KR20020085902A - 채널 유닛 및 이 유닛을 이용한 혼합 채널 장치 - Google Patents

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KR20020085902A
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Abstract

미세 혼합 채널을 이용하여 2이상의 물질을 다양한 혼합비로 한번에 얻을 수 잇는 채널 유닛 및 이 채널 유닛을 이용한 혼합 채널 장치가 개시된다. 채널 유닛은 복수의 유입 채널, 유입 채널이 연결되는 교차 챔버, 교차 챔버와 연결되는 미세 혼합 채널 및 적어도 하나의 유출 채널을 구비하며, 혼합 채널 장치는 복수의 유입 리저버, 적어도 하나의 유출 리저버 및 채널 유닛을 포함하는 채널 회로를 구비한다. 본 발명은 독성 테스트, 생화학 실험, 의료 실험 기타 다양하고 정밀한 혼합비가 요구되는 작업에서 복잡한 작업을 간단히 하고 연속적이면서 조건의 조절이 가능한 장치를 제공하게 된다.

Description

채널 유닛 및 이 유닛을 이용한 혼합 채널 장치{CHANNEL UNIT AND APPARATUS FOR MIXING FLUIDS USING THE UNIT}
본 발명은 미세 혼합 채널을 이용하여 액체를 혼합하는 채널 유닛, 이 유닛을 이용한 혼합 방법, 이 유닛을 포함한 혼합 채널 장치 및 이 장치의 제작방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는 화학적 또는 생물학적 분석, 종합 및 장치 구성에 있어서 복잡한 작업을 보다 간편하게 단순화시키며, 다량 다종의 물질을 보다 정밀하고 편리하게 측정, 혼합, 희석 또는 응축할 수 있는 장치 및 그 장치의 제작방법에 관한 것이다.
바이오칩(Bio chip)이란 유리, 실리콘, 나일론 등의 재질로 된 작은 기판 위에 DNA, 단백질 등의 생물분자들을 결합시켜 유전자 발현 양상, 유전자 결함, 단밸직 분포, 반응 양상 등을 분석해낼 수 있는 생물학적 마이크로칩(Biological Microchip)을 말한다. 이러한 바이오칩은 과학 기술 연구 및 신약 개발 프로세스, 임상진단 등의 분야에서 혁신적인 변화를 일으킬 것으로 주목을 받고 있으며 빠르게 보급되고 있다. 특히 임상 진단 분야에서는 이미 암, 에이즈 등과 관련한 유전자 돌연변이를 검출하여 진단할 수 있는 바이오칩이 개발되어 있다. 한편, 농업, 식품, 산업, 환경 모니터링 분야에서도 바이오칩의 응용이 이루어지고 있다.
바이오칩은 크게 마이크로어레이(Microarray)와 마이크로플루이딕스
(Microfluidics) 칩으로 나눌 수 있다. 마이크로어레이는 수천 혹은 수만개 이상의 DNA나 단백질 등을 일정 간격으로 배열하여 붙이고, 부석 대상물질을 처리하여 그 결합 양상을 분석할 수 있는 바이오칩을 말하며, 마이크로플루이딕스칩은 Lab-on-a-chip(LOC) 라 불리기도 하는데 미량의 분석 대상 물질을 흘려보내면서 칩에 결집되어 있는 각종 생물분자 혹은 센서와 반응하는 양상을 분석할 수 있는 바이오칩을 말한다. 최근 마이크로플루이딕스칩은 주로 분석 물질의 분리, 합성, 정량 분석 등 그 분야를 넓혀가고 있다.
마이크로플루이딕스칩, 즉 Lab-on-a-chip(LOC) 은 초소형 칩에 실험실에서 진행되는 두개 이상의 과정을 응축시켜 놓은 것으로 마이크로머시닝 기술과 미세유체역학(Micro Fluidics) 기술이 정교하게 결부된 분석장비를 말한다. 반도체 칩과 같이 작은 칩 위에 실험실을 구현한다는 의미를 담고 있다.
종래까지는 실험과정에서 세포배양판(Cell Culture Plate)을 이용하는 경우, 마이크로 파이펫을 사용하여 세포배양판에 있는 각각의 웰(well)에 수작업으로 정량을 채우는 것이 일반적이었다. 이러한 방법은 단순반복작업으로서 시간적으로나 인력적으로 효율적이지 못하였다. 더욱이, 실험 특정의 목적상 투여하는 시약을 여러 농도로 준비하여야 하는 경우 실험자의 숙련도가 낮음에 따라 결과에 대한 오차가 크게 나타나기 때문에 화학 또는 생물학에 관련된 실험 및 시약의 제작에 있어서 문제점이 되어 왔다.
이러한 문제점을 극복하기 위해 필요한 시약들이 적정 농도로 혼합되어 필요한 양만큼만 배양할 세포에 자동적으로 공급될 수 있는 장치의 필요성이 두드러지게 되었다.
실제로 약품 개발용 독성 평가, 의료용 및 생화학용 실험과 관련된 분야에서 마이크로플루이딕스칩이 사용되고 있으며, 이는 MEMS(Micro Electro Mechanical System:미소전기기계장치) 기술, Micro Fluidics(초미세유체현상학) 및 플라스틱을 이용한 Soft-Lithography 기술의 융합으로서 DNA 칩, 단백질칩과 함께 Lab-on-a-chip(LOC)기기의 기반기술로서 거론되고 있다.
세표 배양액의 혼합, 독극물의 혼합비에 따른 독성 테스트, 생화학 실험, 의약 효능 실험과 같이 미세한 양의 차이에 의해서 결과가 현저하게 달라질 수 있는 작업에서 마이크로칩을 이용한 기술은 마이크로 칩 내에서의 유동 뿐만 아니라 칩의 회로 설계 및 마이크로칩을 이용한 장치의 개발에서 많은 개선점은 안고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 미세 채널을 통해 2이상의 유체를 소정의 혼합비로 정확하게 혼합하는 장치를 제공하는 것이다. 유체를 혼합하기 위하여 미세 채널을 사용함으로써 미세 채널 안을 흐르는 액체를 정확한 혼합비로 혼합하는데 있으며, 연속적인 과정을 통하여 여러 가지 농도를 갖는 혼합물을 한번에 제공하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유체가 미세한 채널 내에서 원활하게 흐르도록 하기 위해서 별도의 전압을 인가하지 않고도 채널의 단면적, 길이, 채널을 흐르는 액체와 채널 간의 점성을 조절함으로써 혼합물의 농도를 조절할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 복수의 유체가 미세한 채널 내에서 균질하게 혼합되도록 하기 위해 미세한 채널에 만곡부를 다수 형성하여 작은 영역에서도 효율적으로 섞이는 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 복수의 유체를 유입하여 다양한 혼합비를 가지는 혼합 액체를 가지는 샘플을 얻는 것이며, 이러한 여러 개의 샘플을 정확한 혼합비와 신속한 작업을 수행할 수 있는 구조를 가진 장치를 제공하는 것이다. 다양한 혼합비를 가지는 혼합 액체를 동시에 제작하는 것은 한 시약에 대해 다양한 혼합비에 따른 반응의 차이를 조사하기 위해서 매우 유용한 기술이 된다.
본 발명의 다른 목적은 혼합 채널 장치를 제작하는데 있어 장치의 크기를 최소화 하면서 원하는 결과를 얻을 수 있는 구조를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 채널 유닛을 도시한 개략도이다.
도 2은 채널의 폭 및 길이의 변화에 따른 유체의 흐름을 비교하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 혼합 채널 장치를 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 혼합 채널 장치를 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 혼합 채널 장치를 도시한 개략도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따라 혼합 채널 장치를 도시한 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 채널 유닛 108 : 미세 혼합 채널
300 : 혼합 채널 장치312,314,316 : 유입 리저버
322,324,326,328 : 유출 리저버330 : 채널 회로
400 : 혼합 채널 장치430 : 채널 회로
440,450 : 채널 유닛 그룹500 : 혼합 채널 장치
512 : 제1 유입 리저버514 : 제2 유입 리저버
521,522,523,524,525,526 : 유출 리저버
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 채널 유닛은 복수의 유입 채널, 유입 채널이 연결되는 교차 챔버, 교차 챔버와 연결되는 미세 혼합 채널 및 미세 혼합 채널에 연결되는 적어도 하나의 유출 채널을 구비하며, 이 채널 유닛을 이용한 혼합 채널 장치는 복수의 유입 리저버, 적어도 하나의 유출 리저버 및 적어도 하나의 채널 유닛을 포함하는 채널 회로를 구비한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 채널 유닛은 복수의 유입 채널, 유입 채널이 연결되는 교차 챔버, 교차 챔버와 연결되는 적어도 하나의 미세 혼합 채널 및 미세 혼합 채널에 연결되는 적어도 하나의 유출 채널을 구비한다.
2이상의 유체는 유입 채널로부터 유입되어 교차 챔버에서 일부 혼합된다. 일부 혼합된 유체는 미세 혼합 채널을 통과하면서 균질하게 혼합된다. 미세 혼합 채널을 통과하는 유체가 균질하게 혼합되게 하기 위해서 미세 혼합 채널에 만곡부를 형성하는 것이 바람직하며, 본 발명은 미세 혼합 채널을 지그재그 형상으로 형성하여 이를 통과하는 유체가 균질하게 혼합되도록 한다.
미세 혼합 채널의 형상을 직선으로 하는 경우, 혼합된 유체가 용이하게 균질하게 되지 않으며, 유체가 균질하게 혼합되도록 미세 혼합 채널을 충분히 길게 한다고 해도 채널 유닛의 영역이 과도하게 커지게 된다. 따라서 미세 혼합 채널의 형상을 지그재그 또는 기타 다수의 만곡부 및 조밀한 구조를 갖는 형상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 유입 채널, 미세 혼합 채널 및 유출 채널의 단면적 또는 길이를 조정함으로써 채널을 통과하는 유체의 양, 균질 정도 및 통과하는 시간을 조절할 수가 있다. 길이를 길게 함으로써 유체가 균질하게 혼합되기는 하지만, 길이가 길수록 채널과 유체 사이에서 발생하는 저항력이 증가하여 통과하는 유체의 양이 감소하고 통과하는 시간이 증가한다.
유출 채널을 통과하는 유체는 리저버에 저장되거나 다른 채널 유닛의 유입 채널을 통해 유입되어 다양한 농도를 형성하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따라 채널 유닛을 이용하여 유체를 혼합하는 방법에는 다음과 같다.
2이상의 유입 채널에서 유체가 유입되는 단계, 유입된 유체가 교차 챔버에서 혼합되는 단계, 교차 챔버에서 나온 유체가 미세 혼합 채널을 통과하면서 균질하게 혼합되는 단계 및 미세 혼합 채널을 통과한 유체가 유출 채널로 유출되는 단계를 포함한다.
혼합되는 유체가 2이상의 유입 채널에서 채널 유닛으로 유입될 수 있으며, 혼합된 유체도 하나 또는 2이상의 유출 채널을 통해 유출될 수 있다.
채널 유닛에 형성된 유입 채널, 미세 혼합 채널 및 유출 채널의 단면적 및 길이를 다양하게 변화하여 통과하는 유체의 양, 균질의 정도 및 통과하는 시간을 조절할 수가 있다. 특히, 미세 혼합 채널의 형상을 지그재그 형상으로 형성하는 경우, 미세 혼합 채널의 길이를 길게 하는 동시에 채널이 차지하는 영역을 최소화할 수 있어 채널의 형상을 지그재그로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 일 실시예에 따른 혼합 채널 장치는 복수의 유입 리저버, 적어도 하나의 유출 리저버 및 유입 리저버와 유출 리저버를 연결하는 채널 회로 을 포함한다.
채널 회로는 적어도 하나의 채널 유닛을 포함하며, 채널 유닛은 복수의 유입 채널, 유입채널이 연결되는 교차 챔버, 교차 챔버와 연결되는 적어도 하나의 미세 혼합 채널 및 미세 혼합 채널에 연결되는 적어도 하나의 유출 채널을 구비한다.
채널 회로가 복수의 상기 채널 유닛을 갖는 경우, 상기 한 채널 유닛의 유입 채널은 상기 유입 리저버 또는 다른 채널 유닛의 유출 채널과 연결되어 채널 회로를 구성하게 된다.
유입 채널, 미세 혼합 채널 및 유출 채널의 단면적 또는 길이를 조정함으로써 채널을 통과하는 유체의 양, 균질 정도 및 통과하는 시간을 조절할 수가 있다. 미세 혼합 채널은 지그재그로 형성되어 유체의 혼합 및 유체의 양을 조절할 수 있고, 유입 채널 및 유출 채널도 미세 혼합 채널과 같이 지그재그로 형성되어 혼합되는 유체의 전반적인 저항을 같게 하고, 통과하는 시간을 일정하게 할 수 있다.
본 발명에 의하는 경우 별도의 장치를 사용하지 않아도 연속적으로 2이상의 유체를 혼합할 수 있으며, 미세 채널의 구조를 조정하여 원하는 혼합비를 가진 다양한 혼합물을 동시에 제작할 수 있게 된다.
특히, 한 가지 물질에 대해 여러 농도에 따른 반응을 알고자 하는 경우, 본 발명을 이용해 동시에 얻을 수 있게 된다. 유출 리저버에 웰(well)을 형성하여 직접적으로 세포배양 및 세포의 독성 테스트와 같은 실험을 동시에 할 수 있다.
2이상의 수작업이 필요한 작업을 본 발명을 이용하여 간편하면서도 정확하게 수행할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 채널 유닛(100)을 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 채널 유닛(100)은 2개의 유입 채널(102,104), 유입 채널(102,104)이 연결되는 교차 챔버(106), 교차 챔버(106)와 연결되는 미세 혼합 채널(108) 및 유출 채널(110)을 포함한다.
2개의 유체가 유입 채널(102,104)로부터 유입되어 교차 챔버(106)에서 일부 혼합된다. 일부 혼합된 유체는 미세 혼합 채널(108)을 통과하면서 균질하게 혼합된다. 미세 혼합 채널(108)을 통과하는 유체를 균질하게 혼합하기 위해서 미세 혼합 채널(108)을 지그재그 형상으로 형성하였다.
미세 혼합 채널(108)의 형상은 지그재그 형상에 한정되지 않으며, 만곡부 또는 유로의 방향을 바꾸어 유체가 용이하게 혼합되는 형상으로 형성될 수 있다.
도 2은 채널의 폭 및 길이의 변화에 따른 유체의 흐름을 비교하기 위한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 3개의 채널 유닛(A, B, C)이 병렬로 연결되어 있고, 유입 채널(202,204,206,208)로부터 물질이 유입되어 유출 채널(252,254,256)로 유출된다. 채널 유닛(A, B, C)는 각각 2개의 유입 채널, 교차 챔버, 미세 혼합 채널 및 1개의 유출 채널을 구비하고 있다.
전체적으로 유출 채널에서 동일한 유체가 유출되기 위해서, 2개의 채널 유닛에 물질을 공급하는 유입 채널(204,206)은 다른 유입 채널(202,208)보다 2배의 단면적을 형성하는 것이 일반적이다.
채널 유닛 A의 미세 혼합 채널(242)의 단면적과 길이를 기준으로 하여, 채널 유닛 B의 미세 혼합 채널(244)의 단면적은 채널 유닛 A의 미세 혼합 채널(242)의 단면적보다 큰 값을 가지며 채널 유닛 C의 미세 혼합 채널(246)길이는 채널 유닛 A의 미세 혼합 채널(242)의 길이보다 길다.
따라서, 채널 유닛 B의 유출 채널(254)을 지나는 유체의 양은 채널 유닛 A의 유출 채널(252)을 지나는 유출의 양보다 큰 값을 가지며, 채널 유닛 C의 유출 채널(256)을 지나는 유체의 통과시간은 채널 유닛 A의 유출 채널(252)을 지나는 유출의 통과시간보다 큰 값을 가지게 된다.
또한, 도 1에서와 같이, 유입 채널(102,104), 미세 혼합 채널(108) 및 유출 채널(110)의 단면적 또는 길이를 조정함으로써 채널을 통과하는 유체의 양, 균질 정도 및 통과하는 시간을 조절할 수가 있다. 길이를 길게 함으로써 유체가 균질하게 혼합되기는 하지만, 길이가 길수록 채널과 유체 사이에서 발생하는 저항력이 증가하여 통과하는 유체의 양이 감소하고 통과하는 시간이 증가한다.
유출 채널(110)을 통과한 유체는 리저버에 저장되거나 다른 채널 유닛의 유입 채널을 통해 유입되어 다양한 농도를 형성하게 된다.
[실시예 2]
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 혼합 채널 장치(300)를 도시한 개략도이다.
도 3을 참조하면, 혼합 채널 장치(300)는 3개의 유입 리저버(312,314,316),4개의 유출 리저버(322,324,326,328) 및 유입 리저버(312,314,316)와 유출 리저버(322,324,326,328)를 연결하는 채널 회로(330)를 구비한다. 채널 회로(330)는 4개의 채널 유닛(E,F,G,H)을 포함하며, 채널 유닛은 각각 2개의 유입 채널, 교차 챔버, 미세 혼합 채널 및 유출 채널을 구비하고 있다.
채널 유닛이 4개이기 때문에 각각의 채널 유닛(E,F,G,H) 간의 연결 관계가 형성되어 있다. 일반적으로 한 채널 유닛의 유입 채널은 유입 리저버 또는 다른 채널 유닛의 유출 채널과 연결되어 있다.
예를 들면, 채널 유닛 G의 유입 채널(340a,340b)은 각각 유입 리저버(312) 와 채널 유닛 E의 유출 채널과 연결되어 있다.
지그재그 형상으로 형성된 채널 중 일부 미세 채널(332,344)은 채널 회로(330) 전체의 저항 및 유체의 속도를 전부 일정하게 유지하기 위해서 형성될 수 있으며, 유입 리저버(316)와 연결된 미세 채널(338)은 유출 리저버(328)로 유출되는 유체의 양 및 유체의 속도를 조절하게 된다. 미세 채널(328)은 다른 미세 혼합 채널 또는 미세 채널(332,334,336,340,342,344)보다 2배의 길이를 갖는 것이 바람직하다.
[실시예 3]
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 혼합 채널 장치(400)를 도시한 개략도이다.
도 4를 참조하면, 혼합 채널 장치(400)는 2개의 유입 리저버(412,414), 4개의 유출 리저버(422,424,426,428) 및 유입 리저버(412,414)와 유출 리저버(422,424,426,428)를 연결하는 채널 회로(430)를 구비한다. 채널 회로(430)는 순차적으로 연결된 제1 채널 유닛 그룹(440) 및 제2 채널 유닛 그룹(450)을 구비하며, 제1 채널 유닛 그룹(440)은 미세 채널(442,446)과 채널 유닛(A)을 병렬 배치하고 있으며, 제2 채널 유닛 그룹(450)은 미세 채널(452,458)과 채널 유닛(B,C)을 병렬 배치하고 있다.
양 채널 유닛 그룹(440,450)의 미세 채널(442,446,452,458)과 채널 유닛(A,B,C)은 인접하는 다른 미세 채널(442,446,452,458) 또는 채널 유닛(A,B,C)과 연결되며, 유출 리저버(422,424,426,428)와 연결되는 채널 유닛 그룹(450)의 미세 채널(452,458)과 채널 유닛(B,C)은 각각 유출 리저버(422,424,426,428)에 연결되어 있다.
채널 유닛(A)의 미세 혼합 채널(444)은 제1 채널 유닛 그룹(440)의 양 단에 위치한 미세 채널(442,446)의 단면적보다 2배 더 큰 단면적을 가지며, 채널 유닛(B,C)의 미세 혼합 채널(454,456)은 제2 채널 유닛 그룹(450)의 양 단에 위치한 미세 채널(452,458)의 단면적보다 2배 더 큰 단면적을 가지게 된다. 또한, 제2 채널 유닛 그룹(450)의 미세 채널(452,458)의 단면적은 제1 채널 유닛 그룹(440)의 미세 채널(442,446)의 단면적의 2/3에 해당하는 면적을 갖는다. 유입된 유체가 유출 리저버(422,424,426,428)까지 거친 경로의 길이가 동일하다고 가정하면, 단면적의 조절로 채널 회로(430)의 저항력 및 통과시간을 동일하게 유지할 수 있다.
따라서, 도 4에 도시한 혼합 채널 장치(400)를 통과한 두 유체는 유출 리저버(422,424,426,428)에서 동일한 시점에 도착된다.
또한, 한 유입 리저버(412)에 독성물질과 같은 시약을 유입 시키고 다른 유입 리저버(414)에 희석물질을 유입 시킨다면, 동일한 조건 하에서 미세 채널 및 미세 혼합 채널(452,454,456,458)을 통과하는 혼합된 유체의 혼합비는 3:2:1:0 가 된다.
도 4에서 도시한 혼합 채널 장치(400)와 유사한 방법으로 3단 이상의 혼합 채널 장치를 구성할 수 있다. 위 실시예와 같이 비례하는 혼합비를 얻을 수 있지만, 채널의 폭, 깊이 또는 길이를 조정하여 다양한 혼합비를 얻을 수 있다.
본 발명은 다양한 혼합비의 혼합 유체를 한번에 얻을 수 있다는 효과도 있지만, 2이상의 수작업을 통해 이루어지는 작업을 본 발명을 통해서 하나의 작업으로 정밀한 결과를 얻을 수 있다는 효과도 있다.
[실시예 4]
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 혼합 채널 장치(500)를 도시한 개략도이다. 도 5를 참조하면, 혼합 채널 장치(500)는 제1 유입 리저버(512), 제2 유입 리저버(514), 6개의 채널 유닛(A,B,C,D,E,F) 및 각각의 채널 유닛(A,B,C,D,E,F)과 연결된 유출 리저버(521,522,523,524,525,526)를 구비한다.
채널 유닛(A)은 제1 유입 채널(A-1), 제2 유입 채널(A-2), 교차 챔버(A-3), 미세 혼합 채널(A-4), 제1 유출 채널(A-5) 및 제2 유출 채널(A-6)을 구비하고 있으며, 다른 채널 유닛(B,C,D,E,F)도 이와 같은 구성에 따른다.
채널 유닛(A)의 제2 유입 채널(A-2)은 제2 유입 리저버(514)와 연결되어 있으며, 제1 유입 채널(A-1)은 제1 유입 리저버(512)와 연결되어 있다. 그리고 제2 유출 채널(A-6)은 다음 채널 유닛(B)의 제1 유입 채널(B-1)과 연결되어 있다.
또한, 채널 유닛(B)의 제2 유입 채널(B-2)은 제2 유입 리저버(514)와 연결되어 있으며, 제1 유입 채널(B-1)은 이전 채널 유닛(A)의 제2 유출 채널(A-6)과 연결되어 있다. 다른 채널 유닛(C,D,E,F)도 채널 유닛(B)과 유사하게 연결되어 있다.
각 채널 유닛(A,B,C,D,E,F)에서 제1 유출 채널(A-5,B-5,C-5,D-5,E-5,F-5)을 제외한 요소들은 동일한 조건 하에 있다. 다만, 제1 유출 채널(A-5,B-5,C-5,D-5,E-5,F-5)이 만곡부를 이루는 지그재그를 형성하고 있으며, 그 길이는 제1 유입 리저버(512)에서 멀어질수록 짧아진다. 이는 제1 유입 리저버(512)에서 유입되어 6개의 유출 리저버(521,522,523,524,525,526)에 이르기까지 유체가 통과하는 경로의 저항력 및 유출 리저버(521,522,523,524,525,526)에 도달하는 시점을 일치시키기 위한 것이다.
경로의 저항력 및 도달 시점을 조절하는 것은 채널 유닛의 제1 유입 채널, 제2 유입 채널 및 미세 혼합 채널의 단면적 또는 길이를 조정하여 가능해진다. 미세 혼합 채널 외에도 좁은 영역에서 최대한의 채널 길이를 얻기 위해서 채널의 형상을 지그재그 형상으로 할 수 있다.
채널 유닛(F)에서 제2 유출 채널(F-6)을 통하여 유출된 혼합 유체는 웨이스트(527)에 저장된다.
본 발명의 혼합 채널 장치(500)에 의한 경우, 주로 제1 유입 리저버(512)에는 검사 대상이 되는 물질을 유입 시키고 제2 유입 리저버(514)에는 희석물질이 유입된다. 본 혼합 채널 장치(500)는 도 4에서 도시한 혼합 채널 장치(400)와 달리 단계를 가진 채널 유닛 그룹(440,450)을 형성하기 않고 있다.
따라서 본 혼합 채널 장치(500)는 같은 결과를 얻기 위한 채널 유닛의 수는 다른 혼합 채널 장치(400)의 미세 채널과 채널 유닛의 수보다 현저히 작다. 예를 들면, 도 4에서 도시한 혼합 채널 장치(400)와 같은 방식에 따르는 경우, 6가지의 혼합비를 갖는 혼합 물질을 얻기 위해서 8개의 미세 채널과 10개의 채널 유닛이 필요하지만, 본 혼합 채널 장치(500)에 의하면 6개의 채널 유닛으로 족하게 된다.
따라서, 본 혼합 채널 장치(500)를 따르는 경우 간단한 구조에 기인하여 저렴한 제작 비용 및 간단한 제작 절차에 의해 제작될 수 있다. 다만, 유출 리저버 각각에 혼합물질이 동일하게 도착하게 하기 위해서 채널의 길이, 폭 및 깊이를 정밀하게 설계해야 하며, 만족스러운 실험조건을 얻기가 어렵다는 문제점이 있다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따라 혼합 채널 장치(600)를 도시한 개략도이다. 도 5에서 도시한 혼합 채널 장치(500)와 비교하여 제2 유입 리저버에 더 많은 유체의 양이 유입된다. 따라서, 더 묽은 혼합 물질을 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 미세 채널로 구성된 채널 유닛을 상호 연결하여 일련의 과정을 통해 다양한 혼합비를 가지는 혼합 물질을 동시에 제공할 수 있다. 또한 미세 채널을 이용함으로써 수작업 시 방생할 수 있는 오차발생에 의해 문제가 될 수있는 실험 및 기타 작업에 대한 신뢰성 및 편의성을 혁신적으로 향상시킨다.
또한, 미세 채널 내에서 높은 전압을 인가하여 유체를 이동시키는 방법과는 달리 미세 채널의 단면적 및 길이를 조정하여 유체가 통과하는 양, 균질의 정도 및 통과하는 시간을 조절할 수 있어 혼합 채널 장치를 포함한 마이크로 칩의 설계를 용이하게 할 수 있다.
또한, 혼합 채널 장치의 혼합비의 정확성 및 실험의 작업 속도는 채널 회로의 설계에 의존하기 때문에, 요구되는 조건에 따라 다양한 설계가 수행된다.
또한, 플라스틱 소재를 사용해 저가 대량생산을 용이하게 구현함으로써 향후 다양한 형태의 Lab-on-a-chip 제작에 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사살 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 미세 혼합 채널을 이용하여 유체를 혼합하는 채널 유닛에 있어서,
    복수의 유입 채널;상기 유입채널이 연결되는 교차 챔버;
    상기 교차 챔버와 연결되는 적어도 하나의 미세 혼합 채널; 및
    상기 미세 혼합 채널에 연결되는 적어도 하나의 유출 채널을 구비하는 것을 특징으로 하는 채널 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입 채널, 미세 혼합 채널 및 유출 채널은 상기 채널의 단면적 또는 길이의 변화에 의해서 통과하는 유체의 양, 균질 정도 또는 통과하는 시간이 조절되는 것을 특징으로 하는 채널 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세 혼합 채널은 지그재그로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 채널 유닛.
  4. 미세 혼합 채널을 이용하여 유체를 정적 농도로 혼합하는 장치에 있어서,
    복수의 유입 리저버;
    적어도 하나의 유출 리저버; 및
    상기 유입 리저버와 상기 유출 리저버를 연결하는 채널 회로 -상기 채널 회로는 적어도 하나의 채널 유닛을 포함하며, 상기 채널 유닛은 복수의 유입 채널, 상기 유입채널이 연결되는 교차 챔버, 상기 교차 챔버와 연결되는 적어도 하나의 미세 혼합 채널 및 상기 미세 혼합 채널에 연결되는 적어도 하나의 유출 채널을 구비함- 를 구비하는 것을 특징으로 하는 혼합 채널 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 채널 회로가 복수의 상기 채널 유닛을 갖는 경우, 상기 한 채널 유닛의 유입 채널은 상기 유입 리저버 또는 다른 채널 유닛의 유출 채널과 연결되는 것을 특징으로 하는 혼합 채널 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 유입 채널 및 상기 미세 혼합 채널의 단면적 또는 길이에 의해서 통과하는 유체의 양 또는 균질 정도가 조절되는 것을 특징으로 하는 혼합 채널 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 미세 혼합 채널은 지그재그로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 혼합 채널 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 유출 채널은 상기 유출 채널의 단면적 또는 길이의 변화에 의해서 통과하는 유체의 양 또는 통과하는 시간이 조절되는 것을 특징으로 하는 혼합 채널 장치.
  9. 미세 혼합 채널을 이용하여 유체들을 정적 농도로 혼합하는 장치에 있어서,
    복수의 유입 리저버;
    적어도 하나의 유출 리저버; 및
    상기 유입 리저버와 상기 유출 리저버를 연결하는 채널 회로 -상기 채널 회로는 순차적으로 연결된 적어도 하나의 채널 유닛 그룹을 구비하며, 상기 채널 유닛 그룹은 양측의 미세 채널과 상기 미세 채널 사이의 적어도 하나의 채널 유닛을 병렬로 배치하여 구비함-
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 혼합 채널 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 한 채널 유닛 그룹의 채널 유닛은 상기 다른 채널 유닛 그룹의 인접하는 미세 채널 또는 채널 유닛과 연결되며,
    상기 유출 리저버와 연결되는 채널 유닛 그룹의 채널 유닛은 각각 유출 리저버에 연결되는 것을 특징으로 하는 혼합 채널 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 채널 유닛은 복수의 유입 채널, 상기 유입 채널이 연결되는 교차 챔버, 상기 교차 챔버와 연결되는 미세 혼합 채널 및 상기 미세 혼합 채널에 연결되는 적어도 하나의 유출 채널을 구비하는 것을 특징으로 하는 혼합 채널 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 유입 채널 및 상기 미세 혼합 채널의 단면적 또는 길이의 변화에 의해서 통과하는 유체의 양 또는 균질 정도가 조절되며,
    상기 미세 혼합 채널은 지그재그로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 혼합 채널 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 유출 채널의 단면적 또는 길이에 의해서 통과하는 유체의 양 또는 통과하는 시간이 조절되는 것을 특징으로 하는 혼합 채널 장치.
  14. 미세 혼합 채널을 이용하여 유체들을 정적 농도로 혼합하는 장치에 있어서,
    제1 유입 리저버;
    제2 유입 리저버;
    적어도 하나의 채널 유닛 -상기 채널 유닛은 제1 유입 채널, 제2 유입 채널,상기 유입채널이 연결되는 교차 챔버, 상기 교차 챔버에 연결되는 미세 혼합 채널, 상기 미세 혼합 채널과 연결된 제1 유출 채널 및 상기 미세 혼합 채널과 연결된 제2 유출 채널을 구비함- ; 및
    상기 제1 유출 채널과 연결된 유출 리저버를 구비하며,
    상기 제2 유입 채널은 상기 제2 유입 리저버와 연결되며, 상기 제1 유입 채널은 상기 제1 유입 리저버 또는 다른 채널 유닛의 제2 유출 채널과 연결되는 것을 특징으로 하는 혼합 채널 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 유입 채널, 상기 제2 유입 채널 및 상기 미세 혼합 채널의 단면적 또는 길이의 변화에 의해서 통과하는 유체의 양 또는 균질 정도가 조절되며,
    상기 미세 혼합 채널은 지그재그로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 혼합 채널 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 유출 채널의 단면적 또는 길이에 의해서 통과하는 유체의 양 또는 통과하는 시간이 조절되는 것을 특징으로 하는 혼합 채널 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1 유출 채널의 단면적 또는 길이의 조절에 의해서 상기 리저버에 도착하는 유체의 양 및 도착하는 시간을 동일하게 하는 것을 특징으로 하는 혼합 채널 장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100471377B1 (ko) * 2002-11-20 2005-03-11 한국전자통신연구원 표면장력으로 제어되는 미세유체소자
WO2019132829A1 (en) * 2017-12-27 2019-07-04 Cankaya Universitesi Passive micro mixer for microfluidic systems

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6001229A (en) * 1994-08-01 1999-12-14 Lockheed Martin Energy Systems, Inc. Apparatus and method for performing microfluidic manipulations for chemical analysis
US5842787A (en) * 1997-10-09 1998-12-01 Caliper Technologies Corporation Microfluidic systems incorporating varied channel dimensions
US5958694A (en) * 1997-10-16 1999-09-28 Caliper Technologies Corp. Apparatus and methods for sequencing nucleic acids in microfluidic systems
AU747940B2 (en) * 1997-11-12 2002-05-30 Applera Corporation Serpentine electrophoresis channel with self-correcting bends
US6270641B1 (en) * 1999-04-26 2001-08-07 Sandia Corporation Method and apparatus for reducing sample dispersion in turns and junctions of microchannel systems

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100471377B1 (ko) * 2002-11-20 2005-03-11 한국전자통신연구원 표면장력으로 제어되는 미세유체소자
WO2019132829A1 (en) * 2017-12-27 2019-07-04 Cankaya Universitesi Passive micro mixer for microfluidic systems

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