KR102463382B1 - 알데히드류 또는 케톤류 검출용 마이크로 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 알데히드류 또는 케톤류 검출용 마이크로 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 회전식 플랫폼을 활용한 알데히드류 또는 케톤류 검출용 마이크로 디바이스를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스는 디스크 형상의 회전식 플랫폼; 및 상기 회전식 플랫폼 상에 배치되는 미세 유체 구조물을 포함하고, 상기 미세 유체 구조물은 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료가 주입되고, 상기 알데히드류 또는 케톤류가 유도체화되는 시료 저장부; 상기 용리제가 주입되는 용리제 저장부; 상기 시료 저장부 및 상기 용리제 저장부로부터 상기 시료 및 상기 용리제를 전달받아 상기 용리제로 상기 시료의 알데히드류 또는 케톤류가 분리 전개되는 TLC 플레이트가 구비되는 분리부; 상기 시료가 상기 분리부로 이동하는 통로로서, 상기 시료 저장부와 상기 분리부를 연결하는 제1 미세 유체 유로(siphon channel); 상기 용리제가 상기 분리부로 이동하는 통로로서, 상기 용리제 저장부와 상기 분리부를 연결하는 제2 미세 유체 유로; 및 상기 용리제 저장부로부터 상기 용리제를 전달받아 상기 TLC 플레이트로 방출하는 흡수 패드를 포함할 수 있다.

Description

알데히드류 또는 케톤류 검출용 마이크로 디바이스 {Device for detecting Aldehyde/Ketone}
본 발명은 알데히드류 또는 케톤류 검출용 마이크로 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 회전식 플랫폼을 활용한 알데히드류 또는 케톤류 검출용 마이크로 디바이스에 관한 것이다.
알데히드 및 케톤과 같은 카보닐(carbonyl) 화합물은 살균 작용 및 강력한 환원 작용을 가지기 때문에 다양한 분야에서 널리 이용되고 있지만, 독성이 강하고 인간과 동물에서 발암성이 있는 유해물질로 알려져 있다. 따라서, 카보닐 화합물의 규제가 강화되고 있으며, 이로 인해 유해성 카보닐 화합물에 대한 검출 및 분석 방법의 정립이 요구되고 있다.
한편, 카보닐 화합물은 발색단(chromophore)을 갖고 있지 않아 UV 검출기로는 검출할 수 없다. 따라서, 공기 및 물속에 존재하는 저분자량의 알데히드 및 케톤과 같은 카보닐 화합물은 2,4-디니트로페닐하이드라진(2,4-dinitrophenylhydrazine, DNPH)과 반응시켜 하이드라존 유도체를 수득한 후, 유도체화된 화합물을 고성능 액체 크로마토그래피(high performance liquid chromatography, HPLC)로 검출하는 방법이 주로 이용되고 있다(JP 2010-008311A 참조).
이러한 HPLC 방법은 대표적인 카보닐 화합물의 측정방법으로서 감도가 뛰어나며 선택적인 검출이 가능하다는 장점이 있지만, 유도체화를 위해 고가의 상용 DNPH 카트리지를 사용해야 하고 조작이 복잡한 단점이 있다.
HPLC 이외에 TLC를 사용할 경우 모세관력으로만 용리제가 TLC 상에서 전개되기 때문에 용리제가 TLC 상에서 균일하게 전개되지 않는 문제가 있었다. 또한, 용리제의 휘발에 의해 전개속도의 변화가 생겨 분리가 잘 되지 않는 문제가 있었다.
또한, 종래의 HPLC 또는 TLC 법은 혼합시료의 분리만 가능하기 때문에, 시료를 분리 분석에 적합한 형태로 변환하는 시료의 전처리 과정을 위한 별도 장치가 필요했다.
일본공개특허 제2010-8311호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 고가의 상용 DNPH 카트리지를 사용하고 조작이 복잡한 HPLC를 대체할 수 있는, 보다 경제적이면서도 간단한 방식으로 알데히드 또는 케톤을 분리하여 검출할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스는 디스크 형상의 회전식 플랫폼; 및 상기 회전식 플랫폼 상에 배치되는 미세 유체 구조물을 포함하고, 상기 미세 유체 구조물은 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료가 주입되고, 상기 알데히드류 또는 케톤류가 유도체화되는 시료 저장부; 상기 용리제가 주입되는 용리제 저장부; 상기 시료 저장부 및 상기 용리제 저장부로부터 상기 시료 및 상기 용리제를 전달받아 상기 용리제로 상기 시료의 알데히드류 또는 케톤류가 분리 전개되는 TLC 플레이트가 구비되는 분리부; 상기 시료가 상기 분리부로 이동하는 통로로서, 상기 시료 저장부와 상기 분리부를 연결하는 제1 미세 유체 유로(siphon channel); 상기 용리제가 상기 분리부로 이동하는 통로로서, 상기 용리제 저장부와 상기 분리부를 연결하는 제2 미세 유체 유로; 및 상기 용리제 저장부로부터 상기 용리제를 전달받아 상기 TLC 플레이트로 방출하는 흡수 패드를 포함할 수 있다.
본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에서 상기 분리부는 상기 시료 저장부로부터 상기 시료를 전달받는 시료 도입부와, 상기 용리제 저장부로부터 상기 용리제를 전달받는 용리제 도입부와, 상기 용리제로 상기 시료의 알데히드류 또는 케톤류가 분리 전개되는 전개부를 포함하고, 상기 흡수 패드는 상기 용리제 도입부에 마련될 수 있다.
본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에서 상기 회전식 플랫폼의 회전 중심은 상기 회전식 플랫폼의 중심이고, 상기 분리부의 길이 방향은 상기 회전식 플랫폼의 반경 방향이며, 상기 전개부는 상기 회전 중심에서 상기 시료 도입부 및 상기 용리제 도입부보다 더 먼 위치에 형성될 수 있다.
본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에서 상기 회전식 플랫폼은 상기 회전식 플랫폼의 면에서 수직한 방향을 회전축 방향으로 하여 회전하고, 상기 분리부에는 모세관력으로 상기 용리제가 전개되는 상기 TLC 플레이트가 상기 TLC 플레이트의 길이 방향이 상기 회전에 의해 발생하는 원심력의 방향이 되도록 상기 전개부 및 상기 용리제 도입부에 걸쳐 배치되며, 상기 용리제는 상기 용리제 도입부에서 상기 전개부로 방출되고, 상기 전개부에서 상기 용리제는 상기 모세관력 및 상기 원심력이 결합된 힘으로 추진될 수 있다.
본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에서 상기 제1 미세 유체 유로의 일단부는 상기 시료 저장부에 연결되고, 상기 제1 미세 유체 유로의 타단부는 상기 시료 도입부에 연결되며, 상기 제2 미세 유체 유로의 일단부는 상기 용리제 저장부에 연결되고, 상기 제2 미세 유체 유로의 타단부는 상기 용리제 도입부에 연결될 수 있다.
본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에서 상기 흡수 패드는 셀룰로오스 섬유, 젤라틴 섬유, 전분 섬유 또는 이들 중 2 이상의 혼합물로 제조될 수 있다.
본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에서 상기 시료에 포함될 수 있는 알데히드류 또는 케톤류는 아세트알데히드(acetaldehyde), 아세톤(acetone), 아크롤레인(acrolein), 벤즈알데히드(benzaldehyde), 부티르알데히드(butyraldehyde), 포름알데히드(formaldehyde), 및 프로피온알데히드(propionaldehyde)로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에서 상기 시료 저장부의 내부는 2, 4-DNPH가 코팅된 실리카(2,4-dinitrophenylhydrazine coated silica)가 비드의 형태로 채워질 수 있다.
본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에서 상기 미세 유체 구조물은 복수 개로 구비되고, 복수 개의 상기 미세 유체 구조물은 각각 상이한 유체 시료들을 수용할 수 있고, 상기 회전식 플랫폼에 방사 대칭으로 배치될 수 있다.
본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에서 상기 미세 유체 구조물은, 상기 분리부에 외부의 기체가 주입되거나 분리부 내부의 기체가 외부로 배출되는 제1 벤트 홀 및 제2 벤트 홀과, 상기 제1 벤트 홀과 상기 분리부 사이에 기체가 이동하는 통로인 제1 공기 순환 채널과, 상기 제2 벤트 홀과 상기 분리부 사이에 기체가 이동하는 통로인 제2 공기 순환 채널을 추가로 포함하고, 상기 제1 공기 순환 채널은 상기 분리부의 일단부에 연결되며, 상기 제2 공기 순환 채널은 상기 분리부의 타단부에 연결될 수 있다.
본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에서 상기 제1 미세 유체 유로 및 상기 제2 미세 유체 유로는 각각 굴곡부를 포함하고, 상기 제2 미세 유체 유로의 굴곡부의 개수는 상기 제1 미세 유체 유로의 굴곡부의 개수보다 더 많을 수 있다.
본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에서 상기 미세 유체 구조물은 상기 시료 저장부에서 상기 분리부로 이동하는 시료의 일부를 격리하는 폐시료 채널을 더 포함하고, 상기 폐시료 채널은 상기 제1 미세 유체 유로에서 분기되는 유로일 수 있다.
본 발명에 의하면, 종래의 알데히드류 또는 케톤류 분석 장비인 고가의 HPLC에 비하여 경제적이고 저렴한 발색 기반의 알데히드류 또는 케톤류를 분리하여 검출할 수 있으면서도 현장에서 편리하게 적용할 수 있는 소형화된 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스는 용리제를 TLC 상에서 전개 시, 모세관력뿐만 아니라 원심력이 용리제의 추진력으로 작용하기 때문에 TLC 상에서도 용매가 균일하게 전개될 수 있다.
또한, 본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스는 알데히드류 또는 케톤류를 TLC 상에서 분석할 수 있는 형태로 변환시키기 위한 유도체화 반응 과정과, 유도체화물을 TLC 상에서 분리시키는 분리 과정이 하나의 디바이스에서 통합되어 수행될 수 있다. 즉, 본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스는 알데히드류 또는 케톤류의 유도체화 및 TLC 분리를 통합할 수 있는 회전식 마이크로 디바이스일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 복수 개의 시료들을 동시에 간단하고 신속하게 분리하여 검출할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 마이크로 디바이스의 복수 개의 미세 유체 구조물에는 각각 알데히드류 또는 케톤류 시료를 유도체화할 수 있는 시료 저장부 및 분리부가 포함되어 있어, 알데히드류 또는 케톤류의 유도체화 및 분리를 통합하여 수행할 수 있으며, 상기 분리부에서 분리된 알데히드류 또는 케톤류의 유도체 물질은 이미지 분석을 통해 정성 또는 정량 분석이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 복수 개의 시료들을 동시에 간단하고 신속하게 분리하여 검출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스는 용리제를 분리부에 구비된 흡수 패드에 먼저 흡수시킨 이후에 방출됨에 따라, 용리제가 일정 속도로 이동될 수 있다. 즉, 분리부에 구비되는 흡수 패드는 회전력에 의해 이동상인 용리제가 분리부로 주입될 때 발생하는 용리제의 젖음성에 의한 확산을 방지하고 용리제를 일정한 속도로 이동시킴으로써, 시료를 분리부에서 안정적으로 분리할 수 있다.
또한, 본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스는 회전력의 세기를 제어함으로써 상기 용매가 TCL 상으로 이동되는 속도를 제어할 수 있으며, 시료를 한번 분리한 후, 회전에 의해 TLC 상에 잔류하는 용매를 건조시키고, 다시 회전력을 가하여 용리제의 유입 및 TLC 분리를 반복함으로써 TLC의 분리능(resolution)을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 검출용 디바이스를 도시한다.
도 2는 도 1의 검출용 디바이스의 미세 유체 구조물을 도시한다.
도 3a 내지 도 3d는 미세 유체 구조물을 포함하는 회전식 플랫폼의 각 층에 관하여 도시한다.
도 4는 본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스로 검출된 검출 결과를 나타내는 사진이다.
도 5는 회전식 플랫폼의 시간에 따른 회전속도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은본 발명에 따른 검출용 디바이스를 포함하고 이를 회전시킬 수 있는 분석 시스템을 도시한다.
이하, 본 발명에 따른 회전식 디스크 시스템을 활용한 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스를 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 바람직한 구체예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
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 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스(1)를 도시하고, 도 2는 도 1의 회전식 디스크 시스템의 미세 유체 구조물(20)을 도시한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스(1)는 회전식 플랫폼(10) 및 회전식 플랫폼(10)에 구비되는 미세 유체 구조물(20)을 포함한다. 회전식 플랫폼(10)은 예를 들면, 원형 디스크일 수 있고, 크기는 예를 들면 직경이 14 cm 내지 17 cm 일 수 있다.
회전식 플랫폼(10)은 미세 유체 구조물(20)을 포함한다. 회전식 플랫폼(10)은 하나의 미세 유체 구조물(20)을 포함할 수도 있고, 복수 개의 미세 유체 구조물(20)들을 포함할 수도 있다. 복수 개의 미세 유체 구조물(20)들은 회전식 플랫폼(10)에 회전 중심을 기준으로 방사 대칭으로 위치한다. 회전 중심은 회전식 플랫폼(10)의 중심에 위치할 수 있으며, 회전식 플랫폼(10)이 회전하는 회전축(11)의 위치일 수 있다. 예를 들어, 도 1에서는 3개의 미세 유체 구조물(20)들이 회전식 플랫폼(10)에 배치된 경우를 도시한다. 회전식 플랫폼(10)과 복수 개의 미세 유체 구조물(20)들의 크기 등의 본 발명이 구현되는 다양한 환경에 따라, 3개, 4개, 5개, 6개, 또는 그 이상의 개수로 배치될 수도 있다.
본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 마이크로 디바이스(1)의 복수 개의 미세 유체 구조물(20)에는 각각 알데히드류 또는 케톤류 시료를 유도체화할 수 있는 시료 저장부(100) 및 분리부(120)가 포함되며, 분리부(120)에서 분리된 알데히드류 또는 케톤류의 유도체물질은 이미지 분석을 통해 정성 또는 정량 분석이 가능할 수 있다.
도 2를 참조하면, 미세 유체 구조물(20)은 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료가 주입되고 알데히드류 또는 케톤류가 유도체화되는 시료 저장부(100), 용리제가 주입되는 용리제 저장부(130), 시료 저장부(100) 및 용리제 저장부(130)로부터 시료 및 용리제를 전달받아 용리제로 시료의 알데히드류 또는 케톤류가 분리 전개되는 TLC 플레이트가 구비되는 분리부(120), 시료가 분리부(120)로 이동하는 통로로서, 시료 저장부(100)와 분리부(120)를 연결하는 제1 미세 유체 유로(siphon channel)(110), 용리제가 분리부(120)로 이동하는 통로로서, 용리제 저장부(130)와 분리부(120)를 연결하는 제2 미세 유체 유로(140), 및 용리제 저장부(130)로부터 용리제를 전달받아 TLC 플레이트로 방출하는 흡수 패드를 포함할 수 있다.
미세 유체 구조물(20)은 복수 개의 종류의 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료들을 수용하여 이를 분리 검출할 수 있다. 유체 시료에 포함될 수 있는 알데히드류 또는 케톤류로는, 예를 들면 아세트알데히드(acetaldehyde), 아세톤(acetone), 아크롤레인(acrolein), 벤즈알데히드(benzaldehyde), 부티르알데히드(butyraldehyde), 포름알데히드(formaldehyde) 및 프로피온알데히드(propionaldehyde) 등으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
시료 저장부(100)는 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료를 수용할 수 있는 공간이 있고 상기 공간으로 유체 시료가 주입될 수 있는 주입구(100a)를 포함한다. 시료 저장부(100)의 내부에는 2,4-DNPH가 코팅된 실리카(2,4-DNPH coated silica)가 비드(bead)의 형태로 채워져 있을 수 있다. 알데히드류 또는 케톤류는 발색단이 존재하지 않아서, 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료가 분리부(120)로 이동하기 이전에, 우선 시료 저장부(100)에서 알데히드류 또는 케톤류가 DNPH 유도체화된다.
시료 저장부(100)와 분리부(120)는 제1 미세 유체 유로(110)로 연결될 수 있다. 또한, 시료 저장부(100)는 막음부(미도시)를 포함할 수 있고, 상기 막음부(미도시)는 주입구(100a)를 통해 시료를 주입할 때 주입되는 시료가 곧바로 제1 미세 유체 유로(110)로 흘러가는 것을 방지하도록, 채널의 단차를 이용해 시료 저장부(100)의 내부 공간에 가두는 역할을 한다. 막음부(미도시)에는 주입구(100a)로부터 시료 저장부(100)의 후단부로 시료가 이동할 수 있는 개구부가 구비되어 있다. 회전식 플랫폼(10)의 회전에 의하여 주입구(100a)로부터 시료 저장부(100)의 후단부로 시료가 이동한다. 시료 저장부(100)중에서, 시료 저장부(100)의 후단부 즉, 시료 저장부(100)와 제1 미세 유체 유로(110)가 연결되는 곳의 부근은, 예를 들어 유선형의 형상을 하고 있어, 시료 저장부(100)에 주입된 유체 시료가 제1 미세 유체 유로(110)로 이동할 때 저항을 최대한 적게 받도록 하여, 시료 저장부(100)에 주입된 유체 시료가 남김없이 제1 미세 유체 유로(110)로 이동될 수 있도록 하였다.
용리제 저장부(130)는 용리제를 수용할 수 있는 공간이 있고 상기 공간에 용리제가 주입될 수 있는 주입구(130a)를 포함한다. 용리제 저장부(130)와 분리부(120)는 제2 미세 유체 유로(140)로 연결될 수 있다. 또한, 용리제 저장부(130)는 막음부(미도시)를 포함할 수 있고, 상기 막음부(미도시)는 주입구(130a)를 통해 시료를 주입할 때 주입되는 시료가 곧바로 제2 미세 유체 유로(140)로 흘러가는 것을 방지하도록, 채널의 단차를 이용해 용리제 저장부(130)의 내부 공간에 가두는 역할을 한다. 막음부(미도시)에는 주입구(130a)로부터 용리제 저장부(130)의 후단부로 용리제가 이동할 수 있는 개구부가 구비되어 있다. 회전식 플랫폼(10)의 회전에 의하여 주입구(130a)로부터 용리제 저장부(130)의 후단부로 용리제가 이동한다. 용리제 저장부(130)중에서, 용리제 저장부(130)의 후단부 즉, 용리제 저장부(130)와 제2 미세 유체 유로(140)가 연결되는 곳의 부근은, 예를 들어 유선형의 형상을 하고 있어, 용리제 저장부(130)에 주입된 유체 시료가 제2 미세 유체 유로(140)로 이동할 때 저항을 최대한 적게 받도록 하여, 용리제 저장부(130)에 주입된 유체 시료가 남김없이 제2 미세 유체 유로(140)로 이동될 수 있도록 하였다.
분리부(120)에서 시료의 알데히드류 또는 케톤류가 분리 전개되며, 분리부(120)에는 흡수 패드와 TLC 플레이트가 마련될 수 있다.
분리부(120)는 시료 저장부(100)로부터 시료를 전달받는 시료 도입부(123), 용리제 저장부(130)로부터 용리제를 전달받는 용리제 도입부(121) 및, 용리제로 시료의 알데히드류 또는 케톤류가 분리 전개되는 전개부(125)를 포함할 수 있다.
분리부(120)는 분리부(120)의 길이 방향이 상기 회전식 플랫폼(10)의 반경 방향이 되도록 회전식 플랫폼(10)에 형성될 수 있다. 회전식 플랫폼(10)의 회전 중심은 상기 회전식 플랫폼(10)의 중심일 수 있다. 따라서, 회전식 플랫폼(10)이 회전하면, 분리부(120)에서 용리제는 용리제의 이동 방향으로 원심력이 작용할 수 있다. 구체적으로, 전개부(125)는 회전 중심에서 시료 도입부(123) 및 용리제 도입부(121)보다 더 먼 위치에 형성될 수 있다. 더 구체적으로는 용리제 도입부(121), 시료 도입부(123), 전개부(125) 순으로 배치되며, 용리제 도입부(121)가 회전 중심에서 가장 가깝게 배치되며, 전개부(125)가 회전 중심에서 가장 멀게 배치될 수 있다. 따라서, 회전식 플랫폼(10)이 회전하면, 용리제는 용리제 도입부(121)에서 원심력으로 인해 회전식 플랫폼(10)의 정지 상태일 때 보다 더 빠르게 TLC 플레이트에 전개될 수 있다.
회전식 플랫폼은 회전식 플랫폼의 면에서 수직한 방향을 회전축(11) 방향으로 하여 회전할 수 있다. 분리부(120)에는 모세관력으로 용리제가 전개되는 TLC 플레이트가 TLC 플레이트의 길이 방향이 회전에 의해 발생하는 원심력의 방향이 되도록 전개부(125) 및 용리제 도입부(121)에 걸쳐 배치될 수 있다.
따라서, 용리제가 용리제 도입부(121)에서 전개부(125)로 방출될 때, 전개부(125)에서 상기 용리제는 모세관력 및 원심력이 결합된 힘으로 추진될 수 있다. 또한, 원심력은 회전속도를 조절하여 그 세기가 제어 가능하며, 따라서, 회전속도를 조절함으로써, 용리제의 추진력 또한 제어 가능할 수 있다. 따라서, 본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스는 용리제를 TLC 플레이트 상에서 전개 시, 모세관력뿐만 아니라 원심력이 용리제의 추진력으로 작용하기 때문에 TLC 플레이트 상에서도 용매가 균일하게 전개하고, 용리제의 휘발에 의해 전개속도의 변화가 생기는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, TLC 플레이트 상에서 모세관력만으로 유체를 전개시킬 시에 유체가 휘발되는 경우가 발생할 수 있어, TLC 플레이트 상에서 유체의 균일한 제어가 어려울 수 있다. 하지만, 본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 마이크로 디바이스는 모세관력과 함께 원심력이 같이 작용하여 유체의 휘발에 의한 TLC 플레이트 상에서의 전개 오류를 방지할 수 있다.
TLC 플레이트는 전개부(125), 시료 도입부(123), 용리제 도입부(121)에 걸쳐서 배치될 수 있다. 흡수 패드는 용리제 도입부(121)에 마련되며, TLC 플레이트와 겹쳐진 상태로 배치될 수 있다. 용리제 도입부(121)에 수용된 흡수 패드는 용리제 저장부(130)로부터 전달받은 용리제를 흡수하여 TLC 플레이트 상에 균일하게 방출할 수 있다.
용리제 도입부(121)로 전달된 용리제는 용리제 도입부(121) 내부의 수용된 흡수 패드에 흡수되고, 흡수 패드에 흡수된 용리제는 분리부(120)에 균일하게 이동될 수 있다. 즉, 용리제 저장부(130)에서 용리제 도입부(121)로 이동된 용리제는 흡수 패드에 흡수된 다음 균일한 양 및 일정 속도로 시료 도입부(123)를 지나 전개부(125)로 방출될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스(1)는 용리제를 흡수 패드에 먼저 흡수시킨 이후에 분리부(120)로 전달하기 때문에 용리제가 일정 속도로 분리부(120)에 방출될 수 있다. 즉, 흡수 패드는 회전력에 의해 용리제가 분리부(120)로 주입될 때 발생하는 용리제의 젖음성에 의한 확산을 방지하고, 용리제를 분리부(120)상에 균일하게 전개할 수 있다.
흡수 패드는 셀룰로오스의 화학 구조와 유사한 -OH기가 달린 섬유 형태일 수 있다. 구체적으로, 흡수 패드는 셀룰로오스 섬유, 젤라틴 섬유, 전분 섬유 또는 이들 중 2 이상의 혼합물로 제조된 것일 수 있다.
또한, 흡수 패드는 TLC 플레이트의 일단부에 구비되며, 흡수 패드의 면적은 TLC 플레이트의 면적에 따라 적절히 선택가능 할 수 있다. 예를 들어 분리부(120)의 면적에서 5 내지 10 % 의 범위를 차지할 수 있다. 일예로서, 분리부(120)가 5cm × 1cm인 경우, 분리부(120)의 일단부에 구비되는 흡수패드의 길이 × 폭 × 높이는 0.5cm × 1.cm × 0.14 cm일 수 있다. 즉, TLC 플레이트가 1cm의 폭으로 5cm의 길이를 가질 경우, 흡수 패드는 TLC 플레이트의 면적의 10%인 1cm의 폭으로 0.5cm의 길이로 형성될 수 있다. 흡수 패드의 폭은 TLC 플레이트 보다 크거나 같을 수 있다. 흡수 패드의 폭을 TLC 플레이트의 폭보다 크거나 같게 형성함으로써, 용리제가 흡수 패드에 먼저 흡착하게 되고, 용리제는 흡수 패드에 흡수된 다음에 균일하게 전개부로 방출될 수 있다. 흡수 패드의 형상은 직육면체, 디스크 등의 형상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
분리부(120)에 마련되는 TLC 플레이트는 유체 시료의 알데히드류 또는 케톤류와 반응을 일으킬 수 있는 물질로 코팅되어 유체 시료가 전개될 수 있다. 분리부(120)에는 예를 들어 RP-18 F254s TLC 플레이트가 마련되며, TLC 플레이트는 C18 그룹을 실리카에 본딩한 물질이 알루미늄 지지체 상에 0.2mm의 두께로 코팅된 것일 수 있다. TLC 플레이트는 형광 검출 가능한 F254s가 코팅되어 있으며, 물은 40%까지 사용 가능한 것일 수 있다. TLC 플레이트의 크기는 길이가 4.5cm 내지 5cm이고 폭이 0.5cm 내지 2cm인 것일 수 있다. 분리부(120) 길이는 회전식 플랫폼(10)의 반지름의 길이의 3분의 2보다 짧은 것이 바람직할 수 있다. 이러한 TLC 플레이트는 0.5μL 내지 10μL의 시료에 적용 가능한 것일 수 있다. TLC 플레이트는 분리부(120)에 배치되며, TLC 플레이트의 길이 방향 또한 회전식 플랫폼(10)의 반경 방향이 되도록 배치될 수 있다.
제1 미세 유체 유로(110)의 일단부는 시료 저장부(100)에 연결되고, 제1 미세 유체 유로(110)의 타단부는 시료 도입부(123)에 연결되며, 제2 미세 유체 유로(140)의 일단부는 용리제 저장부(130)에 연결되고, 제2 미세 유체 유로(140)의 타단부는 용리제 도입부(121)에 연결될 수 있다.
제1 미세 유체 유로(110)의 타단부는 분리부(120)의 시료 도입부(123)에 연결될 수 있다. 제1 미세 유체 유로(110)에서 시료 도입부(123)로 시료가 제공되고, 용리제 도입부(121)에 제공된 용리제에 의하여 전개부(125) 상에서 시료가 전개될 수 있도록, 제1 미세 유체 유로(110)의 타단부는 용리제 도입부(121) 부근의 시료 도입부(123)에 위치할 수 있다.
제2 미세 유체 유로(140)의 타단부는 분리부(120)의 용리제 도입부(121)에 연결되어 있다. 제2 미세 유체 유로(140)에서 용리제 도입부(121)로 용리제가 제공되고, 용리제 도입부(121)에 제공된 용리제는 시료 도입부(123)를 거쳐 전개부(125)로 이동할 수 있다. 따라서, 시료 도입부(123)의 시료의 알데히드류 또는 케톤류는 용리제에 의해 TLC 플레이트 상에 전개될 수 있다.
제1 미세 유체 유로(110) 및 제2 미세 유체 유로(140)는 각각 굴곡부(170)를 포함할 수 있다. 굴곡부(170)는 예를 들어 “U”자 형의 관으로 된 부분을 포할 수 있다. 굴곡부(170)는 미체 유체 유로에서 유체의 이동을 지연시키는 것일 수 있다. 제2 미세 유체 유로(140)의 굴곡부(170)의 개수는 제1 미세 유체 유로(110)의 굴곡부(170)의 개수보다 더 많을 수 있다. 이는, 제1 미세 유체 유로(110)를 통해 시료가 분리부(120)에 먼저 도입되고 나서, 제2 미세 유체 유로(140)를 통해 용리제가 이후에 분리부(120)에 도입되기 위한 것이다.
미세 유체 구조물(20)은 분리부(120)에 외부의 기체가 주입되거나 분리부(120) 내부의 기체가 외부로 배출되는 제1 벤트 홀(151) 및 제2 벤트 홀(153)과, 제1 벤트 홀(151)과 분리부(120) 사이에 기체가 이동하는 통로인 제1 공기 순환 채널(161)과, 제2 벤트 홀(153)과 분리부(120) 사이에 기체가 이동하는 통로인 제2 공기 순환 채널(163)을 포함할 수 있다. 제1 공기 순환 채널(161)은 분리부(120)의 일단부에 연결되며, 제2 공기 순환 채널(163)은 분리부(120)의 타단부에 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 공기 순환 채널(161)과 분리부(120)와의 연결 지점을 제1 연결점이라하고, 제2 공기 순환 채널(163)과 분리부(120)와의 연결 지점을 제2 연결점이라고 할 때, 제1 연결점은 전개부(125)보다 회전 중심에서 가깝고, 제2 연결점은 전개부(125)보다 회전 중심에서 더 멀 수 있다. 즉, 회전식 플렛폼의 반경 방향이 형성하는 가상의 선상에서 제1 연결점과 제2 연결점 사이에 전개부(125)가 형성될 수 있다.
따라서, 제1 벤트 홀(151)로 유입된 공기는 제1 공기 순환 채널(161)을 통해 분리부(120)로 이동하고, 분리부(120)를 거쳐 제2 공기 순환 채널(163)을 통해 제2 벤트 홀(153)로 배출될 수 있다. 제1 공기 순환 채널(161) 및 제2 공기 순환 채널(163)을 도입함으로써, 분리부(120)의 유체 시료 및 용리제의 증발 속도를 증가시키는 한편 분리부(120)의 습기 맺힘 현상을 방지할 수 있다. 제1 공기 순환 채널(161) 및 제2 공기 순환 채널(163)에 약 1mm의 두께 및 지름이 약 0.8mm 정도인 구멍을 뚫어 공기압에 의한 캐필러리 밸브(capillary valve)를 형성함으로써, 제1 공기 순환 채널(161) 및 제2 공기 순환 채널(163)로의 시료 및 용리제의 역류를 방지할 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 도 1의 미세 유체 구조물(20)을 포함하는 회전식 플랫폼(10)의 각 층에 관하여 도시한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 미세 유체 구조물(20)을 포함하는 회전식 플랫폼(10)은 크게 3 개 층인, 상층부(도 3b), 중층부(도 3c), 하층부(도 3d)로 구성될 수 있다. 미세 유체 구조물(20)의 분리부(120)를 제외한 각각의 구성요소들은 마이크로 밀링(micro milling)을 이용한 패터닝 공정을 통해 생성될 수 있다.
우선, 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 제1 미세 유체 유로(110) 중 제 1 부분(110a)은 중층부에 배치되어 있고, 제 1 부분(110a)은 시료 저장부(100)와 연결된 부분과 굴곡부(170)를 포함한다. 제1 미세 유체 유로(110) 중 제 2 부분(110b)은 상층부에 배치되어 있고, 제 2 부분(110b)은 분리부(120)와 연결된 부분을 포함한다. 이는, 중층부에 배치된 시료 저장부(100)로부터 시료가 제1 미세 유체 유로(110)의 제 1 부분(110a)에 수용된 이후, 시료가 제1 미세 유체 유로(110)로부터 분리부(120)로 제공될 때에 시료가 분리부(120)의 위에서 아래 방향으로 즉, 분리부(120) 상으로 떨어지는 방식으로 제공되기 위함이다. 그에 따라, 분리부(120) 상에서 보다 균일하게 시료가 전개될 수 있다. 제 1 미세 유체 유로(110)가 분리부(120)의 측면에서 연결되어 시료를 주입할 경우 시료는 주입된 영역에서 점(spot)으로 형성되지 않을 수 있다. 이로부터, 분석 결과를 해석하는데 오류가 발생할 수 있다. 본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 마이크로 디바이스 장치는 제 1 미세 유체 유료(110) 중 분리부(120)와 연결된 제 2 부분(110b)을 회전식 플랫폼(10)에서 분리부(120)와 다른 높이의 층에 형성함으로써, 분리부(120)의 측면이 아닌 분리부(120)의 폭방향에서 분리부(120)의 중심으로 시료를 주입할 수 있다.
미세 유체 구조물(20)은 시료 저장부(100)에서 분리부(120)로 이동하는 시료의 일부를 격리하는 폐시료 채널(111)을 포함할 수 있다. 폐시료 채널(111)은 제1 미세 유체 유로에서 분기되는 유로일 수 있다.
폐시료 채널(111)을 추가로 포함함으로써, 시료 저장부(100)으로부터 제1 미세 유체 유로(110)을 통해 이송되는 시료 중 일부는 폐시료 채널(111)로 유입되어 폐시료 채널(111)의 내부 수용 공간의 부피만큼의 시료가 분리부(120)로 도착하기 전에 격리될 수 있다. 따라서, 폐시료 채널(111)의 내부 부피를 제외한 양의 시료가 TLC 플레이트 상의 시료 도입부(123)에 로딩될 수 있다. 예컨대, 시료가 5㎕의 함량으로 시료 저장부(100)에 주입될 경우, 폐시료 채널(111)의 부피를 4.5㎕로 설계함으로써 0.5㎕의 유도체화된 시료만이 TLC 상에 로딩될 수 있도록 조절할 수 있다. 이는 시료가 TLC 상에 과량 로딩되어 분리가 제대로 되지 않고 잘못된 결과가 도출될 수 있는 현상을 방지할 수 있다.
DNPH 유도체화된 다중 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 시료가 회전식 플랫폼(10)의 상층부에 위치한 제1 미세 유체 유로(110)로부터 회전식 플랫폼(10)의 중층부 및 하층부에 삽입된 분리부(120)로 즉, 아래방향으로 유체 시료가 주입된다. 따라서, 유체 시료가 보다 균일하게 분리부(120)에서 전개될 수 있다.
또한, 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 제2 미세 유체 유로(140) 중 제 1 부분(140a)은 중층부에 배치되어 있고, 제 1 부분(140a)은 용리제 저장부(130)와 연결된 부분과 굴곡부(170)를 포함한다. 제2 미세 유체 유로(140) 중 제 2 부분(140b)은 상층부 및 중층부에 걸쳐 배치되어 있고, 제 2 부분(140b)은 분리부(120)와 연결된 부분을 포함한다. 이는, 용리제가 분리부(120)의 하단 중앙으로 도입되게 하기 위함이다. 제 2 미세 유체 유로(140)가 분리부(120)의 측면에서 연결되어 용리제를 주입할 경우에, 분리부 상에서 용리제가 균일하게 라인을 형성하여 전개되지 않고, 파원을 형성하며 전개되어 시료의 균일한 분리가 어려울 수 있다. 본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 마이크로 디바이스 장치는 제 2 미세 유체 유료(140) 중 분리부(120)와 연결된 제 2 부분(140b)을 회전식 플랫폼(10)에서 분리부(120)와 다른 높이의 층에 형성함으로써, 분리부(120)의 측면이 아닌 분리부(120)의 폭방향에서 분리부(120)의 중심으로 용리제를 주입할 수 있다.
또한, 상층부에는 도 3b에 도시된 바와 같이, 시료 저장부(100)의 주입구(100a) 및 용리제 저장부(130)의 주입구(130a)를 포함한다. 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 시료 저장부(100)의 주입구(100a) 및 용리제 저장부(130)의 주입구(130a)는 상층부 및 중층부에 걸쳐 형성되어 있다. 따라서, 회전식 플랫폼(10)의 위(즉, 상층부)에 구비된 시료 저장부(100)의 주입구(100a) 및 용리제 저장부(130)의 주입구(130a)로 각각 시료와 용리제를 주입하면, 중층부에 구비된 시료 저장부(100) 및 용리제 저장부(130) 내부로 각각 시료와 용리제가 수용되게 된다.
중층부에는 도 1 및 도 2과 관련하여 상술한 구성요소들이 대부분 배치되어 있어, 중층부에 관하여 도 1 및 도 2에 설명한 구성요소들과 중복되는 설명은 상술한 도 1 및 도 2에 관한 설명을 참조한다.
도 3c 및 도 3d를 참조하면, 중층부 및 하층부에 걸쳐 TLC 플레이트의 형상과 일치하고 TLC 플레이트가 수용될 수 있는 공간 및 TLC 플레이트의 일단부에 마련되는 흡수 패드가 수용될 수 있는 공간이 구비되어 있다. 중층부에는 TLC 플레이트가 삽입될 수 있도록 개구되어 있고, 하층부에는 TLC 플레이트의 형상과 일치하고 TLC 플레이트가 삽입될 수 있는 오목부가 구비되어 있다. TLC 플레이트는 중층부와 하층부에 걸쳐 위치할 수 있다. 또한, 중층부와 하층부에 걸쳐 TLC 플레이트의 일단부가 삽입될 수 있도록 용리제 도입부(121)가 형성되고 용리제 도입부(121) 내에는 흡수 패드가 마련될 수 있다. 본 발명은 상술한 것에 한정되지 않고, 상층부 중에서 TLC 플레이트가 위치하는 부분은 TLC 플레이트가 삽입될 수 있도록, TLC 플레이트의 형상과 일치하게 상층부의 아래면이 오목부로 구비되어 있을 수 있는 등 다양하게 변형, 변경이 가능하다. 또한, 이러한 오목부의 높이도 본 발명이 실제 구현되는 환경에 따라 다양하게 변형, 변경이 가능하다.
상층부, 중층부 및 하층부의 재질은 예를 들면 폴리카보네이트 (Polycarbonate; PC) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate; PMMA) 등을 포함할 수 있다.
한편, 상층부, 중층부, 하층부 사이에는 각각 점착층(미도시)이 구비되어, 상층부와 중층부를 접합하고, 중층부와 하층부를 접합할 수 있다. 점착층은, 예를 들면, 아크릴(acryl) 계열의 양면 점착 테이프로 제작될 수 있다. 회전식 플랫폼(10)의 크기에 대응하는 점착 성분을 갖는 재질의 테이프나 판 등에서, 각 층부의 상술한 구성요소들에 대응하는 영역들을 컷팅(cutting) 등으로 제거하여 제작할 수 있다.
예를 들면, 상층부와 중층부를 접합하는 점착층은, 상층부의 시료 저장부(100)의 주입구(100a) 및 용리제 저장부(130)의 주입구(130a)를 통해 각각 주입된 시료 및 용리제가 중층부로 이동할 수 있도록, 시료 저장부(100)의 주입구(100a) 및 용리제 저장부(130)의 주입구(130a)에 대응하는 영역이 컷팅되어 있을 수 있다. 또한, 중층부와 하층부를 접합하는 점착층은 도 3a에 도시된 바와 같이 중층부와 하층부의 구성요소들에 대응하는 영역들이 컷팅되어 있을 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스를 이용하는 경우 알데히드류 또는 케톤류의 유도체화 및 분리를 통합하여 수행할 수 있으며, 알데히드류 또는 케톤류의 분리를 보다 신속하게 간단하게 수행할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 디바이스를 이용한 알데히드류 또는 케톤류 검출 과정은 시료 저장부(100)에 저장된 상기 유체 시료의 알데히드류 또는 케톤류가 시료 저장부(100) 내에서 유도체화되는 유도체화 단계, 유체 시료가 시료 저장부(100)에서 분리부(120)의 시료 도입부(123)로 이동하는 시료 도입 단계, 및 용리제가 용리제 저장부(130)에서 분리부(120)의 용리제 도입부(121)로 이동하고 용리제에 의해서 전개부(125)에서 유체 시료의 알데히드류 또는 케톤류가 분리 전개되는 전개 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전개 단계 이후에, 전개부(125)의 용리제를 건조하는 건조 단계, 및 건조된 전개부(125)에 용리제를 재주입하여 유체 시료의 알데히드류 또는 케톤류가 분리 전개가 되는 재전개 단계를 더 포함할 수 있다.
유도체화 단계에서 회전식 플랫폼(10)은 2500 내지 5000 RPM으로 2 내지 20초 동안 회전할 수 있다. 상기 회전에 의해서 시료를 비드(bead) 형태의 2, 4-DNPH가 코팅된 실리카(2, 4-DNPH coated silica)와 밀착시켜 알데히드류 또는 케톤류가 DNPH 유도체화 반응을 가속시킬 수 있다. 즉, 상기 회전을 하는 동안 시료는 비드(bead) 형태의 2, 4-DNPH가 코팅된 실리카(2, 4-DNPH coated silica)와 반응하여 알데히드류 또는 케톤류가 DNPH 유도체화될 수 있다. 이때, 제1 미세 유체 회로 및 제2 미세 유체 회로에 형성된 굴곡부(170)에 의해서 시료의 알데히드류 또는 케톤류가 유도체화 되는 동안 시료 및 용리제가 분리부(120)로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
시료 도입 단계에서 회전식 플랫폼(10)은 2000 내지 4000 RPM으로 0.5 내지 2초 동안 회전될 수 있다. 예컨대 시료 도입 단계에서 회전식 플랫폼(10)은 3000 RPM의 속도로 1초 동안 회전할 수 있다. 상기 회전에 의해서 시료를 분리부(120)의 시료 도입부(123)로 도입시킬 수 있다. 상기 회전을 하는 동안 제2 미세 유체 회로에는 제1 미세 유체 회로보다 더 많은 굴곡부(170)가 형성되기 때문에 시료는 시료 저장부(100)에서 분리부(120)로 이동되지만, 용리제는 용리제 저장부(130)에서 분리부(120)로 이동되는 것이 방지될 수 있다.
전개 단계에서 회전식 플랫폼(10)은 400 내지 800 RPM으로 200 내지 400초 동안 회전될 수 있다. 예컨대 전개 단계에서 600 RPM으로 300초 동안 회전될 수 있다. 상기 회전에 의해서 용리제는 분리부(120)의 용리제 도입부(121)로 이동할 수 있다. 회전식 플랫폼(10)이 상기 회전을 하는 동안에, 용리제는 용리제 도입부(121)에 수용된 흡수 패드로 1차적으로 흡수된 후 시료 도입부(123)를 거쳐 전개부(125)로 일정한 속도로 균일하게 방출될 수 있다. 전개 단계에서 회전 속도는 TLC 플레이트 상에서 용리제의 전개 속도를 제어하기 위해서 제어될 수 있다.
건조 단계에서 회전식 플랫폼(10)은 3000 내지 5000 RPM으로 5 내지 6 분 동안 회전될 수 있다. 상기 회전에 의해서 제1 공기 순환 채널 또는 제2 공기 순환 채널(163)의 통해 외부의 기체가 분리부(120)로 유입되고, 분리부(120)로 유입된 기체가 다시 제1 공기 순환 채널(161) 또는 제2 공기 순환 채널(163)을 통해 다시 배출됨으로써, TLC 플래이트의 용리제가 증발될 수 있다.
재전개 단계에서 회전식 플랫폼(10)은 400 내지 800 RPM으로 200 내지 400초 동안 회전될 수 있다. 예컨대 재전개 단계에서 회전식 플랫폼(10)은 600 RPM으로 300초 동안 회전될 수 있다. 재전개 단계에서 흡수 패드는 용리제를 다시 전개부(125)로 방출할 수 있다. 재전개 단계에서 회전 속도는 TLC 플레이트 상에서 용리제의 전개 속도를 제어하기 위해서 제어될 수 있다.
상기 건조 단계 및 재전개 단계는 반복적으로 수행될 수 있으며, 건조 단계 및 재전개 단계를 반복함으로써, TLC 플레이트 상에 분리 전개되는 알데히드류 또는 케톤류의 분리능을 높일 수 있다.
도 4는 유도체화 단계, 시료 도입 단계 및 전개 단계가 수행된 후 알데히드류 또는 케톤류가 분리 전개된 TLC 플레이트와, 전개 단계 이후에 건조 단계 및 재전개 단계가 수행된 후 알데히드류 또는 케톤류가 분리 전개된 TLC 플레이트를 나타내는 사진이다. 유도체화 단계, 시료 도입 단계 및 전개 단계까지 수행된 TLC 플레이트는 도 4의 사진에서 중간의 TLC 플레이트이다. 전개 단계 이후에 건조 단계 및 재전개 단계가 더 수행된 TLC 플레이트는 도 4의 사진에서 우측의 TLC 플레이트이다. 두 TLC 플레이트를 비교하면, 전개 단계 이후에 건조 단계 및 재전개 단계가 더 수행된 TLC 플레이트가 분리능이 더 우수한 것을 알 수 있다.
도 5는 유도체화 단계, 시료 도입 단계, 전개 단계, 건조 단계 및 재전개가 수행되는 동안 회전식 플랫폼(10)의 회전 속도 및 회전 시간을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스(1)를 포함하는 알데히드류 또는 케톤류 검출용 시스템(2)에 관하여 도시한다. 알데히드류 또는 케톤류 검출용 시스템(2)은 UV 램프(미도시)를 더 포함한다. UV 램프는 예를 들면, 알데히드류 또는 케톤류 검출용 시스템(2)의 천정부의 하면에 설치될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, UV 램프로 분리부(120)를 비추어 분리부(120) 상에서 전개된 알데히드류 또는 케톤류의 시료를 확인할 수 있는 한, UV 램프가 장착될 수 있는 위치는 다양하게 변형, 변경할 수 있다. 상술한 바와 같이, 알데히드류 또는 케톤류는 발색단이 존재하지 않아, 시료 저장부(100)에서 DNPH로 유도체화된 후에 분리부(120)에서 전개되며, DNPH로 유도체화된 알데히드류 또는 케톤류가 전개된 분리부(120)를 UV 램프로 비추면, 비로소 알데히드류 또는 케톤류를 분리 검출할 수 있게 된다.
이와 같은, 본 발명에 따른 검출용 디바이스(1)를 이용하여 아세트알데히드(Acetaldehyde), 아세톤(Acetone), 아크롤레인(Acrolein), 벤즈알데히드(Benzaldehyde), 부티르알데히드(Butyraldehyde), 포름알데히드(Formaldehyde), 또는 프로피온알데히드(Propionaldehyde) 등의 복수 개의 알데히드류 또는 케톤류에 대하여 정성 분석이 수 분 내에 가능하다. 유체 시료에 포함된 7 종의 알데히드류 또는 케톤류는 각각 분리부(120)상에 전개되는 정도가 상이하므로, UV 램프를 분리부(120)에 비추어 분리부(120)상에 분리 전개된 7 종의 알데히드류 또는 케톤류를 각각 검출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 알데히드류 또는 케톤류의 DNPH 유도체화 및 분리부(120) 상에서의 전개 과정이 미세 유체 구조물(20)이 배치된 회전식 플랫폼(10)의 회전 제어에 의한 원심력과 모세관력의 조절을 통하여 이루어진다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 검출용 디바이스(1)에 의하면, 경제적이며 신속하게 다중 알데히드류 또는 케톤류의 분리 검출이 가능하고, 종래의 고가의 HPLC 분석 장비에 비해 경제적이며 분석에 소요되는 시간도 단축시킬 수 있으며, 다중 알데히드류 또는 케톤류의 분리 검출이 필요한 현장에서 신속하고 편리하게 응용 될 수 있다. 더구나, 복수 개의 시료가 존재하고 이러한 시료들이 각각 알데히드류 또는 케톤류를 상이한 조성으로 포함하는 경우, 이러한 복수 개의 시료들을 동시에 하나의 디바이스(1)에서 분석할 수 있다.
상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 기술자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구 범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스
2: 알데히드류 또는 케톤류 검출용 시스템
10: 회전식 플랫폼 20: 미세 유체 구조물
100: 시료 저장부 110: 제1 미세 유체 유로
120: 분리부 121: 용리제 도입부
123: 시료 도입부 125: 전개부
130: 용리제 저장부 140: 제2 미세 유체 유로
151: 제1 벤트 홀 153: 제2 벤트 홀
161: 제1 공기 순환 채널 163: 제2 공기 순환 채널
170: 굴곡부

Claims (12)

  1. 디스크 형상의 회전식 플랫폼; 및 상기 회전식 플랫폼 상에 배치되는 미세 유체 구조물을 포함하고,
    상기 미세 유체 구조물은 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료가 주입되고, 상기 알데히드류 또는 케톤류가 유도체화되는 시료 저장부;
    용리제가 주입되는 용리제 저장부;
    상기 시료 저장부 및 상기 용리제 저장부로부터 상기 시료 및 상기 용리제를 전달받아 상기 용리제로 상기 시료의 알데히드류 또는 케톤류가 분리 전개되는 TLC 플레이트가 구비되는 분리부;
    상기 시료가 상기 분리부로 이동하는 통로로서, 상기 시료 저장부와 상기 분리부를 연결하는 제1 미세 유체 유로(siphon channel);
    상기 용리제가 상기 분리부로 이동하는 통로로서, 상기 용리제 저장부와 상기 분리부를 연결하는 제2 미세 유체 유로; 및
    상기 용리제 저장부로부터 상기 용리제를 전달받아 상기 TLC 플레이트로 방출하는 흡수 패드를 포함하고,
    상기 분리부는,
    상기 시료 저장부로부터 상기 시료를 전달받는 시료 도입부와,
    상기 용리제 저장부로부터 상기 용리제를 전달받는 용리제 도입부와,
    상기 용리제로 상기 시료의 알데히드류 또는 케톤류가 분리 전개되는 전개부를 포함하며,
    상기 흡수 패드는 상기 용리제 도입부에 마련되고,
    상기 회전식 플랫폼의 회전 중심은 상기 회전식 플랫폼의 중심이며,
    상기 분리부의 길이 방향은 상기 회전식 플랫폼의 반경 방향이고,
    상기 전개부는 상기 회전 중심에서 상기 시료 도입부 및 상기 용리제 도입부보다 더 먼 위치에 형성되며,
    상기 회전식 플랫폼은 상기 회전식 플랫폼의 면에서 수직한 방향을 회전축 방향으로 하여 회전하고,
    상기 분리부에는 모세관력으로 상기 용리제가 전개되는 상기 TLC 플레이트가 상기 TLC 플레이트의 길이 방향이 상기 회전에 의해 발생하는 원심력의 방향이 되도록 상기 전개부 및 상기 용리제 도입부에 걸쳐 배치되며,
    상기 용리제는 상기 용리제 도입부에서 상기 전개부로 방출되고,
    상기 전개부에서 상기 용리제는 상기 모세관력 및 상기 원심력이 결합된 힘으로 추진되는, 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서
    상기 제1 미세 유체 유로의 일단부는 상기 시료 저장부에 연결되고, 상기 제1 미세 유체 유로의 타단부는 상기 시료 도입부에 연결되며,
    상기 제2 미세 유체 유로의 일단부는 상기 용리제 저장부에 연결되고, 상기 제2 미세 유체 유로의 타단부는 상기 용리제 도입부에 연결되는, 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 흡수 패드는 셀룰로오스 섬유, 젤라틴 섬유, 전분 섬유 또는 이들 중 2 이상의 혼합물로 제조된, 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 시료에 포함될 수 있는 알데히드류 또는 케톤류는 아세트알데히드(acetaldehyde), 아세톤(acetone), 아크롤레인(acrolein), 벤즈알데히드(benzaldehyde), 부티르알데히드(butyraldehyde), 포름알데히드(formaldehyde), 및 프로피온알데히드(propionaldehyde)로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는, 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 시료 저장부의 내부는 2, 4-DNPH가 코팅된 실리카(2,4-dinitrophenylhydrazine coated silica)가 비드의 형태로 채워진, 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 미세 유체 구조물은 복수 개로 구비되고,
    복수 개의 상기 미세 유체 구조물은 각각 상이한 유체 시료들을 수용할 수 있고, 상기 회전식 플랫폼에 방사 대칭으로 배치된, 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 미세 유체 구조물은,
    상기 분리부에 외부의 기체가 주입되거나 분리부 내부의 기체가 외부로 배출되는 제1 벤트 홀 및 제2 벤트 홀과, 상기 제1 벤트 홀과 상기 분리부 사이에 기체가 이동하는 통로인 제1 공기 순환 채널과, 상기 제2 벤트 홀과 상기 분리부 사이에 기체가 이동하는 통로인 제2 공기 순환 채널을 추가로 포함하고,
    상기 제1 공기 순환 채널은 상기 분리부의 일단부에 연결되며,
    상기 제2 공기 순환 채널은 상기 분리부의 타단부에 연결되는, 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 미세 유체 유로 및 상기 제2 미세 유체 유로는 각각 굴곡부를 포함하고,
    상기 제2 미세 유체 유로의 굴곡부의 개수는 상기 제1 미세 유체 유로의 굴곡부의 개수보다 더 많은, 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 미세 유체 구조물은 상기 시료 저장부에서 상기 분리부로 이동하는 시료의 일부를 격리하는 폐시료 채널을 더 포함하고,
    상기 폐시료 채널은 상기 제1 미세 유체 유로에서 분기되는 유로인, 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스.
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