KR102494445B1 - 정량 분주용 디바이스 및 이를 이용하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스 및 이를 이용하는 방법을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스는, 정량 분주용 디바이스의 외측을 형성하는 하우징부, 적어도 일부가 하우징부 내측에 수용되고, 하우징부로부터 탈착 가능하고, 주입된 유체를 정량 (fixed quantity) 으로 수용하도록 구성된 유체칩, 및 적어도 일부가 하우징부 내측에 수용되고, 상기 유체칩의 상부에 배치되어 상기 유체칩의 적어도 일부를 가열하도록 구성된 히터부를 포함한다.

Description

정량 분주용 디바이스 및 이를 이용하는 방법{VOLUME DISPENSER AND METHOD USING THE SAME}

본 발명은 정량 분주용 디바이스 및 이를 이용하는 방법에 관한 것이다.

체외 진단 산업은 과거의 질환 치료 중심에서 조기 진단을 통한 사전 예방과 건강 증진 중심의 트렌드 변화를 보이고 있다. 체외 진단이 전통적인 진단방식보다 정확도가 높고 언제 어디서든지 편리하고 신속한 진단과 분석이 가능한 방식으로 발전될 것이라 예상되는 이유다. 이에 따라 의료기관에서 사용하는 의료기기도 검사에 소요되는 시간을 단축하기 위해 자동화 및 사용자 편의성이 필수적으로 고려되고 있다.

한편, 체외 진단 중 현장 진단은 피검자 가까이에서 검체 전처치 없이 신속하게 진단을 시행하여 치료에 이용할 수 있는 검사를 말한다. 현장 진단에 이용되는 현장 진단 장비는 대형 병원이나 전문 검사 기관뿐 아니라, 소형 병원, 가정, 직장 등에서도 손쉽게 이용될 수 있도록 소형이면서도 저가일 것이 요구된다. 또한, 현장 진단 장비는 적은 검체량만으로도 질병 유무의 확인이 가능하여야 하고, 진단 결과 역시 신속하게 제공되어야만 한다. 이러한 요건을 갖춘 현장 진단 장비는 병원이나 개인의 재정적 부담을 줄일 수 있는 동시에, 언제 어디서든 질병의 진단이 가능하므로 긴급한 상황에서 요긴하게 이용될 수 있다.

현장 진단을 위한 장비로서, 광원에서 발생되는 광을 샘플에 조사하고, 샘플에 존재하는 형광체에서 방출되는 여기 광을 검출부로 검출하여 상기 여기광의 세기를 분석함으로써 대상물의 분석 가능한 장비가 등장하였다. 그러나, 이러한 광 분석에 기초한 현장 진단 장비는, 여기광의 세기에 대한 검출부의 감도가 낮은데다가, 검출부가 외부 노이즈의 영향을 많이 받도록 구성되어 있기 때문에 분석 결과의 정확성 및 신뢰성이 다소 부족할 수 있다.

더욱이, 공지된 현장 진단 시스템 대부분은, 분석의 신뢰도 높은 결과를 높이기 위해 마이크로 파이펫, 전문 분석 장비 등이 요구되며 이를 수행 가능한 전문 인력이 필요할 수 있다. 즉, 사용자의 숙련도에 따라 분석 결과가 상이할 수 있어, 분석의 재현성이 떨어질 수 있다. 이에, 종래의 현장 진단 시스템은, 추가적인 분석 시간이 요구되는 2 차의 확진 검사가 필수적일 수 있다.

따라서, 종래의 현장 진단 시스템이 갖는 한계를 극복하고, 재현성 높은 분석이 가능한, 새로운 현장 진단 시스템의 개발이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.

발명의 배경이 되는 기술은 본 발명에 대한 이해를 보다 용이하게 하기 위해 작성되었다. 발명의 배경이 되는 기술에 기재된 사항들이 선행기술로 존재한다고 인정하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
선행문헌: 등록특허공보 제10-1891558호(2018.08.27. 공고)

한편, 종래의 현장 진단 시스템이 갖는 한계를 극복하기 위한 방안으로, 플레이트 형태의 유체칩이 등장하게 되었다.

보다 구체적으로, 플레이트 형태의 유체칩은 유체의 유체 시료가 이송되는 미세채널과 분석 챔버 등이 형성되어 있으며, 유체 시료가 유전자 칩 내부에서 미세채널을 따라 이송되고 분석 챔버에서 반응하여 PCR 증폭이 일어날 수 있다. 이와 같은 형태의 유전자 칩은 종래의 현장 진단 시스템에 비하면 그 절차가 간소하고 휴대성이 높다는 점에서 장점이 있다.

그러나, 플레이트 형태의 유체칩은, 여전히 PCR 증폭과 같은 핵산 증폭의 절차 및 진단에 필요한 유체 시료를 정량화시킬 수 있는 수단이 없어, 분석의 재현성이 떨어져, 유전자 진단의 신뢰성 저하의 한계가 존재할 수 있다.

전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해, 본 발명의 발명자들은, 사용자의 전문성에 관계없이 손쉽게 유체 시료를 정량화시키기 위한 정량 분주용 디바이스를 개발하였다.

본 발명의 발명자들은, 유체칩 내에 정량의 시료를 수용하기 위한 복수의 수용 챔버, 및 복수의 수용 챔버와 각각 연결되어 핵산 증폭 등의 처리 과정이 진행되는 분석 챔버들이 구비되고, 복수의 수용 챔버에 일정한 부피의 유체 시료가 수용되도록 설계하고자 하였다. 본 발명의 발명자들은, 이와 같은 구조적 특징에 의해, 사용자의 전문성에 관계 없이 유체 시료 내의 표적 물질에 대한 신속하고 정확한 검출 및 진단이 가능할 수 있음을 인지할 수 있었다.

그 결과, 본 발명의 발명자들은, 유체의 분석에 있어서, 비전문가에 의해 고 감염성과 같은 질환들을 현장에서 진단 가능하며, 마이크로 파이펫 (micropipette) 없이도 복수의 분석 챔버 각각에 대하여 유체 시료의 정량 분주가 가능한 유체 분석용 칩을 개발하기에 이르렀다.

보다 구체적으로, 본 발명의 발명자들은, 정량 분주를 위한 유체칩 내에서 정량의 시료가 튜브와 같은 챔버 내로 들어갈 때, 챔버 내에 에어 트랩 (air trap) 이 발생하는 경우가 발생하여 정량 분주가 달성되지 못하는 경우가 있다는 것을 인지하였다.

이에, 본 발명의 발명자들은, 정량 분주를 위한 유체칩 내에서 정량의 시료가 튜브 안으로 들어갈 때, 유체의 흐름 특히 튜브 위에서 열이 가해진다면, 튜브 상부층의 공기 온도가 증가하여 대류 현상이 발생되고, 이에 따라, 에어 트랩 없이 정량 분주가 가능할 수 있다는 점을 인지하였다.

이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 유체칩이 로딩되어 시료를 정확하게 정량 분주할 수 있는 정량 분주용 디바이스 및 이를 이용하는 방법을 제공하는 것이다.

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

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스 및 이를 이용하는 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스는, 정량 분주용 디바이스의 외측을 형성하는 하우징부, 적어도 일부가 상기 하우징부 내측에 수용되고, 하우징부로부터 탈착 가능하고, 주입된 유체를 정량 (fixed quantity) 으로 수용하도록 구성된 유체칩, 및 적어도 일부가 하우징부 내측에 수용되고, 유체칩의 상부에 배치되어 유체칩의 적어도 일부를 50 내지 90 ℃로 가열하도록 구성된 히터부를 포함한다.

본 발명의 특징에 따르면, 적어도 일부가 상기 하우징부 내측에 수용되고, 상기 히터부의 상부면 또는 하부면에 배치된 방열부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 히터부는, 적어도 일 면이 상기 유체칩과 맞닿는 접촉부를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 하우징부는, 제1 하우징부, 및 제1 하우징부의 적어도 일면과 체결 가능한 제2 하우징부를 포함하고, 유체칩은 제1 하우징부 및 상기 제2 하우징부 사이의 내측에 배치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 유체칩은, 복수의 필름을 포함하는 바디부로 이루어지고, 복수의 필름 중 적어도 일부에 형성된 내부 채널로 유체를 유동시키도록 구성되며, 바디부의 상부면을 관통하는 홀을 통해 유체가 주입되도록 구성된 투입부, 투입부와 유체로 연통하고, 투입부로부터 유동한 유체를 정량 (fixed quantity) 으로 수용하도록 구성된 복수의 수용 챔버, 복수의 수용 챔버 각각과 유체로 연통하고, 복수의 수용 챔버에 포집된 유체의 정량과 상응하는 부피를 갖고, 유체 내 표적 유전자 특이적인 분석 물질을 수용하도록 구성된 복수의 분석 챔버, 및 복수의 수용 챔버와 연결되고, 복수의 수용 챔버 내의 압력을 경감하도록 구성된 완충재를 포함하는 압력 완충부를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 히터부는, 복수의 분석 챔버 내의 유체 유입 영역의 상부의 적어도 일 면에 배치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 수용 챔버 각각과 연결되고, 상기 바디부의 외부와 연결되고, 공기를 주입 또는 흡입하여 상기 유체의 흐름을 제어하는 유체 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 디바이스는 공기를 주입 또는 흡입하도록, 유체 제어부와 연결된 펌프를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 분석 챔버는 바디부의 하부면 상에 높이를 갖는 튜브 형태를 가질 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 유체칩은 투입부 및 복수의 수용 챔버를 연결하는 연결부를 더 포함하고, 연결부는, 투입부와 연통하는 하나의 유체 채널로부터 복수의 채널로 분지되고, 복수의 채널 각각이 복수의 수용 챔버 각각과 유체로 연통하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 정량 분주 방법은, 분석하고자 하는 유체를 준비하는 단계, 정량 분주용 디바이스의 유체칩에 유체를 주입하는 단계, 및 유체칩을 정량 분주용 디바이스에 도입하는 단계를 포함한다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명은, 정량 분주용 디바이스에 기초한 정량 분주 시스템, 특히, 유체칩이 로딩되어 시료를 정확하게 정량 분주할 수 있는 정량 분주용 디바이스에 기초한 시스템을 제공할 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명은, 정량 분주를 위한 유체칩 내에서 정량의 시료가 유체칩에 내에 유동할 때, 상부층의 공기 온도를 증가 시켜 대류 현상을 유도하고, 이에 따라 에어 트랩 없이 정량 분주가 가능한, 히터가 구비된 정량 분주용 디바이스를 제공할 수 있는 효과가 있다.

이에, 본 발명은, 종래의 현장 진단 시스템이 갖는 한계를 해결할 수 있는 효과가 있다.

특히, 본 발명은, 마이크로 파이펫 없이도 유체칩 내에서 유체 시료가 정량 분주될 수 있는 정량 분주 시스템을 제공하여, 사용자의 파이펫에 의한 실수 및 2차 오염방지를 해결하고 실험에 필요한 시간 단축이 가능하다.

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

도 1a 내지 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스 및 이의 구성들의 계략적인 사시도이다.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스 및 이의 구성들의 계략적인 사시도이다.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 다양한 실시예에 이용되는 유체칩의 구조를 예시적으로 도시한 것이다.
도 4a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스의 히터부 및 유체칩을 확대한 사시도이다.
도 4b 및 4c는 다양한 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스의 내부의 유체 유동 과정을 설명하기 위한 예시도들이다.
도 5는 다양한 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스를 이용한 정량 분주 방법의 절차를 예시적으로 도시한 것이다.

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

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우, '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

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

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

본 명세서의 해석의 명확함을 위해, 이하에서는 본 명세서에서 사용되는 용어들을 정의하기로 한다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "유체"는 본 발명의 유체칩을 이용하여 분석하고자 하는 모든 유체 시료를 의미할 수 있다. 예를 들어, 유체 시료는 세포 용해물, 전혈, 혈장, 혈청, 침, 안구액, 뇌척수액, 땀, 뇨, 젖, 복수액, 활액 및 복막액일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

한편, 본원 명세서 내에 유체는, 병원균, 호르몬, 단백질, 특정 DNA 중 적어도 하나의 표적 물질을 포함할 수도 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "하우징부"는 정량 분주용 디바이스의 바디를 형성하는 유닛을 의미할 수 있다.

이때, 하우징부는 금속, 세라믹 및 폴리머 중 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다. 여기서 금속은, Au, Mg, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Al, Zr, Nb, Mo, Ru, Ag, Sn, 등과 같이 화학주기율표에서 금속으로 명명되는 원소로 구성된 물질로, 전술한 금속 물질 중 어느 하나로 형성되거나, 적어도 1종 이상 혼합된 금속 혼합물로 형성될 수 있다. 나아가, 세라믹은, 실리콘, 알루미늄, 타이타늄, 지르코늄과 같이 금속원소가 산소, 탄소, 질소와 결합하여 만든 산화물, 탄화물, 질화물로 구성된 물질 중 적어도 하나, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 또한, 폴리머는, COC, PMMA, PDMS, PC, TIPP, CPP, TPO, PET, PP, PS, PEEK, Teflon, PI, PU, 등으로 구성된 물질 중 적어도 하나, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 하우징부는 제1 하우징부 및 제2 하우징부의 두개의 서브 유닛을 포함할 수 있다.

이때, 본 명세서에서 사용되는 용어, "제1 하우징부"는 하우징부의 상부 또는 일부를 형성하고, "제2 하우징부"는 제1 하우징부의 적어도 일면과 체결 가능하고, 하우징부의 하부 또는 일부를 형성할 수 있다.

이때, 정량 분주를 위한 유닛들은 제1 하우징부 및 제2 하우징부 사이의 공간에 배치될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "유체칩"은 바디부 내에 형성된 유체가 유동 가능한 채널을 포함하는 유체칩을 의미할 수 있다.

바람직하게, 본원 명세서 내에서 유체칩은 주입된 유체 시료에 대한 정량 수용 (또는, 분주) 이 가능한 챔버가 구비된 유체 분석용 칩을 의미할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "히터부"는 미리 결정된 수준, 예를 들어 유체칩의 챔버 내의 공기의 대류 현상을 야기하여 에어 트랩이 발생되지 않을 정도의 온도 (예를 들어, 50 내지 90 ℃) 를 제공하는 유닛을 의미할 수 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 히터부는 적어도 일면이 유체칩과 직접적으로 맞닿는 접촉부를 포함한다.

특히, 접촉부는 유체칩 내의 유체가 정량 수용되는 분석 챔버 (또는, 수용 챔버)의 초입에 배치될 수 있다. 이에, 유체는 에어 트랩 없이 수용 챔버에 정량으로 수용될 수 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 히터부 상에는 온도 센서가 배치될 수 있어, 미리 결정된 수준의 온도를 제공하는지가 모니터링될 수 있다.

한편, 히터부는, 전압의 인가에 따라 열을 전도하도록 구성된 열 전도부 및 열 전도부와 연결된 전극을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 히터부는 전류의 방향에 따라 열 방출 또는 열 흡수되는 면이 상이한 펠티어 소자일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "방열부"는 히터부에 의해 상승된 하우징부 또는 유체칩의 온도를 낮추도록, 열을 방출하도록 구성된 유닛일 수 있다. 이때, 방열부는 하우징부 또는 히터부의 적어도 일부와 연결되도록 배치될 수도 있다.

방열부는, 열의 방출을 유도하는 냉각펜 또는 표면적을 넓혀 열 방출의 효율을 높이도록 복수의 필러가 구비된 방열판을 포함할 수 있다.

이때, 냉각펜은 방열판과 일정한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.

한편, 유체칩은 정량의 유체를 수용하기 위한 다양한 유닛을 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "투입부"는 유체 시료의 주입에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 유체칩의 내부로 상기 유체 시료가 유동하도록 구성된 채널을 의미할 수 있다.

이때, 투입부는, 상기 유체칩의 상부면을 관통하는 홀로 유체 시료가 주입되는 주입구를 더 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "수용 챔버"는, 정량의 유체 시료를 수용하도록 구성된 수용 채널로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체칩 상에 복수개가 구비될 수 있다.

즉, 복수개의 챔버 각각은, 주입된 유체 시료를 일정한 양으로 수용하도록 구성될 수 있으며, 서로 동일한 부피를 가질 수 있다. 또한, 복수개의 챔버 각각은, 후술할 분석 챔버에 정량의 유체를 제공하도록 구성될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "분석 챔버"는, 유체 내의 핵산의 증폭과 같은 전처리 과정이 진행되는 채널을 의미할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 분석 챔버 내에서 전처리를 포함한 분자 진단의 전체 프로세스가 진행될 수도 있다. 예를 들어, 분석 챔버 내에서 유체 시료는 유전자 증폭 과정을 거친 후, 이의 정성 분석, 나아가 정량 분석이 진행될 수도 있다.

한편, 분석 챔버는 전술한 복수의 수용 챔버 챔버와 각각 유체로 연통하도록 구성되고, 복수의 분석 챔버 각각은, 복수의 수용 챔버 각각에 수용된 유체의 정량과 상응하는 부피를 가질 수 있다.

즉, 복수의 분석 챔버 각각은, 복수의 수용 챔버 각각에 수용된 정량의 유체를 수용하도록 구성되어, 유전자 진단 시 균일한 진단 및 재현성 높은 진단 결과를 제공할 수 있다.

한편, 분석 챔버는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체칩의 하부면에 높이를 갖는, 튜브 형태를 가질 수 있다. 이때, 튜브의 부피는 분석하고자 하는 유체 시료의 부피에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

나아가, 분석 챔버는, 프라이머 또는 프로브와 같은 유체 내의 표적 유전자의 증폭, 정성(또는 정량) 분석에 필요한 시료를 더욱 포함할 수 있다.

이에, 상용되는 PCR 기기에 적용 가능함에 따라, 표적 유전자의 증폭 절차가 보다 용이하게 수행될 수 있다.

그러나, 분석 챔버의 구조는 튜브 형태에 제한되는 것은 아니며, 복수의 수용 챔버 내의 정량의 유체를 수용하는 한, 다양한 구조를 가질 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "연결부"는, 유체칩 내부에서 복수의 기능을 하는 두 개의 유닛을 연결하도록 구성된 채널을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 연결부는, 투입부와 복수의 수용 챔버를 연결하는 채널의 제1 연결부 및 복수의 수용 챔버와 복수의 분석 챔버를 각각 연결하는 채널의 제2 연결부로 구성될 수 있다.

이때, "제1 연결부"는, 투입부와 연통하는 하나의 유체 채널로부터 복수의 수용 챔버 각각과 유체로 연통하도록 복수의 채널로 분지된 채널로서, 주입된 유체가 복수의 채널을 통해 복수의 수용 챔버 각각에 정량으로 유동하도록 구성될 수 있다.

나아가, "제2 연결부"는, 투입부와 수용 챔버 사이의 제1 연결부로부터 분지되어 복수의 분석 챔버 중 하나의 챔버와 유체로 연통하도록 구성된 채널일 수 있다.

이때, 유체는, 제1 연결부 및 제2 연결부 내에서 상이한 흐름 방향을 가질 수 있다.

예를 들어, 투입부를 통해 주입된 유체는 제1 연결부를 통해 수용 챔버로 유동된 후, 제2 연결부를 통해 분석 챔버로 유동되며 동시에 제1 연결부에서의 유동 방향과 반대되는 방향을 가질 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "압력 완충부"는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체칩 내부의 채널에 대한 압력의 변화를 최소화하여, 정량 분주를 방해하는 타 방향으로의 유체의 흐름을 차단하고, 나아가 유체의 조성이나 미세 액적의 형상을 유지하도록 구성된 채널 (또는, 챔버) 를 의미할 수 있다.

보다 구체적으로, 압력 완충부는 복수의 수용 챔버의 일면에 연결되어 수용 챔버 내의 일부의 유체를 흡수하도록 구성된 흡습성의 완충재를 포함하는 유닛일 수 있다. 이에, 완충재에 의해 유체 시료의 흡수가 일어나, 유체의 흐름을 변화시키는 수용 챔버 내의 압력이 경감될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "완충재"는, 유체를 흡수하도록 구성된 흡습성의 유닛으로, 솜, 종이, 파이버, 스펀지 등일 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고 완충재는 보다 다양한 흡습성 소재로 이루어지고 및 다양한 형태를 가질 수 있다.

즉, 완충재를 포함하는 압력 완충부는 수용 챔버에 정량으로 시료가 채워졌을 때 잔여 압력에 의해 분석 챔버로 유체가 역류 (예를 들어, 유체를 주입했을 때 유체가 제1 연결부를 통해 수용 챔버로 유동하는 것이 아니라, 제2 연결부를 통해 분석 챔버로 흐르는 역류) 되지 않도록, 압력을 완충해줄 수 있다.

한편, 압력 완충부는, 복수의 수용 챔버 각각과 연결된 단일 구조의 단일 챔버, 및 단일 챔버 상에 배치된 완충재를 포함할 수 있다.

그러나 이에 제한되지 않고, 압력 완충부는, 복수의 수용 챔버 각각과 연결된 복수의 독립된 챔버, 및 상기 독립된 챔버와 상응하는 부피를 갖는 완충재로 이루어질 수도 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "공기 배출부"는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체칩 내의 공기를 배출하도록 구성된, 상기 유체칩의 외부와 연결된 채널을 의미할 수 있다.

이때, 공기 배출부는, 유체가 빠져나가지 못하게 하도록 구성된 공기 필터를 포함할 수 있다.

나아가, 공기 배출부는 압력 완충부와 연결되어 수용 챔버의 공기가 외부로 빠져나가도록 구성된 제1 공기 배출부, 및 분석 챔버와 연결되어 분석 챔버 내의 공기가 외부로 빠져나가도록 제2 공기 배출부를 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "유체 제어부"는, 공기를 주입 또는 흡입하여 상기 유체의 흐름을 제어하는 채널을 의미할 수 있다.

이때, 유체 제어부는, 수용 챔버 및 압력 완충부 사이에 형성된, 공기를 주입 또는 흡입하기 위한 채널을 포함하여, 복수의 수용 챔버 내의 정량의 유체가 제2 연결부를 통해 복수의 분석 챔버 각각으로 이동하도록 유체의 흐름을 제어할 수 있다.

즉, 유체 제어부에 의해 공기가 주입 또는 흡입될 경우, 유체의 흐름이 전환될 수 있다.

그러나, 이에 제한되지 않고, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체칩 내에서 유체는, 투입부로부터 수용 챔버로, 수용 챔버로부터 분석 챔버로 일 방향으로 유동할 수도 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "방출부"는, 전술한 분석 챔버와 연결되어, 분석이 완료된 유체 시료가 빠져나가는 채널을 의미할 수 있다. 이때, 방출부는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체칩 내부의 채널 및 본 발명의 일 실시예에 따른 유체칩의 외부로 돌출된 방출구를 포함할 수 있다.

이하에서는, 1a 내지 1c, 도 2a 내지 2c를 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스 및 이를 이용하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1a 내지 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스 및 이의 구성들의 계략적인 사시도이다. 도 2a 내지 2c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스 및 이의 구성들의 계략적인 사시도이다.

먼저, 도 1a 및 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스 (10000) 는, 정량의 유체를 수용하도록 구성된 유체칩 (1000), 유체칩 (1000) 의 적어도 일부에 열을 인가하는 히터부 (2000), 및 이들을 수용하며 정량 분주용 디바이스 (10000) 의 바디를 형성하는 제1 하우징부 (3100a) 및 제2 하우징부 (3100a) 로 구성된 하우징부 (3100) 로 이루어질 수 있다.

이때, 제1 하우징부 (3100 a) 의 내측에는 히터부 (2000) 가 구비될 수 있고, 히터부의 발열에 따른 열을 방출하기 위한 복수의 방열홀 (3110) 이 제1 하우징부 상에 배치될 수 있다.

제2 하우징부 (3100b) 의 상부에, 제2 하우징부 (3100b) 로부터 탈착 가능한 유체칩이 배치될 수 있다. 나아가, 제2 하우징부 (3100b) 의 내측에는 정량 분주용 디바이스 (10000) 의 전원을 제어하는 전원부 (3120) 가 배치될 수 있고, 히터부 (2000) 의 온도를 제어하고, 배치된 유체칩 (1000) 의 유체의 흐름을 유도하는 펌프 (미도시) 가 배치될 수 있다.

보다 구체적으로, 도 1c를 함께 참조하면, 제2 하우징부 (3100b) 의 내측에 유체의 흐름을 유도하도록 구성된 펌프부 (3130) 및 히터부 (2000) 및 펌프부 (3130) 를 제어하도록 구성된 제어부 (3140), 나아가 DC-DC 컨버터 (미도시) 가 구비될 수 있다.

다시, 도 1b를 참조하면, 제1 하우징부 (3100 a) 와 제2 하우징부 (3100b) 는 체결부 (미도시) 를 통해 체결 가능하며, 체결 시 히터부 (2000) 의 적어도 일면이 유체칩 (1000) 의 상부에 맞닿을 수 있다.

이에, 유체칩 (1000) 상에 열이 인가될 수 있어 유체의 정량 분주가 가능할 수 있다. 정량 분주 과정에 대한 상세한 설명은 이하에서 후술할 것이다.

즉, 이상의 정량 분주용 디바이스 (10000) 의 구조적 특징에 따라, 분석하고자 하는 유체가 주입된 유체칩 (1000) 이 제2 하우징부 (3100b) 상부에 배치되고, 이후 제1 하우징부 (3100a) 와 제2 하우징부 (3100b) 가 체결되고, 전원부 (3120) 에 의해 정량 분주용 디바이스 (10000) 가 작동하면, 유체의 정량 분주가 수행될 수 있다.

그러나, 정량 분주용 디바이스 (10000) 의 구조적 특징은 이에 제한되는 것은 아니다.

보다 구체적으로, 도 2a 및 2b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스 (10000') 는, 정량의 유체를 수용하도록 구성된 유체칩 (1000), 유체칩 (1000) 의 적어도 일부에 열을 인가하는 히터부 (2000) 와 함께 방열부 (4000), 및 히터부 (2000) 를 고정하는 고정부 (5000) 를 더욱 포함할 수 있다. 이때, 고정부 (5000) 의 상부에 방열부 (4000) 가 배치될 수 있다. 한편, 방열부는 (4000) 이에 제한되지 않고 히터부 (2000) 상에 직접 배치될 수도 있다.

이에, 제1 하우징부 (3100 a) 의 내측에는 히터부 (2000), 방열부 (4000) 및 고정부 (5000) 가 구비될 수 있다. 이때, 히터부의 발열에 따른 열을 방출하기 위한 복수의 방열홀 (3110) 이 제1 하우징부 상에 배치될 수 있다.

나아가, 제2 하우징부 (3100b) 의 상부에, 제2 하우징부 (3100b) 로부터 탈착 가능한 유체칩이 배치될 수 있다. 또한, 제2 하우징부 (3100b) 의 내측에는 정량 분주용 디바이스 (10000') 의 전원을 제어하는 전원부 (3120) 가 배치될 수 있고, 히터부 (2000) 의 온도를 제어하고, 배치된 유체칩 (1000) 의 유체의 흐름을 유도하는 펌프 (미도시) 가 배치될 수 있다.

보다 구체적으로, 도 2c를 함께 참조하면, 제2 하우징부 (3100b) 의 내측에 유체의 흐름을 유도하도록 구성된 펌프부 (3130) 및 히터부 (2000) 및 펌프부 (3130) 를 제어하도록 구성된 제어부 (3140), 나아가 DC-DC 컨버터 (미도시) 가 구비될 수 있다.

다시 도 2b를 참조하면, 제1 하우징부 (3100 a) 와 제2 하우징부 (3100b) 는 체결부 (미도시) 를 통해 체결 가능하며, 체결 시 히터부 (2000) 의 적어도 일면이 유체칩 (1000) 의 상부에 맞닿을 수 있다.

이에, 유체칩 (1000) 상에 열이 인가될 수 있어 유체의 정량 분주가 가능할 수 있다. 정량 분주 과정에 대한 상세한 설명은 이하에서 후술할 것이다.

한편, 본 발명의 다양한 실시예에 이용되는 유체칩은, 분석하고자 하는 유체의 정량 분주가 가능하도록, 기능성 유닛들을 포함할 수 있다.

이하에서는, 도 3a 내지 3c를 참조하여, 발명의 다양한 실시예에 이용되는 유체칩에 대하여 구체적으로 설명한다. 이때, 설명의 편의를 위해 전술한 도 1a 내지 1c, 도 2a 내지 2c에 이용된 도면 부호가 참조된다. 도 3a 내지 3c는 본 발명의 다양한 실시예에 이용되는 유체칩의 구조를 예시적으로 도시한 것이다.

먼저, 도 3a을 참조하면, 유체칩 (1000) 은, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스 (10000 또는 10000') 에 탈착 가능한 집으로서, 유체의 시료가 주입되는 채널인 투입부 (110), 주입된 유체를 정량으로 수용하도록 구성된 복수의 수용 챔버 (120), 수용 챔버 (120) 의 압력을 경감시키도록 구성된 압력 완충부 (130), 수용 챔버 (120) 로부터 유동한 정량의 유체 시료를 수용하고 분석하기 위한 복수의 분석 챔버 (140) 로 이루어질 수 있다.

보다 구체적으로, 투입부 (110) 는, 유체칩 (1000) 의 상부면을 관통하는 홀로 유체 시료가 주입되는 주입구 (112) 를 포함할 수 있다. 또한, 투입부 (110) 및 복수의 수용 챔버 (120) 는 연결부 (150), 보다 구체적으로 투입부 (110) 와 이어지는 하나의 유체 채널로부터 복수의 수용 챔버 (120) 각각과 유체로 연통하도록 복수의 채널로 분지된 제1 연결부 (152) 를 통해 유체로 연통하도록 연결될 수 있다. 나아가, 복수의 수용 챔버 (120) 는, 투입부 (110) 와 수용 챔버 (120) 사이의 제1 연결부 (152) 로부터 분지된 제2 열결부 (152) 를 통해, 복수의 분석 챔버 (140) 중 하나와 유체로 연통하도록 구성될 수 있다. 이때, 유체는, 제1 연결부 (152) 및 제2 연결부 (154) 내에서 상이한 흐름 방향을 가질 수 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 유체칩 (1000) 은, 공기를 주입 또는 흡입하여 상기 유체의 흐름을 제어하기 위한 채널의 유체 제어부 (170) 를 더욱 포함할 수 있다. 예를 들어, 유체 제어부 (170) 는, 공기의 주입 또는 흡입이 가능한 수용 챔버 (120) 및 압력 완충부 (130) 사이에 형성된 채널 (미도시) 을 포함할 수 있다. 이에, 유체 제어부 (170) 는, 복수의 수용 챔버 (120) 내의 정량의 유체가 제2 연결부 (154) 를 통해 복수의 분석 챔버 (140) 각각으로 이동하도록 제어할 수 있다.

이때, 유체 제어부 (170) 는, 전술한 정량 분주용 디바이스 (10000 또는 10000') 의 펌프부 (3140) 와 연결될 수 있다.

즉, 펌프부 (3140) 에 의해 유체칩 (1000) 내부의 유체의 흐름이 유도되어, 유체는 복수의 수용 챔버 (120) 나아가, 복수의 분석 챔버 (140) 로 유동할 수 있다.

한편, 유체칩 (1000) 이 본 발명의 다양한 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스 (10000 또는 10000') 에 도입될 경우, 정량의 유체 시료가 유동하는 복수의 분석 챔버 (140) 의 초입에 히터부 (2000) 가 배치될 수 있다. 이에, 복수의 분석 챔버 (140) 상에 열이 인가되어, 복수의 분석 챔버 (140) 내에 정량의 유체가 수용될 수 있다. 정량 분주 과정에 대한 상세한 설명은 이하에서 후술할 것이다.

다음으로, 압력 완충부 (130) 는, 복수의 수용 챔버 (120) 각각에 대하여 공기를 외부로 배출하도록 유체칩 (1000) 의 외부와 연결된 제1 공기 배출부 (162) 와 이어질 수 있다. 나아가, 복수의 분석 챔버 (140) 는, 이들 각각의 공기를 외부로 배출하도록 유체칩 (1000) 의 외부와 연결된 제2 공기 배출부 (164) 와 이어질 수 있다. 즉, 제1 공기 배출부 (162) 및 제2 공기 배출부로 이루어진 공기 배출부 (160) 는, 외부와 연결된 복수의 배출홀 (162a, 164a) 및 복수의 배출 홀 (162a, 164a) 상에 배치되어 유체는 빠져나가지 못하고 공기만 통과시키도록 구성된 공기 필터 (162b, 164b) 로 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 유체칩 (1000) 은, 분석 챔버 (140) 로의 PCR 프리 믹스쳐 (PCR pre-mixture) 및 완충액을 추가 주입하기 위한 추가 투입부 (182, 184) 가 더 구비될 수 있다. 나아가, 유체칩 (1000) 은, 복수의 분석 챔버 (140) 와 연결되어, 분석이 완료된 유체 시료가 빠져나가는 내부 채널의 방출부 (190) 및 외부로 돌출된 방출구 (192) 를 더 포함할 수 있다.

한편, 유체칩 (1000) 은, 복수의 필름이 적층되고, 이들 필름 중 적어도 일부에 형성된 내부 채널에 의해, 복수의 기능을 하는 유닛들 (투입부 (110), 수용 챔버 (120), 압력 완충부 (130), 분석 챔버 (140), 공기 배출부 (160) 등.) 이 구비될 수 있다.

도 3b를 참조하면, 유체칩 (1000) 의 분해 사시도가 도시된다. 보다 구체적으로, 유체칩 (1000) 은, 커버부 (1100) 및 받침부 (1500) 와 이들 사이의 제1 필름 (1200), 제2 필름 (1300), 제3 필름 (1400) 의 복수의 필름으로 이루어질 수 있다.

이때, 제1 필름 (1200) 은 제2 필름 (1300) 의 상부에 배치되고, 제3 필름 (1400) 은 제2 필름 (1200) 의 하부에 배치된다. 즉 제2 필름 (1300) 은 제1 필름 (1200) 과 제3 필름 (1400) 사이에 개재되는 형태를 갖는다. 이에, 따라, 제1, 2, 3 필름 (1200, 1300 및 1400) 이 합지되어 유체칩 (1000) 을 형성할 수 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 제 1, 2, 3 필름 (1200, 1300 및 1400) 모두 플라스틱 소재로 형성될 수 있다. 이때, 플라스틱 소재의 예로는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 (PE), 폴리프로필렌 (PP), 폴리이미드 (PI), 폴리스티렌 (PS), 폴리카보네이트 (PC), 폴리우레탄, 폴리비닐리덴플루오라이드, 나일론, 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA), 폴리비닐클로라이드 (PVE), 폴리에테르 설폰 (PES) 등이 있을 수 있다. 제 1, 2, 3 필름 (1200, 1300 및 1400) 은 모두 동일하거나 상이한 플라스틱 소재로 형성될 수 있으며 3개의 필름 (1200, 1300 및 1400) 중 두 개가 동일한 플라스틱 소재로 형성되고 다른 하나는 상이한 플라스틱 소재로 형성될 수 있다. 나아가 동일한 플라스틱 소재로 형성되더라도, 경우에 따라 개별 물성은 차이가 있을 수도 있다.

커버부 (1100) 상에는, 외부로 돌출된 홀인, 주입구 (112), 유체 제어부 (170), 방출구 (192) 등이 형성될 수 있다. 나아가, 커버부 (1100) 는, 후술할 제2 필름 (1300) 에 의해 형성된 복수의 유닛들 (투입부 (110), 수용 챔버 (120), 분석 챔버 (140), 연결부 (150), 유체 제어부 (170)) 의 일부가 노출되도록, 중앙이 개구된 형태를 가질 수도 있다. 그러나 이에 제한되지 않고, 커버부 (1100) 의 개구된 영역에 오염을 방지하기 위한 필름이 형성될 수도 있다.

한편, 제2 필름 (1300) 에는 채널 (1310) 이 형성될 수 있다. 채널 (1310) 은 유체 시료를 이송시키거나, PCR 증폭 등의 반응 및 분석을 위한 유체 시료를 정량으로 수용할 수 있다. 즉, 채널 (1310) 은, 기능적 영역에 따라, 유체칩 (1000) 의 투입부 (110), 수용 챔버 (120), 분석 챔버 (140), 연결부 (150), 유체 제어부 (170) 로 나뉘어질 수 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 채널 (1310) 은 제2 필름 (1300) 상에 레이저 컷팅, 컷팅 플로팅 가공법, 컷팅 프린팅법, 선반 가공법 등에 의해 형성될 수 있다.

한편, 제2 필름 (1300) 의 상하부 각각에 제1 필름 (1200) 및 제3 필름 (1400) 이 결합하게 된다. 즉, 제2 필름 (1300) 의 두께가 유체의 흐름 공간인 채널 (1310) 의 높이를 형성할 수 있다. 한편, 3 개의 필름 (1200, 1300 및 1400) 의 결합은 통상의 결합 부재를 이용한 기계적 결합방식에 의해 이루어질 수 있고, 접착제를 이용하는 방식에 의해 이루어질 수도 있다. 이때, 접착제는 3 개의 필름 (1200, 1300 및 1400) 을 상호 접합시켜 유체 시료의 흐름 공간을 형성하는데 충분한 접착성을 가지면 충분하고, 특정 종류의 접착제로 한정되지 않는다. 접착제의 종류를 예시하면, 고무계 접착제, 아크릴 수지계 접착제, 실리콘계 접착제, 광학계 접착제, 가열성 접착제 등이 있다. 또한 접착제의 형태를 예시하면, 감압 접착 테이프, 열 활성 접착 테이프, 화학적 활성 접착 테이프, 광 활성 접착 테이프 등이 있을 수 있다.

제1 필름 (1200) 에는 복수의 이송홀 (1210) 이 형성된다. 이송홀 (1210) 은 유체칩 (1000) 에서 유체 시료에 대해 수직 방향으로의 이송 경로를 제공할 수 있다. 예를 들어, 커버부 (1100) 의 주입구 (112) 로부터 도입된 유체 시료는 제1 필름 (1200) 의 이송홀 (1210) 을 거쳐 제2 필름 (1300) 의 채널 (1310) 로 유입될 수 있다. 이때, 이송홀 (1210) 은 제2 필름 (1300) 의 채널이 단절된 일부 영역에 형성될 수 있어, 유체 시료에 대해 수직 방향으로의 이송 경로를 제공할 수 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 제1 필름 (1200) 상에는 공기를 외부로 배출하기 위한 복수의 배출홀 (162a, 164a) 이 더 형성될 수 있다. 이때, 복수의 배출홀 (162a, 164a) 각각에는 공기 필터 (162b, 164b) 가 상부에 배치될 수 있다. 즉, 제1 필름 (1200) 의 배출홀 (162a, 164a) 상에 공기 필터 (162b, 164b) 각각이 배치됨으로써, 제1 공기 배출부 (162), 제2 공기 배출부 (164) 가 형성될 수 있다. 이때, 배출홀 (162a) 및 공기 필터 (162b) 로 이루어진 제1 공기 배출부 (162) 는 전술한 제2 필름 (1300) 의 채널 (1310) 중, 수용 챔버 (120) 와 적어도 일부가 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 나아가, 배출홀 (164a) 및 공기 필터 (164b) 로 이루어진 제2 공기 배출부 (164) 는 전술한 제2 필름 (1300) 의 채널 (1310) 중, 분석 챔버 (140) 와 적어도 일부가 대응하는 위치에 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 제1 필름 (1200) 상에 챔버 (130a) 가 더욱 형성될 수 있다. 나아가, 챔버 (130a) 에 대응하는 위치에 충진 가능한 완충재 (130b) 가 배치될 수 있다. 즉, 제1 필름 (1200) 상에 챔버 (130a) 및 완충재 (130b) 가 배치됨으로써, 압력 완충부 (130) 가 형성될 수 있다. 이때, 챔버 (130a) 및 완충재 (130b) 로 이루어진 압력 완충부 (130) 는, 전술한 제2 필름 (1300) 의 채널 (1310) 중, 수용 챔버 (120) 영역에 적어도 일부가 대응하고, 수용 챔버 (120) 및 공기 배출부 (160) 사이의 영역에 배치될 수 있다. 한편, 압력 완충부 (130) 의 구조는 이에 제한되는 것이 아니다. 예를 들어, 별도의 챔버 (130a) 없이 완충재 (130b) 가 수용 챔버 (120) 의 적어도 일면, 또는 수용 챔버 (120) 와 제1 공기 배출부 (162) 사이에 적층됨으로써, 압력 완충부 (130) 가 형성될 수도 있다. 즉, 수용 챔버 (120) 의 유체 시료의 일부를 흡수하고 이에 압력을 경감시켜주는 완충재 (130b) 가 배치되는 한, 압력 완충부 (130) 는 보다 다양한 구조를 가질 수 있다.

한편, 커버부 (1100) 의 개구된 영역에 의해 공기 배출부 (160), 및 압력 완충부 (130) 가 외부로 노출될 경우, 오염 및 공기 유입 등을 막기 위해, 상기 의해 공기 배출부 (160), 및 압력 완충부 (130) 상에 탈부착 가능한 보호층이 더 형성될 수도 있다.

제3 필름 (1400) 상에 복수의 챔버홀 (1410) 이 형성될 수 있다. 이때, 챔버홀 (1410) 은 제2 필름 (1300) 에 형성된 분석 챔버 (140) 와 상응하는 위치에 형성될 수 있고, 분석 챔버 (140) 가 복수개인 경우, 챔버홀 (1410) 역시 복수개일 수 있다. 한편, 도 3c를 함께 참조하면, 챔버홀 (1410) 의 하부에 튜브 챔버 (1420) 가 위치될 수 있다. 즉, 튜브 챔버 (1420) 는 그 위치가 챔버홀 (1410) 과 상응하도록 제3 필름 (1400) 의 하부에 결합될 수 있다. 이를 통해 유체 시료는 챔버홀 (1410) 을 통과하여 튜브 챔버 (1420) 내에 포집될 수 있다. 즉, 제3 필름 (1400) 의 챔버홀 (1410) 및 튜브 챔버 (1420) 및 이에 대응하는 제2 필름 (1300) 의 채널 (1310) 에 의해, 튜브 형태의 분석 챔버 (140) 가 형성될 수 있다. 이때, 튜브 챔버 (1420) 내에는 프라이머 또는 프로브와 같은 유체 내의 표적 유전자의 증폭, 정성 (또는 정량) 분석에 필요한 시료를 더욱 포함할 수도 있다. 나아가, 튜브 챔버 (1420) 는 PCR 기기의 온도 조절부에 삽입 가능한 마이크로 튜브일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이와 같이, 압력 완충부 (130) 가 구비된 유체칩 (1000) 을 제공함으로써, 채널 내의 유체 압력의 변화가 최소화되고, 정량 분주를 방해하는 타 방향으로의 유체의 흐름이 차단될 수 있다. 따라서, 유체칩 (1000) 은, 마이크로 파이펫 없이도 복수의 분석 챔버 각각에 대하여 유체 시료의 정량 주입이 가능할 수 있다.

한편, 유체칩 (1000) 의 구조적 특징은 전술한 것에 제한되는 것이 아니며, 유체가 유동하는 채널 및 정량의 유체를 수용하는 챔버가 구비되는 한, 보다 다양한 구조를 가질 수 있다.

이하에서는, 도 4a 내지 4c를 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스를 이용한 정량 분주 절차를 설명한다. 이때, 설명의 편의를 위해 전술한 도 1a 내지 1c, 도 2a 내지 2c, 도 3a 내지 3c에 이용된 도면 부호가 참조된다. 도 4a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스의 히터부 및 유체칩을 확대한 사시도이다. 도 4b 및 4c는 다양한 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스의 내부의 유체 유동 과정을 설명하기 위한 예시도들이다.

먼저, 도 4a를 참조하면, 제1 하우징부 (3100 a) 및 제2 하우징부 (3100b) 는 체결 가능하며, 체결 시 제1 하우징부 (3100 a) 내측에 존재하는 히터부 (2000) 의 접촉부 (2110) 가 유체칩 (1000) 의 상부, 특히 복수의 분석 챔버 (140) 에 맞닿을 수 있다. 이에, 복수의 분석 챔버 (140) 에 열이 인가되어, 정량의 유체가 복수의 분석 챔버로 유동할 수 있다. 한편, 이에 제한되지 않고, 히터부 (2000) 의 접촉부 (2110) 는 유체칩 (1000) 의 수용 챔버 (120) 의 상부에도 존재할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 4b를 함께 참조하면, 유체 시료는 유체칩 (1000) 의 투입부 (110) 를 통해 유체칩 (1000) 의 내부로 주입될 수 있다.

다음으로, 유체칩 (1000) 이 히터부 (2000) 가 구비된 본 발명의 다양한 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스 (10000 또는 10000') 에 도입되고, 정량 분주용 디바이스 (10000 또는 10000') 의 펌프부 (3140) 가 작동하면, 유체가 유동할 수 있다. 이때, 유체 시료는 투입부 (110) 와 복수의 수용 챔버 (120) 각각을 연결하는 제1 연결부 (152) 를 통해, ① 방향으로 수용 챔버 (120) 로 유동할 수 있다.

① 방향으로 유동한 유체 시료는 복수의 수용 챔버 (120) 각각에 정량으로 수용될 수 있다. 이때, 복수의 수용 챔버 (120) 의 끝 단에 형성된 압력 완충부 (130) 에 의해 수용 챔버 (120) 상에 압력이 형성되지 않음에 따라, 정량의 유체 시료는 복수의 수용 챔버 (120) 각각에 수용될 수 있다.

다음으로, 유체 제어부와 연결된 펌프부 (3140) 에 의해, 복수의 수용 챔버 (120) 에 수용된 정량의 유체 시료는, 제2 연결부 (154) 를 통해 ②, ③ 및 ④ 방향으로 순차적으로 유동한 후, 분석 챔버 (140) 에 수용될 수 있다.

이때, 도 4c를 함께 참조하면, 유체가 ④ 방향으로 유동할 때, 분석 챔버 (140) 의 상부, 보다 구체적으로 분석 챔버 (140) 의 유체가 유입되는 초입부에 배치된 히터부 (2000), 특히 분석 챔버 (140) 와 직접 맞닿는 접촉부 (2110) 에 의해 분석 챔버 (140) 의 상부층 공기가 50 내지 90 ℃로 가열될 수 있다. 이에, 유체가 분석 챔버 (140) 로 유입될 때, 상부층의 공기가 증가하는 대류 현상이 발생되어 분석 챔버 (140) 는 에어 트랩 없이 정량의 유체를 수용할 수 있다 (도 4c의 (a)). 정량 분주가 완료된 유체칩 (1000) 은 유체 시료 내의 표적 물질에 대한 정량 및 정성 분석을 위해 정량 분주용 디바이스 (10000 또는 10000') 로부터 제거될 수 있다.

한편, 히터부 (2000) 가 없을 경우, 미세 유체의 속도에 의해 유체 시료가 반대쪽 튜브 벽면에 먼저 맞게 되어 에어 트랩이 발생하게되어, 챔버로 정량의 시료가 들어가지 않고 지나가는 현상이 발생하여 정량 주입이 불가능할 수 있다 (도 4c의 (b)).

즉, 히터부 (2000) 가 구비된 본 발명의 다양한 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스 (10000 또는 10000') 는, 유체칩 내에서 정량의 시료가 튜브와 같은 챔버 내로 유동할 때, 챔버 내에 에어 트랩이 발생하여 정량 분주가 달성되지 못하는 분주용 디바이스의 한계를 극복할 수 있다.

나아가, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스 (10000 또는 10000') 는, 압력 완충부 (130) 가 구비된 유체칩 (1000) 을 제공함으로써, 채널 내의 유체 압력의 변화가 최소화되고, 정량 분주를 방해하는 타 방향으로의 유체의 흐름이 차단될 수 있다.

이에, 본 발명은 히터부가 구비된 본 발명의 다양한 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스, 나아가 유체칩을 제공함으로써, 마이크로 파이펫 없이도 유체 시료의 정량 분주가 가능하게 할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 유전자 진단 시 균일한 진단 및 재현성 높은 진단 결과를 제공할 수 있다.

이하에서는, 도 5를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유체 시료의 정량 분주 방법의 절차를 설명한다. 도 5는 다양한 실시예에 따른 정량 분주용 디바이스를 이용한 정량 분주 방법의 절차를 예시적으로 도시한 것이다.

먼저, 분석하고자 하는 유체 시료가 준비된다 (S510). 그 다음, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 유체칩 상에 유체 시료가 위치된다 (S520). 마지막으로, 유체의 정량 분주를 위해, 수용 챔버가 구비된 유체칩이 정량 분주용 디바이스에 도입된다 (S530).

보다 구체적으로, 유체 시료가 준비되는 단계 (S510) 에서, 표적 유전자를 포함하는 유체 시료가 준비된다. 이때, 유체 시료가 준비되는 단계 (S510) 에서, 유체 시료는 PCR과 같은 분석을 위한 시료들과 선 반응할 수도 있다.

다음으로, 유체칩 상에 유체 시료가 위치되는 단계 (S520) 에서, 유체 시료가 본 발명의 일 실시예에 따른 유체칩의 투입부를 통해 주입될 수 있다.

보다 구체적으로, 유체칩 상에 유체 시료가 위치되는 단계 (S520) 에서, 주입된 유체 시료는, 투입부와 복수의 수용 챔버 각각을 연결하는 제1 연결부를 통해, 복수의 수용 챔버로 유동할 수 있다.

다음으로, 유체칩이 도입되는 단계 (S530) 에서, 정량 분주용 디바이스에 유체칩이 도입되고 전원이 켜지면, 펌프부 및 히터부가 작동하게 된다.

보다 구체적으로, 유체칩이 도입되는 단계 (S530) 에서 유체칩 내의 유체 시료는, 공기의 흐름에 의해 복수의 수용 챔버 상에 수용된다. 이때, 복수의 수용 챔버와 연결된 압력 완충부에 의해, 복수의 수용 챔버 각각에 정량으로 수용될 수도 있다. 예를 들어, 압력 완충부의 완충재에 의해 수용 챔버 내의 유체 시료의 흡수, 제1 공기 배출부를 통한 공기의 배출이 일어나, 유체의 흐름의 전환을 유도하는 수용 챔버 내의 압력이 경감되고, 복수의 수용 챔버에 대한 정량 분주가 가능할 수도 있다. 다음으로, 정량의 유체 시료는, 제2 연결부를 통해 유동한 후 분석 챔버 상에 수용될 수 있다. 이때, 분석 챔버의 상부에 배치된 히터부, 특히 접촉부 (2110) 에 의해 분석 챔버의 상부층 공기가 50 내지 90 ℃로 가열될 수 있다. 이에, 유체가 분석 챔버로 유입될 때, 상부층의 공기가 증가하는 대류 현상이 발생되어 분석 챔버는 에어 트랩 없이 정량의 유체를 수용할 수 있다.

즉, 유체칩이 도입되는 단계 (S530) 의 결과로, 마이크로 파이펫 없이도 유체칩 내에서 유체 시료가 정량 분주될 수 있다.

이후, 정량 분주된 유체 시료를 포함하는 유체칩은 정량 분주용 디바이스로부터 분리된 후, PCR과 같은 유전자 증폭기에 도입될 수 있다. 보다 구체적으로, 정량의 유체 시료를 수용하는 유체칩의 분석 챔버가 유전자 증폭기에 배치될 수 있다.

이에, 본 발명은, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 정량 분주 방법을 제공함으로써, 대부분의 현장 진단에 있어서 검체 채취 및 시료의 전처리 과정이 개방된 환경에서 진행됨에 따라 발생하는 외부 감염 및 이의 2 차 감염의 확산을 방지할 수 있다.

나아가, 본 발명은, 감염 병의 진단의 경우 확진 판정을 위해 분자 진단 방식의 추가적인 검진이 요구되는 종래의 현장 진단 시스템의 한계를 극복할 수 있는 효과가 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 결과물은 농림축산식품부의 재원으로 농림식품기술기획평가원의농축산물 안전생산·유통관리기술개발사업의 지원을 받아 연구되었습니다(318015-03).

10000, 10000': 정량 분주용 디바이스
1000: 유체칩
110: 투입부
112: 주입구
120: 수용 챔버
130: 압력 완충부
140: 분석 챔버
150: 연결부
152: 제1 연결부
154: 제2 연결부
162a, 164a: 배출홀
162b, 164b: 공기 필터
170: 유체 제어부
182, 184: 추가 투입부
192: 방출구
2000: 히터부
2110: 접촉부
3100: 하우징부
3100a: 제1 하우징부
3100b: 제2 하우징부
3110: 방열홀
3120: 전원부
3130: 제어부
3140: 펌프부
4000: 방열부
5000: 고정부

Claims (11)

1. 정량 분주용 디바이스로서,
   상기 정량 분주용 디바이스의 외측을 형성하는 하우징부;
   적어도 일부가 상기 하우징부 내측에 수용되고, 상기 하우징부로부터 탈착 가능하고, 주입된 유체를 정량 (fixed quantity) 으로 수용하도록 구성된 유체칩, 및
   적어도 일부가 상기 하우징부 내측에 수용되고, 상기 유체칩의 상부에 배치되어 상기 유체칩의 적어도 일부를 가열하도록 구성된 히터부를 포함하며,
   상기 유체칩은,
   복수의 필름을 포함하는 바디부로 이루어지고, 상기 복수의 필름 중 적어도 일부에 형성된 내부 채널로 유체를 유동시키도록 구성되며,
   상기 바디부의 상부면을 관통하는 홀을 통해 유체가 주입되도록 구성된 투입부;
   상기 투입부와 유체로 연통하고, 상기 투입부로부터 유동한 유체를 정량 (fixed quantity) 으로 수용하도록 구성된 복수의 수용 챔버;
   상기 복수의 수용 챔버 각각과 유체로 연통하고, 상기 복수의 수용 챔버에 포집된 상기 유체의 정량과 상응하는 부피를 갖고, 상기 유체 내 표적 유전자 특이적인 분석 물질을 수용하도록 구성된 복수의 분석 챔버, 및
   상기 복수의 수용 챔버와 연결되고, 상기 복수의 수용 챔버 내의 압력을 경감하도록 구성된 완충재를 포함하는 압력 완충부를 포함하는, 정량 분주용 디바이스.
2. 제1항에 있어서,
   적어도 일부가 상기 하우징부 내측에 수용되고, 상기 히터부의 상부면 또는 하부면에 배치된 방열부를 더 포함하는, 정량 분주용 디바이스.
3. 제1항에 있어서,
   상기 히터부는,
   적어도 일 면이 상기 유체칩과 맞닿는 접촉부를 포함하는, 정량 분주용 디바이스.
4. 제1항에 있어서,
   상기 하우징부는,
   제1 하우징부, 및
   상기 제1 하우징부의 적어도 일면과 체결 가능한 제2 하우징부를 포함하고,
   상기 유체칩은 상기 제1 하우징부 및 상기 제2 하우징부 사이의 내측에 배치되는, 정량 분주용 디바이스.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 히터부는,
   상기 복수의 분석 챔버 내의 유체 유입 영역의 상부의 적어도 일 면에 배치되는, 정량 분주용 디바이스.
7. 제1항에 있어서,
   상기 유체칩은,
   상기 복수의 수용 챔버 각각과 연결되고, 상기 바디부의 외부와 연결되고, 공기를 주입 또는 흡입하여 상기 유체의 흐름을 제어하는 유체 제어부를 더 포함하는, 정량 분주용 디바이스.
8. 제7항에 있어서,
   상기 유체칩은,
   공기를 주입 또는 흡입하도록, 상기 유체 제어부와 연결된 펌프를 더 포함하는, 정량 분주용 디바이스.
9. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 분석 챔버는 상기 바디부의 하부면 상에 높이를 갖는 튜브 형태를 갖는, 정량 분주용 디바이스.
10. 제1항에 있어서,
    상기 유체칩은,
    상기 투입부 및 상기 복수의 수용 챔버를 연결하는 연결부를 더 포함하고,
    상기 연결부는,
    상기 투입부와 연통하는 하나의 유체 채널로부터 복수의 채널로 분지되고, 상기 복수의 채널 각각이 상기 복수의 수용 챔버 각각과 유체로 연통하도록 구성된, 정량 분주용 디바이스.
11. 분석하고자 하는 유체를 준비하는 단계;
    제1항 내지 제4항, 및 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 정량 분주용 디바이스의 유체칩에 상기 유체를 주입하는 단계, 및
    상기 유체칩을 상기 정량 분주용 디바이스에 도입하는 단계를 포함하는, 정량 분주 방법.

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