KR102528527B1 - Artificial intelligence-based microfluid control system capable of removing bubbles - Google Patents

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홍준혁
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Abstract

본 발명은 액체 시료의 반응을 관찰하는 미세유체 디바이스(Microfluidic Device)를 제어하는 액체 제어시스템에 있어서, 상기 미세유체 디바이스에 마련된 챔버에 유출입하는 상기 액체 시료를 촬영한 이미지 또는 상기 액체 시료에 발생된 기포를 촬영한 이미지 정보를 학습하는 이미지 학습부; 상기 이미지 학습부에서 학습된 상기 액체 시료에 대한 학습정보와 상기 챔버에 유출입 중인 상기 액체 시료의 이미지를 비교하여 상기 액체 시료의 상태를 판단하거나 또는 상기 액체 시료에 기포 발생 여부를 판단하는 판단부를 포함하여 상기 판단부의 판단 정보를 통해 액체 시료의 이동을 제어함으로써 액체 시료의 반응이 반복적이며 자동적으로 진행될 수 있도록 하고, 액체 시료에 발생된 기포를 자동으로 제거함으로써 보다 정확도 높은 액체 시료 반응이 이루어질 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a liquid control system for controlling a microfluidic device for observing a reaction of a liquid sample, in which an image of a liquid sample flowing in and out of a chamber provided in the microfluidic device or an image generated in the liquid sample is provided. An image learning unit for learning image information of air bubbles; A determination unit for determining the state of the liquid sample by comparing the learning information on the liquid sample learned in the image learning unit with the image of the liquid sample flowing in and out of the chamber or determining whether bubbles are generated in the liquid sample By controlling the movement of the liquid sample through the determination information of the determination unit, the reaction of the liquid sample can proceed repeatedly and automatically, and bubbles generated in the liquid sample are automatically removed so that the liquid sample reaction can be performed with higher accuracy It is characterized by doing.

Figure R1020230009721
Figure R1020230009721

Description

기포 제거가 가능한 인공지능 기반 미세유체 제어시스템{ARTIFICIAL INTELLIGENCE-BASED MICROFLUID CONTROL SYSTEM CAPABLE OF REMOVING BUBBLES}Artificial intelligence-based microfluidic control system capable of removing bubbles {ARTIFICIAL INTELLIGENCE-BASED MICROFLUID CONTROL SYSTEM CAPABLE OF REMOVING BUBBLES}

본 발명은 인공지능 알고리즘을 이용해 미세유체 디바이스에 유출입하는 액체 시료를 제어하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for controlling a liquid sample flowing in and out of a microfluidic device using an artificial intelligence algorithm.

Microfluidic lab-on-a-chip(LOC)은 세포나 혈액 등 미세유체들을 LOC에 흘려 넣어 생물학적 또는 화학적으로 임상 시료를 분석하고 진단하는데 사용된다. LOC는 시료 및 시약의 소비를 줄이고 부피에 비해 표면의 비율이 높아 분석 시간이 짧다는 장점을 가진다. 2000년대 초에는 미세유체 LOC 장치를 재구성하거나 다른 광전자 주변 장치와 통합함에 있어 적응성이 낮아서 오로지 미세 채널 내의 액체 시료의 흐름에만 의존하였다. Microfluidic lab-on-a-chip (LOC) is used to biologically or chemically analyze and diagnose clinical samples by flowing microfluids such as cells or blood into the LOC. LOC has the advantage of reducing the consumption of samples and reagents and shortening the analysis time due to the high surface-to-volume ratio. In the early 2000s, reconfiguration of microfluidic LOC devices or integrating them with other optoelectronic peripherals relied solely on the flow of liquid samples in microchannels due to low adaptability.

특히, 임상 시료의 반응 분석은 액체 시료가 반응하는 특정 반응 영역으로 미세유체를 주입하고 해당 영역에 정확히 충분한 양의 액체 시료를 배치하는 것이 중요하다. 액체 시료의 불충분 또는 부분적인 충진은 액체 시료의 양(부피)가 미달하는 경우뿐만 아니라 반응 영역에 기포가 발생한 경우도 고려할 수 있다. 반응을 관찰하고자 하는 액체 시료의 불충분 또는 부분적인 충진은 임상 시료 분석 및 진단 결과에 영향을 미친다. 보다 상세하게는, 미세유체 디바이스에 마련되어 액체 시료가 반응을 일으키는 챔버 내에 액체 시료가 불충분 또는 부분적으로 충진되었을 때, 항체-코팅된 챔버의 분자와 항원이 충분히 결합되지 않아 고정되지 않는다. 결국, 적은 양의 고정화 항원만이 효소와 결합된 이차 항체 및 발색 기질과 반응한다. 따라서, 최종 비색 신호는 실제 신호와 달라져서 목표로 하는 바이오 마커의 잘못된 평가를 야기하게 된다. In particular, in response analysis of clinical samples, it is important to inject microfluid into a specific reaction region where the liquid sample reacts and to accurately place a sufficient amount of the liquid sample in the corresponding region. Insufficient or partial filling of the liquid sample may be considered not only when the amount (volume) of the liquid sample is insufficient, but also when bubbles are generated in the reaction area. Insufficient or partial filling of the liquid sample for which the reaction is to be observed affects clinical sample analysis and diagnostic results. More specifically, when the liquid sample is insufficiently or partially filled in the chamber provided in the microfluidic device and reacts with the liquid sample, molecules and antigens in the antibody-coated chamber are not sufficiently bound and thus are not fixed. Consequently, only a small amount of immobilized antigen reacts with the enzyme-bound secondary antibody and chromogenic substrate. Thus, the final colorimetric signal differs from the actual signal, resulting in erroneous evaluation of the target biomarker.

또한, 미세유체는 표면 대 부피 비율로 인해 표면 장력이 발생하므로 섬세하고 정확한 제어가 어렵고 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다. 그러므로 이러한 문제점을 해결하여 정확하고 신뢰성 있는 임상 시료 진단 결과를 도출하기 위해 미세유체를 정밀하게 제어하는 것이 요구된다. In addition, since surface tension is generated due to the surface-to-volume ratio of microfluids, delicate and accurate control is difficult and reliability is poor. Therefore, it is required to precisely control microfluidics in order to solve these problems and derive accurate and reliable diagnostic results for clinical samples.

한편, 본 출원인은 미세유체의 임상 진단에 있어 액체 시료를 수동으로 미세 제어하는 방법의 한계 및 문제점을 해결하고자 사용자 개입을 최소화하는 연구 개발을 진행하였다. Meanwhile, the present applicant has conducted research and development to minimize user intervention in order to solve the limitations and problems of the method of manually finely controlling a liquid sample in clinical diagnosis of microfluidics.

한국등록특허 제10-2057329호Korean Patent Registration No. 10-2057329

본 발명은 미세 액체를 반응 챔버에 주입하여 생화학 반응을 관찰하는 미세유체 소자(예를 들어, 질병 진단기)에 있어서, 액체 시료의 유출입을 전자적이고 자동적으로 제어할 수 있는 미세유체 제어시스템을 제공하고자 한다. 또한, 본 발명은 인식 대상이 되는 액체 시료의 상태를 정확하게 인식하고, 액체 시료의 상태에 따른 제어가 가능한 미세유체 제어시스템을 제공하고자 한다.The present invention is to provide a microfluidic control system capable of electronically and automatically controlling the inflow and outflow of a liquid sample in a microfluidic device (eg, a disease diagnosis device) for observing a biochemical reaction by injecting a microliquid into a reaction chamber. do. In addition, the present invention is intended to provide a microfluidic control system capable of accurately recognizing the state of a liquid sample to be recognized and performing control according to the state of the liquid sample.

본 발명이 해결하려는 과제들은 앞에서 언급한 과제들로 제한되지 않는다. 본 발명의 다른 과제 및 장점들은 아래 설명에 의해 더욱 분명하게 이해될 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above. Other problems and advantages of the present invention will be more clearly understood from the description below.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 액체 시료의 반응을 관찰하는 미세유체 디바이스(Microfluidic Device)를 제어하는 액체 제어시스템에 있어서, 상기 미세유체 디바이스에 마련된 챔버에 유출입하는 상기 액체 시료를 촬영한 이미지 또는 상기 액체 시료에 발생된 기포를 촬영한 이미지 정보를 학습하는 이미지 학습부; 상기 이미지 학습부에서 학습된 상기 액체 시료에 대한 학습정보와 상기 챔버에 유출입 중인 상기 액체 시료의 이미지를 비교하여 상기 액체 시료의 상태를 판단하거나 또는 상기 액체 시료에 기포 발생 여부를 판단하는 판단부를 포함하여 상기 판단부의 판단 정보를 통해 상기 액체 시료를 제어함으로써 상기 액체 시료의 반응 시험을 자동화하는 것을 일 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a liquid control system for controlling a microfluidic device for observing a reaction of a liquid sample, in which an image of the liquid sample flowing in and out of a chamber provided in the microfluidic device is captured. or an image learning unit for learning image information obtained by photographing bubbles generated in the liquid sample; A determination unit for determining the state of the liquid sample by comparing the learning information on the liquid sample learned in the image learning unit with the image of the liquid sample flowing in and out of the chamber or determining whether bubbles are generated in the liquid sample It is characterized in that the reaction test of the liquid sample is automated by controlling the liquid sample through the determination information of the determination unit.

바람직하게 상기 판단부의 판단 정보를 통해 상기 액체 시료의 유출입을 제어하여 상기 액체 시료에 발생된 기포를 제거하는 제어부를 더 포함할 수 있다.Preferably, the control unit may further include a controller configured to remove bubbles generated in the liquid sample by controlling the inflow and outflow of the liquid sample through the determination information of the determination unit.

바람직하게 상기 미세유체 디바이스는 액체시료의 기포를 제거하는 기포 트랩을 더 포함할 수 있다.Preferably, the microfluidic device may further include a bubble trap for removing bubbles from the liquid sample.

바람직하게 상기 제어부는, 상기 챔버에 담지된 상기 액체 시료에 기포가 발생한 경우, 상기 액체 시료를 상기 미세유체 디바이스에 구비된 기포 트랩으로 이동시켜 기포를 제거할 수 있다.Preferably, when bubbles are generated in the liquid sample supported in the chamber, the controller may move the liquid sample to a bubble trap provided in the microfluidic device to remove bubbles.

바람직하게 상기 미세유체 디바이스에 구비되는 상기 기포 트랩은, 상기 액체 시료가 상기 챔버에 유출입하는 이동 경로상에 위치할 수 있다.Preferably, the bubble trap provided in the microfluidic device may be located on a movement path through which the liquid sample flows in and out of the chamber.

바람직하게 상기 기포 트랩은, 상기 액체 시료가 상기 미세유체 디바이스 내부에서 이동하는 채널의 상단에 마련되어, 상기 액체 시료에서 부력으로 상승하는 기포를 포집할 수 있다.Preferably, the bubble trap is provided at an upper end of a channel through which the liquid sample moves inside the microfluidic device, and may collect bubbles rising from the liquid sample by buoyancy.

바람직하게 상기 이미지 학습부는, 상기 액체 시료가 상기 챔버에 불충분하게 충진된 상태의 상기 액체 시료의 이미지 정보를 학습하며, 상기 판단부는, 상기 이미지 학습부에서 학습된 상기 액체 시료의 불충분 충진 상태에 대한 학습정보를 통해 상기 액체 시료의 불충분 충진 상태 여부를 판단할 수 있다. Preferably, the image learning unit learns image information of the liquid sample in a state in which the liquid sample is insufficiently filled in the chamber, and the determination unit determines the information about the insufficient filling state of the liquid sample learned in the image learning unit. It is possible to determine whether or not the liquid sample is in an insufficiently filled state through the learning information.

바람직하게 상기 제어부는, 상기 액체 시료가 불충분 충진 상태인 경우, 상기 챔버에 유입된 상기 액체 시료를 유출시킨 후 상기 챔버에 재유입시킬 수 있다. Preferably, when the liquid sample is insufficiently filled, the control unit may drain the liquid sample introduced into the chamber and then re-introduce the liquid sample into the chamber.

바람직하게 상기 챔버에서 상기 액체 시료가 유입되어 반응이 일어나는 영역을 관심 영역으로 설정하는 관심 영역 설정부를 더 포함하고, 상기 이미지 학습부는, 상기 관심 영역에 유출입하는 상기 액체 시료를 촬영한 이미지 정보 또는 상기 관심 영역에 담지된 상기 액체 시료에서 발생된 기포를 촬영한 이미지 정보를 학습할 수 있다.Preferably, a region of interest setting unit configured to set a region of interest where the liquid sample flows into the chamber and a reaction occurs is set as a region of interest, wherein the image learning unit includes image information obtained by capturing the liquid sample flowing in and out of the region of interest or the region of interest. Image information obtained by photographing air bubbles generated in the liquid sample supported in the region of interest may be learned.

바람직하게 상기 관심 영역 설정부는, 상기 미세유체 디바이스에서 인식되는 상기 챔버가 구비된 영역을 제1 ROI로 인식하고, 상기 제1 ROI 내부에서 인식되는 상기 관심 영역을 제2 ROI로 인식하여 제어 대상 영역을 순차적으로 설정할 수 있다.Preferably, the region of interest setting unit recognizes the region of interest recognized by the microfluidic device as a first ROI, and recognizes the region of interest recognized inside the first ROI as a second ROI to control the target region. can be set sequentially.

바람직하게 상기 판단부는, 상기 액체 시료가 상기 관심 영역에 유입되는 제1 모드, 상기 관심 영역으로부터 상기 액체 시료가 유출되는 제2 모드, 상기 관심 영역에 상기 액체 시료가 일정 부피 이상 유입된 제3 모드, 상기 관심 영역으로부터 상기 액체 시료가 유출되어 상기 관심 영역이 비어있는 제4 모드, 상기 관심 영역에 상기 액체 시료가 불충분 충진된 제5 모드 또는 상기 관심 영역에 담지된 상기 액체 시료에 기포가 발생한 제6 모드 중 어느 하나로 상기 액체 시료의 상태를 판단할 수 있다.Preferably, the determination unit comprises a first mode in which the liquid sample flows into the region of interest, a second mode in which the liquid sample flows out of the region of interest, and a third mode in which a predetermined volume or more of the liquid sample flows into the region of interest. , a fourth mode in which the region of interest is empty as the liquid sample flows out of the region of interest, a fifth mode in which the region of interest is insufficiently filled with the liquid sample, or a case in which bubbles are generated in the liquid sample supported in the region of interest. It is possible to determine the state of the liquid sample in any one of 6 modes.

바람직하게 상기 이미지 학습부는, 상기 액체 시료가 상기 챔버에 유출입함에 따라 상기 관심 영역에서 발생 및 이동하는 상기 액체 시료의 경계면을 이미지 정보로 인식하여 학습할 수 있다.Preferably, the image learning unit may recognize and learn a boundary surface of the liquid sample generated and moved in the region of interest as image information as the liquid sample flows in and out of the chamber.

바람직하게 상기 판단부는, 상기 이미지 학습부에서 학습된 상기 관심 영역의 이미지와 상기 액체 시료의 경계면을 비교하여 상기 액체 시료의 상태를 판단할 수 있다.Preferably, the determination unit may determine the state of the liquid sample by comparing the image of the region of interest learned by the image learning unit with a boundary surface of the liquid sample.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 데이터를 입력하는 입력 수단, 입력된 데이터를 처리하는 처리 수단 및 출력 수단을 갖는 스마트폰, 태블릿, 노트북 또는 컴퓨터에, (a) 투입된 액체 시료의 반응을 관찰하는 미세유체 디바이스(Microfluidic Device)에 마련된 챔버에 상기 액체 시료가 유입되어 반응이 일어나는 영역을 관심 영역으로 설정하는 기능; (b) 상기 챔버에 유출입하는 상기 액체 시료를 촬영한 이미지 정보 또는 상기 액체 시료에 발생된 기포를 촬영한 이미지 정보를 학습하는 기능; (c) 학습된 상기 액체 시료의 이미지와 상기 챔버에 유입 또는 유출 중인 상기 액체 시료의 이미지를 비교하여 상기 액체 시료의 유출입 상태를 판단하는 기능; (d) 학습된 기포 이미지와 상기 챔버에 담지된 상기 액체 시료의 이미지를 비교하여 상기 액체 시료에 기포 발생 여부를 판단하는 기능; 및 (e) 상기 (d)단계 또는 상기 (e)단계에서 판단된 상기 액체 시료의 상태 정보를 이용하여 상기 액체 시료를 제어하는 기능을 실행시키기 위하여 매체에 저장되는 것을 다른 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, the present invention provides a smartphone, tablet, laptop or computer having an input means for inputting data, a processing means for processing the input data, and an output means, (a) the reaction of the injected liquid sample A function of setting a region of interest in which the liquid sample flows into a chamber provided in a microfluidic device for observing the reaction, as a region of interest; (b) a function of learning image information obtained by photographing the liquid sample flowing in and out of the chamber or image information obtained by photographing bubbles generated in the liquid sample; (c) a function of determining an inflow/output state of the liquid sample by comparing the learned image of the liquid sample with an image of the liquid sample flowing into or out of the chamber; (d) a function of determining whether bubbles are generated in the liquid sample by comparing the learned bubble image with the image of the liquid sample supported in the chamber; and (e) stored in a medium to execute a function of controlling the liquid sample using the state information of the liquid sample determined in step (d) or step (e).

본 발명에 따르면, 액체 시료의 임상 진단 시 인공 지능(AI) 기술을 사용하여 액체 시료를 제어함으로써 사용자의 개입을 최소화한다. 본 발명에 따른 액체 시료의 제어는 먼저 인식 대상 영역을 단계적으로 좁혀가면 설정할 수 있다. 이를 통해 액체 제어시스템의 데이터 연산량을 줄이고 외부 정보를 차단할 수 있으므로 신속하고 정확하게 액체 시료의 반응을 관찰할 수 있다. According to the present invention, when a liquid sample is clinically diagnosed, user intervention is minimized by controlling the liquid sample using artificial intelligence (AI) technology. Control of the liquid sample according to the present invention can be set by first narrowing down the region to be recognized step by step. Through this, the amount of data calculation of the liquid control system can be reduced and external information can be blocked, so the reaction of the liquid sample can be observed quickly and accurately.

본 발명에 따른 액체 시료는 액체 시료의 정확한 반응 검출을 위해 충분한 양의 액체 시료 주입, 액체 시료의 상태 또는 기포 발생 여부 판단, 기포 발생 시 기포 제거, 다음 액체 시료의 반응을 위한 액체 시료 제거를 일련의 과정으로 하여 여러 액체 시료 샘플에 대한 진단을 순차적이고 자동적으로 진행되도록 제어된다.The liquid sample according to the present invention is a series of steps including injection of a sufficient amount of liquid sample to accurately detect the reaction of the liquid sample, determination of the state of the liquid sample or whether bubbles are generated, removal of bubbles when bubbles are generated, and removal of the liquid sample for the reaction of the next liquid sample. It is controlled so that the diagnosis of several liquid samples is sequentially and automatically performed through the process of.

본 발명에 따르면 액체 시료의 제어는 액체 시료의 상태 조건에 따른 조건부 알고리즘이 적용된다. 따라서 사용자의 편의를 높이며 체계적이고 효율적인 액체 시료 제어가 가능하다. 또한, 챔버에 담지된 액체 시료에 기포가 발생하는 경우에도 기포 제거를 위해 자동적이고 반복적으로 액체 시료를 이동시키는 제어가 가능하다.According to the present invention, a conditional algorithm according to the state condition of the liquid sample is applied to the control of the liquid sample. Therefore, it is possible to increase user convenience and to systematically and efficiently control liquid samples. In addition, even when bubbles are generated in the liquid sample supported in the chamber, it is possible to automatically and repeatedly move the liquid sample to remove bubbles.

본 발명에 따르면, 다양한 액체 시료의 이미지를 학습하여 액체 시료의 상태를 인식하고 분석한다. 액체 시료의 상태를 분석함에 있어 관심 영역을 특정하여 해당 영역만을 분석하므로 오류가 적고 신뢰성이 높다는 장점을 갖는다.According to the present invention, images of various liquid samples are learned to recognize and analyze states of the liquid samples. In analyzing the state of a liquid sample, since a region of interest is specified and only the region of interest is analyzed, errors are reduced and reliability is high.

또한, 본 발명은 프로그램 또는 스마트폰의 애플리케이션으로 구현될 수 있다. 따라서 프로그램 또는 애플리케이션과 연동될 수 있는 미세유체 디바이스라면 해당 디바이스에 제한없이 다양한 장치에 적용 가능하여 적용될 수 있는 범위가 넓다.In addition, the present invention may be implemented as a program or application of a smart phone. Therefore, a microfluidic device that can be interlocked with a program or application can be applied to various devices without limitation to the corresponding device, and the applicable range is wide.

도 1은 본 발명의 실시 예로서, 미세유체 디바이스 및 미세유체 디바이스와 연결된 액체 제어시스템의 구성도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예로서, 액체 제어시스템이 동작하는 순서도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 액체 제어시스템이 적용되는 미세유체 디바이스 및 액체 제어시스템이 스마트폰의 애플리케이션으로 구현된 경우 미세유체 디바이스와 연결되어 작동하는 모습을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예로서, 기포 트랩이 구비된 미세유체 디바이스 및 기포 트랩에 기포가 포집된 모습을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예로서, 챔버 내부에서 관심 영역이 설정되는 과정을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예로서, 액체 제어시스템이 스마트폰 애플리케이션으로 구현된 경우 챔버 내부에서 관심 영역이 설정되는 모습을 사용자 인터페이스 화면으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예로서, 관심 영역에서의 액체 시료의 상태의 종류를 나타낸 모습이다.
도 8은 본 발명의 실시 예로서, 액체 시료가 챔버에 유입된 유형에 따른 모습을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실험 예로서, 도 9a 내지 도 9f는 복수개의 액체 시료의 상태에 따른 모습을 나타내고, 도 9g는 액체 시료의 충진 상태에 따른 반응의 결과를 나타낸 그래프이다.1 shows a configuration diagram of a microfluidic device and a liquid control system connected to the microfluidic device as an embodiment of the present invention.
2 is an embodiment of the present invention, showing a flow chart in which the liquid control system operates.
3 shows a microfluidic device to which a liquid control system according to an embodiment of the present invention is applied and a state in which the liquid control system is connected to and operated when the liquid control system is implemented as a smartphone application.
4 is a schematic diagram showing a microfluidic device equipped with a bubble trap and bubbles trapped in the bubble trap as an embodiment of the present invention.
5 illustrates a process of setting a region of interest in a chamber according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an embodiment of the present invention, showing a user interface screen in which a region of interest is set inside a chamber when a liquid control system is implemented as a smartphone application.
7 is a view showing the types of states of a liquid sample in a region of interest as an embodiment of the present invention.
8 shows an embodiment of the present invention according to the type of liquid sample introduced into the chamber.
9 is an experimental example of the present invention, FIGS. 9a to 9f show states of a plurality of liquid samples, and FIG. 9g is a graph showing reaction results according to filling states of liquid samples.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the contents described in the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by exemplary embodiments. The same reference numerals in each figure indicate members performing substantially the same function.

본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.The objects and effects of the present invention can be naturally understood or more clearly understood by the following description, and the objects and effects of the present invention are not limited only by the following description. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시 예로서, 미세유체 디바이스(1) 및 미세유체 디바이스(1)와 연결된 액체 제어시스템(3)의 구성도를 나타낸다. 1 shows a configuration diagram of a microfluidic device 1 and a liquid control system 3 connected to the microfluidic device 1 as an embodiment of the present invention.

미세유체 디바이스(1)는 액체 시료의 반응을 관찰할 수 있는 장치로서, 챔버(10)와 기포 트랩(20)을 포함할 수 있다. 액체 시료는 챔버(10)에 유출입되며, 챔버(10)에 액체 시료가 일정 시간 동안 일정 영역에 담지되어 반응이 관찰되는 영역이다. The microfluidic device 1 is a device capable of observing a reaction of a liquid sample, and may include a chamber 10 and a bubble trap 20. A liquid sample flows in and out of the chamber 10, and the liquid sample is supported in a certain area for a certain time in the chamber 10, and a reaction is observed.

챔버(10)는 액체 시료가 유입되는 유입구(103) 및 액체 시료가 유출되는 유출구(105)가 구비할 수 있다. 챔버(10) 내부에 관심 영역(101)이 설정될 수 있다. 관심 영역(101)은 챔버(10) 중 보다 세부적으로 약체 시료의 반응이 일어나고 이를 분석할 수 있는 목표 영역이다. The chamber 10 may include an inlet 103 through which a liquid sample flows and an outlet 105 through which a liquid sample flows out. A region of interest 101 may be set inside the chamber 10 . The region of interest 101 is a target region in which a drug sample reaction occurs in more detail in the chamber 10 and can be analyzed.

기포 트랩(20)은 미세유체 디바이스(1)에 마련되어 액체 시료의 기포를 제거할 수 있다. 기포 트랩(20)은 액체 시료가 챔버(10)에 유출입하는 이동 경로상에 위치할 수 있다. 기포 트랩(20)은 미세유체 디바이스(1) 내부에서 액체 시료가 이동하는 높이보다 상단에 마련되어 액체 시료에서 이탈하는 기포를 위쪽에서 포집할 수 있다. 액체 제어시스템(3)이 적용되는 대상이 되는 미세유체 디바이스(1)는 이하 도 3 내지 도 4에서 자세히 설명한다. The bubble trap 20 may be provided in the microfluidic device 1 to remove bubbles from the liquid sample. The bubble trap 20 may be located on a movement path through which liquid samples flow into and out of the chamber 10 . The bubble trap 20 may be provided above the height at which the liquid sample moves inside the microfluidic device 1 to collect bubbles escaping from the liquid sample from above. The microfluidic device 1 to which the liquid control system 3 is applied will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4 below.

액체 제어시스템(3)은 투입된 액체 시료의 반응을 관찰하는 미세유체 디바이스(1)를 제어함으로써 액체 시료의 유출입을 제어하여 액체 시료의 반응 시험을 자동화할 수 있다. 액체 제어시스템(3)은 본 구성은 설명의 편의를 위하여 정의된 것으로 실제 물리적으로 구분되지 않고 서버(30)에서 통합 구현되어도 무방하다. 본 발명의 액체 제어시스템(3)은 프로그램 또는 스마트폰의 애플리케이션으로 구현될 수 있다. The liquid control system 3 controls the inflow and outflow of the liquid sample by controlling the microfluidic device 1 that observes the reaction of the injected liquid sample, thereby automating the reaction test of the liquid sample. The configuration of the liquid control system 3 is defined for convenience of explanation, and may be integrated and implemented in the server 30 without actually being physically separated. The liquid control system 3 of the present invention can be implemented as a program or application of a smart phone.

도 1을 참고하면, 액체 제어시스템(3)은 관심 영역 설정부(31), 이미지 학습부(33), 판단부(35) 및 제어부(37)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1 , the liquid control system 3 may include a region of interest setting unit 31 , an image learning unit 33 , a determination unit 35 and a control unit 37 .

관심 영역 설정부(31)는 챔버(10)에서 액체 시료가 유입되어 반응이 일어나는 영역을 관심 영역(101)으로 설정할 수 있다. 관심 영역(101)은 챔버(10) 내부에서 설정될 수 있으며, 챔버(10) 보다 작은 면적일 수 있다. 관심 영역 설정부(31)는 관심 영역(101)의 이미지 또는 액체 시료의 경계면의 이미지를 바탕으로 설정될 수 있다. 관심 영역(101)은 액체 시료가 챔버(10)에 유출입함에 따라 발생 또는 변경될 수 있으며, 관심 영역(101)의 위치가 이동하거나 크기가 변화할 수 있다. 또한 액체 시료가 챔버(10)에 유출입함에 따라 관심 영역(101)에서의 액체 시료의 경계면이 생성 또는 이동될 수 있다. The region of interest setter 31 may set a region of interest in the chamber 10 where a liquid sample is introduced and a reaction occurs as the region of interest 101 . The region of interest 101 may be set inside the chamber 10 and may have a smaller area than the chamber 10 . The region of interest setting unit 31 may be set based on an image of the region of interest 101 or an image of a boundary surface of the liquid sample. The region of interest 101 may be generated or changed as the liquid sample flows in and out of the chamber 10 , and the location of the region of interest 101 may move or change in size. Also, as the liquid sample flows in and out of the chamber 10 , a boundary surface of the liquid sample in the region of interest 101 may be created or moved.

관심 영역 설정부(31)는 미세유체 디바이스(1)에서 인식되는 챔버(10)가 구비된 영역을 제1 ROI로 인식하고, 제1 ROI 내부에서 인식되는 관심 영역(101)을 제2 ROI로 인식하여 제어 대상 영역을 순차적으로 설정할 수 있다. 이러한 과정으로 관찰 영역을 축소하여 액체 시료의 반응을 관찰하므로 연산량이 줄어들고 외부 정보가 차단되므로 신속하고 보다 정확한 액체 시료 반응 관찰이 가능하다.The region of interest setting unit 31 recognizes the region where the chamber 10 is recognized by the microfluidic device 1 as a first ROI, and the region of interest 101 recognized inside the first ROI as a second ROI. By recognizing it, the control target area can be sequentially set. In this process, since the observation area is reduced to observe the reaction of the liquid sample, the amount of calculation is reduced and external information is blocked, so that the reaction of the liquid sample can be observed quickly and accurately.

이미지 학습부(33)는 미세유체 디바이스(1)에 마련된 챔버(10)에 유출입하는 액체 시료를 촬영한 이미지 또는 액체 시료에 발생된 기포를 촬영한 이미지 정보를 머신러닝 또는 딥러닝 방법을 통해 학습할 수 있다. 이미지 학습부(33)는 보다 정확한 액체 시료의 반응 관찰 및 분석을 위해 챔버(10) 내부의 관심 영역(101)에 집중하여 관심 영역(101)에 유출입하는 액체 시료의 이미지 또는 관심 영역(101)에 발생한 기포를 촬영한 이미지 정보를 학습할 수 있다. 이미지 학습부(33)는 액체 시료가 챔버(10)에 불충분하게 충진된 상태의 액체 시료의 이미지 정보를 학습할 수 있다. The image learning unit 33 learns image information of an image of a liquid sample flowing in and out of the chamber 10 provided in the microfluidic device 1 or an image of bubbles generated in the liquid sample through a machine learning or deep learning method. can do. The image learning unit 33 focuses on the region of interest 101 inside the chamber 10 for more accurate reaction observation and analysis of the liquid sample, and images of the liquid sample flowing in and out of the region of interest 101 or the region of interest 101 It is possible to learn the image information of the bubble generated in the photographed image. The image learning unit 33 may learn image information of a liquid sample in a state in which the chamber 10 is insufficiently filled with the liquid sample.

이미지 학습부(33)는 액체 시료가 챔버(10)에 유출입함에 따라 관심 영역(101)에서 발생 및 이동하는 액체 시료의 경계면을 액체 시료의 이미지 정보로 인식하여 학습할 수 있다. 이미지 학습부(33)는 액체 시료의 경계면을 통해 액체 시료가 챔버(10)에 유입 또는 유출되는 상태의 이미지 정보, 불충분 충진된 상태의 이미지 정보, 완전 충전된 상태의 이미지 정보, 액체 시료에서 발생된 기포의 이미지 정보, 액체 시료가 유입되기 전 또는 유출된 후에 챔버(10)가 비어있는 상태의 이미지 정보 등을 학습할 수 있다.The image learning unit 33 may recognize and learn a boundary surface of the liquid sample generated and moved in the ROI 101 as image information of the liquid sample as the liquid sample flows in and out of the chamber 10 . The image learning unit 33 is generated from image information of a state in which the liquid sample flows into or out of the chamber 10 through the interface of the liquid sample, image information of an insufficiently filled state, image information of a fully charged state, and liquid sample. It is possible to learn image information of a bubble, image information of a state in which the chamber 10 is empty before or after a liquid sample is introduced or discharged, and the like.

판단부(35)는 이미지 학습부(33)에서 학습된 액체 시료의 이미지와 챔버(10)에 유출입 중인 액체 시료의 이미지를 비교하여 액체 시료의 상태를 판단하거나 또는 액체 시료에 기포 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단부(35)는 이미지 학습부(33)에서 학습된 액체 시료의 불충분 충진 상태에서의 이미지와 챔버(10)에 담지된 액체 시료의 이미지를 비교하여, 액체 시료의 불충분 충진 상태 여부를 판단할 수 있다. The determination unit 35 compares the image of the liquid sample learned in the image learning unit 33 with the image of the liquid sample flowing in and out of the chamber 10 to determine the state of the liquid sample or whether bubbles are generated in the liquid sample. can do. The determination unit 35 compares the image of the liquid sample in the insufficiently filled state learned by the image learning unit 33 with the image of the liquid sample supported in the chamber 10 to determine whether the liquid sample is in an insufficiently filled state. can

판단부(35)는 이미지 학습부(33)에서 학습된 관심 영역(101)의 이미지와 액체 시료의 경계면을 비교하여 액체 시료의 유출입 상태를 판단할 수 있다. 판단부(35)는 이미지 학습부(33)의 학습 결과를 이용하여 액체 시료에 기포 발생 여부를 판단할 수 있다. The determination unit 35 may compare the image of the region of interest 101 learned by the image learning unit 33 with the boundary surface of the liquid sample to determine the inflow and outflow state of the liquid sample. The determination unit 35 may determine whether bubbles are generated in the liquid sample by using the learning result of the image learning unit 33 .

판단부(35)는 액체 시료의 상태를 액체 시료가 관심 영역(101)에 유입되는 제1 모드, 관심 영역(101)으로부터 액체 시료가 유출되는 제2 모드, 관심 영역(101)에 액체 시료가 일정 부피 이상 유입되어 반응 챔버가 채워진 제3 모드, 관심 영역(101)으로부터 액체 시료가 유출되어 관심 영역(101)의 반응 챔버(10)가 비어있는 제4 모드, 관심 영역(101)에 액체 시료가 불충분 충진된 제5 모드 또는 관심 영역(101)에 담지된 액체 시료에 기포가 발생한 제6 모드 중 어느 하나로 액체 시료의 상태를 판단할 수 있다. The determination unit 35 determines the state of the liquid sample in a first mode in which the liquid sample flows into the region of interest 101, a second mode in which the liquid sample flows out of the region of interest 101, and a liquid sample in the region of interest 101. A third mode in which a reaction chamber is filled by flowing in a certain volume or more, a fourth mode in which a liquid sample flows out from the region of interest 101 and the reaction chamber 10 of the region of interest 101 is empty, and a liquid sample in the region of interest 101 The state of the liquid sample may be determined in any one of a fifth mode in which L is insufficiently filled or a sixth mode in which bubbles are generated in the liquid sample supported on the region of interest 101 .

판단부(35)에서 판단된 정보를 통해 액체 제어시스템(3)은 액체 시료의 반응 시험이 반복적이며 자동적으로 이루어질 수 있다. Through the information determined by the determination unit 35, the liquid control system 3 can repeatedly and automatically test the reaction of the liquid sample.

제어부(37)는 판단부(35)의 판단 정보를 통해 액체 시료의 유출입을 제어할 수 있고, 액체 시료를 이동시켜 액체 시료에 발생된 기포를 제거할 수 있다. 제어부(37)는 챔버(10)에 담지된 액체 시료에 기포가 발생한 경우, 액체 시료를 기포 트랩(20)으로 이동시켜 기포를 제거할 수 있다. 제어부(37)는 액체 시료가 불충분 충진 상태인 경우, 챔버(10)에 유입된 액체 시료 전부를 챔버(10) 외부로 유출시킨 후, 챔버(10)에 재유입되도록 제어할 수 있다. 제어부(37)는 액체 시료가 챔버(10)에 유입되어 일정 시간 동안 반응한 후 챔버(10)로부터 유출될 때 챔버(10)로 액체 시료가 유입되는 것을 차단할 수 있다.The control unit 37 may control the inflow and outflow of the liquid sample through the determination information of the determination unit 35 and may remove air bubbles generated in the liquid sample by moving the liquid sample. When bubbles are generated in the liquid sample supported in the chamber 10, the controller 37 may move the liquid sample to the bubble trap 20 to remove bubbles. When the liquid sample is insufficiently filled, the control unit 37 may discharge all of the liquid sample introduced into the chamber 10 to the outside of the chamber 10 and then control the liquid sample to be re-introduced into the chamber 10 . The control unit 37 may block the liquid sample from flowing into the chamber 10 when the liquid sample flows into the chamber 10 and reacts for a predetermined time and then flows out of the chamber 10 .

도 2는 본 발명의 실시 예로서, 액체 제어시스템(3)이 동작하는 순서도를 나타낸다. 본 발명의 액체 제어시스템(3)은 데이터를 입력하는 입력 수단, 입력된 데이터를 처리하는 처리 수단 및 출력 수단을 갖는 스마트폰, 태블릿, 노트북 또는 컴퓨터에 미세유체 디바이스(1)와 연결될 수 있는 프로그램 또는 스마트폰 애플리케이션으로 구현될 수 있다. 본 발명의 액체 제어시스템(3)은 전술한 바와 유사하게 액체 시료가 미세유체 디바이스(1)에 유입되어 반응이 일어나는 관심 영역(101)을 설정하는 (a) 기능; 액체 시료 및 기포의 이미지 정보를 학습하는 (b) 기능; 학습된 액체 시료 이미지 또는 기포 이미지와 촬영된 현 상태의 이미지를 비교하여 액체 시료의 상태를 판단하는 (c) 또는 (d) 기능 및 액체 시료의 상태에 따라 액체 시료를 제어하는 (e) 기능을 포함하여 매체에 저장될 수 있다. 2 shows a flow chart in which the liquid control system 3 operates as an embodiment of the present invention. The liquid control system 3 of the present invention is a program that can be connected to the microfluidic device 1 to a smartphone, tablet, laptop or computer having an input means for inputting data, a processing means for processing the inputted data, and an output means. Alternatively, it may be implemented as a smartphone application. Similar to the above, the liquid control system 3 of the present invention includes (a) a function of setting a region of interest 101 where a liquid sample flows into the microfluidic device 1 and a reaction occurs; (b) a function of learning image information of liquid samples and bubbles; (c) or (d) function of determining the state of the liquid sample by comparing the learned liquid sample image or bubble image with the image of the current state taken and (e) function of controlling the liquid sample according to the state of the liquid sample It can be stored on media, including

도 2를 참고하면, 액체 제어시스템(3)은 조건부 알고리즘에 따라 액체 시료를 제어할 수 있다. 먼저 먼저, 관심 영역 설정부(31)는 미세유체 디바이스(1)에 마련된 챔버(10)를 인식하여, 챔버(10) 내부의 관심 영역(101)을 액체 시료가 유출입하여 액체 시료의 반응이 일어나는 영역으로 설정할 수 있다. 또한, 관심 영역(101)은 전술한 바와 같이 미세유체 디바이스(1) 또는 챔버(10)가 이동함에 따라 재설정될 수 있다. Referring to FIG. 2 , the liquid control system 3 may control a liquid sample according to a conditional algorithm. First, the region of interest setting unit 31 recognizes the chamber 10 provided in the microfluidic device 1, and a liquid sample flows in and out of the region of interest 101 inside the chamber 10, whereby a reaction of the liquid sample occurs. area can be set. Also, the region of interest 101 may be reset as the microfluidic device 1 or the chamber 10 moves as described above.

다음으로 설정된 관심 영역(101)의 상태를 판단할 수 있다. 판단부(35)는 관심 영역(101)이 비어있는지 판단할 수 있다. 관심 영역(101)이 비어있는 경우는 액체 시료가 유입되지 않은 상태이거나 이전의 액체 시료가 반응이 끝난 후에 관심 영역(101)으로부터 유출된 경우로 가정할 수 있다. 관심 영역(101)이 비어있는 것으로 판단된 경우, 제어부(37)는 액체 시료의 반응 검출을 위해 관심 영역(101)에 액체 시료를 유입시킬 수 있다. Next, the state of the set region of interest 101 may be determined. The determination unit 35 may determine whether the ROI 101 is empty. When the region of interest 101 is empty, it may be assumed that a liquid sample has not flowed in or a liquid sample has flowed out of the region of interest 101 after the reaction is completed. When it is determined that the region of interest 101 is empty, the controller 37 may introduce a liquid sample into the region of interest 101 to detect a reaction of the liquid sample.

액체 시료가 유입됨에 따라 변화하는 액체 시료의 이미지 또는 액체 시료의 경계면의 이미지를 통해 판단부(35)는 관심 영역(101)에 액체 시료가 충분히 유입되었는지 또는 액체 시료가 추가적으로 유입될 수 있는지 판단할 수 있다. 액체 시료가 추가적으로 유입될 수 있는 경우는 액체 시료가 챔버(10) 또는 관심 영역(101)에 완전 충진되기 전(불완전 충진)이므로 액체 시료를 추가 유입시킨다. Through the image of the liquid sample or the image of the boundary surface of the liquid sample that changes as the liquid sample flows in, the determination unit 35 determines whether the liquid sample has sufficiently flowed into the region of interest 101 or whether the liquid sample can additionally flow into the region of interest 101. can When the liquid sample may be additionally introduced, the liquid sample is additionally introduced before the liquid sample completely fills the chamber 10 or the region of interest 101 (incomplete filling).

반면, 액체 시료가 추가적으로 유입될 수 없는 경우는 여러 상황을 가정할 수 있다. 첫째로 관심 영역(101)의 액체 시료에 기포가 발생한 경우, 둘째로 관심 영역(101)이 완전 충진되지는 않았지만, 공기가 관심 영역(101) 내부에서 일정 부피를 차지하여 액체 시료가 유입될 수 없는 경우, 셋??로 액체 시료가 관심 영역(101)에 완전 충진된 경우가 있다. 따라서 관심 영역(101)에 액체 시료가 추가적으로 유입되지 않는 경우는 먼저 기포가 발생했는지 여부를 판단한다. On the other hand, when the liquid sample cannot be additionally introduced, various situations can be assumed. First, when bubbles are generated in the liquid sample in the region of interest 101, and secondly, although the region of interest 101 is not completely filled, air occupies a certain volume inside the region of interest 101 so that the liquid sample may be introduced. If there is none, there is a case in which the liquid sample completely fills the region of interest 101 in three cases. Therefore, when the liquid sample is not additionally introduced into the region of interest 101, it is first determined whether bubbles are generated.

관심 영역(101)에 기포가 발생된 경우, 제어부(37)는 액체 시료를 기포 트랩(20)으로 이동시켜 기포를 제거할 수 있다. 이때, 제어부(37)는 기포가 전부 제거될 때까지 여러 차례에 걸쳐 액체 시료를 기포 트랩(20)으로 이동시킬 수 있다. 기포 트랩(20)을 통해 관심 영역(101)의 기포가 모두 제거된 경우에는 액체 시료가 관심 영역(101)에 불충분 충진된 상태인지 판단할 수 있다. 불충분 충진 상태에서는 공기가 일정 부피를 차지하기 ??문에 액체 시료를 유입하는 것이 불가능하다. 이때 제어부(37)는 액체 시료 전액을 관심 영역(101)에서 유출시켜 공기를 제거한 후 관심 영역(101)에 재유입시킬 수 있다. When bubbles are generated in the region of interest 101 , the controller 37 may move the liquid sample to the bubble trap 20 to remove bubbles. At this time, the controller 37 may move the liquid sample to the bubble trap 20 several times until all bubbles are removed. When all bubbles in the region of interest 101 are removed through the bubble trap 20 , it may be determined whether the region of interest 101 is insufficiently filled with the liquid sample. In an insufficiently filled state, it is impossible to introduce a liquid sample because air occupies a certain volume. At this time, the controller 37 may drain the entire liquid sample from the region of interest 101 to remove air, and then re-introduce the liquid sample into the region of interest 101 .

위의 세 가지 조건을 모두 만족하면 액체 시료는 관심 영역(101)에 완전 충진된 상태이다. 미세유체 디바이스(1)는 도 2의 조건부 알고리즘을 통해 완전 충진 상태에서만 액체 시료의 반응을 진행하므로 정확도가 높다. If all of the above three conditions are satisfied, the liquid sample completely fills the region of interest 101 . Since the microfluidic device 1 proceeds with the reaction of the liquid sample only in a completely filled state through the conditional algorithm of FIG. 2 , accuracy is high.

액체 시료의 반응이 일어나고 이를 관찰하는 동안 제어부(37)는 액체 시료가 추가적으로 챔버(10)에 유입되는 것을 방지할 수 있다. 제어부(37)는 액체 시료의 반응이 종료되면 관심 영역(101)으로부터 액체 시료를 유출시킬 수 있다. 관심 영역(101)으로부터 액체 시료가 모두 유출된 후에는 다음 액체 시료의 반응 관찰을 위해 다시 관심 영역(101)을 재설정한다. 도 2의 과정은 관심 영역(101)에서의 액체 시료의 상태에 따라 조건적으로 진행되며, 이러한 과정은 각 액체 시료마다 자동적이며 반복적으로 수행될 수 있다.While the reaction of the liquid sample occurs and is observed, the control unit 37 may prevent additional liquid sample from flowing into the chamber 10 . The controller 37 may discharge the liquid sample from the region of interest 101 when the reaction of the liquid sample is finished. After all the liquid samples are discharged from the region of interest 101 , the region of interest 101 is reset to observe a reaction of the next liquid sample. The process of FIG. 2 conditionally proceeds according to the state of the liquid sample in the region of interest 101, and this process may be automatically and repeatedly performed for each liquid sample.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 액체 제어시스템(3)이 적용되는 미세유체 디바이스(1) 및 액체 제어시스템(3)이 스마트폰의 애플리케이션으로 구현된 경우 미세유체 디바이스(1)와 연결되어 작동하는 모습을 나타낸다. 보다 상세하게, 도 3a는 96-웰(well) 카트리지에서 웰을 하나씩 PDMS 기둥으로 분리하는 것을 나타내고, 도 3b는 96-웰 플레이트 및 PDMS 액추에이터로 PDMS 필러를 수용하는 미세유체 디바이스(1)를 나타낸다. 도 3c는 액체 시료의 반복적 유출입 또는 시료 반응을 가능하게 하는 미세유체 디바이스(1)의 액체 시료를 이동시키는 구성을 보다 세부적으로 나타낸다. 도 3d는 액체 제어시스템(3)이 스마트폰의 애플리케이션으로 구현된 경우로서, 미세유체 디바이스(1)와 애플리케이션이 연동되어 액체 시료의 상태를 분석하는 모습을 나타낸다. 도 3d에 대해서는 이하 도 6에서 자세히 후술한다.3 is a microfluidic device 1 to which the liquid control system 3 according to an embodiment of the present invention is applied and the liquid control system 3 is connected to the microfluidic device 1 when implemented as a smartphone application shows how it works. In more detail, FIG. 3A shows the separation of wells into PDMS pillars one by one in a 96-well cartridge, and FIG. 3B shows a microfluidic device 1 accommodating a PDMS pillar with a 96-well plate and a PDMS actuator. . Figure 3c shows in more detail the configuration for moving the liquid sample of the microfluidic device (1), which enables repeated inflow and outflow of the liquid sample or sample reaction. FIG. 3D shows a case in which the liquid control system 3 is implemented as a smartphone application, and the microfluidic device 1 and the application are interlocked to analyze the state of the liquid sample. 3D will be described in detail with reference to FIG. 6 below.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 반응을 관찰하고자 하는 액체 시료는 복수개일 수 있고, 액체 시료는 상용되는 96-웰 마이크로 플레이트에 담지될 수 있다. 도 3a를 참고하면, 각 액체 시료는 96-웰(well) 카트리지에서 하나씩 PDMS 기둥으로 분리되어 각각 관찰 및 분석될 수 있다. 미세유체 디바이스(1)의 PDMS 기둥은 기둥이 96-웰 마이크로 플레이트 내에 고정될 때 챔버(10)를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a plurality of liquid samples to observe a reaction may be plural, and the liquid samples may be supported in a commercially available 96-well microplate. Referring to FIG. 3A , each liquid sample is separated into PDMS columns one by one in a 96-well cartridge and can be observed and analyzed respectively. The PDMS column of the microfluidic device 1 may have a chamber 10 when the column is secured in a 96-well microplate.

도 3b를 참고하면, 미세유체 디바이스(1)는 액체 시료가 챔버(10)에 유출입하는 영역, 액체 시료가 반응하는 챔버(10)가 구비된 영역, 액체 시료의 이동을 제어하는 영역 및 챔버(10) 또는 관심 영역(101)에 기포가 발생한 경우 기포를 제거하는 영역을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 미세유체 디바이스(1)는 각 영역의 기능 실현을 위해 다음과 같은 구성을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3B , the microfluidic device 1 includes a region where a liquid sample flows in and out of the chamber 10, a region provided with the chamber 10 in which the liquid sample reacts, a region controlling the movement of the liquid sample, and a chamber ( 10) Alternatively, when bubbles are generated in the region of interest 101, a region for removing bubbles may be included. The microfluidic device 1 according to an embodiment of the present invention may include the following configurations to realize functions of each region.

본 발명의 일 실시 예에 미세유체 디바이스(1)는 액체 시료의 보관 및 관찰을 위해 상용되는 96-웰 마이크로 플레이트, PDMS 기둥을 포함할 수 있다. 액체 시료의 이동을 위해 PDMS로 만든 마이크로 펌프, 밸브 및 롤러 바를 포함할 수 있다. 액체 시료를 담지하여 반응을 관찰할 수 있는 챔버(10)를 포함할 수 있다. 미세유체 디바이스(1)의 챔버(10)는 액체 시료가 유입되는 영역과 액체 시료가 유출되는 영역이 구분될 수 있고, 액체 시료는 구분된 유출입 영역을 통해 동일한 방향으로 순차적으로 챔버(10)에 유입-유출될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the microfluidic device 1 may include a 96-well microplate and a PDMS column, which are commercially available for storage and observation of liquid samples. It may include micro-pumps, valves, and roller bars made of PDMS to move liquid samples. A chamber 10 capable of holding a liquid sample and observing a reaction may be included. The chamber 10 of the microfluidic device 1 may have a region into which a liquid sample flows and a region into which a liquid sample flows out, and the liquid sample is sequentially introduced into the chamber 10 in the same direction through the divided inflow and outflow regions. Inflow-outflow can occur.

미세유체 디바이스(1)는 미세유체 검출 및 분석 가능한 AI 기반의 이미지 분석 프로그램 또는 애플리케이션과 연결되어 작동될 수 있다. 미세유체 디바이스(1)는 PDMS 펌프 및 밸브 위로 롤러 바를 이동하면 Bluetooth를 통해 액체 제어시스템(3)이 적용된 프로그램 또는 스마트폰의 애플리케이션과 연결될 수 있다. The microfluidic device 1 may be operated in connection with an AI-based image analysis program or application capable of microfluidic detection and analysis. When the microfluidic device 1 moves the roller bar over the PDMS pump and valve, it can be connected to a program applied with the liquid control system 3 or a smartphone application via Bluetooth.

도 3c를 참고하면, 미세유체 디바이스(1)의 롤러 바는 두 개의 베어링을 통해 PDMS 액츄에이터를 가압하도록 고정될 수 있다. 롤러 바의 높이는 PDMS 액츄에이터의 최적 압력을 보장하기 위해 베어링의 볼트를 통해 조절할 수 있다. 제어 회로에는 Arduino Arduino UNO R3이 장착되어 선형 액추에이터의 움직임을 제어하고 Bluetooth 모듈 (HC-08)은 Android 장치에서 명령을 수신할 수 있다. Referring to FIG. 3C , the roller bar of the microfluidic device 1 may be fixed to press the PDMS actuator through two bearings. The height of the roller bar can be adjusted via bolts on the bearings to ensure optimal pressure on the PDMS actuator. The control circuit is equipped with an Arduino Arduino UNO R3 to control the movement of the linear actuator, and a Bluetooth module (HC-08) can receive commands from Android devices.

프로그램 또는 스마트폰의 애플리케이션으로 구현된 액체 제어시스템(3)은 선형 액추에이터 간의 인터페이스 역할을 할 수 있으며, 미세유체 디바이스(1)에 유출입되는 액체 시료의 작동을 제어할 수 있다.The liquid control system 3 implemented as a program or application of a smart phone may serve as an interface between linear actuators, and may control the operation of a liquid sample flowing in and out of the microfluidic device 1 .

본 발명의 일 실시 예로서 액체 제어시스템(3)은 스마트폰의 애플리케이션으로 구현되는 경우로 가정하며, 미세유체 디바이스(1)는 스마트폰과 연결되어 액체 시료의 반응을 진행 및 분석할 수 있다. As an embodiment of the present invention, it is assumed that the liquid control system 3 is implemented as a smartphone application, and the microfluidic device 1 is connected to the smartphone to progress and analyze the reaction of the liquid sample.

또한, 미세유체 디바이스(1)는 두 개의 분리 가능한 구역으로 나뉘어 구성될 수 있다. 두 개의 구역은 스마트폰이 고정되고 빛의 외부 간섭으로부터 미세유체 디바이스(1)를 보호하는 가동식 상단이 있는 외부 경계부와 액체 시료가 담긴 트레이가 슬라이딩되는 방식으로 이동할 수 있는 내부 하단부일 수 있다. In addition, the microfluidic device 1 may be configured by being divided into two detachable regions. The two zones may be an outer boundary with a movable upper end in which a smartphone is fixed and protecting the microfluidic device 1 from external interference of light, and an inner lower end in which a tray containing a liquid sample is movable in a sliding manner.

미세유체 디바이스(1)의 PDMS 기둥은 기둥이 96 웰 마이크로 플레이트 내에 고정될 때 챔버(10)를 가질 수 있다. 미세유체 디바이스(1)는 기계식 롤러 바를 구비하며, 롤러 바는 PDMS 펌프 및 밸브 위로 이동하여 미세유체를 챔버에 순차적으로 체결시킬 수 있다. 다만, 액체 시료가 담긴 트레이가 앞뒤로 움직이거나 슬라이딩되어 96-웰 마이크로 플레이트에 고정되므로, 이하 도 5에서 후술하는 바와 같이 챔버(10)에서도 액체 시료가 반응하는 영역은 보다 명확히 설정되어야 한다.The PDMS column of the microfluidic device 1 may have a chamber 10 when the column is secured in a 96 well microplate. The microfluidic device 1 has a mechanical roller bar, and the roller bar can move over the PDMS pump and valve to sequentially fasten the microfluid to the chamber. However, since the tray containing the liquid sample moves back and forth or slides and is fixed to the 96-well microplate, the area where the liquid sample reacts in the chamber 10 must be set more clearly, as will be described later in FIG.

도 4는 본 발명의 실시 예로서, 기포 트랩(20)이 구비된 미세유체 디바이스(1) 및 기포 트랩(20)에 기포가 포집된 모습을 나타낸 개략도이다. 미세유체 디바이스(1)에서 액체 시료는 유입구(103) 또는 유출구(105)를 통해 챔버(10)에 유출입할 수 있다. 반응이 끝난 액체 시료는 챔버(10)에서 유출되고 다시 새로운 액체 시료가 챔버(10)에 유입됨으로써 액체 시료의 반응은 반복적으로 관찰될 수 있다. 4 is a schematic diagram showing a microfluidic device 1 equipped with a bubble trap 20 and bubbles trapped in the bubble trap 20 as an embodiment of the present invention. In the microfluidic device 1, a liquid sample may flow into and out of the chamber 10 through an inlet 103 or an outlet 105. The reaction of the liquid sample may be repeatedly observed as the liquid sample after the reaction is discharged from the chamber 10 and a new liquid sample is introduced into the chamber 10 again.

보다 상세하게, 도 4에서 점선으로 표시된 부분은 기포 트랩(20)이며, 기포가 기포 트랩(20)으로 이동하여 포집된 모습을 나타낸다. 기포 트랩(20)은 유입구(103) 또는 유출구(105)에 마련될 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시 예로서 기포 트랩(20)이 유출구(105)에 마련된 경우를 도시한다. In more detail, a portion indicated by a dotted line in FIG. 4 is the bubble trap 20, and indicates a state in which bubbles are collected by moving to the bubble trap 20. The bubble trap 20 may be provided at the inlet 103 or the outlet 105 . 4 shows a case where the bubble trap 20 is provided in the outlet 105 as an embodiment of the present invention.

기포는 액체 시료보다 밀도가 낮아 액체 시료의 위쪽으로 이동한다. 이러한 특징을 이용하여 기포 트랩(20)은 액체 시료가 이동하는 영역보다 높은 위치에 마련될 수 있다. 액체 시료는 미세유체 디바이스(1) 내부에서 일정한 높이로 흐르지만, 천장이 낮게 막힌 챔버(10), 유입구(103) 또는 유출구(105) 내부에 갇힌 기포는 상대적으로 천장이 높은 기포 트랩(20)을 통과하면서 상승하게 되고, 상승한 기포는 기포 트랩(20) 내부에 포집될 수 있다.Bubbles are less dense than the liquid sample and move upwards in the liquid sample. Using this feature, the bubble trap 20 may be provided at a higher position than the area where the liquid sample moves. The liquid sample flows at a constant height inside the microfluidic device (1), but the air bubbles trapped inside the closed chamber (10), inlet (103) or outlet (105) with a low ceiling are relatively high in the ceiling of the bubble trap (20). As it passes through, it rises, and the air bubbles that rise can be collected inside the bubble trap 20.

도 5는 본 발명의 실시 예로서, 챔버(10) 내부에서 관심 영역(101)이 설정되는 과정(이하, ROI 캐스케이딩(ROI cascading))을 나타낸다. ROI 캐스케이딩 과정은 액체 제어시스템(3)의 관심 영역 설정부(31)에서 이루어질 수 있다. 관심 영역(101)의 설정, 즉 ROI 캐스케이딩은 도 5a 내지 도 5c와 같이 단계적으로 진행될 수 있다. 보다 상세하게 도 5a는 미세유체 디바이스(1)에서 96-웰 기둥을 인식할 수 있다. 96-웰 플레이트를 포함하는 기둥의 상단은 원형이므로 초기에 인식되는 ROI는 원형 전체 화면의 96-웰 기둥을 인식할 수 있다. 이때 전체 화면은 1920 × 1080 픽셀로 설정될 수 있다.5 illustrates a process of setting a region of interest 101 inside the chamber 10 (hereinafter referred to as ROI cascading) as an embodiment of the present invention. The ROI cascading process may be performed in the ROI setting unit 31 of the liquid control system 3 . The setting of the region of interest 101, that is, ROI cascading, may proceed step by step as shown in FIGS. 5A to 5C. In more detail, FIG. 5A may recognize a 96-well column in the microfluidic device 1 . Since the top of the column containing the 96-well plate is circular, the initially recognized ROI can recognize the circular full-screen 96-well column. In this case, the entire screen may be set to 1920 × 1080 pixels.

도 5b는 검출된 96-웰 기둥을 둘러싸는 사각형 영역을 ROI으로 설정할 수 있다. 이때, 챔버(10)의 전체 영역이 모두 설정될 수 있다. 본 발명의 실험 례에서 96-웰 기둥은 원형이고, 이를 인식하는 영역은 빨간색 네모로 표현하였다. 인식 대상이 되는 플레이트의 형태와 액체 제어시스템(3)이 인식하여 표현하는 빨간색 영역의 형태는 본 실험 례에 한정되지 않고 다양한 모양일 수 있다. 96-웰 기둥을 포함한 빨간색 네모 영역이 제1 ROI로 설정될 수 있다. 인식 대상인 96-웰 기둥은 ELISA 절차는 리니어 모터에 연결된 스테이지를 이동하여 실행되기 때문에 위치가 변경될 수 있다. 이때, 관심 영역 설정부(31)는 96 well 기둥을 지속적으로 인식하여 ROI의 위치를 업데이트하여 재설정할 수 있다.In FIG. 5B , a rectangular area surrounding the detected 96-well pillar may be set as an ROI. At this time, the entire area of the chamber 10 may be set. In the experimental example of the present invention, the 96-well pillar is circular, and the region recognizing it is represented by a red square. The shape of the plate to be recognized and the shape of the red area recognized and expressed by the liquid control system 3 are not limited to this experimental example and may have various shapes. A red square region including a 96-well pillar may be set as a first ROI. The 96-well column to be recognized can be repositioned because the ELISA procedure is performed by moving a stage connected to a linear motor. At this time, the ROI setter 31 may continuously recognize the 96-well column and update and reset the position of the ROI.

도 5c는 제1 ROI인 챔버(10) 내부에서 액체 시료가 유출입되며 반응이 일어나는 보다 세부적인 제2 ROI, 즉 관심 영역(101)을 감지한 모습이다. 이때, 최종적으로 설정된 관심 영역(101)은 165 × 141픽셀로 감소할 수 있다. 이미지의 크기가 작아지므로 미세유체를 감지가 더욱 빨라지며 정확해 질 수 있다. 96웰 원형 기둥 내부의 관심 영역(101)은 중앙에 위치하도록 설계될 수 있다. 따라서 미세유체 디바이스(1)의 96-웰 기둥이 움직이는 경우, 관심 영역 설정부(31)는 설정되는 영역이 움직임에 따라 관심 영역(101)의 위치는 재설정할 수 있다. 관심 영역 설정부(31)는 96 웰 원형 패턴의 위치를 계산하여 제1 ROI를 설정한 뒤, 제1 ROI 내에서 96웰 원형 패턴 중앙에 있는 관심 영역(101)을 제2 ROI로 재설정할 수 있다. 이때, 제2 ROI는 도 5c에서 하얀색 네모 영역으로 표현된다.5C is a state in which a more detailed second ROI, that is, a region of interest 101, where a liquid sample flows in and out of the chamber 10, which is the first ROI, and a reaction occurs, is detected. At this time, the finally set region of interest 101 may be reduced to 165 × 141 pixels. Since the size of the image is reduced, the detection of microfluids can be faster and more accurate. The region of interest 101 inside the 96-well circular column can be designed to be centered. Accordingly, when the 96-well column of the microfluidic device 1 moves, the ROI setting unit 31 may reset the position of the ROI 101 according to the movement of the set region. After setting the first ROI by calculating the location of the 96-well circular pattern, the ROI setting unit 31 may reset the ROI 101 at the center of the 96-well circular pattern within the first ROI to the second ROI. there is. At this time, the second ROI is represented by a white square area in FIG. 5C.

이러한 과정을 통해 관심 영역(101)의 설정, 즉 ROI 캐스케이딩함으로써 도 5a 내지 c와 같이 관찰하고자 하는 영역을 단계적으로 좁게 설정하므로써 이미지의 크기가 작아져 액체 시료를 빠르게 감지할 수 있고, 리소스 소비가 줄어들며, 인식도를 높일 수 있다. 또한 카메라의 시야가 넓은 경우에는 관심 영역(101)을 벗어난 영역으로부터 영향을 받을 수 있다. 그러나, 관심 영역(101)이 좁게 특정됨으로써 이러한 영향을 줄여 감지 또는 분석 시 오류 발생을 줄일 수 있다. 관심 영역(101)은 위치가 이동하거나 관심 영역(101)의 크기가 변화하므로, 관심영역 설정부(31)는 주기적으로 관심 영역(101)을 재인식하여 관심 영역(101)에 대한 인식률을 높일 수 있다.Through this process, by setting the region of interest 101, that is, ROI cascading, the region to be observed is set to be narrower step by step as shown in FIGS. Consumption can be reduced and awareness can be raised. In addition, when the field of view of the camera is wide, an area outside the ROI 101 may be affected. However, since the region of interest 101 is narrowly specified, such an influence may be reduced and errors may be reduced during detection or analysis. Since the location of the region of interest 101 moves or the size of the region of interest 101 changes, the region of interest setter 31 may periodically re-recognize the region of interest 101 to increase the recognition rate of the region of interest 101. there is.

도 6은 본 발명의 실시 예로서, 액체 제어시스템(3)이 스마트폰 애플리케이션으로 구현된 경우 챔버(10) 내부에서 관심 영역(101)이 설정되는 모습을 사용자 인터페이스 화면으로 나타낸 것이다. 관심 영역(101)은 미세유체 디바이스(1)의 챔버(10) 중에서도 액체 시료가 유입되어 액체 시료의 반응이 일어나는 특정 영역일 수 있다. 액체 시료의 상태 분석과, 보다 정확한 제어를 위해 관찰하고자 하는 영역을 특정하고 면적을 좁힐 수 있다. 도 5를 참고하면, 가장 큰 빨간색 네모 영역(제1 ROI)이 96-웰 기둥이다. 관심 영역(101)은 제1 ROI에 위치한 하얀색 네모 영역(제2 ROI)으로서 액체 시료의 반응을 관찰할 수 있는 영역이다. 특히, 액체 시료가 유출입하는 미세유체 디바이스(1)의 챔버(10)는 제1 ROI보다는 작고, 제2 ROI보다는 크다. 즉, 관심 영역(101)은 챔버(10) 내부에 형성될 수 있다. 6 is an embodiment of the present invention, in case the liquid control system 3 is implemented as a smartphone application, it shows a state in which the region of interest 101 is set inside the chamber 10 as a user interface screen. The region of interest 101 may be a specific region in which a liquid sample flows into the chamber 10 of the microfluidic device 1 and a reaction of the liquid sample occurs. It is possible to specify and narrow the area to be observed for state analysis of the liquid sample and more accurate control. Referring to FIG. 5 , the largest red square region (first ROI) is a 96-well column. The region of interest 101 is a white square region (second ROI) located in the first ROI, and is an region where a reaction of the liquid sample can be observed. In particular, the chamber 10 of the microfluidic device 1 through which the liquid sample flows in and out is smaller than the first ROI and larger than the second ROI. That is, the region of interest 101 may be formed inside the chamber 10 .

도 6을 참고하면, 관심 영역(10)이 설정되는 동안 사용자 인터페이스에는 왼쪽에 복수 개의 버튼이 나타날 수 있다. 여기서 "Init" 버튼은 미세유체 디바이스(1)와 애플리케이션으로 구현된 액체 제어시스템(3)을 Bluetooth를 통해 제어 회로에 연결할 수 있다. "start" 버튼은 시작 버튼으로서 모터 이동을 시작하고 AI 기반 이미지 감지를 시작할 수 있다. "stop" 버튼은 작업을 중지시키는 버튼으로서 모든 작업을 즉시 중지시킬 수 있다. "measure" 버튼은 챔버(10) 또는 관심 영역(101)의 비색 데이터를 측정하는데 사용될 수 있으며, "Return" 버튼은 미세유체 디바이스(1)의 제어 모터를 원래 위치로 되돌려 새로운 액체 시료에 대한 반응 분석 작업을 다시 시작하는 데 사용될 수 있다. 이러한 대부분의 버튼들은 사용자의 개입으로 동작이 가능할 뿐만 아니라 전술한 도 2에서 설명되는 조건부 알고리즘에 따라 자동화되어 동작 될 수 있다.Referring to FIG. 6 , while the region of interest 10 is being set, a plurality of buttons may appear on the left side of the user interface. Here, the "Init" button can connect the microfluidic device 1 and the liquid control system 3 implemented as an application to the control circuit via Bluetooth. The "start" button is a start button, which can start motor movement and start AI-based image detection. The "stop" button is a button that stops a job, and can stop all jobs immediately. The "measure" button may be used to measure colorimetric data of the chamber 10 or the region of interest 101, and the "Return" button returns the control motor of the microfluidic device 1 to its original position to respond to a new liquid sample. It can be used to restart analysis work. Most of these buttons can be operated not only by user intervention, but also can be operated automatically according to the conditional algorithm described in FIG. 2 above.

도 6을 참고하면, 액체 제어시스템(3)은 미세유체 디바이스(1)의 챔버(10)에 미세유체가 유출입되는 상태가 사용자 인터페이스에 시각적으로 표현될 수 있다. 도 6에서 표현되는 바와 같이, 액체 제어시스템(3)의 처리 속도(FPS)가 표시될 수 있으며, 챔버(10)인 96-웰 기둥을 인식하여 가장 큰 빨간색 네모 영역으로 표시할 수 있다. 챔버(10) 내부에 위치하는 관심 영역(101)은 도 6과 같이 빨간색 네모 영역에서 상대적으로 큰 하얀색 네모 영역으로 표현될 수 있으며, 관심 영역(101)에서 액체 시료의 상태를 인식하여 가장 작은 하얀색 네모로 표현할 수 있다. 이렇듯, 관찰하는 영역을 점점 좁혀가면서 액체 시료의 상태를 검출 및 인식하므로 정확도가 높아질 수 있다. Referring to FIG. 6 , in the liquid control system 3 , a state in which microfluid flows in and out of the chamber 10 of the microfluidic device 1 may be visually displayed on the user interface. As shown in FIG. 6 , the processing speed (FPS) of the liquid control system 3 can be displayed, and the 96-well column of the chamber 10 can be recognized and displayed as the largest red square area. As shown in FIG. 6 , the region of interest 101 located inside the chamber 10 may be expressed as a relatively large white square region in the red square region, and the state of the liquid sample is recognized in the region of interest 101 to obtain the smallest white color. It can be expressed as a square. As such, since the state of the liquid sample is detected and recognized while gradually narrowing the area to be observed, accuracy may be increased.

도 7은 본 발명의 실시 예로서, 관심 영역(101)에서의 액체 시료의 상태의 종류를 나타낸 모습이다. 도 5 및 도 6에서 전술한 바와 마찬가지로, 빨간색 네모 영역은 챔버(10)인 96-웰 기둥을 인식한 영역이고, 상대적으로 큰 하얀색 네모 영역은 관심 영역(101)을 인식한 영역이며, 가장 작은 하얀색 네모 영역은 액체 상태를 인식한 영역이다.7 is a view showing the types of states of a liquid sample in the region of interest 101 as an embodiment of the present invention. As described above in FIGS. 5 and 6, the red square area is the area where the 96-well column, which is the chamber 10, is recognized, and the relatively large white square area is the area where the ROI 101 is recognized, and the smallest The white square area is an area where the liquid state is recognized.

보다 상세하게 도 7a는 액체 시료가 관심 영역(101)에 유입되고 있는 상태로서 제1 모드이다. 도 7b는 관심 영역(101)으로부터 액체 시료가 유출되는 제2 모드이다. 도 7c는 관심 영역(101)에 액체 시료가 일정 부피 이상 유입된 제3 모드이다. 도 7d는 관심 영역(101)으로부터 액체 시료가 유출되어 관심 영역(101)이 비어있는 제4 모드이다. 도 7e는 관심 영역(101)에 액체 시료가 불충분 충진된 제5 모드이다. 도 7f는 관심 영역(101)에 담지된 액체 시료에 기포가 발생한 제6 모드이다. In more detail, FIG. 7A shows a state in which the liquid sample flows into the region of interest 101 in the first mode. 7B is a second mode in which a liquid sample flows from the region of interest 101 . 7C is a third mode in which a liquid sample is introduced into the region of interest 101 by a certain volume or more. FIG. 7D is a fourth mode in which the region of interest 101 is empty as a liquid sample is leaked from the region of interest 101 . 7E is a fifth mode in which the region of interest 101 is insufficiently filled with the liquid sample. FIG. 7F is a sixth mode in which bubbles are generated in the liquid sample supported on the region of interest 101 .

판단부(35)는 액체 시료가 챔버(10)에 유입됨에 따라 제1 모드임을 감지할 수 있고, 실시간으로 액체 시료의 이미지 또는 액체 시료의 경계면의 이미지를 인식하여 사용자 인터페이스 화면에 표시할 수 있다. The determination unit 35 may detect the first mode as the liquid sample flows into the chamber 10, recognize an image of the liquid sample or an image of a boundary surface of the liquid sample in real time, and display the image on the user interface screen. .

도 7b와 같이 판단부(35)에서 액체 시료가 유출되는 제 2 모드라고 판단된 경우, 제4 모드에 대한 판단을 준비하며 동시에 제3 모드에서 실행되었던 기능을 중지할 수 있다. 도 7d와 같이 판단부(35)에서 제4 모드로 판단되는 경우, 제어부(37)는 반응을 관찰하고자 하는 다음 액체 시료를 주입하도록 하여 제1 모드를 진행시킬 수 있다. 따라서, 판단부(35)는 액체 시료의 상태에 따라 각 모드로 구분하여 인식하여 조건부 알고리즘을 통해 순차적으로 실행할 수 있다. 이를 통해 액체 제어시스템(3)은 연산량은 줄여 인식도를 높임으로써 정확도 높은 결과를 도출할 수 있다. As shown in FIG. 7B , when the determination unit 35 determines that the liquid sample is leaking in the second mode, the fourth mode is prepared and the function performed in the third mode may be stopped. As shown in FIG. 7D , when the determination unit 35 determines the fourth mode, the controller 37 may proceed with the first mode by injecting the next liquid sample to observe the reaction. Therefore, the determination unit 35 can classify and recognize each mode according to the state of the liquid sample and sequentially execute them through a conditional algorithm. Through this, the liquid control system 3 can derive highly accurate results by reducing the amount of calculation and increasing recognition.

도 7c와 같이 제3 모드라고 판단된 경우, 연산량을 최소화하고 정확도를 향상시키기 위해, 판단부(35)는 제4 모드가 판단되기까지 판단을 중단하고, 제어부(37)는 액체 시료가 관심 영역(101)에 유입되는 것을 방지할 수 있다. 액체 시료는 제3 모드인 상태로 일정 시간 유지되어 특정 반응이 일어날 수 있다. When it is determined to be the third mode as shown in FIG. 7C, in order to minimize the amount of calculation and improve accuracy, the determination unit 35 stops the determination until the fourth mode is determined, and the control unit 37 determines that the liquid sample is in the region of interest. (101) can be prevented from entering. The liquid sample is kept in the third mode for a certain period of time so that a specific reaction can occur.

도 7e와 같이 불충분 충진 상태(제5 모드)일 경우, 액체 시료의 반응이 일어나지 않는 영역이 챔버(10)에 존재하게 되어 액체 시료 반응 결과에 영향을 미칠 수 있다. 판단부(35)가 불충분 충진 상태로 판단하는 경우, 제어부(37)는 액체 시료가 관심 영역(101)에 더 주입되도록 미세유체 디바이스(1)를 제어하거나, 액체 시료를 챔버(10)로부터 유출시킨 후 챔버(10)에 재유입되도록 미세유체 디바이스(1)를 제어할 수 있다. 이하 도 8에서 후술하는 바와 같이, 액체 시료의 불충분 충진 상태는 챔버(10)에 완전 충전되기 위해 액체 시료가 유입되고 있는 상태와 구별될 수 있다.As shown in FIG. 7E , in the case of an insufficiently filled state (fifth mode), a region in which the reaction of the liquid sample does not occur exists in the chamber 10, which may affect the reaction result of the liquid sample. When the determination unit 35 determines that the filling state is insufficient, the control unit 37 controls the microfluidic device 1 so that the liquid sample is further injected into the region of interest 101, or the liquid sample is discharged from the chamber 10. After doing so, the microfluidic device 1 may be controlled to be re-introduced into the chamber 10 . As will be described later with reference to FIG. 8 , an insufficient filling state of the liquid sample can be distinguished from a state in which the liquid sample is introduced to completely fill the chamber 10 .

도 7f와 같이 기포가 발생된 제6 모드인 경우, 제어부(37)는 기포가 발생한 경우 관심 영역(101)에 액체 시료를 더 주입하여 기포를 제거할 수 있다. 또는 제어부(37)는 액체 시료를 기포 트랩(103)으로 이동하도록 제어하여 기포를 제거할 수 있다. In the case of the sixth mode in which bubbles are generated as shown in FIG. 7F , when bubbles are generated, the controller 37 may further inject a liquid sample into the ROI 101 to remove the bubbles. Alternatively, the control unit 37 may remove bubbles by controlling the liquid sample to be moved to the bubble trap 103 .

도 8은 본 발명의 실시 예로서, 액체 시료가 챔버(10)에 유입된 유형에 따른 모습을 나타낸다. 액체 시료는 챔버(10)에 구비된 유입구(103)를 통해 챔버(10) 내부로 유입되며 반응이 완료된 액체 시료는 유출구(105)를 통해 챔버(10)로부터 유출될 수 있다. 도 8a 및 도 8b에서 챔버(10), 유입구(103), 유출구(105)에서 파란 영역이 액체 시료가 담지된 영역이고, 챔버(10) 내부 또는 유출구(105)에서 투명한 영역은 액체 시료가 담지되지 않은 영역이다.8 shows an embodiment of the present invention according to the type of liquid sample introduced into the chamber 10 . The liquid sample may flow into the chamber 10 through the inlet 103 provided in the chamber 10 and the liquid sample upon completion of the reaction may flow out of the chamber 10 through the outlet 105 . 8A and 8B, blue areas in the chamber 10, inlet 103, and outlet 105 are areas where liquid samples are supported, and transparent areas in the chamber 10 or outlet 105 do not contain liquid samples. area that has not been

보다 상세하게, 도 8a는 액체 시료가 챔버(10)에 유입되고 있는 상태로서, 액체 시료가 챔버(10)의 모든 영역을 충분히 채우기 전 상태이다. 액체 시료는 챔버(10)의 유입구(103)가 위치한 영역로부터 유출구(105)가 위치한 영역으로 점차 확장되며 챔버(10)를 완전 충진할 수 있다.More specifically, FIG. 8A is a state in which a liquid sample is being introduced into the chamber 10 , a state before the liquid sample sufficiently fills all areas of the chamber 10 . The liquid sample gradually expands from the area where the inlet 103 of the chamber 10 is located to the area where the outlet 105 is located, and can completely fill the chamber 10 .

한편, 도 8b는 액체 시료가 챔버(10)에 불충분 충진된 상태이다. 도 8b에서 주목할 점은, 챔버(10) 내부에 액체 시료가 충진되지 않은 영역이 유출구(105)를 포함하는 영역이 아니라는 것이다. 도 8b를 참조하면, 챔버(10) 내부의 투명한 영역은 챔버(10) 내부 벽과 액체 시료로 둘러싸인 영역으로서 해당 투명 영역만큼의 공기가 챔버(10) 외부로 빠져나가지 못하고 포집되어 일정한 부피가 형성될 수 있다. 따라서, 공기가 차지하는 영역만큼 액체 시료가 챔버(10)에 충진되지 못할 수 있다. Meanwhile, FIG. 8B shows a state in which the liquid sample is insufficiently filled in the chamber 10 . It should be noted in FIG. 8B that the area in which the liquid sample is not filled in the chamber 10 is not the area including the outlet 105 . Referring to FIG. 8B, the transparent area inside the chamber 10 is an area surrounded by the inner wall of the chamber 10 and the liquid sample, and air as much as the corresponding transparent area cannot escape to the outside of the chamber 10 and is collected to form a certain volume. It can be. Therefore, the liquid sample may not fill the chamber 10 as much as the area occupied by air.

문제는, 도 8b의 경우 액체 시료를 유입구(103)로 추가 주입시켜도 액체 시료가 투명 영역을 충진시키며 공기가 차지하는 영역을 제거하지 못하고, 유출구(105)로 액체 시료가 유출되어 공기 영역은 챔버(10) 내부에 그대로 유지된다는 것이다. 따라서 이 경우 제어부(37)는 챔버(10)에 유입된 액체 시료 전체를 유출시킨 후 챔버(10)에 재유입시키도록 제어함으로써 챔버(10)를 완전 충진시킬 수 있다.The problem is that in the case of FIG. 8B, even if the liquid sample is additionally injected into the inlet 103, the liquid sample fills the transparent area and the area occupied by air cannot be removed, and the liquid sample flows out through the outlet 105, so that the air area is filled in the chamber ( 10) is that it remains as it is inside. Therefore, in this case, the control unit 37 may completely fill the chamber 10 by controlling the entire liquid sample flowing into the chamber 10 to be discharged and then re-introduced into the chamber 10 .

도 9는 본 발명의 실험 예로서, 도 9a 내지 도 9f는 복수개의 액체 시료의 상태에 따른 모습을 나타내고, 도 9g는 액체 시료의 충진 상태에 따른 반응의 결과를 나타낸 그래프이다. 도 9a는 챔버(10)에 액체 시료가 이상적으로 충분히 유입된 경우이며, 도 9b는 챔버(10)가 기포가 있는 효소 기질(TMB)로 채워진 경우이다. 도 9c는 챔버(10)에 불충분한 양의 TMB로 채워진 경우이고, 도 9d는 챔버(10)가 기포가 있는 항원으로 채워진 경우이다. 도 9e는 챔버(10)에 항원이 불충분하게 채워진 경우이다. 도 9b 내지 도 9f와 같이 기포가 발생하거나 불충분하게 액체 시료가 유입된 경우에는 항원 또는 항체가 불균일하게 분포하여 불규칙한 반응을 초래할 수 있다.9 is an experimental example of the present invention, FIGS. 9a to 9f show states of a plurality of liquid samples, and FIG. 9g is a graph showing reaction results according to filling states of liquid samples. FIG. 9A shows a case in which a liquid sample is ideally sufficiently introduced into the chamber 10, and FIG. 9B shows a case in which the chamber 10 is filled with a bubbled enzyme substrate (TMB). FIG. 9c shows a case in which the chamber 10 is filled with an insufficient amount of TMB, and FIG. 9d shows a case in which the chamber 10 is filled with bubbled antigen. 9E shows a case where the chamber 10 is insufficiently filled with antigen. As shown in FIGS. 9B to 9F , when bubbles are generated or a liquid sample is insufficiently introduced, antigens or antibodies may be non-uniformly distributed, resulting in irregular reactions.

도 9g를 참고하면, 도 9b 내지 도 9f의 조건에서의 반응 결과는 이상적인 도 9a 조건에서의 반응 결과와는 다름을 확인할 수 있다. 도 9a에서의 반응 색조 값은 1.95이며, 이는 챔버(10)가 올바르게 충분히 채워진 경우 ELISA 반응(효소결합 면역반응)에 의해서 나와야 할 적정한 신호의 크기이다. 그러나, 액체 시료가 챔버(10)에 불충분하게 채워지거나 또는 기포가 발생한 상태에서는 일정 영역에 효소기질, 검출 항체 등의 반응 물질이 공급되지 않게 되고, 해당 영역에서는 면역반응이 온전히 발생하지 않게 된다. 따라서, 이상적으로 채워지는 도 9a의 경우에 비해 도 9b 내지 도 9f에서는 신호의 크기가 감소하게 된다. Referring to FIG. 9G , it can be confirmed that the reaction results under the conditions of FIGS. 9B to 9F are different from the reaction results under the ideal condition of FIG. 9A. The reaction tone value in FIG. 9A is 1.95, which is the size of an appropriate signal to be produced by an ELISA reaction (enzyme-linked immunoreaction) when the chamber 10 is correctly and sufficiently filled. However, in a state where the liquid sample is insufficiently filled in the chamber 10 or bubbles are generated, reaction substances such as enzyme substrates and detection antibodies are not supplied to a certain area, and an immune response does not fully occur in the corresponding area. Therefore, compared to the case of FIG. 9A, which is ideally filled, the magnitude of the signal is reduced in FIGS. 9B to 9F.

한편 도 9g의 최우측 막대 그래프는 세척용액이 챔버(10)에 불충분하게 채워지거나 기포가 발생한 경우이다. 이 경우는 면역반응으로 결합되지 않은 효소 물질이 제대로 세척되지 않게 되어, 결합되지 않은 효소 물질에 의해 발생한 신호로 인해 정상 상황보다 신호의 크기가 커지게 된다. 따라서, 액체 시료 주입에 오류가 있는 경우에는 해당 액체 시료로부터 반응 결과가 정상 반응 상황과 다르게 나와 결과를 신뢰하기 어렵다. 또한, 계속적으로 반복 실험할 경우 신호의 편차가 커지게 되므로 문제가 된다. 그러므로, 액체 시료 주입이 액체 시료의 반응 결과에 영향을 미치지 않도록 챔버(10)에 유출입 되는 액체 시료가 정상적으로 챔버(10)를 가득 채울 수 있도록 유체 유출입 상황을 모니터링하고 제어하는 것이 중요하다. Meanwhile, in the rightmost bar graph of FIG. 9G , the cleaning solution is insufficiently filled in the chamber 10 or bubbles are generated. In this case, the enzymatic material not bound by the immune reaction is not washed properly, and the signal generated by the unbound enzymatic material becomes larger than the normal situation. Therefore, when there is an error in liquid sample injection, it is difficult to trust the result because the reaction result is different from the normal reaction situation from the liquid sample. In addition, it is a problem because the deviation of the signal increases when the experiment is continuously repeated. Therefore, it is important to monitor and control the fluid inflow and outflow situation so that the liquid sample flowing into and out of the chamber 10 normally fills the chamber 10 so that the injection of the liquid sample does not affect the reaction result of the liquid sample.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다. Although the present invention has been described in detail through representative embodiments, those skilled in the art will understand that various modifications are possible to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. will be. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should not be defined, and should be defined by all changes or modifications derived from the claims and equivalent concepts as well as the claims to be described later.

1: 미세유체 디바이스
10: 챔버
101: 관심 영역
103: 유입구
105: 유출구
20: 기포 트랩
3: 액체 제어시스템
30: 서버
31: 관심 영역 설정부
33: 이미지 학습부
35: 판단부
37: 제어부1: microfluidic device
10: chamber
101 Region of Interest
103: inlet
105: outlet
20: bubble trap
3: liquid control system
30: server
31: region of interest setting unit
33: image learning unit
35: judgment unit
37: control unit

Claims (10)

액체 시료의 반응을 관찰하는 미세유체 디바이스(Microfluidic Device)를 제어하는 액체 제어시스템에 있어서,
상기 미세유체 디바이스에 마련된 챔버에 유출입하는 상기 액체 시료를 촬영한 이미지 또는 상기 액체 시료에 발생된 기포를 촬영한 이미지 정보를 학습하는 이미지 학습부;
상기 이미지 학습부에서 학습된 상기 액체 시료에 대한 학습정보와 상기 챔버에 유출입 중인 상기 액체 시료의 이미지를 비교하여 상기 액체 시료의 상태를 판단하거나 또는 상기 액체 시료에 기포 발생 여부를 판단하는 판단부; 및
상기 판단부의 판단 정보를 통해 상기 액체 시료의 유출입을 제어하여 상기 액체 시료에 발생된 기포를 제거하는 제어부를 포함하고,
상기 이미지 학습부의 학습 대상 또는 상기 판단부의 판단 대상은 상기 액체 시료의 경계면 또는 기포 이미지이며,
상기 판단부의 판단 정보를 통해 상기 액체 시료를 제어함으로써 상기 액체 시료의 반응 시험을 자동화하고,
상기 챔버에서 상기 액체 시료가 유입되어 반응이 일어나는 영역을 관심 영역으로 설정하는 관심 영역 설정부를 더 포함하고,
상기 관심 영역은 액체 시료가 상기 챔버에 유출입함에 따라 발생 또는 변경되며,
상기 관심 영역 설정부는,
상기 미세유체 디바이스에서 인식되는 상기 챔버가 구비된 영역을 제1 ROI로 인식하고, 상기 제1 ROI 내부에서 인식되는 상기 관심 영역을 제2 ROI로 인식하여 제어 대상 영역을 순차적으로 설정하는 것을 특징으로 하는 액체 제어시스템.
In the liquid control system for controlling a microfluidic device for observing the reaction of a liquid sample,
an image learning unit that learns image information obtained by capturing an image of the liquid sample flowing in and out of a chamber provided in the microfluidic device or capturing image information of bubbles generated in the liquid sample;
a determination unit for determining a state of the liquid sample or determining whether bubbles are generated in the liquid sample by comparing the learning information about the liquid sample learned in the image learning unit with the image of the liquid sample flowing in and out of the chamber; and
A control unit controlling the inflow and outflow of the liquid sample through the determination information of the determination unit to remove bubbles generated in the liquid sample;
The learning object of the image learning unit or the judgment object of the determination unit is a boundary surface or bubble image of the liquid sample,
Automating the reaction test of the liquid sample by controlling the liquid sample through the judgment information of the determination unit,
Further comprising a region of interest setting unit configured to set a region of interest where the liquid sample is introduced into the chamber and a reaction occurs, as a region of interest;
The region of interest is generated or changed as a liquid sample flows in and out of the chamber,
The region of interest setting unit,
Recognizing the region provided with the chamber recognized by the microfluidic device as a first ROI, and recognizing the region of interest recognized inside the first ROI as a second ROI to sequentially set control target regions. liquid control system.
 제 1 항에 있어서,
상기 미세유체 디바이스는 액체시료의 기포를 제거하는 기포 트랩을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 제어시스템.
According to claim 1,
The liquid control system, characterized in that the microfluidic device further comprises a bubble trap for removing bubbles in the liquid sample.
 제 2 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 챔버에 담지된 상기 액체 시료에 기포가 발생한 경우, 상기 액체 시료를 상기 미세유체 디바이스에 구비된 기포 트랩으로 이동시켜 기포를 제거하는 것을 특징으로 하는 액체 제어시스템.
According to claim 2,
The control unit,
When bubbles are generated in the liquid sample supported in the chamber, the liquid control system, characterized in that for removing the bubbles by moving the liquid sample to a bubble trap provided in the microfluidic device.
 제 2 항에 있어서,
상기 미세유체 디바이스에 구비되는 상기 기포 트랩은,
상기 액체 시료가 상기 챔버에 유출입하는 이동 경로상에 위치하는 것을 특징으로 하는 액체 제어시스템.
According to claim 2,
The bubble trap provided in the microfluidic device,
The liquid control system, characterized in that the liquid sample is located on the movement path flowing in and out of the chamber.
 제 2 항에 있어서,
상기 기포 트랩은,
상기 액체 시료가 상기 미세유체 디바이스 내부에서 이동하는 채널의 상단에 마련되어, 상기 액체 시료에서 부력으로 상승하는 기포를 포집하는 것을 특징을 하는 액체 제어시스템.
According to claim 2,
The bubble trap,
The liquid control system, characterized in that the liquid sample is provided at the top of the channel moving inside the microfluidic device, collecting bubbles rising by buoyancy in the liquid sample.
 제 1 항에 있어서,
상기 이미지 학습부는,
상기 액체 시료가 상기 챔버에 불충분하게 충진된 상태의 상기 액체 시료의 이미지 정보를 학습하며,
상기 판단부는,
상기 이미지 학습부에서 학습된 상기 액체 시료의 불충분 충진 상태에 대한 학습정보를 통해 상기 액체 시료의 불충분 충진 상태 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 액체 제어시스템.
According to claim 1,
The image learning unit,
Learning image information of the liquid sample in a state in which the liquid sample is insufficiently filled in the chamber;
The judge,
The liquid control system, characterized in that for determining whether or not the liquid sample is insufficiently filled through the learning information on the insufficiently filled state of the liquid sample learned in the image learning unit.
 제 6 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 액체 시료가 불충분 충진 상태인 경우, 상기 챔버에 유입된 상기 액체 시료를 유출시킨 후 상기 챔버에 재유입시키는 것을 특징으로 하는 액체 제어시스템.
According to claim 6,
The control unit,
When the liquid sample is insufficiently filled, the liquid sample flowing into the chamber is discharged and then re-introduced into the chamber.
 제 1 항에 있어서,
상기 판단부는,
상기 액체 시료가 상기 관심 영역에 유입되는 제1 모드, 상기 관심 영역으로부터 상기 액체 시료가 유출되는 제2 모드, 상기 관심 영역에 상기 액체 시료가 일정 부피 이상 유입된 제3 모드, 상기 관심 영역으로부터 상기 액체 시료가 유출되어 상기 관심 영역이 비어있는 제4 모드, 상기 관심 영역에 상기 액체 시료가 불충분 충진된 제5 모드 또는 상기 관심 영역에 담지된 상기 액체 시료에 기포가 발생한 제6 모드 중 어느 하나로 상기 액체 시료의 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 액체 제어시스템.
According to claim 1,
The judge,
A first mode in which the liquid sample flows into the region of interest, a second mode in which the liquid sample flows out of the region of interest, a third mode in which a certain volume or more of the liquid sample flows into the region of interest, and a In any one of a fourth mode in which the region of interest is empty due to the outflow of a liquid sample, a fifth mode in which the liquid sample is insufficiently filled in the region of interest, and a sixth mode in which bubbles are generated in the liquid sample supported in the region of interest. Liquid control system, characterized in that for determining the state of the liquid sample.
 제 1 항에 있어서,
상기 이미지 학습부는,
상기 액체 시료가 상기 챔버에 유출입함에 따라 상기 관심 영역에서 발생 및 이동하는 상기 액체 시료의 경계면을 이미지 정보로 인식하여 학습하는 것을 특징으로 하는 액체 제어시스템.
According to claim 1,
The image learning unit,
The liquid control system, characterized in that for learning by recognizing a boundary surface of the liquid sample generated and moving in the region of interest as image information as the liquid sample flows in and out of the chamber.
 제 9 항에 있어서,
상기 판단부는,
상기 이미지 학습부에서 학습된 상기 관심 영역의 이미지와 상기 액체 시료의 경계면을 비교하여 상기 액체 시료의 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 액체 제어시스템.According to claim 9,
The judge,
The liquid control system, characterized in that for determining the state of the liquid sample by comparing the image of the region of interest learned in the image learning unit and the boundary surface of the liquid sample.
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