KR102432895B1 - 미세유체 버블 트랩 - Google Patents

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Abstract

마이크로 플루이딕 기술 기반의 센서, 분리, 측정, 세포 배양, 분석 등 칩 내부로 유입되는 버블 유입을 차단 또는 제거하여 채널 내에서 유체의 흐름이 방해되거나 유체 내부를 차지하는 것을 방지함으로써 시료 분석, 시료 분리, 측정 등의 기능 효율을 크게 향상시킬 수 있는 미세유체 버블 트랩에 관한 것이다.
본 발명은 미세유체가 주입되며, 버블을 분리하는 트랩부 본체; 상기 트랩부 본체의 일측방향에서 연결되며, 미세유체를 공급하는 미세유체유입부; 및 상기 트랩부 본체의 상부를 관통하여 설치되며, 관로의 말단이 상기 미세유체 유입부의 하부에 위치하는 미세유체 배출부를 포함하는 미세유체 버블 트랩을 제공한다.

Description

미세유체 버블 트랩{Microfluidic Bubble Trap}
본 발명은 미세유체 버블 트랩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 플루이딕 기술 기반의 센서, 분리, 측정, 세포 배양, 분석 등 칩 내부로 유입되는 버블 유입을 차단 또는 제거하여 채널 내에서 유체의 흐름이 방해되거나 유체 내부를 차지하는 것을 방지함으로써 시료 분석, 시료 분리, 측정 등의 기능 효율을 크게 향상시킬 수 있는 미세유체 버블 트랩에 관한 것이다.
최근 암 조기 진단의 증가와 표적요법(targeted therapy)과 같은 치료법의 발전에도 불구하고 암은 여전히 사망원인의 많은 부분을 차지하고 있으며, 대부분의 암들은 아직도 수술적인 제거를 통해 완치될 수 있을 뿐이다. 하지만 원발성 종양(primary tumor)이 제거된 후에도 많은 인자들의 관여에 의해 암의 국소적 재발(relapse) 및 원격 전이(metastasis)가 일어나는 것으로 확인되고 있다. 따라서 암 치료성적과 예후를 결정짓는 가장 중요한 요소중 하나는 첫 진단 시 또는 치료 중에 전이된 암세포의 존재 여부를 판별하는 것이다.
암세포가 림프절이나 골수로 전이된 것을 “파종암 세포(disseminated tumor cell, DTC)", “암환자의 말초혈액 내에서 순환하는 암세포를 혈중순환암세포(circulating tumor cell, CTC)"라고 정의하며, 이러한 암세포들은 원발 병소 또는 전이 병소로부터 탈락된 세포들이다.
혈중순환암세포(circulating tumor cell, CTC)는 암 진단, 치료 예후 분석, 미세전이 분석 등에 있어서 유력한 바이오마커로 기대되고 있을 뿐 만 아니라 기존의 암 진단 방법에 비해 분석 방법에 있어서 비침습(noninvasive)방법이라는 장점을 가지고 있기 때문에 미래의 암 진단 방법으로 매우 유망하다. 하지만 혈중 암세포는 혈액 중 분포 비율이 전체 세포 10억개 당 암세포 1개 또는 백혈구 106~107개 당 암세포 1개 수준으로 매우 낮기 때문에 정확한 분석이 매우 어려우며 매우 정교한 분석 방법을 필요로 한다.
세포 표면 분자마커를 이용하여 세포를 분리하는 기술은 생명과학, 약학, 의학 등에 있어서 매우 중요한 역할을 하고 있다. 특히 자성(magnetic)을 이용하여 세포를 분리하는 기술은 대량의 표적 세포들을 신속하게 분리할 수 있게 하였으며, 단백질 분리부터 세포기반 치료요법까지 다양한 범위에 적용되고 있다.
최근에는 표적 세포의 표면 마커를 특이적으로 인지하는 단일항체등과 같은 프로브(probe)와 결합된 강자성입자가 세포에 레이블(lable)되어 분리되는 기술이 이용되고 있는데, 표면에 표적 생체분자와 결합될 수 있는 프로브(probe)를 자성입자를 샘플 용액에 투입하여 표적 생체분자를 포획하게 하고, 샘플 용액으로부터 다시 자성입자를 분리함으로써 표적 생체 분자를 추출한다. 이렇게 자성 비드를 이용하여 표적 생체분자를 분리하는 방법은 이미 상용화 되어서, 세포, 단백질, 핵산 또는 기타 생체 분자 등을 분리 하는데 널리 사용되고 있다. 고구배 자기장(HGMS : High gradient magnetic separation)을 이용하여 자성입자를 분리하는 자기영동(magnetophoresis) 분리 기술은 효율이 높고 사용이 간편하며, 자성입자와 바이오 분석물 간의 생친화적 결합에 의하여 생물적 특이성이 유지되고, 또한 자기장은 장치내 완충용액나 샘플에 의해 영향을 받지 않는 장점이 있다.
이러한 자기영동 관련기술을 이용한 진단방법으로 마이크로 플루이딕 기술 기반의 칩형 진단기가 사용되고 있다. 이러한 미세유체칩은 칩의 내부에 다양한 채널을 설치하여 자기영동기술을 작은 공간내에서 수행되도록 하는 것으로 현장에서 진단가능하도록 할 수 있으며, 또한 복잡한 실험실 수준의 장비 없이도 일정한 수준의 진단 및 식별리 가능하다는 장점을 가지고 잇다.
그러나 미세유체기반 기술의 센서, 분리, 측정, 세포 배양, 분석 등 다양한 디바이스들은 필연적으로 발생하는 미세 버블(fine bubble)이 채널 내부에 유입되는 문제점이 있다. 이러한 미세 버블들은 채널 내부를 막아 유체의 흐름을 방해하거나 채널내의 유속의 변화, 부피 변화를 일으켜 분리, 분석, 측정 등 기능의 효율을 저하시킨다(도 7 참조).
물론 샘플 또는 버퍼용액 내부에 존재하는 미세 버블을 제거하기 위해서 별도의 장비가 부수적으로 필요하며, 미세유체 내 유입되는 샘플 또는 버퍼용액 등 용액 내부에 존재하는 미세 버블은 완벽히 제거할 수 없는 단점이 있다.
기존의 버블 제거장치는 유체 관로에 모서리를 설치하여 이 부분에 발생된 버블이 결합되어 분리되는 방식을 많이 사용하고 있다. 또한 이러한 수동적인 방법 이외에도 레이저나 전기장을 이용하여 버블을 제거하는 능동적인 방법도 사용되고 있다. 하지만 모서리를 이용하는 수동적인 방법의 경우 일정량 이상의 버블이 부착되면 관로가 버블로 가득차게 되어 관로가 폐쇄된다는 단점을 가지고 있을 뿐만 아니라 미세버블은 모서리부에 부착되지 않고 유체 내를 부유하게 되므로 미세버블에 대한 제거효율이 떨어진다는 단점을 가지고 있다. 또한 능동적인 방법의 경우 미세버블에 대한 제거효율은 뛰어나지만 추가적인 장비의 설치가 필요하여 그 사용에 제한적이다.
따라서 유체내에 발생하는 버블을 효과적으로 제거하면서도 별도의 에너지 공급이 최소화될 수 있는 새로운 유체내 버블 제거장치가 필요한 실정이다.
(0001) 대한민국 등록특허 제10-1893114호 (0002) 대한민국 등록특허 제10-2039230호
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 마이크로 플루이딕 기술 기반의 센서, 분리, 측정, 세포 배양, 분석 등 칩 내부로 유입되는 버블 유입을 차단 또는 제거하여 채널 내에서 유체의 흐름이 방해되거나 유체 내부를 차지하는 것을 방지함으로써 시료 분석, 시료 분리, 측정 등의 기능 효율을 크게 향상시킬 수 있는 미세유체 버블 트랩을 제공하고자 한다.
상술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 미세유체가 주입되며, 버블을 분리하는 트랩부 본체; 상기 트랩부 본체의 일측방향에서 연결되며, 미세유체를 공급하는 미세유체유입부; 및 상기 트랩부 본체의 상부를 관통하여 설치되며, 관로의 말단이 상기 미세유체 유입부의 하부에 위치하는 미세유체 배출부를 포함하는 미세유체 버블 트랩을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 트랩부 본체는 내부가 원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 또는 팔각형으로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 미세유체 유입부는 관로의 말단이 연장되어 설치되며, 상기 트랩부 본체의 중심을 지나는 위치까지 연장되어 있을 수 있다.
본 발명은 또한 원통형의 내부에 미세유체가 주입되며, 버블을 분리하는 트랩부 본체; 상기 트랩부 본체의 일측방향에서 연결되며, 미세유체를 공급하는 미세유체유입부; 및 상기 트랩부 본체의 상부를 관통하여 설치되며, 관로의 말단이 상기 미세유체 유입부의 하부에 위치하는 미세유체 배출부를 포함하되, 상기 트랩부 본체는 상부의 내경이 하부의 내경보다 크게 제작되는 것을 특징으로 하는 미세유체 버블 트랩을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 미세유체 유입부는 상기 원통형의 본체의 접선방향으로 상기 미세유체를 공급하는 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 본체 상부의 내측과 상기 본체 측면내벽이 형성하는 상부 모서리는 상기 측면 내벽의 둘레를 따라 연결된 모서리 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 본체 상부의 내측과 상기 본체 측면내벽이 형성하는 상부 모서리는 상부의 내측면을 기준으로 70~120°의 각도를 가지는 것일 수 있다.
본 발명은 또한 미세유체가 주입되며, 버블을 분리하는 트랩부 본체; 상기 트랩부 본체의 일측방향에서 연결되며, 미세유체를 공급하는 미세유체유입부; 및 상기 트랩부 본체의 상부를 관통하여 설치되며, 관로의 말단이 상기 미세유체 유입부의 하부에 위치하는 미세유체 배출부를 포함하되, 상기 미세유체 배출부의 관로는 표면에 미세구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미세유체 버블 트랩을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 미세구조는 높이 50~100㎛ 직경 50~100㎛의 원기둥, 삼각기둥, 사각기둥, 오각기둥, 육각기둥 또는 팔각기둥으로 형성되며, 각 미세구조 사이의 간격이 50~200㎛일 수 있다.
일 실시예에 있어서 상기 미세구조는 상기 미세유체가 소수성을 가지는 경우 친수성을 가지며, 상기 미세유체가 친수성을 가지는 경우 소수성을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 본체 상부의 내측과 상기 본체 측면내벽이 형성하는 상부 모서리는 상기 측면 내벽의 둘레를 따라 연결된 모서리 형상을 갖는 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 본체 상부의 내측과 상기 본체 측면내벽이 형성하는 상부 모서리는 상부의 내측면을 기준으로 70~120°의 각도를 가질 수 있다.
본 발명은 또한 상기 미세유체 버블 트랩을 포함하는 미세유체 기반 진단 시스템을 제공한다.
상기 미세유체 기반 진단 시스템은, 버퍼용액 또는 미세유체를 공급하는 유체 공급부; 상기 유체 공급부에서 공급되는 유체에 포함되어 있는 버블을 제거하는 미세유체 버블트랩; 상기 미세유체 버블트랩을 통과한 유체를 혼합 및 분리하는 랩온어칩; 상기 랩온어칩을 통과한 미세유체를 분석하는 진단수단; 및 상기 진단시스템을 제어하는 진단시스템 제어장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 랩온어칩은, 자성입자가 함유된 시료 및 완충용액을 포함하는 유체를 내부에 수용하여 이송되고, 상기 유체가 유입되는 유입부와 시료로부터 분리된 자성입자 및 완충용액이 유출되는 유출부를 포함하는 채널부; 및 상기 채널부의 외부 일면에 위치하여 상기 자성입자를 분리하기 위한 자기상 구배를 생성시키고, 그 일단부가 상기 유체의 흐름방향과 평행한 1개 이상의 와이어를 포함하는 자성부를 포함하여 이루어지고, 상기 와이어와 미접촉되는 상기 채널부 내부에 난류를 형성하는 난류형성부를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 미세유체 버블 트랩은 마이크로 플루이딕 기술 기반의 센서, 분리, 측정, 세포 배양, 분석 등 칩 내부로 유입되는 버블 유입을 차단 또는 제거하여 채널 내에서 유체의 흐름이 방해되거나 유체 내부를 차지하는 것을 방지함으로써 시료 분석, 시료 분리, 측정 등의 기능 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 미세유체 버블 트랩의 구조를 간단히 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 단차부를 가지는 미세유체 버블 트랩을 간략히 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 내부가 사이클론 형상을 가지는 미세유체 버블 트랩을 간략이 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 내부가 사이클론 형상을 가지는 미세유체 버블 트랩을 간략이 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 미세유체 배출부 관로 표면의 미세구조를 간략히 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 미세구조에 미세버블이 부착되는 것을 간략히 도시한 것이다.
도 7은 기존의 미세유체칩의 버블 유입모습을 나타낸 것으로 (a)는 관내에서 발생한 버블의 모습, (b)는 채널 내로 유입된 버블의 모습을 나타낸 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 미세유체 버블 트랩이 설치된 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 미세유체 버블 트랩을 포함하는 진단시스템을 나타낸 것으로 (a)는 버블이 유입되기 이전, (b)는 버블이 유입된 이후 버블 트랩에 버블이 갇혀있는 것을 나타낸 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 진단시스템의 구성을 간력히 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 랩온어칩의 구성도를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 랩온어칩의 와이어 배열을 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 랩온어칩의 와이어 배열을 나타낸 것이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 내부형상이 변경된 버블트랩의 모습을 간략히 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한 미세유체 유입부 및 배출부의 형상을 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 개시된 기술은 여기서 설명되는 구현예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 구현예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 기술의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 위에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 위에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 또한, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그리고 복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다.
발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, 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.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. “제1 ” 또는“제2 ” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
또, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, “포함하다” 또는 “가지다”등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또, 방법 또는 제조 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 미세유체 버블 트랩의 구조를 간략히 나타낸 것이며, 도 8은 실제 설치 모습을 나타낸 것이다.
본 발명은 미세유체가 주입되며, 버블을 분리하는 트랩부 본체; 상기 트랩부 본체의 일측방향에서 연결되며, 미세유체를 공급하는 미세유체유입부; 및 상기 트랩부 본체의 상부를 관통하여 설치되며, 관로의 말단이 상기 미세유체 유입부의 하부에 위치하는 미세유체 배출부를 포함하는 미세유체 버블 트랩에 관한 것이다.
상기 트랩부 본체(100)는 내부에 상기 미세유체가 수용될 수 있는 공간을 형성하는 부분으로, 버블의 원활한 분리를 위하여 내부가 원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 또는 팔각형으로 제작될 수 있다.
상기 미세유체에 혼합되는 버블의 경우 모서리 부분에 응집되는 특징을 가지고 있으며, 기존의 미세버블 트랩의 경우 다수개의 모서리를 이용하여 이를 제거하고 있다. 하지만 본 발명의 경우 상기 유입되는 미세유체에 포함되는 버블이 상기 본체의 상부를 통하여 제거되는 것이 바람직하므로, 벽면에 미세버블이 응집되지 않도록 상기 본체의 내부는 원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 또는 팔각형으로 제작되는 것이 바람직하다.
이때 상기 본체의 경우 높이가 5~20mm이며, 내경이 3~5mm의 크기를 가질 수 있다. 상기 범위 미만의 크기를 가지는 경우 버블의 제거효과가 떨어질 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 필요한 시료 및 완충액의 양이 많아져 비경제적이다.
다만 상기 내부의 측면과 상기 상부의 내면이 만나는 부분은 모서리(110)를 이루도록 제작되어 상기 미세유체와 동시에 유입된 버블이 상부에 모이도록 제작되는 것이 바람직하다.
아울러 상기 본체(100)의 상단에는 단차부(120)가 형성되어 상기 버블을 상부에 위치하도록 할 수 있다. 위에서 살펴본 바와 같이 상기 버블의 경우 모서리(120) 부근에 모이는 성질을 가지고 있다. 본 발명의 경우 상기 내부의 측면과 상기 상부의 내면이 만나는 부분에 모서리(120)가 형성되어 상기 버블을 상기 본체(100)의 상부에 위치하도록 할 수 있지만, 이를 보조하기 위하여 상기 본체(100)의 상단에는 단차부(120)가 형성되어 있는 것이 바람직하다(도 2 참조). 상기 단차부(120)는 상하부의 내경이 차이가 나도록 형성되어 모서리를 형성하는 부분으로 본 발명의 경우 상기 버블을 상기 본체의 상부에 위치하도록 상기 단차부(120)의 상부가 상기 단차부의 하부보다 큰 내경을 가지도록 제작될 수 있다.
상기 단차부(120)를 통하여 상기 상부에 위치하는 버블은 미세유체의 이동에 의하여 하부로 하강하지 않도록 윗부분에만 위치할 수 있다.
이때 상기 단차부(120)의 상부와 하부의 직경차이는 0.5~3mm일 수 있다. 상기 직경의 차이가 0.5mm미만인 경우 상기 단차부에 의한 효과를 기대하기 어려우며, 상기 직경의 차이가 3mm를 초과하는 경우 상기 단차부에 버블이 정체되어 버블의 배출이 원활하지 않을 수 있다.
상기 본체(100)의 측면에는 미세유체 유입부(200)가 설치될 수 있다. 상기 미세유체 유입부(200)는 상기 미세유체를 상기 본체(100)의 내부로 공급하는 부분으로, 관로의 말단이 연장되어 설치되며, 상기 트랩부 본체의 중심을 지나는 위치까지 연장되어 있을 수 있다. 상기 유입부가 측면에 설치됨에 따라 상기 미세유체는 유입되며 확산될 수 있으며, 압력이 저하됨에 따라 상기 미세유체 내에 포함되는 버블의 크기가 커지게 되어 응집 및 제거가 더욱 용이할 수 있다.
또한 상기와 같은 버블의 응집을 더욱 촉진하기 위하여 상기 유입부의 관로가 상기와 같이 중심을 지나는 위치까지 연장되어 설치될 수 있다(도 1 참조). 이를 통하여 상기 공급되는 미세유체는 상기 본체(100)에 주입될 때 본체의 벽면에 강하게 충돌할 수 있으며, 이 충격을 통하여 상기 미세유체에 포함되어 있는 버블의 응집이 가속화될 수 있다.
이를 상세히 살펴보면, 상기 연장된 관로에서 공급되는 미세유체는 관로에서 배출되며 속도가 빨라지고 압력이 떨어지게 된다(베르누이의 원리). 이때 상기 미세유체에 포함되어 있는 버블은 압력이 감소됨에 따라 팽창될 수 있으며, 이에 따라 상기 버블의 경우 그 크기가 커져 더욱 응집이 용이하게 변화될 수 있다. 또한 상기 관로의 경우 중심을 지난 위치까지 연정되어 설치되므로 상기와 같이 속도가 증가된 미세유체는 상기 본체의 타측 내면에 강하게 충돌할 수 있다. 이를 통하여 상기 크기가 확장된 버블은 응집되며, 비중에 따라 상기 본체(100) 내면의 상부로 이동하여 배출될 수 있다.
상기 미세유체 배출부(300)는 상기 트랩부 본체(100)의 상부를 관통하여 설치되며, 관로의 말단이 상기 미세유체 유입부(200)의 하부에 위치할 수 있다. 상기 배출부(300)는 비중이 큰 미세유체만을 선택적으로 배출해야 하기 때문에 상기 본체(100)의 하단에 설치되는 것이 바람직하다. 하지만 단순히 상기 본체의 바닥부를 뚫어 배출부를 설치하는 경우 배출부 상부의 유체를 빨아들여 배출하므로 내부에 포함되는 미세버블이 상기 미세유체와 혼합되어 배출될 수 있다. 아울러 상기 유입부에서 공급되는 미세유체의 경우 상기 본체(100)의 내부에서 일정시간동안 체류하여 상기 버블을 제거하는 것이 바람직하지만, 상기와 같이 바닥부에 배출부를 설치하는 경우 상기 유입부에서 공급되는 유체가 체류하지 않고 바로 배출되어 상기 배출되는 미세유체에 미세버블이 포함될 수 있다. 따라서 본 발명의 경우 상기 배출부(300)는 상기 본체(100)의 상부 중앙을 관통하여 설치되며, 관로가 연장되어 설치되어 관로의 말단이 상기 미세유체 유입부의 하부에 위치하는 것이 바람직하다(도 1 참조). 이를 통하여 상기 배출부의 하부에 위치하는 유체만을 선택적으로 배출하는 것이 가능하며, 미세버블이 혼합되어 배출되는 것을 최소화할 수 있다. 특히 유입부(200)에서 공급되는 유체는 일정시간 동안 체류한 다음, 하부로 이동하게 되며, 이를 통하여 상기 공급되는 미세유체의 체류시간을 확보하여 미세유체와 버블의 분리를 최대화할 수 있다.
또한 상기 미세유체 유입부 및 미세유체 배출구의 말단은 유입 및 유출의 효율을 위하여 사선으로 절단될 수 있다. 수직으로 절단되는 경우 정확한 위치의 유입및 유출을 수행할 수 있지만 높은 저항으로 인하여 미세유체의 유입 및 유출 속도가 감소될 수 있다. 따라서 이러한 유입부 및 배출부의 크기를 늘려 저항을 감소시킬수도 있다. 이를 위하여 상기 유입부 및 배출부는 사선으로 절단된 형태로 제작될 수 있다(도 16 참조).
상기 본체(100)의 경우 미세유체에 포함되는 버블의 배출을 위하여 내부가 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 이를 위하여 중앙부가 상부 및 하부보다 직경이 크도록 제작되거나, 직경이 작도록 제작되어 버블의 응집 효율을 형상시키는 것이 바람직하다(도 14 및 도 15 참조).
특히 상기 본체 내부의 상부 직경이 하부 직경보다 크도록 제작하여 내부를 일종의 사이클론으로 제작하는 것으로 상기 버블의 응집효율을 최대화할 수 있다(도 3 참조).
상기 버블의 경우 내부에 기체가 포함되어 있으므로 상기 미세유체에 비하여 그 비중이 낮을 수 있다. 따라서 이러한 미세유체에 원심력을 가하는 경우 상기 버블과 상기 유체를 비중에 의하여 응집시키는 것이 가능하다.
이를 위하여 상기 본체(100)의 내부는 하부의 직경이 상부의 직경에 비하여 작게 형성될 수 있으며, 이에 따라 상기 본체(100) 내로 공급되는 미세유체는 내부에서 일방향으로 회전하는 것으로 원심력에 의하여 버블을 분리하는 것이 가능하다.
또한 상기와 같이 내부에 공급되는 미세유체에 회전력을 주기 위하여 상기 미세유체 유입부(200)는 상기 원통형의 본체의 접선방향으로 상기 미세유체를 공급(210)할 수 있다. 이를 통하여 상기 내부에 공급되는 미세유체는 일방향으로 회전하며 중력에 의하여 하강할 수 있으며 상기 미세유체에 포함되어 있는 버블의 경우 상기 본체(100)의 중앙부에 모여 비중차이에 의하여 상부로 상승할 수 있다(도 2 참조).
특히 본 발명의 경우 상기 본체(100)의 중앙에는 상기 미세유체 배출부(300)의 관로가 연장되어 설치되어 있으므로, 상기 버블의 경우 상기 미세유체 배출부(300)의 관로부근에서 응집되어 상부로 상승할 수 있으며, 상기 본체(100) 내에서 일정시간 체류하며 회전한 미세유체의 경우 중력에 의하여 하강한 다음, 하부에서 상기 미세유체 배출부(300)의 관로를 통하여 배출될 수 있다.
또한 이렇게 하부의 직경이 상부의 직경보다 작게 제작되는 경우에도, 상기 내부의 측면과 상기 상부의 내면이 만나는 부분은 모서리(110)를 이루도록 제작되어 상기 미세유체와 동시에 유입된 버블이 상부에 모이도록 제작되는 것이 바람직하다. 즉 상기 본체 상부의 내측과 상기 본체 측면내벽이 형성하는 상부 모서리는 상기 측면 내벽의 둘레를 따라 연결된 모서리(110) 형상을 가질 수 있으며 상기 본체 상부의 내측과 상기 본체 측면내벽이 형성하는 상부 모서리(110)는 상부의 내측면을 기준으로 70~120°의 각도를 가지는 것이 바람직하다. 상기 상부 모서리가 형성하는 각도가 70°미만인 경우 상기 본체내부의 용량이 줄어들게 되어 상기 본체 내에서 상기 미세유체의 체류시간이 줄어들고 이에 따라 버블의 분리가 완전하지 않을 수 있으며, 상기 각도가 120°를 초과하는 경우 사이클론 형상을 구성하기 위해서는 내부에 한 번 더 꺾이는 부분을 형성하여야 하므로 제작이 어려워 비용이 상승할 수 있다(도 4 참조).
상기 사이클론 형상의 내부를 가지는 버블트랩의 작동방식을 상세히 살펴보면, 상기 버블 트랩에는 최초로 완충액이 공급될 수 있다. 이때 상기 완충액은 상기 사이클론 형상의 상부에서 일정한 압력을 가지고 공급될 수 있으며, 이는 상기 완충액은 벽면을 따라 상기 버블 트랩의 본체(100) 내부를 채우며 하강하게 된다. 이렇게 하강하는 동안 상기 미세유체 배출구(300)를 폐쇄하면 상기 완충액은 상기 본체 내를 가득 채울 수 있다. 상기와 같이 트랩 본체의 내부에 상기 완충액이 가득 차게 되면 상기 미세유체 배출구(300) 개방하여 미세유체 배출구(300)　내부도 상기 완충액으로 채울 수 있다. 상기와 같이 완충액의 주입이 완료된 이후 상기 미세유체 유입부(200)를 통하여 미세유체를 공급하게 된다. 이때 상기 미세유체는 상기 본체(100) 내부에 접선방향으로 공급(210)되며 회전할 수 있으며, 원심력에 의하여 버블과 미세유체가 분리되어 유체는 하강하고 상기 버블은 위로 상승하게 된다. 이때 상기 버블은 외부로 배출되지 않고 상기 트랩 본체(100) 내에 위치하게 되므로 버블의 분리에 따른 추가적인 주입 없이도 원하는 양의 미세유체의 주입이 가능하다.
또한 상기와 같이 본체 내부의 형상을 변경하여 버블의 분리를 용이하게 하는 것과는 별도로 상기 관로의 표면에 특정한 형상을 형성하는 것으로 버블의 응집과 분리를 촉진하는 것이 가능하다.
이를 위하여 본 발명은 미세유체가 주입되며, 버블을 분리하는 트랩부 본체; 상기 트랩부 본체의 일측방향에서 연결되며, 미세유체를 공급하는 미세유체유입부; 및상기 트랩부 본체의 상부를 관통하여 설치되며, 관로의 말단이 상기 미세유체 유입부의 하부에 위치하는 미세유체 배출부를 포함하되, 상기 미세유체 배출부의 관로는 표면에 미세구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미세유체 버블 트랩에 관한 것이다.
이 경우 상기 본체(100)는 상기 기술한 것과 같이 내부가 원통형으로 구성되거나 상부의 직경이 하부의 직경보가 큰 사이클론 형상을 구성할 수 있다. 또한 이 본체부의 형상에 따라 상기 미세유체 유입부의 경우 상기 기술한 것과 같은 형상으로 제작하여 사용될 수 있다.
다만 상기 미세유체 배출부의 경우 관로의 표면에 미세구조(310)가 형성된 것일 수 있다. 상기 미세유체의 경우 일반적으로 포함되는 버블은 상기 본체부의 구조 및 미세유체 유입부의 구조 등을 통하여 용이하게 상부로 제거될 수 있다. 하지만 상기 미세유체에 포함되어 있는 미세버블(500)의 경우 그 크기가 작아(~50㎛) 계면을 형성하는 경계층을 통하여 분리되기보다는 미세유체의 흐름인 층류에 포함되는 경우가 많아 분리가 어려울 있다. 하지만 상기 미세버블 역시 상기 미세유체에 비하여 비중이 낮을 수 있으므로 상기 본체 구조에 의하여 상기 본체의 중앙부에 위치할 수 있으며, 이때 상기 미세유체 배출부가 상기 본체의 중앙부에 위치하고 있으므로, 이 미세유체 배출부에 상기 미세버블을 분리할 수 있는 구조를 형성하는 경우 이를 용이하게 제거할 수 있다.
상기 미세유체 배출부의 관로는 표면에 미세구조(310)가 형성될 수 있다. 상기 미세구조는 상기 미세유체에 포함되어 있는 미세버블을 포집하는 부분으로, 상기 미세버블이 부착될 수 있는 최적의 크기와 형상을 가질 수 있다.
이를 위하여 상기 미세구조는 높이 50~100㎛ 직경 50~100㎛의 원기둥, 삼각기둥, 사각기둥, 오각기둥, 육각기둥 또는 팔각기둥으로 형성되며, 각 미세구조 사이의 간격이 50~200㎛일 수 있다.
상기 미세구조는 상기 관로의 표면에 형성되는 원통형의 돌기일 수 있으며 이때 상기 미세구조는 상기 버블이 부착될 수 있는 모서리를 다수개 형성할 수 있다(도 5 참조). 일반적으로 상기 미세버블(500)은 상기와 같은 모서리 구조를 가지더라도 이 부분에 부착이 용이하지 않지만 본 발명의 경우 상기 미세구조(310)를 다수개 형성하게 되므로 확률적으로 상기 미세버블(500)의 부착성이 높아지게 된다.
상기 미세구조(310)는 상기 미세버블(500)의 부착이 용이하도록 상기 미세버블의 크기보다 큰 크기로 제작될 수 있다. 일반적인 미세버블(500)의 경우 그 크기가 50㎛이하이므로, 상기 미세구조(310)는 높이 50~100㎛ 직경 50~100㎛의 원통형으로 제작될 수 있다. 상기 미세구조(310)의 높이가 50㎛미만 또는 직경이 50㎛미만의 크기를 가지는 경우 상기 미세구조(310)에 의하여 표면장력이 형성되어 상기 미세버블(500)의 부착이 어려울 수 있으며, 상기 미세구조(310)의 높이가 100㎛를 초과하거나 직경이 100㎛를 초과하는 경우 큰 크기로 인하여 상기 미세버블(500)의 부착이 어렵거나 상기 미세구조(310)의 수가 줄어들게 되어 미세버블(500)의 제거가 어려울 수 있다. 또한 상기와 같이 크기가 크게 제작되는 경우 미세버블의 크기를 넘어서는 크기의 버블이 용이하게 부착됨에 따라 미세버블의 부착이 어려울 수 있다.
또한 상기 미세구조(310) 사이의 간격은 50~200㎛일 수 있다. 상기 미세구조(310) 사이의 간격이 50㎛미만인 경우 상기 미세버블(500)이 상기 미세구조의 하부에 부착되지 못하여 상기 미세버블(500)의 제거가 어려울 수 있으며, 상기 미세구조 사이의 간격이 200㎛를 초과하는 경우 크기가 큰 버블이 부착됨과 동시에 상기 미세구조(310)의 양이 줄게 되어 미세버블의 제거효율이 떨어질 수 있다.
또한 상기와 같은 미세구조(310)의 효과를 더욱 높이기 위하여 상기 미세구조(310)는 상기 미세유체가 소수성을 가지는 경우 친수성을 가지며, 상기 미세유체가 친수성을 가지는 경우 소수성을 가질 수 있다. 즉 상기 미세유체와 상기 미세구조(310)는 서로 반대되는 성질을 가지는 것이 바람직하다. 이를 통하여 상기 미세구조에는 상기 미세유체보다는 상기 미세버블(500)의 부착이 더욱 용이할 수 있다.
또한 상기와 같이 미세구조에 부착된 미세버블은 인접한 미세버블과 병합되어 그 크기가 커지게 되며, 상기와 같이 크기가 커진 미세버블은 상기 관로의 표면을 따라 상부로 이동될 수 있다. 이때 상부로 이동한 미세버블이 상기 본체의 상부에 위치할 수 있도록 위에 기술한 바와 같이, 상기 본체 상부의 내측과 상기 본체 측면내벽이 형성하는 상부 모서리는 상기 측면 내벽의 둘레를 따라 연결된 모서리 형상을 가지며, 본체 상부의 내측과 상기 본체 측면내벽이 형성하는 상부 모서리는 상부의 내측면을 기준으로 70~120°의 각도를 가질 수 있다.
아울러 이러한 버블의 하강을 막기 위하여 단차부를 형성할 수 있다는 것은 위에서 살펴본 바와 동일하다.
본 발명은 또한 상기 미세유체 버블 트랩을 포함하는 미세유체 기반 진단 시스템을 제공한다.
상기 미세유체 기반 진단 시스템은, 버퍼용액 또는 미세유체를 공급하는 유체 공급부; 상기 유체 공급부에서 공급되는 유체에 포함되어 있는 버블을 제거하는 미세유체 버블트랩; 상기 미세유체 버블트랩을 통과한 유체를 혼합 및 분리하는 랩온어칩; 및 상기 랩온어칩을 통과한 미세유체를 분석하는 진단수단을 포함할 수 있다.
상기 유체공급부(1000)는 미세유체를 공급하기 위한 펌프와 유체를 이송하기 위한 튜브 및 밸브로 구성되며, 적절한 유속제어를 통한 안정적인 유체 공급을 수행할 수 있다.
상기 버블트랩(2000)은 버블트랩본체, 유입부와 배출부로 구성되며, 유체공급부(1000)에서 유입된 미세버블을 트랩부 본체(100)내부에 가둬 랩온어칩(3000) 채널 내부로 미세버블이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
상기 랩온어칩(3000)은 플라스틱 또는 플라스틱과 유리(세라믹)등의 소재로 유체가 유입되는 유입부와 배출구, 미세 채널 등으로 구성되며 유입된 시료의 분리, 측정, 배양, 분석을 수행할 수 있다.
상기 진단수단(4000)은 형광 시스템과 고성능 카메라를 포함한 광학 시스템과 기타 감지센서로 구성되며, 형광분석과 단일세포분석, 단백질분석 등 수행할 수 있다.
상기 진단시스템 제어장치(5000)는 중앙처리장치(CPU)가 포함된 하드웨어와 입출력장치(예를 들면 유속센서, 핀치밸브, 터치인터페이스 등)로 구성되며 각 입출력장치 간 통신 및 조율을 제어하며 진단수단(4000)으로부터 수집된 데이터에 대하여 분석을 수행할 수 있다.
본 발명의 미세 유체 진단시스템은 랩온어칩(3000)을 포함할 수 있다. 위에서 살펴본 바와 같이 미세유체를 기반으로 하는 진단 시스템은 미세유체 내의 버블 존재 여부에 따라 그 정확도가 크게 좌우될 수 있다. 따라서 본 발명의 경우 상기 미세유체 버블 트랩(1000)을 이용하여 공급되는 유체의 버블을 제거하여 랩온어칩(3000)에 공급하는 것으로 상기 진단시스템의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다(도 9 및 도 10 참조).
상기 랩온어칩(2000)은 자성입자가 함유된 시료 및 완충용액을 포함하는 유체를 내부에 수용하여 이송되고, 상기 유체가 유입되는 유입부와 시료로부터 분리된 자성입자 및 완충용액이 유출되는 유출부를 포함하는 채널부; 및 상기 채널부의 외부 일면에 위치하여 상기 자성입자를 분리하기 위한 자기상 구배를 생성시키고, 그 일단부가 상기 유체의 흐름방향과 평행한 1개 이상의 와이어를 포함하는 자성부를 포함하여 이루어지고, 상기 와이어와 미접촉되는 상기 채널부 내부에 난류를 형성하는 난류형성부를 포함할 수 있다.
도 11은 랩온어칩(3000) 장치의 개략도를 나타낸 것이고, 도 11에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 랩온어칩(3000)은 채널부(50)와 자성부(70)를 포함하여 구성된다. 상기 채널부(50) 및 자성부(70)는 자기영동 분리기술을 이용하는 당 분야에서 랩온어칩을 구성하는 일반적인 요소로 특별히 한정하지는 않는다. 이외에, 상기 시료 및 완충용액의 주입, 이송 및 배출은 바람직하게는 실린지 펌프(미도시)의 동작으로 발생한 압력에 의한 유동일 수 있다.
채널부(50)는 자성입자가 함유된 시료 및 완충용액을 포함하는 유체를 내부에 수용하여 이송되고, 상기 유체가 유입되는 유입부와 시료로부터 분리된 자성입자 및 완충용액이 유출되는 유출부를 포함한다. 본 발명은 도 11과 같이, 유입부와 유출부가 각 2개인 것으로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로 상대적으로 상측에 위치한 제1유입부(10)는 자성입자가 함유된 시료가 유입되고, 제2유입부(20)는 완충용액이 유입된다. 또한, 상대적으로 상측에 위치한 제1유출는 시료와 완충용액이 함유된 유체가 유출되고, 제2유출부(40)는 자성입자와 결합된 셀이 혈액으로부터 분리되어 유출된다.
이때, 상기 시료는 혈액일 수 있으며, 표적 세포, 비표적 세포를 포함한다. 상기 표적 세포는 혈액 내에 포함된 순환 암세포(circulating tumor cells, CTC)일 수 있다. 상기 비표적 세포는 상기 혈액에 포함되는 백혈구와 같은 정상 세포들일 수 있다.
자성부(70)는 상기 채널부(50)의 외부 일면에 위치하여 상기 자성입자를 분리하기 위한 자기상 구배를 생성시키고, 그 일단부가 상기 유체의 흐름방향과 평행한 1개 이상의 와이어(60)를 포함한다. 이러한 자성부(70)는 챔버내에 자기력을 부여하여 제1유입부(10)에서 유입된 자성입자가 제2유출부(40)로 이동하여 배출되게 한다.
이때, 와이어(60)는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으며, 구체적으로 강자성 와이어가 사용될 수 있고, 예를 들면 니켈, 철 및 코발트, 몰리브덴로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 합금이 사용될 수 있다.
도 12에서 나타낸 바와 같이, 상기 자성부(70)는 유체력이 최고값을 가질 수 있도록 유체의 흐름방향과 와이어(60)가 일단부가 평행하게 형성되어 제2유출부(40)로 자성입자가 분리 배출된다.
또한, 본 발명은 자성부(70)에 위치한 와이어(60)의 단부 영역에 해당하는 채널부(50)에 부착되어 있는 자성입자를 효율적으로 분리 배출하기 위하여, 도 12에서와 같이 와이어(60)와 접촉되지 않도록 채널부(50)에 난류형성부(80)가 위치한다. 본 발명에 따른 랩온어칩에서 난류형성부(80)의 역할은 크게 2가지로 구분될 수 있다. 유입부를 통해 유입된 혈액샘플의 분산이 용이하게 이루어질 수 있도록 하며, 또 한 가지는 상기에 기재된 바와 같이 와이어(60)의 단부에서 자성입자가 용이하게 분리될 수 있도록 한다. 이를 위하여, 본 발명에 따른 랩온어칩에서는 상부에서 채널부(50)와 채널부(50)의 하단에 위치한 자성부(70)를 보았을 때, 자성부(70)의 와이어(60)와 겹치지 않는 영역에 난류형성부(80)가 위치하며, 상기 난류형성부(80)는 채널에 위치하고, 와이어(60)는 자성부(70)에 위치한다.
도 13을 통해 구체적으로 난류형성부(80)의 위치를 살펴보면, 상기 난류형성부(80)는 채널부 내부의 중심선(90)을 기준으로 그 상부와 하부에 구성될 수 있으며, 이때 와이어(60)의 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 채널부 내부의 중심선(90)은 채널부(50)를 정확하게 이등분하는 선이며, 상기 중심선(90)을 기준으로 상부에 위치하는 난류형성부(80)는 유입부를 통해 유입된 혈액의 분산을 개선시키는 역할을 하고, 상기 중심선(90)을 기준으로 하부에 위치하는 난류형성부(80)는 상기에 기재된 바와 같이 와이어(60)의 단부로부터 자성입자가 용이하게 분리되는 역할을 하게 된다. 따라서, 상기 난류형성부(80)는 구체적으로 유체의 흐름방향과 평행한 와이어의 상단부 또는 하단부와 채널부 내부의 중심선(90) 사이에 형성되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하기로는 난류형성부(80)의 영향력이 최대화될 수 있도록 하기 위해서는 와이어의 상단부 또는 하단부와 가까울수록 유리하므로, 와이어(60)의 접선 기울기가 급격히 변화하는 지점과 유체의 흐름방향과 평행한 와이어의 상단부 또는 하단부 사이에 형성되는 것이 좋다. 더욱 바람직하기로는 상기 와이어(60)는 2개 이상의 복수개로 형성되고, 하나의 와이어(60)와 다른 하나의 와이어(60) 사이에 난류형성부(80)가 형성되며, 와이어(60)의 접선 기울기가 급격히 변화하는 지점과 유체의 흐름방향과 평행한 와이어의 상단부 또는 하단부 사이에 형성하는 것이 좋다.
이러한, 난류형성부(80)는 채널부(50) 내부에서 유체에 난류를 형성할 수 있는 것이면 특별히 한정하기는 않으며, 일례로 양각의 돌출형 또는 음각의 오목형의 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 난류형성부(80)의 돌출형 돌기의 형태는 마름모, 원, 타원, 쐐기형, 반원의 형상을 가질 수 있으며, 이외에도 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형을 포함하는 다각형 형상의 전부 또는 일부, 원의 전부 또는 일부 형상, 타원의 전부 또는 일부 형상을 할 수 있으며, 각 돌출형 돌기의 형태는 동일한 것이 바람직하나, 위치에 따라 상이할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 랩온어칩에서 와이어(60)의 단부는 와이어(60)로부터 자성입자의 분리를 용이하게 하기 위하여 사각형, 송곳형, 아랫송곳형, 윗송곳형, 유선형의 형상을 가질 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
10 : 제1유입부
20 : 제2유입부
30 : 제1유출부
40 : 제2유출부
50 : 채널부
60 : 와이어
70 : 자성부
80 : 난류형성부
90 : 채널부 중심선
100 : 트랩부 본체
110 : 모서리부
120 : 단차부
200 : 미세유체 유입부
210 : 접선방향에 설치된 유입부
300 : 미세유체 배출부
310 : 미세구조
500 : 미세버블
1000 : 유체공급부
2000 : 미세유체 버블 트랩
3000 : 랩온어칩
4000 : 진단수단
5000 : 진단시스템 제어장치

Claims (15)

  1. 미세유체가 주입되며, 버블을 분리하는 트랩부 본체;
    상기 트랩부 본체의 일측방향에서 연결되며, 미세유체를 공급하는 미세유체유입부; 및
    상기 트랩부 본체의 상부를 관통하여 설치되며, 관로의 말단이 상기 미세유체 유입부의 하부에 위치하는 미세유체 배출부;
    를 포함하는 미세유체 버블 트랩에 있어서,
    상기 미세유체 유입부는 관로의 말단이 연장되어 설치되며, 상기 트랩부 본체의 중심을 지나는 위치까지 연장되어 있으며,
    상기 미세유체 유입부를 통하여 주입되는 미세유체는 본체의 벽면에 충돌하여 버블이 응집되는 미세유체 버블 트랩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 트랩부 본체는 내부의 단면이 원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 또는 팔각형으로 형성된 것을 특징으로 하는 미세유체 버블 트랩.
  3. 삭제
  4. 원통형의 내부에 미세유체가 주입되며, 버블을 분리하는 트랩부 본체;
    상기 트랩부 본체의 일측방향에서 연결되며, 미세유체를 공급하는 미세유체유입부; 및
    상기 트랩부 본체의 상부를 관통하여 설치되며, 관로의 말단이 상기 미세유체 유입부의 하부에 위치하는 미세유체 배출부;
    를 포함하되,
    상기 트랩부 본체는 상부의 내경이 하부의 내경보다 크게 제작되며,
    상기 미세유체 유입부는 관로의 말단이 연장되어 설치되며, 상기 트랩부 본체의 중심을 지나는 위치까지 연장되어 있으며,
    상기 미세유체 유입부를 통하여 주입되는 미세유체는 본체의 벽면에 충돌하여 버블이 응집되는 미세유체 버블 트랩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 미세유체 유입부는 상기 원통형의 본체의 접선방향으로 상기 미세유체를 공급하는 것을 특징으로 하는 미세유체 버블 트랩.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 본체 상부의 내측과 상기 본체 측면내벽이 형성하는 상부 모서리는 상기 측면 내벽의 둘레를 따라 연결된 모서리 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 미세유체 버블 트랩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 본체 상부의 내측과 상기 본체 측면내벽이 형성하는 상부 모서리는 상부의 내측면을 기준으로 70~120°의 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 미세유체 버블 트랩.
  8. 미세유체가 주입되며, 버블을 분리하는 트랩부 본체;
    상기 트랩부 본체의 일측방향에서 연결되며, 미세유체를 공급하는 미세유체 유입부; 및
    상기 트랩부 본체의 상부를 관통하여 설치되며, 관로의 말단이 상기 미세유체 유입부의 하부에 위치하는 미세유체 배출부;
    를 포함하되,
    상기 미세유체 배출부의 관로는 표면에 미세구조가 형성되어 있으며,
    상기 미세유체 유입부는 관로의 말단이 연장되어 설치되며, 상기 트랩부 본체의 중심을 지나는 위치까지 연장되어 있으며,
    상기 미세유체 유입부를 통하여 주입되는 미세유체는 본체의 벽면에 충돌하여 버블이 응집되는 미세유체 버블 트랩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 미세구조는 높이 50~100㎛ 및 직경 50~100㎛의 크기를 가지며, 각 미세구조 사이의 간격이 50~200㎛인 것을 특징으로 하는 미세유체 버블 트랩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 미세구조는 상기 미세유체가 소수성을 가지는 경우 친수성을 가지며, 상기 미세유체가 친수성을 가지는 경우 소수성을 가지는 것을 특징으로 하는 미세유체 버블 트랩.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 본체 상부의 내측과 상기 본체 측면내벽이 형성하는 상부 모서리는 상기 측면 내벽의 둘레를 따라 연결된 모서리 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 미세유체 버블 트랩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 본체 상부의 내측과 상기 본체 측면내벽이 형성하는 상부 모서리는 상부의 내측면을 기준으로 70~120°의 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 미세유체 버블 트랩.
  13. 제1항, 제2항, 제4항 내지 제12항 중 어느 한 항의 미세유체 버블 트랩을 포함하는 미세유체 기반 진단 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 미세유체 기반 진단 시스템은,
    버퍼용액 또는 미세유체를 공급하는 유체 공급부;
    상기 유체 공급부에서 공급되는 유체에 포함되어 있는 버블을 제거하는 미세유체 버블트랩;
    상기 미세유체 버블트랩을 통과한 유체를 혼합 및 분리하는 랩온어칩;
    상기 랩온어칩을 통과한 미세유체를 분석하는 진단수단; 및
    상기 진단시스템을 제어하는 진단시스템 제어장치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유체 기반 진단 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 랩온어칩은,
    자성입자가 함유된 시료 및 완충용액을 포함하는 유체를 내부에 수용하여 이송되고, 상기 유체가 유입되는 유입부와 시료로부터 분리된 자성입자 및 완충용액이 유출되는 유출부를 포함하는 채널부; 및
    상기 채널부의 외부 일면에 위치하여 상기 자성입자를 분리하기 위한 자기상 구배를 생성시키고, 그 일단부가 상기 유체의 흐름방향과 평행한 1개 이상의 와이어를 포함하는 자성부를 포함하여 이루어지고, 상기 와이어와 미접촉되는 상기 채널부 내부에 난류를 형성하는 난류형성부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유체 기반 진단 시스템.
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