KR102424845B1 - Microfluidic apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 회전축을 중심으로 회전가능한 바디 유닛, 상기 회전축을 중심으로 상기 바디 유닛에 방사상으로 배치되는 복수의 암 유닛 및 상기 복수의 암 유닛 각각의 일단부에 탈부착 가능하도록 결합되며, 유입된 시료로부터 적어도 제1 물질을 분리하기 위한 미세 유체 구조를 포함하는 복수의 분할유닛을 포함하는, 미세 유동 장치를 제공한다.In one embodiment of the present invention, a body unit rotatable about a rotation axis, a plurality of arm units radially disposed on the body unit about the rotation axis, and one end of each of the plurality of arm units are detachably coupled to each other, , It provides a microfluidic device comprising a plurality of division units including a microfluidic structure for separating at least a first material from the introduced sample.

Description

미세 유동 장치{Microfluidic apparatus}Microfluidic apparatus

본 발명은 미세 유동 장치에 관한 것이다.The present invention relates to microfluidic devices.

미세유동 구조물 내에서 유체를 이송하는 장치를 미세 유동 장치라고 한다. 이와 같은 미세 유동 장치는 유체 내 소량의 표적 물질 검출을 저렴하고 누구나 손쉽게 다룰 수 있도록 설계된 임상 진단 분석 장치로 이용되고 있다. 미세유동 장치 내에서 유체를 이송하기 위해서는 구동 압력이 필요한데, 구동 압력으로서 모세관압이 이용되기도 하고, 별도의 펌프에 의한 압력이 이용되기도 한다.A device that transports a fluid within a microfluidic structure is called a microfluidic device. Such a microfluidic device is being used as a clinical diagnostic analysis device designed so that anyone can easily and inexpensively detect a small amount of a target substance in a fluid. In order to transport the fluid in the microfluidic device, a driving pressure is required. As the driving pressure, capillary pressure is sometimes used, or a pressure by a separate pump is used.

최근에는 이러한 미세 유동 장치로서, 원형의 디스크 형상의 회전가능한 플랫폼에 미세유동 구조물을 배치하여 원심력을 이용하는 미세유동장치, 즉 랩온어디스크 (lab-on-a disk) 혹은 랩씨디 (Lab CD)가 제안되고 있다.Recently, as such a microfluidic device, a microfluidic device that uses centrifugal force by placing a microfluidic structure on a circular disk-shaped rotatable platform, that is, a lab-on-a disk or Lab CD, has been developed. is being proposed

'디스크 (disc) 위의 실험실' 이란 의미의 랩온어디스크 (Lab-on-a-Disc)는 실험실에서 수행되는 다양한 실험과정, 예를 들어, 시료의 분리, 정제, 혼합, 표지화(labeling), 분석 및 세척 등을 작은 크기의 칩 상에서 구현하는 것으로, 생물 분자의 분석에 필요한 실험실의 각종 장비를 CD 모양의 장치에 집적시킨 장치이다.Lab-on-a-Disc, meaning 'laboratory on disc', is a variety of experimental procedures performed in the laboratory, for example, sample separation, purification, mixing, labeling, It implements analysis and cleaning on a small-sized chip, and it is a device that integrates various laboratory equipment necessary for the analysis of biological molecules into a CD-shaped device.

디스크 상에 마련된 미세유동 구조물에 혈액 등 생체 시료를 주입하면, 유체를 이송하기 위해서 구동 압력 등 별도의 구동시스템 없이 원심력만을 이용해 시료, 시약 등의 유체를 이동시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나, 미세 유동 구조물에 충분한 원심력을 제공하기 위해서는 디스크의 크기가 커져야 하는데 디스크 크기가 커지게 되면 제작이 매우 어려워지게 되고, 공간 확보의 문제뿐만 아니라 고가의 초고속 모터를 이용하여야 하며, 이에 따른 장치의 위험성이 높아지는 문제가 있다. When a biological sample, such as blood, is injected into the microfluidic structure provided on the disk, there is an advantage in that fluids such as samples and reagents can be moved using only centrifugal force without a separate driving system such as driving pressure to transport the fluid. However, in order to provide sufficient centrifugal force to the microfluidic structure, the size of the disk must be increased. If the size of the disk increases, manufacturing becomes very difficult. There is a problem with increased risk.

KR 10-2008-0022029 A(2008.03.10)KR 10-2008-0022029 A (2008.03.10)

본 발명은, 미세 유동 구조물에 높은 원심력을 전달할 수 있는 미세 유동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a microfluidic device capable of transmitting high centrifugal force to a microfluidic structure.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예는, 회전축을 중심으로 회전가능한 바디 유닛, 상기 회전축을 중심으로 상기 바디 유닛에 방사상으로 배치되는 복수의 암 유닛 및 상기 복수의 암 유닛 각각의 일단부에 탈부착 가능하도록 결합되며, 유입된 시료로부터 적어도 제1 물질을 분리하기 위한 미세 유체 구조를 포함하는 복수의 분할유닛을 포함하는, 미세 유동 장치를 제공한다.In one embodiment of the present invention, a body unit rotatable about a rotation axis, a plurality of arm units radially disposed on the body unit about the rotation axis, and one end of each of the plurality of arm units are detachably coupled to each other, , It provides a microfluidic device comprising a plurality of division units including a microfluidic structure for separating at least a first material from the introduced sample.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 미세 유체 구조는 원심력에 의해 상기 시료로부터 적어도 제1 물질을 분리하기 위한 분리 챔버를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the microfluidic structure may include a separation chamber for separating at least the first material from the sample by centrifugal force.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 미세 유체 구조는 상기 시료가 투입되는 투입 챔버, 상기 투입 챔버와 연결되며, 원심력에 의해 상기 시료로부터 밀도가 다른 n개의 물질을 분리하기 위한 분리 챔버, 각각 상기 분리 챔버와 연결되며, 분리된 n개의 물질을 저장하기 위한 m개의 저장 챔버를 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the microfluidic structure includes an input chamber to which the sample is input, a separation chamber connected to the input chamber, and a separation chamber for separating n materials having different densities from the sample by centrifugal force, each of the It is connected to the separation chamber and may include m storage chambers for storing the n separated substances.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 m개의 저장 챔버는 서로 교차하여 상기 분리 챔버에 연결될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the m storage chambers may cross each other and be connected to the separation chamber.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 m개의 저장 챔버는 상기 분리 챔버를 기준으로 좌우 교번적으로 배치될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the m storage chambers may be alternately arranged left and right with respect to the separation chamber.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 m개의 저장 챔버와 상기 분리 챔버를 연결하는 각각의 채널에 설치되는 m개의 밸브를 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the m number of valves installed in each channel connecting the m storage chamber and the separation chamber may be further included.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 미세 유동 장치는 원심력에 의해 상기 시료로부터 밀도가 다른 n개의 물질을 분리한 후, 상기 회전축에 인접한 내측 밸브부터 외측 밸브까지 순차적으로 상기 m개의 밸브를 개방시켜 상기 n개의 물질을 상기 m개의 저장 챔버로 전달할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the microfluidic device separates n materials having different densities from the sample by centrifugal force, and then sequentially opens the m valves from the inner valve adjacent to the rotation shaft to the outer valve. The n materials may be transferred to the m storage chambers.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 밸브에 대응되는 위치에 배치되는 가열부재를 구비하는 가열부를 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, it may further include a heating unit having a heating member disposed at a position corresponding to the valve.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가열부재에 전력을 공급하는 배터리를 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, it may further include a battery for supplying power to the heating member.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배터리는 상기 가열부 상의 중심에 배치될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the battery may be disposed on the center of the heating unit.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배터리는 상기 가열부 상에 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 배터리는 대칭적으로 배치될 수 있다.In one embodiment of the present invention, a plurality of the batteries are provided on the heating unit, and the plurality of batteries may be symmetrically disposed.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 밸브 및 상기 가열 부재 사이에 구비되는 열전달 부재를 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, it may further include a heat transfer member provided between the valve and the heating member.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 열전달 부재는 에폭시, 실리콘, 우레탄 및 아크릴레이트 중 적어도 하나를 포함하는 조합에 다이아몬드, 실버, 알루미늄 옥사이드, 보론 나이트라이드, 징크 옥사이드 및 알루미늄 나이트라이드 중 적어도 하나가 포함된 재료로 이루어질 수 있다. In one embodiment of the present invention, the heat transfer member includes at least one of diamond, silver, aluminum oxide, boron nitride, zinc oxide and aluminum nitride in a combination containing at least one of epoxy, silicone, urethane, and acrylate. It may be made of the included material.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가열 부재는 발열 소자로 이루어지며, 상기 발열 소자는 전자부품으로 이루어지고, 상기 전자부품에 인가되는 전류 또는 전압을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the heating member is made of a heating element, the heating element is made of an electronic component, and may further include a control unit for controlling a current or voltage applied to the electronic component.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 밸브를 이루는 물질의 종류 또는 상기 바디 유닛 및 상기 가열부의 회전 속도에 따라 상기 전자부품에 인가되는 전류 또는 전압을 제어할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the control unit may control the current or voltage applied to the electronic component according to the type of material constituting the valve or the rotational speed of the body unit and the heating unit.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 회전축으로부터 상기 암 유닛의 말단까지의 제1 거리와 상기 암 유닛의 말단부터 상기 분할유닛의 말단까지의 제2 거리는 2:1 내지 20:1 비율을 가질 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first distance from the rotation shaft to the end of the arm unit and the second distance from the end of the arm unit to the end of the dividing unit may have a ratio of 2:1 to 20:1. have.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 회전축으로부터 상기 분할유닛의 말단까지의 제2 반지름은 상기 회전축으로부터 상기 바디 유닛의 외곽까지의 제1 반지름의 2배이거나 이보다 클 수 있다. In one embodiment of the present invention, the second radius from the rotation shaft to the end of the division unit may be twice or greater than the first radius from the rotation shaft to the outer edge of the body unit.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages other than those described above will become apparent from the following detailed description, claims and drawings for carrying out the invention.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 미세 유동 장치는 바디유닛에 결합되는 복수의 암 유닛 및 복수의 암 유닛의 일단부에 탈착가능하도록 구비되는 분할 유닛을 구비함으로써, 디스크의 소형화가 가능할 뿐만 아니라 같은 원심 속에서도 큰 원심력을 분할 유닛에 부여할 수 있다.According to an embodiment of the present invention made as described above, the microfluidic device includes a plurality of arm units coupled to the body unit and a division unit detachably provided at one end of the plurality of arm units, thereby reducing the disk size. It is possible not only to provide a large centrifugal force, but also to apply a large centrifugal force to the dividing unit even in the same centrifugal force.

물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 유동 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 미세 유동 장치 중 일부를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 분할 유닛을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분할 유닛을 이용하여 n개의 물질을 분리하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a block diagram of a microfluidic device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a part of the microfluidic device of FIG. 1 .
FIG. 3 is a diagram illustrating the division unit of FIG. 2 .
4 is a view for explaining a method of separating n materials using a dividing unit according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 개시의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 개시의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.Hereinafter, various embodiments of the present disclosure are described in connection with the accompanying drawings. Various embodiments of the present disclosure are capable of various changes and may have various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and the related detailed description is described. However, this is not intended to limit the various embodiments of the present disclosure to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications and/or equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the various embodiments of the present disclosure. In connection with the description of the drawings, like reference numerals have been used for like components.

본 개시의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 개시의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Expressions such as “comprises” or “may include” that may be used in various embodiments of the present disclosure indicate the existence of the disclosed corresponding function, operation or component, and may include one or more additional functions, operations, or components, etc. are not limited. Also, in various embodiments of the present disclosure, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification is present, It should be understood that it does not preclude the possibility of addition or existence of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 개시의 다양한 실시예에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.In various embodiments of the present disclosure, expressions such as “or” include any and all combinations of the words listed together. For example, "A or B" may include A, may include B, or may include both A and B.

본 개시의 다양한 실시예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 실시예들의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는 모두 사용자 기기이며, 서로 다른 사용자 기기를 나타낸다. 예를 들어, 본 개시의 다양한 실시예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Expressions such as “first”, “second”, “first”, or “second” used in various embodiments of the present disclosure may modify various components of various embodiments, but do not limit the components. does not For example, the above expressions do not limit the order and/or importance of corresponding components. The above expressions may be used to distinguish one component from another. For example, both the first user device and the second user device are user devices, and represent different user devices. For example, without departing from the scope of the various embodiments of the present disclosure, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, the component may be directly connected to or connected to the other component, but the component and It should be understood that other new components may exist between the other components. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it will be understood that no new element exists between the element and the other element. should be able to

본 개시의 다양한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시의 다양한 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terminology used in various embodiments of the present disclosure is only used to describe one specific embodiment, and is not intended to limit the various embodiments of the present disclosure. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 다양한 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which various embodiments of the present disclosure pertain.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시의 다양한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in various embodiments of the present disclosure, ideal or excessively formal terms not interpreted as meaning

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 유동 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 미세 유동 장치 중 일부를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 분할 유닛을 도시한 도면이다. 1 is a block diagram of a microfluidic device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view showing a part of the microfluidic device of FIG. 1 , and FIG. 3 is a view showing the division unit of FIG. 2 .

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 유동 장치(10)는 바디 유닛(100), 복수의 암 유닛(110) 및 분할 유닛(120)을 포함할 수 있다. 1 to 3 , the microfluidic device 10 according to an embodiment of the present invention may include a body unit 100 , a plurality of arm units 110 , and a division unit 120 .

바디 유닛(100)은 회전축(Ax1)을 중심으로 회전 가능할 수 있다. 바디 유닛(100)은 도시된 바와 같이 소정의 높이를 갖는 디스크(disk) 형태로 이루어질 수 있다. 도시하지 않았지만, 바디 유닛(100)은 모터와 같은 회전 구동부에 의하여 회전될 수 있다. 모터는 바디 유닛(100)의 회전축(Ax1)과 연결될 수 있으며, 모터를 제어하기 위한 별도의 제어부에 의하여 바디 유닛(100)의 회전 속도가 제어될 수 있다. 이와 같은 회전 구동부에 의해 바디 유닛(100)이 회전될 수 있으며, 바디 유닛(100)과 연결된 분할 유닛(120)으로 원심력이 제공될 수 있다. The body unit 100 may be rotatable about the rotation axis Ax1. The body unit 100 may be formed in the form of a disk having a predetermined height as shown. Although not shown, the body unit 100 may be rotated by a rotation driving unit such as a motor. The motor may be connected to the rotation shaft Ax1 of the body unit 100 , and the rotation speed of the body unit 100 may be controlled by a separate control unit for controlling the motor. The body unit 100 may be rotated by such a rotation driving unit, and centrifugal force may be provided to the division unit 120 connected to the body unit 100 .

복수의 암 유닛(110)은 회전축(Ax1)을 중심으로 바디 유닛(100)에 방사상으로 배치될 수 있다. 일 실시예로서, 복수의 암 유닛(110)은 바디 유닛(100)에 결합가능한 형태로 형성될 수 있다. 반경 방향으로 연장되는 암 유닛(110)의 길이는 바디 유닛(100)의 제1 반지름(R1)보다 길 수 있다. 이때, 암 유닛(110)은 후술하는 분할 유닛(120)과 결합되는 일단부(E1)와 바디 유닛(100)과 결합되는 타단부(E2)를 포함할 수 있다. 암 유닛(110)의 타단부(E2)의 길이는 상기 바디 유닛(100)의 제1 반지름(R1)에 대응될 수 있으며, 타단부(E2)를 통해 암 유닛(110)은 바디 유닛(100)에 안정적으로 결합될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 복수의 암 유닛(110)은 바디 유닛(100)과 일체형으로 형성될 수도 있음은 물론이다. The plurality of arm units 110 may be radially disposed on the body unit 100 with respect to the rotation axis Ax1 . As an embodiment, the plurality of arm units 110 may be formed in a form capable of being coupled to the body unit 100 . The length of the arm unit 110 extending in the radial direction may be longer than the first radius R1 of the body unit 100 . In this case, the arm unit 110 may include one end E1 coupled to the division unit 120 to be described later and the other end E2 coupled to the body unit 100 . The length of the other end E2 of the arm unit 110 may correspond to the first radius R1 of the body unit 100 , and the arm unit 110 is connected to the body unit 100 through the other end E2. ) can be stably bound to However, the present invention is not limited thereto, and it goes without saying that the plurality of arm units 110 may be integrally formed with the body unit 100 .

한편, 암 유닛(110)의 일단부(E1)의 너비는 타단부(E2)의 너비보다 클 수 있다. 다시 말해, 암 유닛(110)은 바디 유닛(100)과 결합되는 타단부(E2)의 너비는 작게 하고, 회전축(Ax1)에서 멀게 배치되는 일단부(E1)의 너비를 이보다 크게 함으로써, 암 유닛(110)의 무게 중심이 길이의 중간보다 반경방향의 외측에 배치될 수 있다. 이를 통해, 바디 유닛(100)의 회전에 의한 원심력이 일단부(E1)와 결합된 분할 유닛(120)에서 보다 효과적으로 제공될 수 있다. 또한, 암 유닛(110)의 두께는 일단부(E1)에서 타단부(E2)까지 동일할 수도 있으나, 타단부(E2)의 두께보다 일단부(E1)의 두께를 더 두껍게 설계함으로써, 암 유닛(110)의 무게 중심이 길이의 중간보다 반경방향의 외측에 배치되게 할 수 있다. Meanwhile, the width of one end E1 of the arm unit 110 may be greater than the width of the other end E2 . In other words, in the arm unit 110 , the width of the other end E2 coupled to the body unit 100 is made small and the width of the one end E1 disposed far from the rotation axis Ax1 is made larger than this, so that the arm unit The center of gravity of 110 may be disposed radially outside the middle of the length. Through this, the centrifugal force caused by the rotation of the body unit 100 can be more effectively provided in the division unit 120 coupled to the one end E1. In addition, the thickness of the arm unit 110 may be the same from one end E1 to the other end E2, but by designing the thickness of the one end E1 to be thicker than the thickness of the other end E2, the arm unit The center of gravity of 110 may be disposed radially outside the middle of the length.

복수의 암 유닛(110)은 바디 유닛(100)에 방사상으로 배치될 수 있으며, 회전축(Ax1)을 중심으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 도면에서는 복수의 암 유닛(110)이 4개로 구성되는 경우를 도시하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 이보다 적거나 많은 수의 암 유닛을 구비할 수 있음은 물론이다. The plurality of arm units 110 may be radially disposed on the body unit 100 , and may be symmetrically disposed about the rotation axis Ax1 . Although the drawing shows a case in which the plurality of arm units 110 is composed of four, the present invention is not limited thereto, and it goes without saying that a smaller or larger number of arm units may be provided.

분할 유닛(120)은 복수의 암 유닛(110) 각각의 일단부(E1)에 탈부착 가능하도록 결합되며, 유입된 시료(S)로부터 적어도 제1 물질을 분리하기 위한 미세 유체 구조를 포함할 수 있다. 여기서, 시료(S)는 분리하고자 하는 제1 물질을 포함하는 어떠한 생물학적 시료라도 무방하다. 예를 들면, 시료(S)는 생검시료, 조직시료, 분리된 세포를 액체 매질에 현탁시킨 세포 현탁물, 세포 배양물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 수 있다. 시료(S)는 혈액, 골수액, 타액, 누액, 뇨, 정액, 점막액 및 이들의 조합으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 것을 수 있다. 시료(S)는 표적 세포인 제1 물질 및 제1 물질과 다른 제2 물질을 포함할 수 있다. 이때, 제1 물질 또는 제2 물질은 미세입자, 엑소좀(Exsome), 세포외 소포(Extracellular vesicle), 미세소포(Microvesicle) 등을 포함할 수 있다. The division unit 120 is detachably coupled to one end E1 of each of the plurality of arm units 110 and may include a microfluidic structure for separating at least the first material from the introduced sample S. . Here, the sample S may be any biological sample including the first material to be separated. For example, the sample S may be selected from the group consisting of a biopsy sample, a tissue sample, a cell suspension in which isolated cells are suspended in a liquid medium, a cell culture, and combinations thereof. The sample S may be selected from the group consisting of blood, bone marrow fluid, saliva, tear fluid, urine, semen, mucosal fluid, and combinations thereof. The sample S may include a first material that is a target cell and a second material that is different from the first material. In this case, the first material or the second material may include microparticles, exosomes, extracellular vesicles, microvesicles, and the like.

상기한 제1 물질 및 제2 물질을 포함하는 실시예는 시료(S)로부터 특정 물질을 분리하기 위한 하나의 실시예에 해당하며, 다른 실시예로서, 시료(S)에는 이보다 더 많은 n개의 물질들이 존재할 수 있다. 분할 유닛(120)은 이러한 n개의 물질들을 시료(S)로부터 분리할 수 있으며, n개의 물질을 분리하기 위한 미세 유체 구조에 대해서는 후술하기로 한다. The above-described embodiment including the first and second substances corresponds to one embodiment for separating a specific substance from the sample S, and as another embodiment, the sample S contains more n substances than this. may exist The division unit 120 may separate these n materials from the sample S, and the microfluidic structure for separating the n materials will be described later.

분할 유닛(120)은 복수의 암 유닛(110)의 일단부(E1)에 탈부착 가능한 구조로 형성되어, 필요에 따라 교체될 수 있다. 분할 유닛(120)은 교체 가능하게 형성되는 것에 의해, 검사할 수 있는 시료(S)의 양이 증대될 수 있으며, 이전 검사 시 분할 유닛(120)에 잔존할 수 있는 시료(S)의 찌꺼기로 인한 오염을 방지하는 효과를 구현할 수 있다. The division unit 120 is formed in a structure detachable from one end E1 of the plurality of arm units 110 , and may be replaced as necessary. Since the division unit 120 is formed to be replaceable, the amount of the sample S that can be inspected may be increased, and may be used as a residue of the sample S that may remain in the division unit 120 during the previous inspection. The effect of preventing contamination can be realized.

분할 유닛(120)은 복수의 암 유닛(110)의 길이 방향으로 연장되는 형태를 가질 수 있다. 이때, 회전축(Ax1)으로부터 암 유닛(110)의 말단까지의 제1 거리(A)와 암 유닛(110)의 말단으로부터 분할 유닛(120)의 말단까지의 제2 거리(B)는 2:1 내지 20:1 비율을 가질 수 있다. 제1 거리(A)와 제2 거리(B)의 비율이 2:1보다 작은 경우, 분할 유닛(120)에 인가되는 원심력의 크기가 작아져 분리 효율이 떨어지며, 제1 거리(A)와 제2 거리(B)의 비율이 20:1 보다 큰 경우, 미세 유동 장치(10)의 공간 확보에 어려움이 발생할 수 있다. The division unit 120 may have a shape extending in the longitudinal direction of the plurality of arm units 110 . At this time, the first distance A from the rotation shaft Ax1 to the end of the arm unit 110 and the second distance B from the end of the arm unit 110 to the end of the dividing unit 120 are 2:1 to 20:1 ratio. When the ratio of the first distance (A) to the second distance (B) is less than 2:1, the magnitude of the centrifugal force applied to the dividing unit 120 becomes small, and the separation efficiency decreases, and the first distance (A) and the second distance (B) When the ratio of the two distances B is greater than 20:1, it may be difficult to secure a space for the microfluidic device 10 .

한편, 회전축(Ax1)으로부터 분할 유닛(120)의 말단까지의 제2 반지름(R2)은 회전축(Ax1)으로부터 바디 유닛(100)의 외곽까지의 제1 반지름(R1)의 2배이거나 이보다 클 수 있다. 전술한 바와 같이, 분할 유닛(120)과 암 유닛(110)으로 이루어지는 단위 구성에 있어서, 무게 중심을 반경방향에 대해 외측으로 배치시킴으로써 보다 효과적으로 분할 유닛(120)에 원심력을 제공할 수 있다. On the other hand, the second radius (R2) from the axis of rotation (Ax1) to the end of the division unit 120 is twice the first radius (R1) from the axis of rotation (Ax1) to the outside of the body unit 100 or greater than this. have. As described above, in the unit configuration including the dividing unit 120 and the arm unit 110 , the centrifugal force can be more effectively provided to the dividing unit 120 by arranging the center of gravity outward with respect to the radial direction.

이하에서는 도면을 참조하여 분할 유닛(120)의 미세 유체 구조를 설명하기로 한다. Hereinafter, the microfluidic structure of the dividing unit 120 will be described with reference to the drawings.

다시 도 3을 참조하면, 분할 유닛(120)은 몸체부(121) 및 상기 몸체부(121) 내에 구비되는 미세 유체 구조(123)를 포함할 수 있다. Referring back to FIG. 3 , the dividing unit 120 may include a body 121 and a microfluidic structure 123 provided in the body 121 .

몸체부(121)는 암 유닛(110)의 일단부(E1)에 결합가능한 형태로 형성될 수 있다. 몸체부(121)는 성형이 용이하고, 그 표면이 생물학적으로 비활성인 아크릴, PDMS 등의 플라스틱 소재로 만들어질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 화학적, 생물학적 안정성과 광학적 투명성 그리고 기계적 가공성을 가지는 소재이면 족하다. 몸체부(121)는 여러 층의 판으로 이루어질 수 있다. 판과 판이 서로 맞닿는 면에 챔버나 채널 등에 해당하는 음각 구조물을 만들고 이들을 접합함으로써 유체를 수용할 수 있는 공간과 유체의 통로를 제공할 수 있다. The body portion 121 may be formed in a form capable of being coupled to one end E1 of the arm unit 110 . The body portion 121 is easy to mold and may be made of a plastic material such as acrylic or PDMS whose surface is biologically inactive. However, the present invention is not limited thereto, and any material having chemical and biological stability, optical transparency, and mechanical processability is sufficient. The body portion 121 may be formed of a plate of several layers. It is possible to provide a space for accommodating a fluid and a passage for a fluid by making an engraved structure corresponding to a chamber or a channel on the surface where the plate and the plate contact each other and bonding them.

미세 유체 구조(123)는 원심력에 의해 시료(S)로부터 적어도 제1 물질을 분리하기 위한 분리 챔버(1230)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 미세 유체 구조(123)는 투입 챔버(122), 분리 챔버(1230) 및 저장 챔버(1231)를 포함할 수 있다. The microfluidic structure 123 may include a separation chamber 1230 for separating at least the first material from the sample S by centrifugal force. More specifically, the microfluidic structure 123 may include an input chamber 122 , a separation chamber 1230 , and a storage chamber 1231 .

투입 챔버(122)는 시료(S)를 미세 유체 구조(123)로 투입하기 위한 챔버일 수 있다. 투입 챔버(122)는 시료(S)를 분리하기 위한 별도의 물질, 예를 들면 자성 비드와 같은 물질이 외부에서 혼합된 상태에서 투입될 수도 있고, 시료(S)와 별도의 물질이 투입 챔버(122)로 투입된 후 혼합될 수도 있다. The input chamber 122 may be a chamber for introducing the sample S into the microfluidic structure 123 . In the input chamber 122, a separate material for separating the sample S, for example, a material such as magnetic beads may be added in a mixed state from the outside, and the sample S and a material separate from the input chamber ( 122) may be added and then mixed.

투입 챔버(122)에는 분리 챔버(1230)가 연결될 수 있다. 여기서, 투입 챔버(122)는 분리 챔버(1230)와 밸브(V)를 통해 연결될 수 있다. 밸브(V)는 후술하는 분리 챔버(1230)와 저장 챔버(1231)의 사이에 연결되는 밸브(1232)와 동일한 기능을 수행할 수 있다. 분리 챔버(1230)는 투입 챔버(122)보다 회전축(Ax1)으로부터 먼 위치에 위치될 수 있다. 분리 챔버(1230)는 원심력에 의해 시료(S)로부터 밀도가 다른 n개의 물질을 분리할 수 있도록 반경 방향을 따라 연장되는 형태로 형성될 수 있다. 일 실시예로서, n개의 물질을 용이하게 분리시키기 위하여 시료(S) 또는 분리 챔버(1230) 내에 밀도 구배 물질(DGM: density gradient medium)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 시료(S) 내에 2개의 제1 물질과 제2 물질을 포함하는 경우, 밀도 구배 물질(DGM)은 분리 챔버(1230) 내에 제1 물질보다 밀도가 높고 제2 물질보다 밀도가 낮은 물질을 포함할 수 있다. 다른 실시예로서, 3 개 이상의 물질을 분리하기 위해서, 밀도 구배 물질(DGM)은 제1 물질보다 밀도가 높고 제2 물질보다 밀도가 낮은 제1 밀도물질, 제2 물질보다 밀도가 높고 제3 물질보다 밀도가 낮은 제2 밀도물질을 포함할 수도 있다. A separation chamber 1230 may be connected to the input chamber 122 . Here, the input chamber 122 may be connected to the separation chamber 1230 through a valve (V). The valve V may perform the same function as the valve 1232 connected between the separation chamber 1230 and the storage chamber 1231 to be described later. The separation chamber 1230 may be located farther from the rotation axis Ax1 than the input chamber 122 . The separation chamber 1230 may be formed to extend in a radial direction to separate n materials having different densities from the sample S by centrifugal force. As an embodiment, a density gradient medium (DGM) may be included in the sample S or the separation chamber 1230 to easily separate n materials. For example, when the sample S includes two first materials and a second material, the density gradient material DGM has a higher density than the first material and a lower density than the second material in the separation chamber 1230 . material may be included. In another embodiment, in order to separate three or more substances, the density gradient material (DGM) may include a first density material having a higher density than the first material and a lower density than the second material, a third material having a higher density than the second material and a third material. A second density material having a lower density may be included.

저장 챔버(1231)는 각각 분리 챔버(1230)와 연결되며, 분리된 n개의 물질을 저장하기 위한 챔버일 수 있다. m개의 저장 챔버(1231)와 분리 챔버(1230)를 연결하는 채널에는 밸브(1232)가 설치된다. 일 실시예로서, 밸브(1232)는 외부로부터 에너지를 전달받아 개방되기 전까지는 유체가 흐를 수 없도록 채널을 폐쇄하는 폐쇄된 밸브(normally closed valve)일 수 있다. 예를 들면, 밸브(1232)는 외부 특히, 상부에 배치되는 열 전달부에 의해 열이 전달되면 개폐가능한 밸브일 수 있다. Each of the storage chambers 1231 is connected to the separation chamber 1230 and may be a chamber for storing n separated materials. A valve 1232 is installed in a channel connecting the m storage chambers 1231 and the separation chamber 1230 . As an embodiment, the valve 1232 may be a normally closed valve that closes a channel so that a fluid cannot flow until it is opened by receiving energy from the outside. For example, the valve 1232 may be a valve that can be opened and closed when heat is transferred to the outside, particularly, by a heat transfer unit disposed thereon.

폐쇄된 밸브는 상온에서 고체 상태인 밸브 물질을 포함할 수 있다. 밸브 물질은 고화된 상태로 채널에 존재함으로써 채널을 차단할 수 있다. 밸브 물질은 고온에서 용융되어 채널 내의 공간으로 이동하며, 채널을 개방한 채로 다시 응고된다. 외부에서 조사되는 에너지는 예를 들면 전자기파 혹은 고온의 열일 수 있으며, 에너지원은 레이저 빔을 조사하는 레이저 광원이거나, 가시광선 또는 적외선을 조사하는 발광소자(light emittingdiode) 또는 제논램프(Xenon)이거나 발열 소자일 수 있다. 레이저 광원인 경우 적어도 하나의 레이저 다이오드(laser diode)를 포함할 수 있다.외부 에너지원은 밸브 물질에 포함된 발열 입자가 흡수할 수 있는 전자기파의 파장에 따라 선택될 수 있다. 외부 에너지원은 밸브에 대응하는 위치에 구비하고, 미세 유동 장치의 회전 중에도 그 위치를 고정시킬 수 있다. 이를 통해 에너지원은 정확한 위치에서 밸브 물질을 용융시킬 수 있으며, 밸브를 정밀하게 제어할 수 있다. 본 명세서에서, 외부 에너지원은 가열부재를 구비하는 가열부를 의미할 수 있다. 가열부재는 발열 소자로 이루어지며, 발열 소자는 전기적으로 제어가능한 전자부품으로 이루어질 수 있으며, 예를 들면 저항으로 이루어질 수 있다. 이하에서는 발열소자가 저항으로 이루어지는 경우를 중심으로 설명하기로 한다. A closed valve may comprise a valve material that is solid at room temperature. The valve material may block the channel by being present in the channel in a solidified state. The valve material melts at high temperatures and moves into the space within the channel, where it solidifies again with the channel open. The energy irradiated from the outside may be, for example, electromagnetic waves or high-temperature heat, and the energy source is a laser light source that irradiates a laser beam, a light emitting diode or a Xenon lamp that irradiates visible or infrared rays, or generates heat. may be small. In the case of a laser light source, at least one laser diode may be included. The external energy source may be selected according to the wavelength of electromagnetic wave that can be absorbed by the heating particles included in the valve material. The external energy source may be provided at a position corresponding to the valve, and the position may be fixed even during rotation of the microfluidic device. This allows the energy source to melt the valve material at the correct location, allowing precise control of the valve. In this specification, the external energy source may mean a heating unit having a heating member. The heating member may be formed of a heating element, and the heating element may be formed of an electrically controllable electronic component, for example, a resistor. Hereinafter, a case in which the heating element is formed of a resistor will be mainly described.

이때, 미세 유동 장치는 가열부재에 전력을 공급하는 배터리를 더 포함할 수 있다. 배터리(미도시)는 가열부 상의 중심에 배치될 수 있다. 다른 실시예로서, 배터리(미도시)는 가열부 상에 복수 개로 구비되며, 복수 개의 배터리(미도시)는 대칭적으로 배치될 수 있다. 또한, 미세 유동 장치는 저항에 인가되는 전류 또는 전압을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 제어부는 밸브를 이루는 물질의 종류 또는 바디 유닛 및 가열부의 회전 속도에 따라 저항에 인가되는 전류 또는 전압을 제어할 수 있다. In this case, the microfluidic device may further include a battery for supplying power to the heating member. A battery (not shown) may be centrally disposed on the heating unit. As another embodiment, a plurality of batteries (not shown) may be provided on the heating unit, and the plurality of batteries (not shown) may be symmetrically disposed. In addition, the microfluidic device may further include a controller for controlling the current or voltage applied to the resistor. The controller may control the current or voltage applied to the resistor according to the type of material constituting the valve or the rotational speed of the body unit and the heating unit.

밸브 물질로서, 상온에서 고체 상태인 상전이 물질이 채용될 수 있다.상전이 물질은 왁스(wax)일 수 있다. 왁스는 가열되면 용융하여 액체 상태로 변하며, 부피 팽창한다. 왁스로는, 예컨대 파라핀 왁스(paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(microcrystalline wax), 합성 왁스(synthetic wax), 또는 천연 왁스(natural wax) 등이 채용될 수 있다. 상전이 물질은 겔(gel) 또는 열가소성 수지일 수도 있다.As the valve material, a phase change material that is in a solid state at room temperature may be employed. The phase change material may be wax. Wax melts when heated, turns into a liquid state, and expands in volume. As the wax, for example, paraffin wax, microcrystalline wax, synthetic wax, or natural wax may be employed. The phase change material may be a gel or a thermoplastic resin.

한편, 미세 유동 장치는 에너지원이 밸브 물질을 완전히 용융시킬 수 있도록, 밸브 물질의 종류 및 미세 유동 장치의 회전 속도를 고려하여 온/오프 전원 및 에너지원을 제어할 수 있다. 또한, 미세 유동 장치는 상기 외부 에너지원에 전원을 공급하는 배터리 및 다른 부품들을 대칭적으로 배치함으로써, 미세 유동 장치가 회전하는 동안 몸체부 전면에 작용하는 원심력의 균형을 유지할 수 있고, 원심력이 어느 한쪽으로 치우쳐 발생하는 소음 및 미세 유동 장치의 손상을 방지할 수 있다. Meanwhile, the microfluidic device may control the on/off power source and the energy source in consideration of the type of the valve material and the rotation speed of the microfluidic device so that the energy source completely melts the valve material. In addition, the microfluidic device can balance the centrifugal force acting on the front surface of the body while the microfluidic device rotates by symmetrically disposing the battery and other components for supplying power to the external energy source, and the centrifugal force It is possible to prevent noise and damage to the microfluidic device.

또한, 미세 유동 장치는 밸브 및 에너지원, 다시 말해 가열부재 사이에 열전달 부재를 더 포함하여, 에너지원에 의해 발생된 에너지인 열을 밸브로 효과적으로 전달할 수 있다. 이를 통해, 미세 유동 장치는 분할 유닛(120)이 바디부(100)의 중심으로부터 일정 거리 이상으로 멀어진 경우에서도 유체제어를 효과적으로 수행할 수 있다. 열전달 부재는 에폭시, 실리콘, 우레탄 및 아크릴레이트 중 적어도 하나를 포함하는 조합에 다이아몬드, 실버, 알루미늄 옥사이드, 보론 나이트라이드, 징크 옥사이드 및 알루미늄 나이트라이드 중 적어도 하나가 포함된 재료로 이루어질 수 있다. In addition, the microfluidic device may further include a heat transfer member between the valve and the energy source, that is, the heating element, to effectively transfer heat, which is energy generated by the energy source, to the valve. Through this, the microfluidic device can effectively control the fluid even when the dividing unit 120 is separated from the center of the body 100 by a predetermined distance or more. The heat transfer member may be made of a material including at least one of diamond, silver, aluminum oxide, boron nitride, zinc oxide, and aluminum nitride in a combination including at least one of epoxy, silicone, urethane, and acrylate.

한편, m개의 저장 챔버(1231)는 서로 교차하여 분리 챔버(1230)에 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, m개의 저장 챔버(1231)는 분리 챔버(1230)를 기준으로 좌우 교번적으로 배치될 수 있다. 분리 챔버(1230)는 반경 방향으로 길이가 연장될 수 있으며, m개의 저장 챔버(1231)는 분리 챔버(1230)의 길이방향을 따라 좌우 번갈아 배치되고, 순차적으로 분리 챔버(1230)와 연결될 수 있다. Meanwhile, the m storage chambers 1231 may cross each other and be connected to the separation chamber 1230 . More specifically, the m storage chambers 1231 may be alternately arranged left and right based on the separation chamber 1230 . The separation chamber 1230 may extend in length in a radial direction, and the m storage chambers 1231 may be alternately disposed left and right along the longitudinal direction of the separation chamber 1230, and may be sequentially connected to the separation chamber 1230. .

이하에서는 도면을 참조하여 분할 유닛(120)에서 n개의 물질을 분리하는 방법을 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of separating n materials in the dividing unit 120 will be described with reference to the drawings.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분할 유닛(120)을 이용하여 n개의 물질을 분리하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a method of separating n materials by using the dividing unit 120 according to an embodiment of the present invention.

도 4의 (a)를 참조하면, 먼저 분할 유닛(120)의 투입 챔버(122)에 시료(S)를 투입할 수 있다. 이때, 분할 유닛(120)은 암 유닛(110)의 일단부(E1)에 결합된 상태일 수 있다. Referring to FIG. 4A , the sample S may be first introduced into the input chamber 122 of the division unit 120 . In this case, the dividing unit 120 may be coupled to one end E1 of the arm unit 110 .

다음 도 4의 (b)를 참조하면, 미세 유동 장치(10)의 바디 유닛(100)이 회전하면, 바디 유닛(100)에 연결된 암 유닛(110) 및 분할 유닛(120)에 원심력이 작용하게 된다. 분할 유닛(120) 내에 원심력이 작용될 경우, 밀도가 다른 n개의 물질(a 내지 g)은 밀도차에 의해 분리 챔버(1230) 내에서 순차적으로 분리가 이루어질 수 있다. 여기서, n개의 물질들은 생물학적 시료(S)에 포함된 단백질, 핵산, 엑소좀(Exosome), 소수포(Microvesicle), 소포체(Extracellar vesicle) 등 다양한 생물입자일 수 있다. 일 실시예에 따른 미세 유동 장치(10)는 상기한 n개의 물질을 생물학적 시료(S)로부터 직접 분리할 수도 있지만, 다른 실시예로서, 생물 입자에 별도의 결합물질을 결합시켜 분리하는 것도 가능하다. 예를 들면, 엑소좀(exosome)의 경우 그 크기가 매우 작기 때문에, 엑소좀보다 크기가 큰 렉틴(lectin)이라는 결합물질과 응집시킨 후 미세 유동 장치(10)를 이용하여 분리할 수 있다. 상기한 방법으로 분리된 엑소좀-렉틴 응집체는 저장 챔버(1231)로 저장된 후 후처리 과정을 통해 렉틴이 분리됨으로써, 엑소좀을 추출할 수 있다. Next, referring to FIG. 4B , when the body unit 100 of the microfluidic device 10 rotates, centrifugal force acts on the arm unit 110 and the division unit 120 connected to the body unit 100 . do. When a centrifugal force is applied in the dividing unit 120 , n materials (a to g) having different densities may be sequentially separated in the separation chamber 1230 due to the difference in density. Here, the n substances may be various biological particles, such as proteins, nucleic acids, exosomes, microvesicles, and extracellular vesicles, included in the biological sample (S). The microfluidic device 10 according to an embodiment may directly separate the n materials from the biological sample S, but in another embodiment, it is also possible to separate the biological particles by binding a separate binding material. . For example, since exosomes are very small in size, they can be aggregated with a binding material called lectin, which is larger than exosomes, and then separated using the microfluidic device 10 . The exosome-lectin aggregate separated by the above method is stored in the storage chamber 1231 and then the lectin is separated through a post-treatment process, thereby extracting the exosome.

일 실시예로서, 미세 유동 장치(10)는 속도침강 원심분리(rate-zonal centrifugation) 원리를 이용할 수 있다. 이 경우 시료(S)를 투입 챔버(122)에 넣고 원심력을 가하게 되면 세포의 크기 및 입자의 밀도에 따라 침강 속도가 달라지게 되고 특정 시간에 입자의 크기 및 밀도에 따라 층 별로 물질들이 분리될 수 있다. 다시 말해, 시료 내 가장 무거운 g 물질은 분리 챔버(1230) 내에 회전축(Ax1)으로부터 가장 먼 공간에 위치할 수 있고, 가장 가벼운 a 물질은 분리 챔버(1230) 내에 회전축(Ax1)으로부터 가장 가까운 공간에 위치할 수 있다. 특히, 시료(S) 또는 분리 챔버(1230) 내에 포함된 밀도 구배 물질(DGM)에 의해 각각의 n개의 물질(a 내지 f)은 보다 효과적으로 분리될 수 있다. As an embodiment, the microfluidic device 10 may use a rate-zonal centrifugation principle. In this case, when the sample (S) is put into the input chamber 122 and centrifugal force is applied, the sedimentation rate is changed according to the size of the cells and the density of the particles, and the materials can be separated for each layer according to the size and density of the particles at a specific time. have. In other words, the heaviest material g in the sample may be located in the space farthest from the rotation axis Ax1 in the separation chamber 1230, and the lightest material a in the separation chamber 1230 is located in the space closest to the rotation axis Ax1 in the separation chamber 1230. can be located In particular, each of the n materials a to f may be more effectively separated by the sample S or the density gradient material DGM included in the separation chamber 1230 .

다음, 도 4의 (c)와 같이, 미세 유동 장치(10)는 원심력에 의해 시료(S)로부터 밀도가 다른 n개의 물질(a 내지 g)을 분리한 후, 회전축(Ax1)에 인접한 내측 밸브부터 외측 밸브까지 순차적으로 m개의 밸브(1232)를 개방시켜 n개의 물질(a 내지 g)을 m개의 저장 챔버(1 내지 6)로 전달할 수 있다. 보다 구체적으로, 미세 유동 장치(10)는 회전축(Ax1)에 인접한 내측 밸브를 개방하고 분할 유닛(120)을 회전시키면 a 물질이 제1 저장챔버(1) 내부로 유입되어 저장될 수 있다. 이러한 과정을 내측 부터 외측 밸브까지 개방과 폐쇄를 순차적으로 반복하면서 각 저장 챔버(1내지 6)에 각각 분리된 물질들을 저장시킬 수 있다. 여기서, m개의 저장 챔버(1 내지 6)은 n개의 물질(a 내지 g)과 개수가 같을 수도 있으나, 도시된 바와 같이, m개의 저장 챔버(1 내지 6)는 분리되는 물질의 개수보다 작을 수도 있다. Next, as shown in FIG. 4C , the microfluidic device 10 separates n materials (a to g) having different densities from the sample S by centrifugal force, and then the inner valve adjacent to the rotation shaft Ax1 The m number of valves 1232 may be sequentially opened from the to the outer valve to transfer the n substances (a to g) to the m number of storage chambers (1 to 6). More specifically, when the microfluidic device 10 opens the inner valve adjacent to the rotation shaft Ax1 and rotates the division unit 120 , the material a may be introduced into the first storage chamber 1 and stored. Separated substances can be stored in each storage chamber 1 to 6 while sequentially repeating the opening and closing of the valve from the inside to the outside. Here, the m storage chambers 1 to 6 may have the same number as the n materials a to g, but as shown, the m storage chambers 1 to 6 may be smaller than the number of separated materials. have.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 미세 유동 장치는 바디유닛에 결합되는 복수의 암 유닛 및 복수의 암 유닛의 일단부에 탈착가능하도록 구비되는 분할 유닛을 구비함으로써, 디스크의 소형화가 가능할 뿐만 아니라 같은 원심 속에서도 큰 원심력을 분할 유닛에 부여할 수 있다. As described above, the microfluidic device according to embodiments of the present invention includes a plurality of arm units coupled to the body unit and a division unit detachably provided at one end of the plurality of arm units, thereby reducing the size of the disk. Not only is it possible, but it is also possible to impart a large centrifugal force to the dividing unit even in the same centrifugal force.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.As such, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. . Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

10: 미세 유동 장치
100: 바디 유닛
110: 암 유닛
120: 분할 유닛
121: 몸체부
122: 투입 챔버
123: 미세 유체 구조
1230: 분리 챔버
1231: 저장 챔버
1232: 밸브
10: microfluidic device
100: body unit
110: arm unit
120: division unit
121: body part
122: dosing chamber
123: microfluidic structure
1230: separation chamber
1231: storage chamber
1232: valve

Claims (17)

회전축을 중심으로 회전가능한 바디 유닛;
상기 회전축을 중심으로 상기 바디 유닛에 방사상으로 배치되는 복수의 암 유닛; 및
상기 복수의 암 유닛 각각의 일단부에 탈부착 가능하도록 결합되며, 유입된 시료로부터 적어도 제1 물질을 분리하기 위한 미세 유체 구조를 포함하는 복수의 분할유닛;을 포함하고,
상기 회전축으로부터 상기 암 유닛의 말단까지의 제1 거리와 상기 암 유닛의 말단부터 상기 분할유닛의 말단까지의 제2 거리는 2:1 내지 20:1 비율을 갖고,
상기 회전축으로부터 상기 분할유닛의 말단까지의 제2 반지름은 상기 회전축으로부터 상기 바디 유닛의 외곽까지의 제1 반지름의 2배이거나 이보다 크고,
상기 암 유닛의 상기 바디 유닛과 결합되는 타단부의 길이는, 상기 제1 반지름에 대응되는, 미세 유동 장치.
a body unit rotatable about a rotation axis;
a plurality of arm units radially disposed on the body unit with respect to the rotation axis; and
a plurality of division units detachably coupled to one end of each of the plurality of arm units and including a microfluidic structure for separating at least a first material from the introduced sample;
The first distance from the rotation shaft to the end of the arm unit and the second distance from the end of the arm unit to the end of the dividing unit have a ratio of 2:1 to 20:1,
The second radius from the axis of rotation to the end of the division unit is twice or greater than the first radius from the axis of rotation to the outer edge of the body unit,
The length of the other end of the arm unit coupled to the body unit corresponds to the first radius, microfluidic device.
제1 항에 있어서,
상기 미세 유체 구조는 원심력에 의해 상기 시료로부터 적어도 제1 물질을 분리하기 위한 분리 챔버를 포함하는, 미세 유동 장치.
The method of claim 1,
wherein the microfluidic structure comprises a separation chamber for separating at least a first material from the sample by centrifugal force.
제1 항에 있어서,
상기 미세 유체 구조는
상기 시료가 투입되는 투입 챔버;
상기 투입 챔버와 연결되며, 원심력에 의해 상기 시료로부터 밀도가 다른 n개의 물질을 분리하기 위한 분리 챔버; 를 포함하는, 미세 유동 장치.
The method of claim 1,
The microfluidic structure is
an input chamber into which the sample is introduced;
a separation chamber connected to the input chamber and configured to separate n materials having different densities from the sample by centrifugal force; A microfluidic device comprising a.
제3 항에 있어서,
상기 미세 유체 구조는,
각각 상기 분리 챔버와 연결되며, 분리된 n개의 물질을 저장하기 위한 m개의 저장 챔버;를 더 포함하고,
상기 m개의 저장 챔버는 서로 교차하여 상기 분리 챔버에 연결되는, 미세 유동 장치.
4. The method of claim 3,
The microfluidic structure is
Each of the separation chambers and connected to the m storage chambers for storing the separated n materials; further comprising,
and the m storage chambers intersect each other and are connected to the isolation chamber.
제4 항에 있어서,
상기 m개의 저장 챔버는 상기 분리 챔버를 기준으로 좌우 교번적으로 배치되는, 미세 유동 장치.
5. The method of claim 4,
The m storage chambers are alternately arranged left and right with respect to the separation chamber.
제5 항에 있어서,
상기 m개의 저장 챔버와 상기 분리 챔버를 연결하는 각각의 채널에 설치되는 m개의 밸브를 더 포함하는, 미세 유동 장치.
6. The method of claim 5,
The microfluidic device further comprising m valves installed in each channel connecting the m storage chambers and the separation chamber.
제6 항에 있어서,
상기 미세 유동 장치는 원심력에 의해 상기 시료로부터 밀도가 다른 n개의 물질을 분리한 후, 상기 회전축에 인접한 내측 밸브부터 외측 밸브까지 순차적으로 상기 m개의 밸브를 개방시켜 상기 n개의 물질을 상기 m개의 저장 챔버로 전달하는, 미세 유동 장치.
7. The method of claim 6,
The microfluidic device separates n materials having different densities from the sample by centrifugal force, and then sequentially opens the m valves from the inner valve adjacent to the rotation shaft to the outer valve to store the n materials. A microfluidic device, delivered into the chamber.
제6 항에 있어서,
상기 밸브에 대응되는 위치에 배치되는 가열부재를 구비하는 가열부;를 더 포함하는, 미세 유동 장치.
7. The method of claim 6,
The microfluidic device further comprising; a heating unit having a heating member disposed at a position corresponding to the valve.
제8 항에 있어서,
상기 가열부재에 전력을 공급하는 배터리를 더 포함하는, 미세 유동 장치.
9. The method of claim 8,
The microfluidic device further comprising a battery for supplying power to the heating member.
제9 항에 있어서,
상기 배터리는 상기 가열부 상의 중심에 배치되는, 미세 유동 장치.
10. The method of claim 9,
The battery is disposed centrally on the heating unit, microfluidic device.
제9 항에 있어서,
상기 배터리는 상기 가열부 상에 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 배터리는 대칭적으로 배치되는, 미세 유동 장치.
10. The method of claim 9,
A plurality of batteries are provided on the heating unit, and the plurality of batteries are symmetrically disposed.
제8 항에 있어서,
상기 밸브 및 상기 가열 부재 사이에 구비되는 열전달 부재를 더 포함하는, 미세 유동 장치.
9. The method of claim 8,
The microfluidic device further comprising a heat transfer member provided between the valve and the heating member.
제12 항에 있어서,
상기 열전달 부재는 에폭시, 실리콘, 우레탄 및 아크릴레이트 중 적어도 하나를 포함하는 조합에 다이아몬드, 실버, 알루미늄 옥사이드, 보론 나이트라이드, 징크 옥사이드 및 알루미늄 나이트라이드 중 적어도 하나가 포함된 재료로 이루어지는, 미세 유동 장치.
13. The method of claim 12,
The heat transfer member is made of a material comprising at least one of diamond, silver, aluminum oxide, boron nitride, zinc oxide and aluminum nitride in a combination comprising at least one of epoxy, silicone, urethane and acrylate, microfluidic device .
제8 항에 있어서,
상기 가열 부재는 발열 소자로 이루어지며,
상기 발열 소자는 전자부품으로 이루어지고,
상기 전자부품에 인가되는 전류 또는 전압을 제어하는 제어부를 더 포함하는 미세 유동 장치.
9. The method of claim 8,
The heating member is made of a heating element,
The heating element is made of an electronic component,
The microfluidic device further comprising a controller for controlling the current or voltage applied to the electronic component.
제14 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 밸브를 이루는 물질의 종류 또는 상기 바디 유닛 및 상기 가열부의 회전 속도에 따라 상기 전자부품에 인가되는 전류 또는 전압을 제어하는, 미세 유동 장치.
15. The method of claim 14,
The control unit controls the current or voltage applied to the electronic component according to the type of material constituting the valve or the rotational speed of the body unit and the heating unit, microfluidic device.
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