KR20020064164A

KR20020064164A - 액체이송기와 반응용기

Info

Publication number: KR20020064164A
Application number: KR1020020004625A
Authority: KR
Inventors: 야마모토린타로
Original assignee: 가부시키가이샤 시마쓰세사쿠쇼
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2002-01-26
Publication date: 2002-08-07
Also published as: CN1369698A; US20020114740A1; US6989132B2; JP2002228669A

Abstract

모세관(1)은 용액(15)이 수용된 용기(17) 위로 이동되어진다. 그 때, 튜브(5)의 내부가 주변기압에 개방된 상태에서, 용기(17)가 들어올려져서 모세관(1)의 일단이 용액(15)에 담겨진다. 용액(15)은 모세관 현상에 의해 모세관(1)으로 도입된다. 다음으로, 용기(17)가 내려져서, 용기(17)에 수용된 용액(15)으로부터 모세관(1)의 일단(1a)을 분리한다. 그 다음에, 모세관(1)은 용액(15)이 이송되어지는 용기(19) 위로 이동되어진다. 그 때, 튜브(5)가 가압기구에 접속되어져서, 타단(1b)으로부터 모세관(1)의 내부를 가압한다. 그 때, 모세관(1)내의 용액(15)은 용기(19)에 배출된다.

Description

액체이송기와 반응용기{Liquid transfer apparatus and reaction vessel}

본 발명은 미량의 액체를 취급하는 반응용기와 액체이송기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 액체이송기는 미량분주와 같은 것에 사용된다. 특히, 액체이송기는 미량의 용액을 반응용기로부터 다른 용기로 이송하는 용도에 사용된다.

본 발명에 따른 반응용기는 효소 처리, 유도체화, 유전자 증폭반응과 같은 분석의 전처리에 사용된다.

미량의 액체 샘플(이하 간단히 "샘플"로 한다.)을 취급할 때, 96-웰(well)이나 384-웰(well)의 마이크로타이터 플레이트(microtiter plate)가 반응용기로 사용된다. 게다가, 모세관도 반응용기로 사용된다. 샘플과 시약은 서로 모세관내에서 밀폐되어 있고 반응한다.

분주기는 미량의 샘플을 취급하는 액체이송기로 사용된다. 분주기는 주사기(syringe)와 같은 흡인토출기구에 의해 관 모양의 노즐내로 샘플을 흡입하고 방출한다.

용기용량에 따르는 반응의 스케일에 관하여, 시약의 비용은 큰 부담이 된다. 예를 들어, 다양한 스크리닝(screening)과 제노타이핑(genotyping)작동의 분야에서 반응스케일의 미량화(나노리터의 차수로)를 추구해왔다. 게다가, 많은 샘플을 동시에 처리함으로써 얻어지는 효율의 향상이 요구된다.

그러나, 주사기를 사용하는 액체이송기와 관련된 기술에서는, 반응스케일의 미량화에 대해 주사기의 용량이 원인이 되는 한계가 있다. 게다가, 샘플에 대응된 유로의 수가 증가함에 따라 액체이송기가 복잡해지는 다른 한계가 있다. 게다가, 노즐을 세정하는데 필요한 시간의 증가와 노즐을 이동시키는 데 소요되는 시간의 증가로 인해서 몇몇 유로들은 재사용이 곤란해진다.

미량의 샘플의 반응이 반응용기의 용량을 작게 하는 경우에 있어서, 증발로 인한 시약농도의 변화나 불충분한 혼합으로 인한 반응의 정지를 방지하기 위해서 용기는 밀폐되어져야 한다. 용기가 밀폐되어진 경우에 있어서, 반응 후에 샘플을 추출하기 위해 용기내부의 밀폐상태가 파손되어져야한다. 따라서, 용기의 개폐로 인한 미소공간의 압력변화를 초래하는 샘플의 손실에 대한 예방조치와 같은 많은 예방조치들이 채택된다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 액체이송기의 첫번째 실시예의 동작을 도시한 도면이다.

도 2는 상기 첫번째 실시예에 따른 액체이송기의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 3은 액체이송기의 두번째 실시예의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 4a 내지 도 4e는 상기 두번째 실시예의 동작을 도시한 도면이다.

도 5a 내지 도 5b는 액체 이송기의 세번째 실시예의 동작을 도시한 측단면도이다.

도 6a 내지 도 6b는 본 발명에 따른 액체이송기의 네번째 실시예를 도시한 도면이다.

도 7은 반응용기의 일실시예를 도시한 단면도이다.

도 8은 상기 실시예에 따른 웰로부터 용액을 추출하는 공정의 일예를 도시한 단면도이다.

도 9는 상기 실시예에 따른 웰로부터 용액을 추출하는 공정의 다른 예를 도시한 단면도이다.

도 10은 반응용기의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.

본 발명의 목적은 미량의 용액을 취급할 수 있는 액체이송기와 반응용기를 제공하는데 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위해, 모세관 현상에 의해 일단으로부터 액체를 흡인하기 위한 모세관, 모세관의 타단으로부터 모세관의 내부를 가압하기 위한 가압기구, 및 모세관의 타단을 주변기압에 개방된 상태 또는 가압기구에 접속된 상태가 되도록 하는 접속기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 액체이송기를 제공한다.

접속기구에 의해 모세관의 타단이 주변기압에 개방된 상태에서, 모세관의 일단이 용액에 담겨진다. 용액은 모세관 현상에 의해 모세관내로 흡인된다. 흡인되는 용액의 양은 모세관의 내경과 길이에 의해 결정된다. 그 다음에, 접속기구에 의해 모세관의 타단이 가압기구에 접속된다. 가압기구에 의해 모세관의 내부가 모세관의 타단으로부터 가압되어져서, 외부로 용액을 배출한다. 따라서, 미량의 용액이 취급되어질 수 있다. 특히, 분석 시스템의 미리 정해진 전처리에 대해 액체이송기를 적용하는 경우에서와 같이 취급되는 액체의 양이 고정되어 있을 때는, 간단한 구조로 미량의 샘플에 대응하는 이송을 효율적으로 실현할 수 있다. 게다가, 샘플의 수가 많은 경우에도 모세관의 수를 증가시킴으로써 샘플이 이송되어질 수 있다.

이러한 목적은 일표면에 형성된 하나 또는 복수의 오목부를 가지고 있는 용기기판 및 용기기판의 표면을 덮으며, 오목부가 형성되는 탄성부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 반응용기에 의해서도 달성될 수 있다.

용액이 용기기판의 오목부에 수용되어진 다음, 용기기판에 탄성부재가 놓여져서 용액이 오목부에 수용되어 있는 용기 기판의 표면을 덮는다. 따라서, 소량의 용액을 반응시키기 위해 사용되는 밀폐된 반응공간이 형성되어질 수 있다. 반응후에, 모세관은 탄성부재에 관통된다. 탄성부재의 변형에 의해, 반응공간의 내부가 가압되어져서, 오목부의 내부로부터 모세관으로 용액이 추출된다.

게다가, 위에서 언급한 반응용기에 있어서, 용기기판에는 오목부의 바닥에 형성된 배출부가 만들어져 있어서 탄성부재가 오목부쪽으로 눌려질 때 배출부가 압력에 의해 파손되는 것이 바람직하다.

용액이 용기기판의 오목부에 수용되어진 다음, 용기기판에 탄성부재가 놓여져서 용액이 오목부에 수용되어 있는 용기 기판의 표면을 덮는다. 따라서, 미량의 용액을 반응시키기 위해 사용되어지는 밀폐된 반응공간이 형성되어질 수 있다. 반응후에, 탄성부재는 오목부 내부쪽으로 눌려진다. 그렇게 해서, 반응공간이 가압되어져서, 배출부를 파손한다. 따라서, 용액은 오목부의 바닥으로부터 추출되어진다.

바람직하게는, 접속기구는 밀폐공간 형성부재와 전환기구를 구비하고 있다. 밀폐공간 형성부재는 모세관의 타단과 가압기구 사이에 밀폐공간을 형성하고 있다. 전환기구는 밸브의 전환에 의해 밀폐공간을 밀폐된 상태나 주변기압에 개방된 상태가 되도록 한다.

바람직하게는, 접속기구는 모세관 지지부재와 가압 유니트를 구비하고 있다. 모세관 지지부재는 모세관의 외주와 밀착되도록 한다. 모세관 지지부재에는 가압 유니트가 착탈가능하게 배치되어 있다. 가압 유니트는 모세관 지지부재와 접속될 때, 모세관의 타단과 가압기구 사이에 밀폐공간을 형성한다.

바람직하게는, 반응용기는 모세관이나 탄성부재를 오목부쪽으로 누르는 누름부재를 안내하기 위한 관통구멍을 갖는 안내부재로 이루어져 있다. 관통구멍은 오목부의 위치에 대응하도록 형성되어 있다.

바람직하게는, 반응용기는 용기기판과 탄성부재를 끼우기 위한 한 쌍의 열전도성부재로 이루어져 있다.

바람직하게는, 탄성부재측의 열전도성부재에는 오목부의 위치에 대응하는 지점에 탄성부재를 오목부쪽으로 누르는 누름부재나 모세관을 안내하기 위한 관통구멍이 형성되어 있다.

도 1a 내지 도 1d는 액체이송기의 첫번째 실시예의 동작을 도시한 도면이다. 도 2는 첫번째 실시예의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1a 내지 도 1d에서는 삼방밸브(7), 대기개방용 유로(9), 가압용 유로(11), 및 가압기구(13)의 도시가 생략되어 있다. 도 1a 내지 도 2를 참조해서 첫번째 실시예에 따른 액체이송기의 구성을 설명한다.

액체이송기는 관통구멍이 만들어져 있는 판모양의 지지부재(3)를 포함하고 있다. 지지부재(3)의 관통구멍에는 모세관(1)이 일단(1a)을 아래로 타단(1b)을 위로 향하도록 고정되어 있다. 모세관(1)과 지지부재(3)의 관통구멍 사이의 공간은 밀폐되어 있다.

모세관의 타단(1b)을 향하는 지지부재(3)의 면 일부에는 튜브(5)의 일단이 접속되어서, 타단(1b)을 덮는다. 튜브(5)의 타단은 삼방밸브(7)에 접속되어 있다. 삼방밸브(7)에는 대기개방용 유로(9)와 가압기구(13)에 연결된 가압용 유로(11)도 접속되어 있다. 삼방밸브(7)는 튜브(5)를 대기개방용 유로(9)나 가압용 유로(11)로 전환가능하게 연결된다. 가압기구(13)가 가압용 기체를 가압용 유로(11)로 공급하면 삼방밸브(7)와 튜브(5)를 지나 모세관의 내부를 가압한다. 가압기구(13)로는 압축기, 압축가스 실린더, 또는 주사기(syringing mechanism) 같은 것들이 사용되어질 수 있다.

본 발명에 따른 액체이송기를 구성하는 밀폐공간 형성부재는 지지부재(3)와 튜브(5)로 구성되어 있다. 전환기구는 삼방밸브(7)로 구성되어 있다. 본 발명에 따른 액체이송기를 구성하는 접속기구는 지지부재(3), 튜브(5), 삼방밸브(7), 대기개방용 유로(9), 및 가압용 유로(11)로 구성되어 있다.

이제, 도 1a 내지 도 2를 참조해서 액체이송기의 동작을 설명한다.

(1) 도 1a에 도시된 바와 같이, 모세관(1)은 샘플 또는 시약과 같은 이송되는 용액을 수용하고 있는 용기(17) 위로 이동되어진다.

(2) 도 1b에 도시된 바와 같이, 삼방밸브(7)에 의해 튜브(5)를 대기개방용 유로(9)에 접속시킨 상태에서, 용기(17)가 들어올려져서 모세관(1)의 일단(1a)이 용액(15)에 담겨진다. 모세관 현상에 의해, 용액(15)이 모세관(1)에 침입해서 가득 차게 된다. 모세관(1)에 흡인되는 용액(15)의 양은 모세관(1)의 용적에 의해 결정된다. 예를 들어, 0.5㎖의 용액의 경우에는, 100㎛의 내경, 300㎛의 외경, 및 64㎜의 길이를 가진 모세관이 사용된다. 그러나, 일반적으로는, 50에서 100㎛의 내경과 200에서 350㎛의 외경을 가진 모세관이 사용된다. 그 다음에, 튜브(5)를 가압용 유로(11)에 접속하도록 삼방밸브(7)가 전환된다.

(3) 도 1c에 도시된 바와 같이, 용기(17)를 내려서 모세관(1)의 타단(1b)이 용기(17)내의 용액(15)으로부터 분리된 후에, 모세관(1)은 용액이 이송되어지는 다른 용기(19)로 이동되어진다.

(4) 다음으로, 가압기구(13)에 의해 가압용 기체가 가압용 유로(11)에 공급되어져서 삼방밸브(7)와 튜브(5)를 지나 모세관(1)의 타단(1b)으로부터 모세관(1)의 내부를 가압한다. 그렇게 해서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 모세관(1)내의 용액(15)은 용기(19)에 배출된다. 따라서, 용기(19)에는 모세관(1)의 용적으로 결정되는 용액(15)의 양이 수용된다.

첫번째 실시예에서는 액체이송기가 하나의 모세관만 구비하고 있다. 96-웰(well)이나 384-웰(well)의 타이터 플레이트(titer plate)에 저장된 용액이 이송될 때, 복수의 모세관이 플레이트의 웰(well)의 위치와 같아지도록 배치된다. 모세관의 관저항보다 충분히 큰 압력으로 모세관이 가압되면, 동시에 복수의 샘플의 이송이 가능하게 된다.

모세관(1)의 일단(1a)을 세정액에 담궈서 모세관(1)의 내부가 세정액으로 가득 차게 한 다음, 세정액을 하수로 배출하는 공정을 반복함으로써 모세관(1)의 내부가 세정될 수 있다.

만약 값싼 모세관을 탄성부재(엘라스토머(elastomer))로 밀착함으로써, 모세관(1)이 일회용으로 만들어져 있다면, 모세관(1)의 세정은 필요없게 된다.

도 3은 액체이송기의 두번째 실시예의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다. 두번째 실시예에서는, 모세관이 일회용으로 되어있고, 액배출기구로서 격막이 사용된다. 도 1에 도시된 부분과 동일한 것은 동일한 부호를 붙이고, 이들에 대한 설명은 생략한다.

상부 플레이트(top plate)(21)와 하부 플레이트(base plate)(23) 사이에는 엘라스토머(25)가 끼워져있다. 플레이트(21,23)는 모세관을 배치시키는 데 사용되는 복수의 관통구멍을 각각 가지고 있고, 관통구멍은 모세관의 위치에 대응하도록 만들어져 있다.

모세관(1)은 플레이트(21,23)의 각각의 관통구멍에 삽입되어 있고 모세관(1)의 일단(1a)이 아래로, 타단(1b)이 위로 향하도록 엘라스토머(25)를 관통하고 있다. 그렇게 해서 모세관(1)은 엘라스토머(25)에 의해 밀착고정되어 있다. 이 때, 상부 플레이트(21), 하부 플레이트(23), 및 엘라스토머(25)는 모세관 지지부재(27)를 구성한다.

엘라스토머(25)의 반대측 상부 플레이트(21)의 표면은 O-링(O-ring)(29)을 끼워서 가압 유니트(33)와 착탈가능하게 밀착되어 있다. 가압 유니트(33)에는 모세관(1)의 타단(1b)을 각각 덮고 밀폐공간을 형성하기 위한 복수의 가압실(31)이 만들어져 있다. 각 가압실(31)의 한쪽 벽면은 격막(35)에 의해 구성되어 진다. 가압 유니트(33)는 가압실(31)의 반대측 격막(35)면과 인접한 공간에 공통 가압실(37)을 구비하고 있다. 공통 가압실(37)에는 가압기구(41)에 접속하기 위한 튜브(39)가 만들어져 있다. 공통 가압실(37)은 튜브(39)에 연결된 부분을 제외하고는 밀폐된 공간으로 되어 있다. 가압기구(41)는 가압용 기체를 튜브(39)에 공급해서 공통 가압실(37)의 내부를 가압하기 위한 것이다. 다른 장치들중 압축기, 압축가스 실린더, 또는 주사기는 가압기구(41)로 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 액체이송기를 구성하는 접속기구는 상부 플레이트(21), 하부 플레이트(23), 및 엘라스토머(25)를 구비하고 있는 모세관 지지부재(27)와 O-링(29), 가압실(31), 격막(35), 공통 가압실(37), 및 튜브(39)를 구비하고 있는 가압 유니트(33)로 구성된다.

도 4는 도 3에 도시된 액체이송기의 동작을 보여준다.

(1) 도 4a에 도시된 바와 같이, 가압 유니트(33)로부터 분리된 모세관 지지부재(27)는 모세관(1)의 배열과 대응되도록 배열되어 있고, 이송되는 용액(15)을 수용하고 있는 복수의 용기(17) 위로 이동되어진다. 모세관(1)은 용기(17) 상부에 위치된다.

(2) 도 4b에 도시된 바와 같이, 용기(17)를 들어올림으로써 각 모세관(1)의 일단(1a)이 용액(15)에 담겨진다. 그렇게 해서, 용액(15)이 모세관 현상에 의해 모세관(1)으로 흡인되어 가득차게 된다. 각 모세관(1)에 흡인된 용액의 양은 각 모세관(1)의 용적에 의해 결정된다.

(3) 다음으로, 용기(17)가 내려져서, 모세관(1)의 일단(1a)을 용기(17)의 용액(15)으로부터 분리한다. 그 다음에, 도 4c에 도시된 바와 같이, 모세관(1)의 배열과 대응되도록 배열되어 있고 용액(15)이 이송되어지는 용기(19) 위로 모세관 지지부재(27)가 이동된다. 모세관(1)은 용기(19) 상부에 위치된다.

(4) 그리고 나서, 가압 유니트(33)는 O-링(29)에 의해 모세관 지지기구(27)에 장착된다.

(5) 가압기구(41)에 의해 가압용 기체가 튜브(39)를 거쳐 공통 가압실(37)에 공급된다. 공통 가압실(37)이 가압되어지는 결과, 격막(35)이 가압실(31)쪽으로 눌려져서, 가압실(31)을 가압한다. 가압실(31)이 가압되어지는 결과, 모세관(1)이 타단(1b)으로부터 가압되어져서 모세관(1)내의 용액(15)이 용기(19)에 배출된다. 모세관(1)의 용적에 의해 결정되어진 양의 용액은 각각의 용기(19)에 수용된다.

두번째 실시예에서는, 모세관(1)의 타단(1b)을 덮고 있는 가압실(31)이 격막(35)에 의해 가압되어져서, 용액을 배출한 후에 모세관(1)의 일단(1a)으로부터과잉기체가 유입되는 것을 억제할 수 있다. 따라서 용기(19)에 수용되어 있는 용액(15)에서의 거품발생이나 용액(15)의 증발을 억제할 수 있다.

두번째 실시예에서는, 공통 가압실(37)을 가압함으로써 복수의 모세관(1)이 용액을 동시에 배출한다. 만약 각 가압실(31)에 대응된 격막(35)을 끼워서 개별 가압공간이 만들어져 있다면, 임의의 모세관(1)으로부터 용액의 배출이 선택되어질 수 있다. 만약 한 모세관에 단독으로 대응하는 가압 유니트가 만들어져 있다면, 임의의 모세관(1)으로부터 용액의 배출이 선택되어질 수 있다.

도 3 내지 도 4E에 도시된 두번째 실시예에서는, 가압용 기체에 의해 격막(35)이 가압실(31)쪽으로 눌려진다. 그러나, 본 발명은 그러한 실시예에 한정되지않는다. 격막(35)은 솔레노이드나 피에조일렉트릭(piezoelectric)소자 같은 것에 의해 위아래로 유동된다.

도 5a와 5b는 액체 이송기의 세번째 실시예의 동작을 도시한 측단면도이다. 세번째 실시예에서는, 가압실(31)쪽으로 격막(35)을 밀기 위한 가압기구로서 솔레노이드가 구비되어 있다. 도 1에 도시된 부분과 동일한 것은 동일한 부호를 붙이고, 이들에 대한 설명은 생략한다.

액체이송기는 상부 플레이트(21), 하부 플레이트(23), 및 엘라스토머(25)로 구성된 모세관 지지부재(27)를 구비하고 있다. 도 3에 도시된 두번째 실시예의 경우와 마찬가지로, 복수의 모세관(1)이 모세관 지지부재(27)에 배열되어져 있다.

엘라스토머(25)의 반대측 상부 플레이트(21)의 표면은 O-링(O-ring)(29)을 끼워서 가압 유니트(33a)와 착탈가능하게 밀착되어 있다. 가압 유니트(33a)에는 모세관(1)의 타단(1b)을 각각 덮고 밀폐공간을 형성하기 위한 복수의 가압실(31)이 만들어져 있다. 각 가압실(31)의 한쪽 벽면은 격막(35)에 의해 구성되어진다.

가압 유니트(33a)는 가압기구로서 겸할 수 있는 솔레노이드(34)가 가압실(31)의 반대측 격막(35)면과 인접한 공간에 배치되어 있다. 가압실(31)의 각각에는 솔레노이드(34)가 배치되어 있다. 솔레노이드(34)는 코어부재(34a), 코일(34b), 스프링(34c), 전원(34d), 및 스위치(34e)를 구비하고 있다. 코어부재(34a)는 가압실(31)쪽으로 격막(35)을 밀기 위한 자성을 가지고 있다. 코일(34b)과 스프링(34c)은 코어부재(34a)를 슬라이드시킨다. 전원(34d)은 코일(34b)에 전류를 공급한다. 스위치(34e)는 코일(34b)의 전압을 제어한다. 스위치(34e)가 오프(OFF)상태에 있고 전류가 코일(34b)내로 흐르지 않을때, 코어부재(34a)는 스프링(34c)에 의해 코일(34b)쪽으로 눌려진다. 이와는 반대로, 스위치(34e)가 온(ON)상태에 있고 전류가 코일(34b)내로 흐를때, 코어부재(34a)는 코일(34b)로 인해 발생되는 자기장에 의해 격막(35)쪽으로 밀려진다.

세번째 실시예에 따른 액체이송기를 구성하는 접속기구는 상부 플레이트(21), 하부 플레이트(23), 및 엘라스토머(25)를 구비한 모세관 지지부재(27)와 O-링(29), 가압실(31), 및 격막(35)을 구비한 가압 유니트(33a)로 구성되어 있다.

세번째 실시예에 따른 액체이송기의 동작을 설명한다.

(1) 도 4a 내지 4c에 보여지는 단계의 경우와 똑같이, 용액(15)은 모세관(1)내로 흡인되고, 모세관 지지부재(27)는 용기(19) 위로 이동되어진다. 그 다음으로,도 5a에 도시된 바와 같이, 가압 유니트(33a)는 O-링(29)을 끼워서 모세관 지지부재(27)에 장착되어진다. 이 때, 솔레노이드(34)의 스위치(34e)가 오프상태로 되고, 코어부재(34a)는 코일(34b)쪽으로 밀리게 된다.

(2) 스위치(34e)가 온상태로 되면 코일(34b)에 전류가 흐르고 코일(34b)에 자기장을 발생시킨다. 그렇게 해서, 코어부재(34a)는 격막(35)쪽으로 이동되어진다. 도 5b에 도시된 바와같이, 코어부재(34a)는 가압실(31)쪽으로 격막(35)을 밀어서 가압실(31)을 가압한다. 가압실(31)의 내부를 가압함으로써 모세관(1)의 내부가 타단(1b)으로부터 가압되어져서, 모세관(1)내의 용액(15)을 용기(19)에 배출한다. 그렇게 해서, 모세관(1)의 용적에 의해 결정되는 양의 용액(15)은 용기(19)에 수용되어진다.

세번째 실시예에서는, 요구되는 모세관(1)에 대응하는 스위치(34a)가 켜져 있는 동안, 임의의 모세관(1)의 용액은 스위치(34a)를 켬으로써 선택적으로 배출되어질 수 있다.

도 6a와 도 6b는 액체이송기의 네번째 실시예를 보여준다. 도 6a는 측단면도이고 도 6b는 측면도이다. 도 1에 도시된 부분과 동일한 것은 동일한 부호를 붙이고, 이들에 대한 설명은 생략한다.

지지부재(3)의 관통구멍에는 모세관(1)이 일단(1a)이 아래로 타단(1b)이 위로 향하도록 고정되어 있다. 모세관(1)과 지지부재(3)의 관통구멍 사이의 공간은 밀폐되어 있다.

모세관(1)의 타단(1b)측의 지지부재면에는 타단(1b)을 덮는 가압실부재(43)가 착탈가능하게 배치되어 있다. 가압실 부재(43)의 외부벽에는 히터(heater)(47)가 부착되어 있다. 히터(47)에는 전원(49)이 전기적으로 접속되어 있다. 히터(47)와 전원(49)으로 이루어진 회로에는 히터(47)에 전원의 공급을 제어하기 위한 스위치(50)가 만들어져 있다.

네번째 실시예에서는, 모세관 현상에 의해 용액이 모세관(1)내로 흡인되어진 후에, 스위치(50)가 꺼져 있는 동안 가압실 부재(43)는 지지부재(3)에 장착되어져 있다. 그 때, 스위치(50)가 온상태가 되어져서, 히터(47)에 전류가 흐르게 된다. 히터(47)로 발생된 열에 의해, 가압실 부재(43)의 내부압력이 증가되어서, 타단(1b)으로부터 모세관(1) 내부를 가압한다. 그렇게 해서, 모세관(1)내의 용액(15)은 용기(19)로 배출된다.

위에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 액체이송기는 모세관을 사용하고, 용액은 모세관 현상에 의해 모세관내로 흡인되어진다. 흡인되는 용액의 양은 모세관의 내경과 길이에 의해 결정된다. 따라서, 미량의 용액이 취급되어질 수 있다. 특히, 분석 시스템의 미리 정해진 전처리에 대하여 본 발명을 적용하는 것과 같이, 취급하는 용액의 양이 고정되어 있을 경우에, 간단한 구조로 미량의 샘플에 대응하는 효율적인 이송이 실현될 수 있다.

도 7은 반응용기의 일실시예를 도시한 단면도이다.

반응용기에는 유리, 실리콘, 또는 실리콘 고무 등으로 이루어진 용기 플레이트(용기기판)(51)가 만들어져 있다. 용기 플레이트(51)의 일표면에는 용액(15)을 수용하기 위한 복수의 테이퍼진 오목부(53)가 형성되어 있다. 커버 플레이트(55)는실리콘 고무와 같은 엘라스토머로 만들어져 진다. 커버 플레이트(55)는 오목부(53)가 형성되어진 용기 플레이트(51)의 표면과 밀착되어 있다. 오목부(53)의 각 상부가 커버 플레이트(55)에 의해 밀폐되어 있어서, 오목부(53)는 밀폐되어 있는 반응공간이 된다. 밀폐된 공간은 커버 플레이트(55)의 재료로 엘라스토머를 사용함으로써 간단하게 만들어진다.

금속 플레이트(열전도성부재)(57,59)의 한 쌍 사이에는 용기 플레이트(51)와 커버 플레이트(55)가 끼워져 있다. 커버 플레이트(55)측의 금속 플레이트(57)표면에는 오목부(53)에 대응하는 위치에 모세관(1)을 안내하기 위한 관통구멍(57a)이 형성되어 있다. 도시되어 있지는 않지만, 금속 플레이트(57,59)에는 온도조절에 효과적인 가열냉각기구로서 부착된 펠티어(peltier)소자가 부착되어 있다.

금속 플레이트(57)는 본 발명에 따른 반응용기를 구성하고 있는 안내부재로도 이용할수 있다.

반응용기의 사용을 통해서 샘플을 준비하는데 필요한 동작의 일예를 설명한다.

(1) 샘플과 시약 등으로 이루어진 혼합액이 용기 플레이트(51)의 오목부(53)로 배출된다. 도 1 내지 6b에 도시된 본 발명에 따른 액체이송기는 배출동작을 하는 용도에 사용될 수 있다.

(2) 오목부(53)가 형성되어 있는 용기 플레이트(51)의 표면에는 커버 플레이트(55)가 배치되어 있다.

(3) 금속 플레이트(57,59) 사이에는 용기 플레이트(51)와 커버 플레이트(55)가 끼워져 있어서 오목부(53)가 밀폐되어진다.

(4) 금속 플레이트(57,59)에 부착된 펠티어(peltier)소자(도시되지 않음)에 의해, 플레이트들이 주기적으로 가열되어져서, 오목부(53)내의 시약과 샘플의 반응을 촉진한다.

도 8은 도 7에 도시된 반응용기의 오목부로부터 용액을 추출하는 공정의 일예를 도시한 단면도이다.

커버 플레이트(55)에는 모세관(1)이 금속 플레이트(57)에 형성된 관통구멍(57a)에 의해 고정되어 있다. 이 때, 엘라스토머로 만들어진 커버 플레이트(55)의 변형으로 인한 오목부(53)의 내부압력의 증가와 모세관의 모세관 현상에 의해, 오목부(53)의 용액이 모세관(1)에 취입된다. 그렇게 모세관(1)으로 도입된 용액은 모세관(1)의 내부를 가압함으로써 임의의 장소로 추출할수 있다.

커버 플레이트(55)의 재료로 엘라스토머를 사용한 결과, 오목부(53)내의 용액을 추출할 때 모세관(1)은 커버 플레이트(55)를 관통해서 샘플과 접촉가능하게 된다. 따라서, 밀폐공간을 형성하는 커버 플레이트(55)를 제거할 필요가 없게 되어서 오목부(53)내의 용액이 손실되는 것을 막는다.

본 발명에 따른 액체이송기는 오목부(53)로부터 용액을 추출하는데 사용될 수 있다.

만약 복수의 모세관(1)을 배치한다면, 복수의 샘플의 처리를 동시에 효과적으로 할 수 있다.

다음으로, 엘라스토머로 만들어진 용기 플레이트(51)를 제조하는 방법의 일예를 설명한다.

(1) 돌출부를 가지고 있는 금형은 화학적 에칭 등의 방법에 의해 실리콘 웨이퍼에 형성되어 진다.

(2) 다음 작동에서 용기 플레이트의 박리를 용이하게 하기 위해, 금형의 표면이 실레인(silane)으로 처리되어진다. 금형은 두시간동안 3%(v/v)의 디메틸옥타데실클로르(dimethyloctadecylchloro) 실레인 / 톨루엔에 0.025%의 H₂O(톨루엔에 0.025%의 체적비의 물을 첨가하고, 그 혼합물에 3%의 체적비의 디메틸옥타데실클로르실레인을 첨가해서 만들어진 용액)의 사용을 통한 실레인처리가 되어졌다.

(3) 금형은 몰딩박스에 고정되어진다.

(4) 폴리머(polymer)재료와 경화제는 몰딩박스로 주입된다. 예를 들어, 실가드(184)(다우코닝에서 생산된, 실가드(Sylgard)는 다우코닝사의 등록상표다.)와 경화제는 10:1의 중량비로 혼합되어지고, 혼합물은 65°에서 4시간동안 경화되어진다.

(5) 경화된 폴리머재료가 금형에서 제거되어져서, 금형의 돌출부가 전사된 오목부를 구비하고 있는 용기 플레이트가 형성되어진다.

게다가, 피디엠에스(PDMS(Poly(dimethylsiloxane))) 플레이트는 용기 플레이트와 같은 방법으로 만들어지고, 커버 플레이트(55)로 사용되어진다.

엘라스토머의 미세가공은 에칭에 의해서가 아니라 금형을 사용하는 복제방법에 의해서 실현될 수 있다. 따라서, 반응용기는 매우 값싸게 제조될 수 있다. 그결과, 반응용기는 일회용으로 만들어질 수 있게 되어서, 세정공정과 오염의 위험을 없앤다.

용기 플레이트(51)와 커버 플레이트(55)의 온도조절을 할 때에 안정한 열전도성을 얻기 위해 또는 샘플을 추출할 때에 모세관(1)을 커버 플레이트(55)로 관통시키기 위해, 폴리머의 두께는 공표된 제조방법(preparation method)과 관련해서 제어되어야 한다. 금형에서 폴리머재료를 추출하는데에 스핀코팅(spin coating)의 사용은 바람직하다.

용기 플레이트(51)의 다른 제조방법으로서는, 실리콘기판이나 글래스(glass)기판의 표면에 광리소그래피(optical lithography)기술과 에칭기술을 사용해서 오목부(53)를 형성하는 방법을 들 수 있다. 이런 방법들은 미소한 오목부(53)의 집적도의 증가를 용이하게 한다. 만약 광리소그래피기술과 에칭기술이 금형을 형성할 때에 사용되어진다면, 돌출부의 집적도는 쉽게 증가될 수 있다. 그래서, 미소한 오목부의 집적도는 증가되어질수 있다.

도 9는 도 7에 도시된 반응용기의 오목부로부터 용액을 추출하는 공정의 다른 예를 도시한 단면도이다. 오목부(53)로부터 용액을 추출할 때, 오목부(53)의 내부압력은 강제적으로 증가되어서, 모세관(1)안으로 용액을 확실하게 도입한다.

슬리브(60)는 오목부(53)의 형상에 합치하는 선단(60a)을 가지고 있다. 슬리브(60)에는 모세관(1)이 삽입되어 있다. 커버 플레이트(55)로부터 금속 플레이트(57)를 제거한 후, 모세관(1)은 커버 플레이트(55)에 관통되고, 커버 플레이트(55)는 슬리브(60)에 의해 오목부(53)쪽으로 밀려진다. 따라서, 오목부(53)의내부압력은 증가되고, 용액이 모세관(1)내로 도입된다. 슬리브(60)의 위치가 유지되어지는 동안에, 모세관(1)이 커버 플레이트(55)로부터 제거되어지고 그때, 용액은 오목부(53)로부터 추출되어질 수 있다.

슬리브(60)는 본 발명에 따른 액체이송기에 장착될 수 있다.

도 10은 반응용기의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.

반응용기에는 글래스, 실리콘, 실리콘 고무 등으로 형성된 용기 플레이트(61)가 만들어져 있다. 용기 플레이트(61)의 일표면에는 용액(15)을 수용하기 위한 복수의 테이퍼진 오목부(63)가 형성되어 있다. 각 오목부(63)의 바닥은 얇게 형성되어서, 배출부(63a)를 구성한다.

커버 플레이트(65)는 실리콘고무와 같은 엘라스토머로 형성된다. 커버 플레이트(65)는 오목부(63)가 형성된 용기 플레이트(61)의 옆면에 밀착된다. 오목부(63)의 각 상부가 커버 플레이트(65)에 의해 밀폐되어서, 오목부(63)는 밀폐된 반응공간이 된다.

용기 플레이트(61)의 반대측 커버 플레이트(65)면에는 가이드 플레이트(안내부재)(67)가 배치되어 있다. 가이드 플레이트(67)에는 오목부(63)의 위치에 대응하는 지점에 복수의 관통구멍(67a)이 형성되어 있다. 관통구멍(67a)은 오목부(63)쪽으로 용기 플레이트(65)를 밀어주는 가압샤프트(누름부재)(68)를 안내한다. 가압샤프트(68)의 선단은 오목부(63)의 형상과 일치시키기 위해 둥글게 형성되어 있다.

오목부(63)의 반대측 용기 플레이트(61)면에는 저장조 플레이트(reservoir plate)(69)가 배치되어 있다. 저장조 플레이트(69)에는 복수의 오목부가오목부(61)의 배출부(63a)의 위치에 대응하는 지점에 저장조(69a)로 형성되어 있다.

가이드 플레이트(67)와 저장조 플레이트(69) 사이에는 용기 플레이트(61)와 커버 플레이트(65)가 끼워져 있다.

오목부(63)로부터 용액을 추출할 때, 가이드 플레이트(67)의 관통구멍(67a)에는 가압샤프트(68)가 삽입되어서, 커버 플레이트(65)를 오목부(63)의 내부쪽으로 밀고, 오목부(63)의 내부공간을 압축한다. 결국, 오목부(63)의 내부압력은 증가하고, 오목부(63)의 내벽에서 가장 얇은 부분인 배출부(63a)는 파손된다. 그 때, 용액은 오목부(63)로부터 저장조(69a)에 토출된다.

본 실시예는 밀폐공간이 형성된 커버 플레이트(65)를 제거할 필요가 없어지게 되어서, 오목부(63)내의 용액의 손실을 방지할 수 있다.

만약 가이드 플레이트(67)로 열전도성물질이 사용된다면, 가이드 플레이트(67)는 본 발명의 반응용기를 구성하고 있는 열전도성부재로 사용될 수도 있다.

엘라스토머로 만들어진 용기 플레이트(51)와 동일한 방법으로 도 10에 도시된 용기 플레이트(61)를 성형할 때, 오목부(63)의 바닥의 두께, 즉, 배출부(63a)의 두께는 금형의 돌출부의 높이와 용기 플레이트(61)의 두께의 차이에 의해 결정된다. 금형의 돌출부의 높이는 금형을 성형할 때 결정되므로, 적절한 배출부(63a)는 금형에서 추출되는 폴리머재료의 두께를 스핀코팅에 의해 제어함으로써 얻어질 수 있다.

본 발명에 따른 액체이송기와 반응용기의 실시예들은 위와 같이 설명되어졌다. 그러나, 본 발명은 실시예들에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 액체이송기와 반응용기에 의하면, 모세관 현상에 의해 일단으로부터 액체를 흡인하기 위한 모세관과 모세관의 타단으로부터 모세관의 내부를 가압하기 위한 가압기구, 및 모세관의 타단을 주변기압에 개방된 상태 또는 가압기구에 접속된 상태가 되도록 하는 접속기구를 구비해서, 모세관 현상에 모세관내의 용액의 흡인을 진행하고 흡인량은 모세관의 내경 및 길이로 결정되기 때문에 미량의 용액을 취급할 수 있게 된다. 특히, 분석 시스템의 미리 정해진 전처리에 대해 액체이송기를 적용하는 경우에서와 같이 취급되는 액체의 양이 고정되어 있을 때는, 간단한 구조로 미량의 샘플에 대응하는 이송을 효율적으로 실현할 수 있다. 게다가, 샘플의 수가 많은 경우에도 모세관의 수를 증가시킴으로써 샘플이 이송되어질 수 있다.

Claims

모세관 현상에 의해 일단으로부터 액체를 흡인하기 위한 모세관,

상기 모세관의 타단으로부터 상기 모세관의 내부를 가압하기 위한 가압기구, 및

상기 모세관의 타단을 주변기압에 개방된 상태 또는 상기 가압기구에 접속된 상태가 되도록 하는 접속기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 액체이송기.
제 1항에 있어서,

상기 접속기구는 상기 모세관의 타단과 상기 가압기구 사이에 밀폐공간을 형성하는 밀폐공간 형성부재와, 밸브의 전환에 의해 상기 밀폐공간을 밀폐된 상태나 주변기압에 개방된 상태가 되도록 하는 전환기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 액체이송기.
제 1항에 있어서,

상기 접속기구는 상기 모세관의 외주에 밀착해서 고정하도록 하는 모세관 지지부재와, 상기 모세관 지지부재에 착탈가능하게 배치되어, 상기 모세관 지지부재와의 접속시에 상기 모세관의 타단측과 상기 가압기구 사이에 밀폐공간을 형성하는 가압 유니트를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 액체이송기.
일표면에 하나 또는 복수의 오목부가 형성된 용기기판과, 상기 용기기판의 상기 오목부가 형성된 표면을 덮고, 상기 오목부에 수용된 액체를 추출하는 때에는 모세관에 의해 관통되는 탄성부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 반응용기.
일표면에 하나 또는 복수의 오목부가 형성된 용기기판과, 상기 용기기판의 상기 오목부가 형성된 표면을 덮기 위한 탄성부재를 구비하고 있고, 상기 용기기판은 상기 오목부의 바닥에 상기 탄성부재가 상기 오목부내로 눌려질 때에 압력에 의해 파손되는 배출부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 반응용기.
제 4항 또는 제 5항에 있어서,

상기 오목부의 위치에 대응해서, 모세관이나 상기 탄성부재를 상기 오목부내로 누르기 위한 누름부재를 상기 오목부로 안내하기 위한 관통구멍을 구비한 안내부재를 추가적으로 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 반응용기.
제 4항 또는 제 5항에 있어서,

반응용기를 상기 용기기판쪽과 상기 탄성부재쪽의 양쪽에 끼우기 위해 끼우는 한 쌍의 열전도성부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 반응용기.
제 7항에 있어서,

상기 탄성부재측의 상기 열전도성부재는 상기 오목부의 위치에 대응해서, 모세관이나 상기 탄성부재를 상기 오목부내로 누르기 위한 누름부재를 상기 오목부로 안내하기 위한 관통구멍이 만들어져 있는 것을 특징으로 하는 반응용기.