한 복수개의 파트로 구성될 수 있다. 예를 들어, 하우징(40)은 코어부(10)를 수용하여 지지하는 하부파트와, 하부파트의 상부에 결합되는 상부파트로 구성될 수 있다. 하부파트에는 코어부(10)가 안착 되는 안착홈이 형성되고, 상부파트에는 코어부(10)의 상면을 외부공간으로 노출시키는 관통공이 형성될 수 있다. 그리고, 하부파트와 상부파트는 자성을 통하여 서로 결합될 수 있다. 그러나, 하부파트와 상부파트는 반드시 자성에 의해서만 결합되는 것은 아니며, 다양한 결합 방식을 통하여 상호 결합될 수 있다.

또한, 하우징(40)의 외면에는 다른 모듈형 유체 장치(2)과의 결합을 위하여 적어도 하나의 결합부(41)가 마련될 수 있다.

적어도 하나의 결합부(41)는 하우징(40)의 외면으로부터 외부로 볼록하게 돌출되는 적어도 하나의 돌출부(411)와, 하우징(40)의 외면으로부터 내부로 오목하게 함몰되는 적어도 하나의 함몰부(412)를 포함할 수 있다. 돌출부(411)와 함몰부(412)는 서로 대응되는 형상으로 형성되고, 하우징(40)의 둘레를 따라 교대로 배열될 수 있다. 그리고, 돌출부(411)와 함몰부(412)에는 다른 모듈형 유체 장치(2)에 구비된 돌출부 및 함몰부를 미리 설정된 위치로 안내하는 경사면이 더 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 모듈형 유체 장치(1)에 다른 모듈형 유체 장치(2)과 결합될 경우, 다른 모듈형 유체 장치(2)은 자동적으로 본 모듈형 유체 장치(1)에 정렬될 수 있다.

또한, 적어도 하나의 결합부(41)는 돌출부(411) 및 함몰부(412)에 수용되는 복수의 자성결합체(413)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 자성결합체(413)는 일 측에 S극, 타 측에 N극이 마련되는 영구자석의 형태로 마련될 수 있다. 그러나, 자성결합체(413)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 자성물질로 변경될 수 있다. 따라서, 본 모듈형 유체 장치(1)와 다른 모듈형 유체 장치(2)는 돌출부(411)와 함몰부(412)의 내부에 구비된 자성결합체(413)를 통해 서로 밀착된 상태를 지속적으로 유지할 수 있다.

연결부재(50)는 코어부(10)에 결합되어 적어도 하나의 채널과 연통될 수 있다. 그리고, 연결부재(50)는 하우징(40)과 다른 모듈형 유체 장치(2)의 결합 시 적어도 하나의 채널을 다른 모듈형 유체 장치(2)에 구비된 채널과 연통시킬 수 있다. 구체적으로, 연결부재(50)는 내부에 유로가 마련된 튜브 형태로 형성되고, 코어부(10)에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 이때, 코어부(10)에는 연결부재(50)의 일부가 삽입 가능한 연결부재 결합홈이 마련될 수 있다. 따라서, 연결부재(50)가 연결부재 결합홈에 삽입될 경우, 연결부재(50)에 구비된 채널은 코어부(10)에 구비된 적어도 하나의 채널에 정렬되어 서로 연통될 수 있다. 또한, 연결부재(50)는 하우징(40)에 수용되어 지지될 수 있다. 여기서, 하우징(40)에는 연결부재(50)의 외면에 대응되어, 연결부재(50)의 외면을 지지하는 수용홈이 마련될 수 있다.

또한, 연결부재(50)는 코어부(10) 및 다른 모듈형 유체 장치(2)와의 접촉 시 접촉부위에 계면을 형성하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 연결부재(50)는 탄성 변형이 가능한 탄성체 소재로 형성되어 코어부(10) 및 다른 모듈형 유체 장치(2)와의 접촉 시 접촉부위에 계면을 형성할 수 있다. 여기서, 연결부재(50)의 일면 및 타면에는 점착층이 마련될 수 있다. 따라서, 연결부재(50)의 일 측은 코어부(10)에 밀착되어 계면을 형성하고, 연결부재(50)의 타 측은 다른 모듈형 유체 장치(2)에 밀착되어 계면을 형성함에 따라, 유체의 누수를 완벽히 차단할 수 있다. 예를 들어, 연결부재(50)는 엘라스토머(elastomer) 소재로 형성될 수 있다. 더 자세하게는, 연결부재(50)는 고분자 수지, 비결정질(amorphous) 물질, 금속 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 염소화폴리에틸렌, 에틸렌프로필렌디메틸, 실리콘 고무, 아크릴 수지, 아미드계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리우레탄 수지 및 니트릴-부타디엔계 고무 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 연결부재(50)는 이에 한정되는 것은 아니며, 동일한 기능을 수행할 수 있는 조건 내에서 다양한 형태 또는 다양한 소재로 변경되어 적용될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 연결부재(50)를 코어부(10)에 탈착 가능한 형태로 설명하고 있으나, 연결부재(50)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 코어부(10)에 일체로 마련될 수도 있다. 즉, 연결부재(50)는 이종사출을 통하여 코어부(10)에 일체로 마련되거나, 코어부(10)와 별도 제작되어 코어부(10)에 결합될 수 있다.

또한, 연결부재(50)는 모듈형 유체 장치(1)와 다른 모듈형 유체 장치(2)를 직접적으로 연결할 수 있다. 따라서, 연결부재(50)의 일 측은 모듈형 유체 장치(1)의 코어부(10)에 밀착되어 계면을 형성하고, 연결부재(50)의 타 측은 다른 모듈형 유체 장치(2)에 밀착되어 계면을 형성함으로써, 유체의 누수 포인트를 최소화할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치에 진동전달모듈이 적용된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 모듈형 유체 장치(1)는 진동 전달 모듈(60)을 더 포함할 수 있다.

진동 전달 모듈(60)은 하우징(40)의 내부에 수용되어 유체 유동 채널(13)의 하측에 배치되고, 외부로부터 전원을 공급받아 코어부(10)에 진동을 전달할 수 있다. 이를 통해, 제1 챔버(11)와 제2 챔버(12)를 이동하는 유체에 난류의 발생을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 진동 전달 모듈(60)은 진동 모터로 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 구성으로 변경될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치(1)에 대하여 설명한다.

참고로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치(1)를 설명하기 위한 각 구성에 대해서는 설명의 편의상 모듈형 유체 장치(1)를 설명하면서 사용한 도면부호를 동일하게 사용하고, 동일하거나 중복된 설명은 생략하기로 한다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치의 코어부를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치의 코어부가 진동 전달부에 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이며, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치의 코어부가 자력 전달부에 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치(1)는 하나의 챔버 및 복수의 채널을 포함하는 코어부(10)를 포함한다.

코어부(10)는 외부로부터 유입된 유체가 수용되는 웨지 구조의 챔버(11), 챔버(11)로부터 이격 배치되는 제1 채널(12) 및 챔버(11)와 제1 채널(12)을 연결하고, 제1 채널(12)과 챔버(11)를 오고 가는 유체에 난류가 발생되도록 유체의 흐름을 안내하는 제2 채널(13)을 포함한다. 예를 들어, 제1 채널(12)은 피펫 등과 같은 압력 제어 수단에 연결되고, 챔버(11)와 제1 채널(12)에 수용된 유체는 압력 제어 수단에서 가해지는 흡입력 또는 가압력에 의해 챔버(11)와 제1 채널(12)을 왕복 이동할 수 있다.

즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치(1)는 하나의 챔버(11)와 이에 연결되는 복수의 채널(12, 13)을 구비하여, 유체의 흐름을 안내하고, 유체에 난류를 발생시킨다.

또한, 코어부(10)는 챔버(11)와 제1 채널(12)을 형성하는 코어바디(10A), 코어바디(10A)의 상면에 결합되고, 유체 유입 홀(16), 공기 출입 홀(19) 및 유체 배출 홀(17)이 마련되는 제1 필름부(10B) 및 코어바디(10A)의 하면에 결합되어 제2 채널(13)을 형성하는 제2 필름부(10C)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유체 유입 홀(16)과 공기 출입 홀(19)은 챔버(11)와 연통되고, 유체 배출 홀(17)은 제1 채널(12)과 연통될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치(1)는 유체의 유동 시 난류의 발생을 극대화 하기 위하여 코어부(10)에 수용된 유체에 진동을 부가할 수 있다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치(1)는 진동 전달부(60)를 더 포함할 수 있다.

진동 전달부(60)는 코어부(10)와 결합되어 코어부(10)에 진동을 전달할 수 있다. 구체적으로, 진동 전달부(60)는 코어부(10)의 외면을 지지하는 하우징(61(, 하우징(61)의 둘레를 감싸는 완충재(62), 하우징(61)의 하측에 배치되어 제2 채널 (13)측으로 진동을 전달하는 진동 모터(63) 및 완충재(62) 및 진동모터(63)를 수용하는 프레임(64)을 포함할 수 있다. 여기서, 완충재(62)의 하부는 일부 개구되고, 개구된 부위에 진동 모터(63)가 배치될 수 있다. 이에 따라, 코어부(10)의 제2 채널(13) 측으로 진동 모터(63)의 가장 큰 진동이 전달되고, 코어부(10)의 나머지 부위는 완충재(62)에 의한 진동 감쇄로 인해 진동의 전달이 최소화될 수 있다.

즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치(1)는 유체의 흐름을 안내함과 동시에, 유체에 진동을 전달함으로써, 난류의 발생을 극대화 하고, 이를 통해 유체의 혼합 및 세모분열을 극대화 할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치(1)는 유체로부터 자성물질을 검출 가능한 자력 전달부(70)를 더 포함할 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치의 코어부가 자력 전달부에 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 11을 참조하면, 자력 전달부(70)는 코어부(10)와 결합되어 제2 채널(13)에 자기력을 전달할 수 있다. 구체적으로, 자력 전달부(70)는 코어부(10)를 내부에 수용하고, 하부에 홀(711)이 마련되는 하우징(71), 하우징(71)을 내부에 수용하는 프레임(72) 및 프레임(72)에 구비되어 하우징(71)과 프레임(72)의 결합 시 하우징(71)에 마련된 홀(711)에 삽입되어 제2 채널(13) 측으로 자기력을 전달하는 자성체(73)를 포함할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치(1)를 이용한 DNA 추출 방법(이하 ‘DNA 추출 방법’이라 함)에 대하여 설명한다.

참고로, DNA 추출 방법을 설명하기 위한 각 구성에 대해서는 설명의 편의상 모듈형 유체 장치(1)를 설명하면서 사용한 도면부호를 동일하게 사용하고, 동일하거나 중복된 설명은 생략하기로 한다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 유체 장치를 이용한 DNA 추출 공정을 개략적으로 나타낸 순서도이고, 도 13 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치를 이용한 DNA 추출 방법을 나타낸 순서도이다.

도 4를 참조하면, DNA 추출 방법은 외부로부터 유입된 유체가 수용되는 제1 챔버(11), 제1 챔버(11)로부터 이격 배치되는 제2 챔버(12) 및 제1 챔버(11)와 제2 챔버(12)를 연결하고, 제1 챔버(11)와 제2 챔버(12)를 오고 가는 유체에 난류가 발생되도록 유체의 흐름을 안내하는 유체 유동 채널(13)을 포함하는 코어부(10), 유체 유동 채널(13)에 자기력을 전달하는 자성체(20) 및 유체와 자성체(20)의 직접적인 접촉을 차단할 수 있도록 자성체(20)와 유체 유동 채널(13) 사이에 배치되어 자성체(20)를 지지하는 비드 접촉 부재(30)를 포함하는 모듈형 유체 장치(1)에 의해 수행된다.

도 12를 참조하면, DNA 추출 방법은 세 가지 단계를 포함한다.

구체적으로, DNA 추출 방법은 샘플을 용해시켜 DNA를 세포에서 방출시키는 용해단계(S100), 세척을 통해 DNA로부터 세포 잔해물을 제거하는 세척단계(S200) 및 DNA와 DNA가 부착되어 있는 자성비드를 분리시키는 용리단계(S300)를 포함한다. 참고로, 도 12에서는 설명의 편의를 위하여 DNA 추출 방법을 세 단계로 구분하여 기재하고 있으나, 실제 DNA 추출 과정에서 용해단계(S100), 세척단계(S200) 및 용리단계(S300)는 연속적으로 수행된다.

도 13 내지 도 15를 참조하여, 용해단계(S100), 세척단계(S200) 및 용리단계(S300)를 보다 상세히 설명하기로 한다.

<용해단계(S100)>

도 4 및 도 13을 참조하면, DNA 추출 방법은 제1 챔버(11)에 DNA를 포함하는 샘플, 샘플로부터 방출된 DNA를 포획하는 자성비드 및 샘플을 용해시키는 용해 버퍼를 투입한다(S110). 여기서, 자성비드 및 용해 버퍼는 샘플과 함께 제1 챔버(11)에 투입될 수 있음은 물론, 제1 챔버(11)에 미리 수용될 수도 있다. 또한, 자성비드 및 용해 버퍼는 적어도 어느 하나의 채널을 통해 제1 챔버(11)로 주입될 수 있음은 물론, 제1 챔버(11)의 상부에 마련된 투입홀(11A)을 통해 제1 챔버(11)에 직접적으로 투입될 수도 있다. 그리고, DNA를 포함하는 샘플은 혈장 등을 의미할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 물질로 변경될 수 있다. 그리고, 자성비드의 표면은 DNA가 부착될 수 있도록 실리카 계열의 물질로 코팅될 수 있고, 자성비드는 자성체(20)를 제거하였을 때 자기적 성질이 바로 제거되도록 상자성입자로 적용될 수 있다. 그리고, 제1 챔버(11)에 투입되는 용해 버퍼는 어느 한가지 물질로 한정되지 않고, 적용되는 샘플의 종류에 따라 다르게 적용될 수 있다.

다음으로, DNA 추출 방법은 샘플, 자성비드 및 용해 버퍼를 제2 챔버(12) 및 제1 챔버(11)로 왕복 이동시키며 샘플을 용해하고, 이를 통해 DNA를 세포로부터 방출시켜 자성비드에 부착시킨다(S120). 즉, 제1 채널(11)로 투입된 샘플, 용해 버퍼 및 자성비드는, 제2 챔버(12)에 작용하는 흡입력 및 가압력에 의해 제1 챔버(11)와 제2 챔버(12)를 반복적으로 왕복 이동하게 된다. 이 과정에서 용해 버퍼와 혼합된 유체에는 난류가 발생되고, 이를 통해 샘플의 용해, 즉, 세포분열이 가속화되어 세포에 포함된 DNA가 유체 중에 방출되어 자성비드의 표면에 부착된다.

다음으로, DNA 추출 방법은 코어부(10)에 자성체(20)를 결합하여 유체 유동 채널(13)에 자기력을 가하고, 샘플 및 용해 버퍼가 혼합된 유체를 제2 챔버(12) 및 제1 챔버(11)로 왕복 이동시켜 자성체(20)의 하측에 마련된 비드 접촉 부재(30)에 DNA가 부착된 자성비드를 부착시킨다(S130).

다음으로, DNA 추출 방법은 샘플 및 용해 버퍼가 혼합된 유체를 제2 챔버(12)로 이동시킨 후, 외부로 배출한다(S140). 구체적으로, DNA 추출 방법은 제2 챔버(12)에 흡입력을 가하여 샘플 및 용해 버퍼가 혼합된 유체를 제2 챔버(12)로 이동시킨다. 그리고, 유체 유동 채널(13)은 폐쇄하고, 유체 배출 채널(17)은 개방시킨 상태에서, 제2 챔버(12)의 내부에 압력을 가하여 제2 챔버(12)에 수용된 샘플 및 용해 버퍼가 혼합된 유체를 유체 배출 채널(17)을 통해 외부로 배출한다. 예를 들어, 유체 유동 채널(13)과 유체 배출 채널(17)에는 각각 개폐 가능한 밸브가 마련될 수 있다.

<세척단계(S200)>

도 4 및 도 14를 참조하면, DNA 추출 방법은 샘플 및 용해 버퍼가 혼합된 유체를 외부로 배출시킨 후, 코어부(10)로부터 자성체(20)를 제거하고, 제1 챔버(11)에 세척 버퍼를 투입한다(S210).

다음으로, DNA 추출 방법은 DNA가 부착된 자성비드 및 세척 버퍼를 제2 챔버(12) 및 제1 챔버(11)로 왕복 이동시키며 DNA가 부착된 자성비드와 세포 잔해물을 분리한다(S220).

다음으로, DNA 추출 방법은 코어부(10)에 자성체(20)를 결합하여 유체 유동 채널(13)에 자기력을 가하고, DNA가 부착된 자성비드 및 세척 버퍼를 제2 챔버(12) 및 제1 챔버(11)로 왕복 이동시켜 비드 접촉 부재(30)에 DNA가 부착된 자성비드를 부착시킨다(S230).

다음으로, DNA 추출 방법은 세포 잔해물이 부유된 세척 버퍼를 제2 챔버(12)로 이동시킨 후, 외부로 배출한다(S240). 구체적으로, DNA 추출 방법은 제2 챔버(12)에 흡입력을 가하여 세포 잔해물이 부유된 세척 버퍼를 제2 챔버(12)로 이동시킨다. 그리고, 유체 유동 채널(13)은 폐쇄하고, 유체 배출 채널(17)은 개방시킨 상태에서, 제2 챔버(12)의 내부에 압력을 가하여 제2 챔버(12)에 수용된 세포 잔해물이 부유된 세척 버퍼를 유체 배출 채널(17)을 통해 외부로 배출한다.

<용리단계(S300)>

도 4 및 도 15를 참조하면, DNA 추출 방법은 세포 잔해물이 부유된 세척 버퍼를 외부로 배출시킨 후, 코어부(10)로부터 자성체(20)를 제거하고, 제1 챔버(11)에 용리 버퍼를 투입한다(S310).

다음으로, DNA 추출 방법은 DNA가 부착된 자성비드 및 용리 버퍼를 제2 챔버(12) 및 제1 챔버(11)로 왕복 이동시키며 자성비드와 DNA를 분리한다(S320). 예를 들어, 용리 버퍼는 pH 농도를 이용하여 DNA와 자성비드를 분리시키는 물질로 마련될 수 있다.

다음으로, DNA 추출 방법은 코어부(10)에 자성체(20)를 결합하여 유체 유동 채널(13)에 자기력을 가하고, DNA, 자성비드 및 용리 버퍼를 제2 챔버(12) 및 제1 챔버(11)로 왕복 이동시켜 비드 접촉 부재(30)에 자성비드를 부착시킨다(S330).

다음으로, DNA 추출 방법은 DNA가 부유된 용리 버퍼를 제2 챔버(12)로 이동시킨 후, 외부로 배출한다(S340). 이를 통해, 순수 DNA를 추출할 수 있다. 구체적으로, DNA 추출 방법은 제2 챔버(12)에 흡입력을 가하여 DNA가 부유된 용리 버퍼를 제2 챔버(12)로 이동시킨다. 그리고, 유체 유동 채널(13)은 폐쇄하고, 유체 배출 채널(17)은 개방시킨 상태에서, 제2 챔버(12)의 내부에 압력을 가하여 제2 챔버(12)에 수용된 DNA가 부유된 용리 버퍼를 유체 배출 채널(17)을 통해 외부로 배출한다.

이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치(1)를 이용한 DNA 추출 방법(이하 ‘DNA 추출 방법 ‘이라 함)에 대하여 설명한다.

참고로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치(1)를 이용한 DNA 추출 방법을 설명하기 위한 각 구성에 대해서는 설명의 편의상 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 유체 장치(1)를 이용한 DNA 추출 방법을 설명하면서 사용한 도면부호를 동일하게 사용하고, 동일하거나 중복된 설명은 생략하기로 한다.

도 16 내지 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 장치를 이용한 DNA 추출 방법을 나타낸 순서도이다.

도 9 내지 도 11을 참조하면, DNA 추출 방법은 외부로부터 유입된 유체가 수용되는 챔버(11), 챔버(11)로부터 이격 배치되는 제1 채널(12) 및 챔버(11)와 제1 채널(12)을 연결하고, 제1 채널(12)과 챔버(11)를 오고 가는 유체에 난류가 발생되도록 유체의 흐름을 안내하는 제2 채널(13)을 포함하는 코어부(10), 코어부(10)와 결합되어 코어부(10)에 진동을 전달하도록 구성되는 진동 전달부(60) 및 코어부(10)와 결합되어 제2 채널(13)에 자기력을 전달하도록 구성되는 자력 전달부(70)를 포함하는 모듈형 유체 장치(1)에 의해 수행된다.

도 12를 참조하면, DNA 추출 방법은 샘플을 용해시켜 DNA를 세포에서 방출시키는 용해단계(S100), 세척을 통해 DNA로부터 세포 잔해물을 제거하는 세척단계(S200) 및 DNA와 DNA가 부착되어 있는 자성비드를 분리시키는 용리단계(S300)를 포함한다.

도 16 내지 도 18을 참조하여, 용해단계(S100), 세척단계(S200) 및 용리단계(S300)를 보다 상세히 설명하기로 한다.

<용해단계(S100)>

도 10, 도 11 및 도 16을 참조하면, DNA 추출 방법은 코어부(10)를 진동 전달부(60)에 결합하고, 챔버(11)에 DNA를 포함하는 샘플, 자성비드 및 용해 버퍼를 투입한다(S110’).

다음으로, DNA 추출 방법은 진동 전달부(60)에 의해 코어부(10)에 진동을 가하고, 샘플, 자성비드 및 용해 버퍼를 제1 채널(12) 및 챔버(11)로 왕복 이동시키며 샘플을 용해하고, DNA를 방출시켜 자성비드에 부착시킨다(S120’).

다음으로, DNA 추출 방법은 코어부(10)를 진동 전달부(60)로부터 분리한 후, 자력 전달부(70)에 결합하여 제2 채널(13)에 자기력을 가하고, 샘플 및 용해 버퍼가 혼합된 유체를 제1 채널(12) 및 챔버(11)로 왕복 이동시켜 자기력이 작용하는 코어부(10)의 바닥면에 DNA가 부착된 자성비드를 부착시킨다(S130’).

다음으로, DNA 추출 방법은 샘플 및 용해 버퍼가 혼합된 유체를 제1 채널(12)을 통해 외부로 배출한다(S140’). 구체적으로, DNA 추출 방법은 제1 채널(12)에 흡입력을 가하는 압력 조절 수단을 연결한 후, 이를 통해 제1 채널(12)에 흡입력을 가하여 샘플 및 용해 버퍼가 혼합된 유체를 외부로 배출한다.

<세척단계(S200)>

도 10, 도 11 및 도 17을 참조하면, DNA 추출 방법은 코어부(10)를 자력 전달부(70)로부터 분리한 후, 진동 전달부(60)에 결합하고, 챔버(11)에 세척 버퍼를 투입한다(S210’).

다음으로, DNA 추출 방법은 진동 전달부(60)에 의해 코어부(10)에 진동을 가하고, DNA가 부착된 자성비드 및 세척 버퍼를 제1 채널(12) 및 챔버(11)로 왕복 이동시키며 DNA가 부착된 자성비드와 세포 잔해물을 분리한다(S220’).

다음으로, DNA 추출 방법은 코어부(10)를 진동 전달부(60)로부터 분리한 후, 자력 전달부(70)에 결합하여 제2 채널(13)에 자기력을 가하고, DNA가 부착된 자성비드 및 세척 버퍼를 제1 채널(12) 및 챔버(11)로 왕복 이동시켜 코어부(10)의 바닥면에 DNA가 부착된 자성비드를 부착시킨다(S230’).

다음으로, DNA 추출 방법은 세포 잔해물이 부유된 세척 버퍼를 제1 채널(12)을 통해 외부로 배출한다(S240’). 구체적으로, DNA 추출 방법은 제1 채널(12)에 압력 조절 수단을 연결한 후, 제1 채널(12)에 흡입력을 가하여 세포 잔해물이 부유된 세척 버퍼를 외부로 배출한다.

<용리단계(S300)>

도 10, 도 11 및 도 18을 참조하면, DNA 추출 방법은 코어부(10)를 자력 전달부(70)로부터 분리한 후, 진동 전달부(60)에 결합하고, 챔버(11)에 용리 버퍼를 투입한다(S310’).

다음으로, DNA 추출 방법은 진동 전달부(60)에 의해 코어부(10)에 진동을 가하고, DNA가 부착된 자성비드 및 용리 버퍼를 제1 채널(12) 및 챔버(11)로 왕복 이동시키며 자성비드와 DNA를 분리한다(S320’).

다음으로, DNA 추출 방법은 코어부(10)를 진동 전달부(60)로부터 분리한 후, 자력 전달부(70)에 결합하여 제2 채널(13)에 자기력을 가하고, DNA, 자성비드 및 용리 버퍼를 제1 채널(12) 및 챔버(11)로 왕복 이동시켜 코어부(10)의 바닥면에 자성비드를 부착시킨다(S330’).

다음으로, DNA 추출 방법은 DNA가 부유된 용리 버퍼를 제1 채널(12)을 통해 외부로 배출한다(S340’). 이를 통해 순수 DNA를 추출할 수 있다. 구체적으로, DNA 추출 방법은 제1 채널(12)에 압력 조절 수단을 연결한 후, 제1 채널(12)에 흡입력을 가하여 DNA가 부유된 용리 버퍼를 외부로 배출한다.

이처럼 본 발명의 실시예에 따르면, 상호 체결 및 연결되어 하나의 유체 분석 시스템을 구현하는 모듈화된 미세 유체 장치(1)에 DNA를 추출할 수 있는 코어부(10)를 마련함에 따라, 하나의 유체 분석 시스템에서 DNA 추출과 유체 분석을 연속적으로 수행 가능하여 신속한 작업이 가능할 수 있고, 나아가 유전자 추출 키트의 사용을 배제하여 비용을 절감할 수 있다.

또한, 하나의 코어부(10) 내에서 세포의 용해, 세척 및 용리를 모두 수행 가능하여, 별도의 원심분리 장비 및 세척 장비를 활용해야만 하는 종래의 DNA 추출 디바이스에 비해 전체적인 구조 및 공정을 단순화 할 수 있다.

또한, DNA를 포함하고 있는 유체가 반복적으로 복수의 챔버 혹은 챔버와 채널을 오고 가도록 하여 유체 내에 난류를 형성함으로써, 세포의 분열을 가속화하여 신속히 세포로부터 DNA를 방출시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 기능을 수행할 수 있는 유체 장치(1)를 모듈 형태로 제공함으로써, 필요에 따라 서로 다른 기능을 수행 가능한 복수개의 유체 장치를 서로 연결하여 형상 혹은 크기의 제약 없이 다양한 구조의 유체 유동 시스템을 구현할 수 있고, 다양하고 정확한 실험 데이터를 획득할 수 있음은 물론, 특정 부위의 변형 혹은 파손 시 해당 부분의 유체 장치만을 교체 가능하여 제조 및 유지 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 제한하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 제한되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 제한적이 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.

1. 모듈형 유체 장치
10. 코어부
10A. 코어바디
10B. 제1 필름부
10C. 제2 필름부
11. 제1 챔버, 챔버
11A. 투입홀
111. 수용부
112. 안내 채널
12. 제2 챔버, 제1 채널
121. 수용부
122. 안내 채널
13. 유체 유동 채널, 제2 채널
131. 제1 유체 유동 구간
132. 제2 유체 유동 구간
133. 제3 유체 유동 구간
14. 출입홀
15. 부재 안착홈
16. 유체 유입 채널, 유체 출입 홀
17. 유체 배출 채널, 유체 배출 홀
18. 압력 조절 채널
19. 공기 출입 채널, 공기 출입 홀
191. 필터
20. 자성체
30. 비드 접촉 부재
40. 하우징
41. 결합부
411. 돌출부
412. 함몰부
413. 자성결합체
50. 연결부재
60. 진동 전달 모듈, 진동 전달부
61. 하우징
62. 완충재
63. 진동모터
64. 프레임
70. 자력 전달부
71. 하우징
711. 홀
72. 프레임
73. 자성체
2. 다른 모듈형 유체 장치

Claims (20)

1. 모듈형 유체 장치로서,
   적어도 하나의 챔버 및 적어도 하나의 채널을 포함하는 코어부를 포함하고,
   상기 코어부는,
   외부로부터 유입된 유체가 수용되도록 구성되는 제1 챔버;
   상기 제1 챔버로부터 이격 배치되는 제2 챔버; 및
   상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버를 연결하고, 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버를 오고 가는 유체에 난류가 발생되도록 상기 유체의 흐름을 안내하는 유체 유동 채널;을 포함하고,
   상기 유체 유동 채널에 선택적으로 자기력을 전달하도록 코어부에 탈착 가능하게 구성되는 자성체; 및
   상기 유체와 상기 자성체의 직접적인 접촉을 차단할 수 있도록, 상기 자성체와 상기 유체 유동 채널 사이에 배치되어 상기 자성체를 지지하는 비드 접촉 부재;를 더 포함하는, 모듈형 유체 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 코어부는,
   상기 제1 챔버의 중심축과 평행한 제1 방향(Z축 방향)으로 상기 자성체의 출입이 가능한 출입홀; 및
   상기 제1 방향으로 상기 출입홀의 일 측과 연통되고, 상기 비드 접촉 부재가 안착되는 부재 안착홈을 더 포함하는, 모듈형 유체 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버는,
   상기 유체 유동 채널을 향하여 내경의 크기가 점차 감소하는 웨지(wedge) 구조로 형성되는 수용부; 및
   상기 수용부의 단부로부터 연장되어 상기 수용부와 상기 유체 유동 채널을 서로 연결하고, 유체의 유동 방향을 전환하도록 구성되는 안내 채널을 포함하는, 모듈형 유체 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 유체 유동 채널은,
   상기 비드 접촉 부재와 연통되도록 배치되는 제1 유체 유동 구간;
   상기 제1 유체 유동 구간의 일단부에서 상기 제1 챔버 측으로 절곡되어 상기 제1 챔버와 연통되도록 배치되는 제2 유체 유동 구간; 및
   상기 제1 유체 유동 구간의 타단부에서 상기 제2 챔버 측으로 절곡되어 상기 제2 챔버와 연통되도록 배치되는 제3 유체 유동 구간을 포함하는, 모듈형 유체 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제2 유체 유동 구간은 평면상에서 상기 제1 유체 유동 구간의 일단부로부터 상기 제1 챔버의 단부를 향하여 채널의 폭이 점차 좁아지는 웨지 구조로 형성되고,
   상기 제3 유체 유동 구간은 평면상에서 상기 제1 유체 유동 구간의 타단부로부터 상기 제1 챔버의 단부를 향하여 채널의 폭이 점차 좁아지는 웨지 구조로 형성되는, 모듈형 유체 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 코어부는,
   외부로부터 유입된 유체를 상기 제1 챔버로 안내하도록 구성되는 유체 유입 채널;
   상기 제2 챔버로부터 배출된 유체를 외부로 안내하도록 구성되는 유체 배출 채널; 및
   상기 제2 챔버로 흡입력 및 가압력을 전달하도록 구성되는 압력 조절 채널을 더 포함하는, 모듈형 유체 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 코어부는,
    상기 제1 챔버와 연통되어 유체의 유동 시 공기의 출입이 가능한 공기 출입 채널; 및
    상기 제1 챔버에 직접적으로 유체의 투입이 가능한 투입홀을 더 포함하는, 모듈형 유체 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 코어부는 상기 공기 출입 채널의 개구부에 배치되는 필터를 더 포함하는, 모듈형 유체 장치.
12. 제1항에 있어서,
    상기 코어부는,
    상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버를 포함하는 코어바디;
    상기 코어바디의 상면에 결합되는 제1 필름부; 및
    상기 코어바디의 하면에 결합되고, 상기 유체 유동 채널을 포함하는 제2 필름부를 포함하고,
    상기 코어바디는 패럴린 코팅(parylene coating) 혹은 테프론 코팅(teflon coating) 처리되는, 모듈형 유체 장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 코어부를 내부에 수용하고, 다른 모듈형 유체 장치와의 결합을 위하여 외면에 적어도 하나의 결합부가 마련되는 하우징; 및
    상기 코어부에 결합되고, 상기 하우징과 상기 다른 모듈형 유체 장치의 결합 시 상기 적어도 하나의 채널을 상기 다른 모듈형 유체 장치에 구비된 채널과 연통시키도록 구성되는 연결부재를 더 포함하는, 모듈형 유체 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 결합부는,
    상기 하우징의 외면으로부터 외부로 볼록하게 돌출되는 돌출부;
    상기 하우징의 외면으로부터 내부로 오목하게 함몰되는 함몰부; 및
    상기 돌출부 및 상기 함몰부에 수용되는 자성결합체를 포함하는, 모듈형 유체 장치.
15. 제13항에 있어서,
    상기 하우징의 내부에 수용되어 상기 유체 유동 채널의 하측에 배치되고, 상기 코어부에 진동을 전달하도록 구성되는 진동 전달 모듈을 더 포함하는, 모듈형 유체 장치.
16. 모듈형 유체 장치로서,
    외부로부터 유입된 유체가 수용되도록 구성되는 제1 챔버, 상기 제1 챔버로부터 이격 배치되는 제2 챔버 및 상기 유체가 상기 제2 챔버 및 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버를 연결하고, 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버를 오고 가는 유체에 난류가 발생되도록 상기 유체의 흐름을 안내하는 유체 유동 채널을 포함하는 코어부;
    상기 유체 유동 채널에 선택적으로 자기력을 전달할 수 있도록 상기 코어부에 탈착 가능하고, 상기 제1 챔버의 중심축과 평행한 제1 방향으로 출입 가능한 자성체;
    상기 유체와 상기 자성체의 직접적인 접촉을 차단할 수 있도록, 상기 자성체와 상기 유체 유동 채널 사이에 배치되어 상기 자성체를 지지하는 비드 접촉 부재;
    상기 코어부를 내부에 수용하고, 다른 모듈형 유체 장치와의 결합을 위하여 외면에 적어도 하나의 결합부가 마련되는 하우징; 및
    상기 코어부에 결합되고, 상기 하우징과 상기 다른 모듈형 유체 장치를 연통시키도록 구성되는 연결부재를 포함하는, 모듈형 유체 장치.
17. 모듈형 유체 장치로서,
    하나의 챔버 및 복수의 채널을 포함하는 코어부를 포함하고,
    상기 코어부는,
    외부로부터 유입된 유체가 수용되도록 구성되는 챔버;
    상기 챔버로부터 이격 배치되는 제1 채널; 및
    상기 챔버와 상기 제1 채널을 연결하고, 상기 제1 채널과 상기 챔버를 오고 가는 유체에 난류가 발생되도록 상기 유체의 흐름을 안내하는 제2 채널;을 포함하고,
    상기 제2 채널에 선택적으로 자기력을 전달하도록 코어부에 탈착 가능하게 구성되는 자성체; 및
    상기 유체와 상기 자성체의 직접적인 접촉을 차단할 수 있도록, 상기 자성체와 상기 제2 채널 사이에 배치되어 상기 자성체를 지지하는 비드 접촉 부재;를 더 포함하는, 모듈형 유체 장치.
18. 제17항에 있어서,
    상기 코어부와 결합되어 상기 코어부에 진동을 전달하도록 구성되는 진동 전달부; 및
    상기 코어부와 결합되어 상기 제2 채널에 자기력을 전달하도록 구성되는 자력 전달부를 더 포함하는, 모듈형 유체 장치.
19. 외부로부터 유입된 유체가 수용되도록 구성되는 제1 챔버, 상기 제1 챔버로부터 이격 배치되는 제2 챔버 및 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버를 연결하고, 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버를 오고 가는 유체에 난류가 발생되도록 상기 유체의 흐름을 안내하는 유체 유동 채널을 포함하는 코어부, 상기 유체 유동 채널에 자기력을 전달하도록 구성되는 자성체 및 상기 유체와 상기 자성체의 직접적인 접촉을 차단할 수 있도록 상기 자성체와 상기 유체 유동 채널 사이에 배치되어 상기 자성체를 지지하는 비드 접촉 부재를 포함하는 모듈형 유체 장치를 이용한 DNA 추출 방법으로서,
    상기 제1 챔버에 DNA를 포함하는 샘플, 자성비드 및 용해 버퍼를 투입하는 단계;
    상기 샘플, 상기 자성비드 및 상기 용해 버퍼를 상기 제2 챔버 및 상기 제1 챔버로 왕복 이동시키며 샘플을 용해하고, DNA를 방출시켜 상기 자성비드에 부착시키는 단계;
    상기 코어부에 상기 자성체를 결합하여 상기 유체 유동 채널에 자기력을 가하고, 상기 샘플 및 상기 용해 버퍼가 혼합된 유체를 상기 제2 챔버 및 상기 제1 챔버로 왕복 이동시켜 상기 비드 접촉 부재에 DNA가 부착된 자성비드를 부착시키는 단계;
    상기 샘플 및 상기 용해 버퍼가 혼합된 유체를 상기 제2 챔버로 이동시킨 후, 외부로 배출하는 단계;
    상기 코어부로부터 상기 자성체를 제거하고, 상기 제1 챔버에 세척 버퍼를 투입하는 단계;
    상기 DNA가 부착된 자성비드 및 상기 세척 버퍼를 상기 제2 챔버 및 상기 제1 챔버로 왕복 이동시키며 상기 DNA가 부착된 자성비드와 세포 잔해물을 분리하는 단계;
    상기 코어부에 상기 자성체를 결합하여 상기 유체 유동 채널에 자기력을 가하고, 상기 DNA가 부착된 자성비드 및 상기 세척 버퍼를 상기 제2 챔버 및 상기 제1 챔버로 왕복 이동시켜 상기 비드 접촉 부재에 상기 DNA가 부착된 자성비드를 부착시키는 단계;
    상기 세포 잔해물이 부유된 상기 세척 버퍼를 상기 제2 챔버로 이동시킨 후, 외부로 배출하는 단계;
    상기 코어부로부터 상기 자성체를 제거하고, 상기 제1 챔버에 용리 버퍼를 투입하는 단계;
    상기 DNA가 부착된 자성비드 및 상기 용리 버퍼를 상기 제2 챔버 및 상기 제1 챔버로 왕복 이동시키며 상기 자성비드와 상기 DNA를 분리하는 단계;
    상기 코어부에 상기 자성체를 결합하여 상기 유체 유동 채널에 자기력을 가하고, 상기 DNA, 상기 자성비드 및 상기 용리 버퍼를 상기 제2 챔버 및 상기 제1 챔버로 왕복 이동시켜 상기 비드 접촉 부재에 상기 자성비드를 부착시키는 단계; 및
    상기 DNA가 부유된 상기 용리 버퍼를 상기 제2 챔버로 이동시킨 후, 외부로 배출하는 단계를 포함하는, DNA 추출 방법.
20. 외부로부터 유입된 유체가 수용되도록 구성되는 챔버, 상기 챔버로부터 이격 배치되는 제1 채널 및 상기 챔버와 상기 제1 채널을 연결하고, 상기 제1 채널과 상기 챔버를 오고 가는 유체에 난류가 발생되도록 상기 유체의 흐름을 안내하는 제2 채널을 포함하는 코어부, 상기 코어부와 결합되어 상기 코어부에 진동을 전달하도록 구성되는 진동 전달부 및 상기 코어부와 결합되어 상기 제2 채널에 자기력을 전달하도록 구성되는 자력 전달부를 포함하는 모듈형 유체 장치를 이용한 DNA 추출 방법으로서,
    상기 코어부를 상기 진동 전달부에 결합하고, 상기 챔버에 DNA를 포함하는 샘플, 자성비드 및 용해 버퍼를 투입하는 단계;
    상기 진동 전달부에 의해 상기 코어부에 진동을 가하고, 상기 샘플, 상기 자성비드 및 상기 용해 버퍼를 상기 제1 채널 및 상기 챔버로 왕복 이동시키며 샘플을 용해하고, DNA를 방출시켜 상기 자성비드에 부착시키는 단계;
    상기 코어부를 상기 진동 전달부로부터 분리한 후, 상기 자력 전달부에 결합하여 상기 제2 채널에 자기력을 가하고, 상기 샘플 및 상기 용해 버퍼가 혼합된 유체를 상기 제1 채널 및 상기 챔버로 왕복 이동시켜 자기력이 작용하는 상기 코어부의 바닥면에 DNA가 부착된 자성비드를 부착시키는 단계;
    상기 샘플 및 상기 용해 버퍼가 혼합된 유체를 상기 제1 채널을 통해 외부로 배출하는 단계;
    상기 코어부를 상기 자력 전달부로부터 분리한 후, 상기 진동 전달부에 결합하고, 상기 챔버에 세척 버퍼를 투입하는 단계;
    상기 진동 전달부에 의해 상기 코어부에 진동을 가하고, 상기 DNA가 부착된 자성비드 및 상기 세척 버퍼를 상기 제1 채널 및 상기 챔버로 왕복 이동시키며 상기 DNA가 부착된 자성비드와 세포 잔해물을 분리하는 단계;
    상기 코어부를 상기 진동 전달부로부터 분리한 후, 상기 자력 전달부에 결합하여 상기 제2 채널에 자기력을 가하고, 상기 DNA가 부착된 자성비드 및 상기 세척 버퍼를 상기 제1 채널 및 상기 챔버로 왕복 이동시켜 상기 코어부의 바닥면에 상기 DNA가 부착된 자성비드를 부착시키는 단계;
    상기 세포 잔해물이 부유된 상기 세척 버퍼를 상기 제1 채널을 통해 외부로 배출하는 단계;
    상기 코어부를 상기 자력 전달부로부터 분리한 후, 상기 진동 전달부에 결합하고, 상기 챔버에 용리 버퍼를 투입하는 단계;
    상기 진동 전달부에 의해 상기 코어부에 진동을 가하고, 상기 DNA가 부착된 자성비드 및 상기 용리 버퍼를 상기 제1 채널 및 상기 챔버로 왕복 이동시키며 상기 자성비드와 상기 DNA를 분리하는 단계;
    상기 코어부를 상기 진동 전달부로부터 분리한 후, 상기 자력 전달부에 결합하여 상기 제2 채널에 자기력을 가하고, 상기 DNA, 상기 자성비드 및 상기 용리 버퍼를 상기 제1 채널 및 상기 챔버로 왕복 이동시켜 상기 코어부의 바닥면에 상기 자성비드를 부착시키는 단계; 및
    상기 DNA가 부유된 상기 용리 버퍼를 상기 제1 채널을 통해 외부로 배출하는 단계를 포함하는, DNA 추출 방법.

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