KR20030009857A - 기판 내에서 유체를 조작하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

기판 내에서 유체를 조작하는 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20030009857A
KR20030009857A KR1020010044513A KR20010044513A KR20030009857A KR 20030009857 A KR20030009857 A KR 20030009857A KR 1020010044513 A KR1020010044513 A KR 1020010044513A KR 20010044513 A KR20010044513 A KR 20010044513A KR 20030009857 A KR20030009857 A KR 20030009857A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
fluid
microchannel
solution
microchannels
Prior art date
Application number
KR1020010044513A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100451154B1 (ko
Inventor
한종훈
임관섭
나기훈
김수현
박제균
Original Assignee
엘지전자 주식회사
학교법인 포항공과대학교
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사, 학교법인 포항공과대학교 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR10-2001-0044513A priority Critical patent/KR100451154B1/ko
Priority to US10/176,110 priority patent/US20030025129A1/en
Priority to EP02014385A priority patent/EP1279436A3/en
Priority to JP2002212150A priority patent/JP3732159B2/ja
Publication of KR20030009857A publication Critical patent/KR20030009857A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100451154B1 publication Critical patent/KR100451154B1/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/12—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action
    • F04B43/1223—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action the actuating elements, e.g. rollers, moving in a straight line during squeezing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/50273—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means or forces applied to move the fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/505—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes flexible containers not provided for above
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04—Pumps having electric drive
    • F04B43/043—Micropumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/12—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action
    • F04B43/14—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action having plate-like flexible members
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/26—Conditioning of the fluid carrier; Flow patterns
    • G01N30/28—Control of physical parameters of the fluid carrier
    • G01N30/32—Control of physical parameters of the fluid carrier of pressure or speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/02—Identification, exchange or storage of information
    • B01L2300/025—Displaying results or values with integrated means
    • B01L2300/028—Graduation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0867—Multiple inlets and one sample wells, e.g. mixing, dilution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0481—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure squeezing of channels or chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5025—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures for parallel transport of multiple samples
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/26—Conditioning of the fluid carrier; Flow patterns
    • G01N30/28—Control of physical parameters of the fluid carrier
    • G01N30/32—Control of physical parameters of the fluid carrier of pressure or speed
    • G01N2030/326—Control of physical parameters of the fluid carrier of pressure or speed pumps

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)
  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

본 발명은 미세 채널을 갖는 탄성 고분자 재질의 기판 내부에 있는 미세 채널에 기계적인 압력을 가하여 채널을 눌러 막은 상태에서 막은 부위를 채널의 길이 방향으로 이동시키면 미세 채널 내에 있던 유체가 막은 부위의 이동방향으로 밀리거나 당겨지게 되는 원리를 이용하여 기판 내부에서 극미량의 유체를 조작하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 간단한 장치를 사용함으로써, 기존의 장치로는 이송하기 어려웠던 피코 리터 이하의 극미량의 유체를 정밀하게 이송할 수 있으며, 유체의 이송속도가 유체의 물리적 성질에 영향을 받지 않으므로 다양한 유체들을 유체의 종류에 관계없이 일정한 속도로 이송할 수 있다. 본 발명에서 유체의 이송속도는 기판내의 미세 채널 단면 크기 및 기계적인 압력에 의해 눌리는 부분의 이동속도에 의해 fℓ/sec(femtoliter/sec) 내지 ㎖/sec 사이에서 결정된다. 본 발명은 랩온어칩, 화학 및 생물 공정 모니터링, 휴대용 분석기기, 정밀화학, 임상 진단, 신약탐색 등 극미량의 유체를 다뤄야 하는 많은 분야에서 효과적인 유체 이송 수단으로 사용될 수 있다.

Description

기판 내에서 유체를 조작하는 방법 및 이를 위한 장치{METHOD FOR HANDLING FLUID IN SUBSTRATE AND DEVICE FOR IT}
본 발명은 기판 내에서의 분석이나 합성 등의 과정에서 필요한 미량의 유체를 이송하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 한쪽 면에 미세 채널을 갖는 탄성이 있는 기판을 다른 기판으로 덮어 접합시킨 구조의 칩에 외부에서 기계적 압력을 가하거나, 또는 기계적 압력을 가한 상태에서 압력을 가하는 위치를 미세 채널의 길이 방향으로 이동시키는 것에 의하여 유체를 이송하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
과학기술의 발전으로 극미량 분석이 가능해지면서 미량의 시료나 시약들을 다루는 기술에 대한 관심이 늘어나고 있다. 특히 최근 합성화학과 생명과학의 발전으로 신약개발이나 진단 등의 분야에서 분석해야 하는 표적물질의 증가를 가져오게 되었고, 이에 따라 고가의 시약이나 시료가 다량으로 필요하게 되어 극미량 분석을 통한 비용 절감의 필요성이 높아지고 있다.
극미량의 시료나 시약을 다루는 일의 비중이 증가하면서 각광받게 된 것이 랩온어칩(lab-on-a-chip) 기술이다. 랩온어칩은 반도체 분야에서 널리 사용되는 사진 석판인쇄(photolithography) 기술이나 미세 가공 기술(micromachining)을 이용하여 유리, 실리콘 또는 플라스틱으로 된 수 cm2크기의 칩 위에 여러 가지 장치들을 집적시킨 화학 마이크로 프로세서로서, 고속, 고효율 및 저비용의 자동화된 실험이 가능하다(Kovacs, Anal. Chem. 68 (1996) 407A-412A).
랩온어칩 내에서 극미량 유체를 이송하는 방법은 기존의 유체 이송방법과는 전혀 다른 것이다. 이것은 시료의 양이 매우 작고, 대부분의 경우 유체의 이송이 매우 작은 크기의 미세 채널에서 이루어지기 때문이다.
극미량의 용액을 미세 채널에서 이송하는 방법의 하나로 전기장을 이용하는 방법이 있다. 이는 용액이 채워진 미세한 채널 양단에 전압을 걸어 용액의 흐름을 만드는 모세관 전기삼투현상을 이용하므로 별도의 펌프나 밸브 없이 용액의 흐름을 제어할 수 있을 뿐 아니라 모세관 전기영동을 이용하여 분리분석을 할 수 있으므로, 작은 실험실을 칩 위에 제작하는 것이 가능하다는 것을 보여준다.(Harrison,Science 261 (1993) 895-897; Jacobson, Anal. Chem. 66 (1994) 4127-4132; Li, Anal. Chem. 69 (1997) 1564-1568; Kopp, Science 280 (1998) 1046-1048). 이 방법은 장치가 간단하므로 랩온어칩과 같이 미세 채널 내에서 용액을 흘리는 분야에서 가장 널리 이용되는 방법이지만, 전기장을 이용하여 용액을 흘리기 때문에 채널이 하나 이상 복잡하게 연결되어 있는 경우 용액의 이송을 조절하기 어려워질 뿐 아니라, 용액의 흐름이 흘리고자 하는 용액의 산도(pH)나 이온세기(ionic strength) 및 점성(viscosity)등과 같은 물리적 특성에 크게 영향을 받기 때문에 여러 종류의 용액을 이송해야 하는 경우 정확한 이송이 어렵거나 불가능하다.
전기삼투흐름을 이용하는 방법 이외에도 극미량의 용액을 정밀하게 이송하는 방법을 개발하기 위해 많은 연구들이 수행되고 있다. 그 하나는 외부의 소형펌프(micropump)를 연결하여 용액을 이송하는 것이다. 이러한 방법에는 연동식 펌프(peristaltic pump), 주사기 펌프, HPLC 펌프 등을 이용하는 방법이나, 압축공기를 이용하는(Hosokawa, Anal. Chem. 72(1999) 4781-4785) 방법들이 이용된다. 그러나 이러한 방법들은 대부분 마이크로 리터(㎕: 10-6ℓ) 수준의 용액을 이송하는 용도로 이용될 수 있는 것들로서, 랩온어칩과 같이 극미량의 용액을 다루는 분야에서 요구되는 나노 리터(nℓ: 10-9ℓ)나 피코 리터(pℓ: 10-12ℓ) 수준의 극미량의 용액을 효과적으로 이송하기에는 적당하지 않다. 또한 가격이 비싸며, 용액이 맥동적인 형태(pulsation profile)로 흐르기 때문에 일정한 속도로 유체를 흘려야 하는 경우 사용하기 어렵다. 또 외부의 소형펌프를 랩온어칩의 미세 채널과 연결하기 위해서는 펌프에서 미세 채널까지 유체를 채워야 하므로 시약 및 시료의 낭비가 심하고, 연결부위에서 유체가 새는 등의 문제가 있어 연결부위를 복잡하고 정교하게 설계 및 조립하여야 한다.
다른 예로는 칩 내에 직접 소형 펌프를 구현하여 용액을 이송하거나 새로운 펌프를 개발하는 것이다. 이러한 연구의 결과로 칩 내부에 진동판(diaphragm)을 만들고 압전소자(piezoelectric material)를 이용하거나(Andersson, Sens. Actuators B72(2001) 259-265; Nguyen, Sens. Actuator A (2001), 104-111) 공기압(Scomburg, J. Micromech. Microeng. 3(1993) 216-218)을 이용하여 진동판을 진동시켜 용액을 이송하는 온칩형 격막 펌프, 채널 내부에서의 전기화학적 반응을 통해 채널 내에 공기방울을 만들어 용액을 이동시키는 방법(Bohm, Proceedings of the Transducers, Sendai, Japan, 1999. pp. 880-881) 등이 보고되었다. 그러나 이러한 장치들 역시 다양한 종류의 용액을 흘리는 용도로는 적합하지 않다.
다른 장치들 역시 칩 내부에 용액을 이송하기 위한 별도의 구조나 장치를 구현하여야 하기 때문에 칩의 제작이 어렵고, 전기삼투압 펌프와 마찬가지로 흘려주는 용액의 물리적 성질에 영향을 받기 때문에 다양한 용액을 이송하는 장치로는 부적합하다.
본 발명의 목적은 내부에 유체 이송을 위한 별도의 기계적인 장치나 구조를 갖지 않는 미세 채널이 있는 탄성 고분자 재질의 기판 내에서, 유체의 물리적 성질에 무관하게 다양한 종류의 유체를, 일정한 속도 또는 일정한 위치로 이송하거나,또는 조작하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법을 달성하는 데에 필요한, 내부에 하나 이상의 미세 채널을 갖는 탄성 고분자 재질의 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 기판 내에서 유체의 물리적 성질에 무관하게 다양한 종류의 유체를 일정한 속도 또는 일정한 위치로 이송하거나, 또는 조작할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 극미량의 용액 이송 원리를 설명하는 그림으로서, 기계적인 압력으로 눌려진 위치가 이동하면서 미세 채널 안에 있던 용액이 따라서 밀려가거나 당겨지는 것을 나타낸다.
도 2는 극미량 용액을 조작하는 방법을 구현한 장치를 나타낸 것이다.
도 3은 용액 이송과정에서 배압(back pressure)이 크게 걸리는 경우에 미세 채널의 눌리는 부분에서 용액이 새는 것을 방지하기 위해 미세 채널을 기계적인 압력으로 누르는 면적을 넓게 하여 용액을 이송하는 방법을 나타낸 것이다.
도 4는 폴리(디메틸실록산)(이하 "PDMS"라 한다.) 재질의 미세 채널 칩을 만드는 방법을 나타낸 것이다. (a) 실리콘 기판 위에 (b) 음성감광제를 스핀 코팅한 후 (c) 포토마스크를 덮고 자외선을 노광한 후 (d) 현상액에 담가 노광되지 않은 부분을 제거하여 주형을 완성한다. (e) PDMS 프리-폴리머(pre-polymer)를 붓고 oven에 넣어 굳힌 후 (f) PDMS 층을 떼어낸 후 PDMS 판을 관통하는 구멍을 뚫어 용액 주입구를 만들고 (g) 채널이 있는 면에 새로운 판을 붙여 완성한다.
도 5는 미세 채널 칩의 예를 나타낸 것이다.
도 6은 응용예 2, 응용예 3에서 사용되는 눈금이 있는 미세 채널 칩의 형태를 나타낸 것이다.
도 7은 응용예 2와 응용예 3의 실험방법을 나타낸 것이다.
도 8은 소형 롤러의 이동속도와 용액의 이송속도 간의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9은 소형 롤러의 이동속도가 같을 때 다양한 용액들이 이송되는 속도를 나타낸 다이아그램이다.
도 10은 소형 롤러의 이동거리와 이송된 용액의 부피와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 11은 2가지 용액의 혼합, 희석, 또는 반응에 이용될 수 있는 미세 채널 칩을 나타낸 것이다.
도 12는 극미량 용액을 주입/흡입 할 수 있는 장치를 나타낸 것이다.
본 발명에서 유체가 이송되는 원리는 도 1에 나타낸 것과 같다. 탄성 고분자로 만들어진 기판 내부의 미세 채널을 기판의 외부에서 기판과 직접 접촉하는 기계적인 압력을 주어 유체의 흐름을 막은 상태에서 외부에서 압력을 가하는 부분을 미세 채널의 길이 방향으로 이동시켜 미세 채널 내에 들어있는 유체를 원하는 방향(도 1에서는 우측방향)으로 밀거나(도 1 A) 원하는 방향에서 당겨서(도 1 B) 이송시킨다. 여기서 기판은 칩과 동일한 의미이며, 구조적인 관점에서 표현하기 위해 칩 대신 기판이라는 용어를 사용하였다. 본 발명의 원리를 이용하여 기판 외부에서 기계적인 압력을 주는 부위의 이동속도 및/또는 이동거리를 조절함으로써, 미세 채널 내에서 극미량의 유체의 이송속도 및/또는 위치를 정밀하게 조작할 수 있게 된다. 이러한 조작은 주사기 펌프의 작용과 비유될 수 있다. 그러나, 주사기 펌프의 경우에는 유체의 전달에 의하여 행위가 발생하는 대상과 주사기를 연결시키는 별도의 튜브가 필요한 데 반하여, 본 발명에서는 유체가 전달되어 행위가 발생하는 대상, 연결 튜브 및 주사기 펌프 역할을 하는 부분을 모두 하나의 기판 내에 집적시킬 수있다는 장점을 갖는다. 외부에서 미세 채널에 압력을 가하는 부분을 미세 채널의 방향을 따라 이동시키기 위해서는 압력을 가하는 수단을 이동시키는 방법을 사용할 수 있다. 또한 압력을 가하는 수단의 미세 채널 방향에 대한 위치를 고정시키고 기판 자체를 이동시킴으로써 미세 채널에 압력이 가해지는 부분이 이동되는 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따라 유체를 이송하는 방법은 다음에 이어지는 것과 같은 응용예 및 실시예에 의하여 보다 상세히 설명되지만, 본 발명의 범위가 이러한 응용예 및 실시예에 한정되는 것은 아니다.
응용예 및 실시예
1.기판 내에서 용액을 조작할 수 있는 장치
본 발명에 따른 기판 내에서 극미량의 용액을 정밀하게 조작할 수 있는 장치의 한가지 예가 도 2와 같이 구성되었다. 기판 내부의 미세 채널에 기계적인 압력을 주기 위해 수동식 z축 이동대(translational stage)에 연결된 소형 롤러를 사용하였으며, 소형 롤러는 기판의 표면에서 기판에 대하여 수직방향으로 미세 채널에 기계적인 압력을 주어 채널을 막을 수 있도록 하였다. 미세 채널을 막는 부분의 정밀한 이동을 위해 소형 롤러가 달린 z축 이동대를 최소 이동거리가 1㎛ 이하인 선형이동장치(motorized linear actuator)가 달린 x축 이동대(translational stage)에 고정시키고, 선형이동장치가 달린 x축 이동대로 소형롤러의 이동을 제어할 수 있도록 하였다. 도 2에서는 기판과 맞닿는 부분에서 마찰을 줄이기 위해 기판에 기계적 압력을 주는 수단으로 롤러를 사용하였으나, 기계적 마찰이 문제가 되지 않는범위 내에서 기판에 압력을 줄 수 있는 다른 고체 구조물을 다양하게 사용할 수 있고, 마찰을 줄이기 위하여 고체 구조물과 기판의 접촉면에 윤활 물질을 사용하는 것도 가능하다. 고체 구조물을 기판과 수직방향으로 이동시켜 기판에 기계적 압력을 줄 수 있는 수단은 본 예에서와 같이 수동식도 가능하지만, 모터, 펌프, 전자석 등을 이용하여 자동화할 수도 있다. 고체 구조물을 사용하여 칩에 압력을 주는 경우 기판의 탄성에 의하여 복원력이 생기는데, 기판의 복원력을 극복하고 압력을 가하는 부분의 미세 채널이 계속 막힌 상태를 유지하게 만드는 힘으로는 도 2에 나타낸 장치의 z축 이동대에서와 같이 볼트와 너트의 기계적 지지력을 이용할 수 있지만, 그 이외에 스프링 또는 기압 피스톤 등을 사용한 복원력, 또는 전자석을 사용한 전자기력 등을 이용할 수 있다.
미세 채널을 기계적으로 누르는 방법은 도 1이나 도 2에 나타낸 것과 같이 실린더 또는 소형 롤러를 이용하여 좁은 면적을 누르는 방법이 가능하지만, 이러한 방법은 미세 채널에 용액이 흐를 때 발생하는 배압이 큰 경우 미세 채널의 눌리는 부분에서 용액이 새는 문제가 발생하여 정량적인 용액 이송이 어려운 경우가 있다. 도 3은 미세 채널을 기계적인 압력으로 누르는 면적을 넓힘으로써, 미세 채널 내에서 용액이 새는 것을 방지할 수 있도록 하는 방법을 나타낸 것이다.
도 4는 탄성 고분자의 일종인 PDMS를 사용하여 미세 채널 기판을 제작하는 방법의 예를 나타낸 것이다. 미세 채널 기판은 다음과 같은 방법으로 제작될 수 있다. 반도체 제작공정에서 사용하는 사진 석판인쇄술(photolithography)로 실리콘 기판(silicon wafer)(도 4a) 위에 양각의 주형을 만들었다(도 4b, 도4c 및 도 4d).만들어진 주형 위에 PDMS 프리-폴리머(pre-polymer(Sylgard 184, Dow Corning; A:B = 10:1)) 용액을 부은 다음, 75℃의 오븐에 넣어 굳혔다(도 4e). 굳혀진 PDMS 판을, 주형에 양각된 미세 채널 형태가 음각으로 찍혀 있는 부분이 포함되도록 사각으로 잘라내고, 미세 채널의 각 끝 부분에 직경 3㎜ 정도의 구멍을 뚫었다(도 4f). 상기 PDMS 판의 음각이 찍혀 있는 면에 새로운 밑판을 접합시켜, PDMS 판에 음각으로 찍혀 나온 형태가 모세관 형태의 미세 채널이 되도록 하였다(도 4g). PDMS 이외에도 미세 채널 형성이 가능한 기판의 재료로는 기계적 압력으로 눌러 미세 채널을 막을 수 있는 모든 소재가 사용될 수 있다. 그 예에는 탄성을 가진 고무, 실리콘계 고무 및 플라스틱 등의 고분자 재료가 포함된다. 기판 위에 미세 채널을 만드는 데에는 PDMS에서와 같이 주형에 프리 폴리머 용액을 부어 고형화시키는 방법뿐 아니라, 평평한 기판을 주형으로 눌러서 만드는 프레싱(pressing), 핫 엠보싱(hot embossing), 기계적 수단으로 가공하는 방법 또는 레이저 등을 사용하여 빛이나 열로 파서 만드는 방법 등도 사용될 수 있다. 본 발명의 기판은 용액을 이송하는 수단이 기판 내부에 들어있지 않으므로, 용액을 이송하기 위한 구조물을 기판 내에 장착시키는 등의 조립과정이 필요 없고, 이에 따라 기판의 제작이 용이하다. 또한 미세 채널 기판의 재질에 관계없이 동일한 유체 이송기술을 적용할 수 있으므로, 사용하는 용액에 따라 설계의 변화 없이 기판 재질을 바꾸는 것도 가능하다.
도 5는 롤러를 이용하여 미세 채널 내의 용액을 이송하는 과정을 설명하는 것이다. 용액 도입부를 통해 주입된 용액은 모세관 현상이나 가압 또는 감압을 통한 기압차 등에 의하여 미세 채널 내로 들어간다(도 5A). 용액이 들어 있는 미세채널을 롤러로 누른 상태에서 롤러를 미세 채널 방향으로 움직이면 롤러가 이동한 거리에 비례하여 미세 채널 내의 용액이 채널 내에서 움직이게 된다(도 5B). 흘리고자 하는 용액의 부피나 유속에 따라 다양한 형태의 미세 채널을 사용할 수 있다. 본 장치에서 이송되는 용액의 부피는 미세 채널의 크기와 소형롤러의 이동거리에 의해 결정된다. 예를 들어 초당 1㎛ 내지 10 ㎜로 속도를 조절하고, 채널의 폭과 깊이가 각각 1㎛ 및 1㎛인 미세 채널 칩을 사용하면, 용액의 흐름속도는 1㎛ x 1㎛ x 1㎛/sec = 1㎛3/sec, 즉 1fℓ/sec(1fℓ = 10-15ℓ) 내지 1㎛ x 1㎛ x 10㎜/sec = 10000㎛3/sec, 즉 10pℓ/sec(1pℓ = 10-12ℓ) 사이에서 조절할 수 있다. 또 채널의 폭이 10㎜이고 깊이가 10㎜인 미세 채널 칩을 사용하면, 용액 흐름속도는 0.1㎕/sec 내지 1㎖/sec 사이에서 조절할 수 있다. 이와 같이, 용도에 따라 미세 채널의 폭과 깊이를 조절함으로써 용액 흐름속도의 범위를 조절할 수 있고, 롤러의 이동속도를 조절함으로써 상기 범위 내에서 용액의 흐름속도를 조절하게 된다.
2.단일채널 기판을 이용하여 기판 내에서 용액을 이송하는 장치
응용예 1에서 설명한 도 2와 같은 장치에 단일채널 기판을 이용하여 용액을 이송하는 장치를 만들었다. 실험 과정은 다음과 같다. 도 2의 기판 고정대에 도 6과 같은 폭 50㎛, 깊이 30㎛, 길이 4㎝인 직선 형태의 미세 채널을 가지는 단일 채널 기판을 올려놓고 고정시킨다. 단일채널 기판은 기판의 중간부분 미세 채널의 옆에 용액의 이동거리를 측정하기 위해 눈금을 넣었고, 전하결합소자(이하 "CCD"라 한다) 카메라에 연결된 모니터를 통해 미세 채널 내의 용액과 공기의 경계면 및 눈금을 관찰할 수 있다. 기판 내부의 용액 도입부에 붉은 색 수용성 잉크를 채우고, 수동식 z축 이동대를 이용하여 소형 롤러를 기판 방향으로 이동시켜 기판 내의 미세채널에 압력을 가한 후, x축 이동대에 달린 선형이동장치로 소형 롤러를 용액 배출부 방향으로 이동시킨다. 이동이 끝난 후 z축 이동대를 이용하여 소형 롤러를 위로 올려 기판을 누르지 않도록 한 후에 x축 이동대에 연결된 선형이동장치를 이용하여 소형 롤러를 처음의 위치에 오도록 한다. 이 과정을 3-4회 반복하여 붉은 색 잉크가 미세채널 기판의 눈금이 있는 부분까지 오도록 한다. 그 다음 도 7에 나타낸 것과 같이, 다양한 속도로 소형 롤러를 이동시키면서, 용액이 일정거리만큼 떨어진 두 눈금 사이를 지나가는데 걸리는 시간을 측정하였다. 눈금 사이의 거리는 소형 롤러의 이동속도에 따라 각각 다르게 하였다.
도 8은 다양한 속도로 소형 롤러를 이동시켰을 때 붉은 색 잉크의 이송속도를 나타낸 것이다. 용액의 이송속도는 소형 롤러의 이동속도에 정확히 비례하는 것을 보여준다. 용액의 흐름속도는 결국 롤러가 미는 미세 채널 내부의 부피에 관계되며, 하나의 미세 채널 내에서 모든 부분이 도 5에 나타낸 것과 같이 폭 또는 깊이가 모두 같아야 할 필요는 없다.
극미량의 용액을 이송하는데 사용되는 대부분의 일반적인 장치들에서는 다양한 종류의 용액의 이송속도를 정확히 조절하기 위하여 용액의 물리적 특성에 따라 용액을 흘려주는 조건을 바꿔야 한다. 예를 들어 전기삼투현상을 이용하여 용액을 흘려주는 경우 용액의 조성에 따라 전기삼투 흐름의 속도가 변화된다. 그러나, 본 발명의 경우 미세 채널이 눌려 용액이 밀려나가거나 당겨지므로 이송하려는 용액의물리적 성질에 무관하게 이송할 수 있고, 이송 속도 또한 기계적인 압력으로 미세 채널을 막은 부분의 이동속도에 의해 결정되므로 용액의 종류가 바뀌더라도 용액의 이송속도 예측이 가능하다. 도 9는 폭이 50㎛, 깊이가 30㎛인 미세 채널 기판을 사용하고, 소형 롤러의 속도를 200㎛/sec으로 하여, 다양한 용액을 이송한 결과를 나타낸 것으로서, 이는 본 장치를 사용하는 경우 용액의 종류에 관계없이 소형 롤러의 이동속도가 같으면 용액의 이동속도가 같음을 보여준다.
3.기판 내에서 용액을 일정한 위치로 이동시키는 방법
본 발명은 기판 내부에서 용액을 특정 속도로 이송하는 것뿐만 아니라, 기판 내부에서 용액을 특정 위치까지 이송하는 것도 가능하다. 즉, 기판 내부에서 용액의 위치를 조작할 수 있다. 실험과정은 응용예 2에 설명한 것과 유사하며, 차이점은 소형 롤러의 이동거리를 정확하게 조절하여 이동시킨 다음, 용액과 공기층의 경계면이 이동한 거리를 눈금을 통해 측정하였다. 도 10은 소형 롤러의 이동거리에 따른 이송부피를 나타낸 것으로서, 이송되는 용액의 부피가 소형 롤러의 이동거리에 의해 조절될 수 있음을 보여준다.
이러한 원리를 이용하여 용액의 부피를 측정하는 것도 가능하다. 미세 채널 단면의 크기, 즉 미세 채널의 폭과 깊이는 미세 채널을 제작할 때 알고 있는 값이므로, 용액이 들어 있는 미세채널의 길이를 측정하면 용액의 부피를 계산하는 것이 가능하다. 측정하고자 하는 용액의 앞단과 끝단이 공기를 포함한 기체, 섞이지 않는 용액 또는 오일 등과 구분되어 있는 상태에서 CCD 카메라 등의 영상기기를 사용하여 길이를 측정하거나, 또는 미세 채널의 고정된 한 부분에 발광소자로 빛을 쪼여준 상태에서 용액의 앞단과 끝단에서의 빛의 산란에 의한 광량 변화를 수광소자로 측정함으로써, 앞단에서 시작하여 끝단까지 용액을 이송한 거리, 즉 소형 롤러가 이동한 거리로 용액의 길이를 측정하여 용액의 부피를 계산할 수 있다.
4.미세 채널 기판에서 용액을 조작하는 방법
미세 채널 기판은 평면에 만들어지므로 다수의 미세 채널을 기판 내에 제작할 수 있다. 이와 같이 제작된 다수의 미세 채널을 갖는 기판 내에서 서로 다른 용액의 혼합, 혼합을 통한 용액의 희석, 화학반응 및/또는 결합 반응을 수행하거나 용액을 일정 부피로 나눌 수 있을 뿐 아니라, 용액 이송방향의 조절, 용액 내에 존재하는 특정 물질의 추출, 및/또는 화합물의 분리, 정제, 농축 및/또는 적정 등 다양한 조작을 수행할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따라 두 가지 용액을 혼합하는 방법을 보여주는 그림이다. 기판 상에 있는 두 개의 미세 채널은 끝에서 하나로 합쳐지도록 설계되었다.도11 A와 같이 두 개의 미세 채널의 한쪽 끝을 통해 용액 1과 용액 2를 각각 흘려 넣은 다음, 각각의 미세 채널에서 용액을 이송시키면, 미세 채널이 합쳐지는 부분에서 용액 1과 용액 2의 혼합이 일어난다(도 11 B). 도 11에는 두 개의 롤러를 사용하는 것으로 되어있지만, 하나의 롤러로 두 개 이상의 미세 채널 내의 용액을 동시에 이송하는 것도 가능하다. 용액의 혼합율은 용액 1과 용액 2를 밀어주는 속도를 다르게 하거나, 용액 1과 용액 2가 들어가는 미세 채널의 단면적(폭×깊이)의 비율을 달리하거나, 또는 두 방법을 모두 사용하여 조절할 수 있다. 용액 1의 용매를 용액 2로 사용하면 용액 1을 희석할 수 있는데, 두 용액이 합쳐져서 나오는 미세 채널 내의 용액은 용액 1이 희석된 상태가 된다. 두 용액 내에 서로 반응 가능한 물질이 들어있는 경우, 혼합에 의해 반응을 수행할 수 있다. 가능한 반응의 예에는 화학반응, 효소와 기질의 생화학 반응 및 리셉터와 리간드 간의 결합반응 등, 용액상태에서 일어날 수 있는 모든 반응이 포함된다.
본 발명의 응용예에서는 두 가지 용액의 조작에 대하여만 언급하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명은 미세 채널의 구조에 따라 두 가지 이상의 용액의 조작에 대하여도 다양하게 적용될 수 있다. 또한 하나의 기판 내에서 앞에서 설명한 것과 같은 조작이 한가지만 수행되는 것이 아니라, 다수의 미세 채널을 갖는 하나의 기판과 이 기판에 제작된 미세 채널의 다수의 용액 이송 부분을 조합함으로써, 하나의 조작 이후에 다른 조작이 순차적으로 또는 병렬적으로 수행되도록 만들 수 있다.
기판 내에서 반응을 수행하기 위해서는 다양한 종류의 용액을 다루어야 하며, 반응에 사용되는 용액들의 반응성이 큰 경우가 있을 수 있으므로, 이러한 용액들을 이송하는 경우 장치의 손상 또는 용액의 오염 등의 문제가 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명에 의한 장치는 용액을 이송하는 기계적 수단이 용액과 직접 접촉하지 않으므로, 장치의 손상 또는 이송되는 용액의 오염 문제가 없다. 또한 용액의 물리적 특성 차이에 무관하게 동일한 부피의 용액을 이송할 수 있으므로, 극미량의 시료를 반응시키는 과정이 필요한 랩온어칩 기술에서 효과적인 용액 이송방법으로 이용될 수 있다.
본 발명이 제공하는 유체의 조작 원리는 근본적으로 미량의 용액을 다루는랩온어칩 기술이 응용될 수 있는 모든 분야에 적용 가능하며, 일반적으로 신약탐색 장비, 화합물 합성기, 생화학적 분석기, 시료 전처리, 분자 진단 기기, 환경오염 분석기기, 화학 또는 생화학 무기의 탐지 또는 식별을 위한 기기, 화학 또는 생물 공정 모니터링 장비, 의료 진단 기기, 건강검진 기기, 세포 또는 미생물 배양기 및 약물 전달 장치 등에서 유체를 다루는 부분의 일부 또는 전부에 사용될 수 있다.
5.극미량 용액 주입/흡입 장치
극미량의 용액의 이동을 조절할 수 있는 기술은 랩온어칩 이외에도 다양한 분야에서 필요로 하는 기술이다. 도 12는 본 발명에 따라 극미량의 액체를 주입 및/또는 흡입 할 수 있는 장치를 나타낸 것이다. 미세 채널 칩의 한쪽 끝에 모세관을 연결하고 모세관의 다른 쪽 끝은 테이퍼(taper)구조의 피펫팁(pipette tip) 형태를 갖도록 한다. 피펫팁 구조는 모세관을 풀링(pulling)하여 만들 수 있다. 모세관의 내경은 1㎛ 내지 1㎜, 피펫팁의 끝부분 내경은 10㎚ 내지 100㎛ 범위 내에서, 응용하는 분야에 따라 다르게 하여 사용할 수 있다. 팁을 시료에 꽂은 다음, 본 장치를 이용하여 피코 리터나 나노 리터 수준의 극미량의 용액을 정확하게 주입 또는 흡입할 수 있다. 응용 가능한 시료는 일반적으로 마이크로미터 내지 나노미터 지름의 구형 유체, 베지클(vesicle) 또는 세포 등이며, 시료 내에 원하는 용액을 주입하여 반응시키거나, 또는 시료 내의 용액을 흡입하여 샘플링하는 데에 본 장치를 사용할 수 있다. 또한 고체 표면 또는 주입하는 용액과 섞이지 않는 용액 내에 팁을 이용하여 일정 양의 용액을 전달해 주는 데에도 사용할 수 있다. 이송되는 용액의 부피가 미세 채널의 폭, 깊이 및 미세 채널을 기계적으로 눌러주는 부분의 이동거리에 의해 결정되므로, 이 장치는 이송되는 용액의 부피를 정확하게 조절할 수 있다는 장점을 갖는다.
본 발명에 따라 기판내에서 펨토리터 수준의 극미량부터 밀리리터 수준의 미량까지의 용액을 정량적으로 이송하여 조작하는 방법 및 이를 위한 간단한 구조의 장치가 제공되었다.
본 발명은 기존의 미량 용액 이송 수단에 비하여 탁월한 성능을 갖는 것으로서, 신약탐색, 화학 및 생화학적인 연구개발, 생명과학 관련 연구, 의료 진단 장비, 가정이나 병원에서의 신속한 건강 검진기기, 화학 및 생물 공정 모니터링 장치, 휴대 가능한 환경 오염물질 분석기기, 및 화생방 무기의 탐지 또는 식별 장치 등 미량의 용액을 다루는 많은 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
또한 본 발명은 21세기 초 급격한 성장을 이룰 것으로 기대되는 랩온어칩 기술의 핵심 기반기술로서, 구조가 간단하면서도 기존의 장치들에 비해 뛰어난 성능을 갖는 장치가 제공되므로, 랩온어칩이 적용될 수 있는 모든 분야에 응용 가능하여 적용분야의 폭이 매우 넓다.
그러므로, 관심 있는 제조업체들에 기술 이전을 하여 상품화한다면, 국내 관련업체의 기술력 향상뿐 아니라, 거의 전량 수입에 의존하고 있는 고가의 의료 장비나 분석기기, 연구장비의 국산화를 기대할 수 있다. 이렇게 국산화되어 보급된 장비들은 국민들의 보건 복지 및 환경 개선에 크게 기여할 수 있을 뿐 아니라, 고부가 지식산업의 활성화에 의한 산업 구조의 선진화 등에도 크게 기여할 수 있고21세기 초 가장 성장 가능성 있는 랩온어칩 분야에서 세계시장에 진출할 수 있는 기반이 될 것으로 기대된다.

Claims (37)

  1. 내부에 미세 채널을 갖는 탄성 고분자 재질 기판의 외부로부터 고체 구조물을 이용하여 상기 기판의 표면에 기계적 압력을 가하여, 미세 채널 내의 유체를 조작하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기판에 기계적 압력을 가한 상태에서, 압력이 가해지는 위치를 미세 채널의 길이 방향으로 이동시키는 것에 의하여 미세 채널 내의 유체를 조작하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기계적 압력을 상기 기판과 수직 방향으로 가하는 것을 특징으로 하는 미세 채널 내의 유체를 조작하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 유체의 조작이 상기 미세 채널 내에서 유체를 한 방향 또는 여러 방향으로 이송하는 것, 유체를 일정 부피로 나누는 것, 및/또는 유체를 이송하여 혼합, 희석, 반응, 추출, 정제, 분리 및/또는 적정을 수행하는 것을 포함하는 유체 조작 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 고체 구조물이 롤러인 유체 조작 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 고체 구조물이 금속 또는 플라스틱 재질의 고체 막대인 유체 조작 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 기판이 그 내부에 둘 이상의 미세 채널이 서로 결합된 부분을 갖는 유체 조작방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 둘 이상의 미세 채널에서 각각 이송되는 유체를 혼합, 희석, 반응, 농축, 정제, 추출 및/또는 분리하는 절차를 수행하는 유체 조작방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 둘 이상의 미세 채널에서 각각 이송되는 유체를 혼합, 희석, 반응, 농축, 정제, 추출 및 분리하는 절차 중에서 화합물 또는 혼합물의 반응, 합성, 분리 및 분석 목적을 위해 필요한 절차를 순차적으로 또는 병렬적으로 수행하는 유체 조작방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 화합물 또는 혼합물의 반응, 합성, 분리 및 분석 목적을 위해 필요한 절차를 순차적으로 또는 병렬적으로 수행할 수 있는 부분을 하나 이상 포함하는 기판 내에서, 각 부분이 같은 목적 또는 다른 목적을 갖는 다수의 절차를 순차적으로 또는 병렬적으로 수행하는 유체 조작방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 미세 채널 내의 이송 대상 유체가 기체, 수용액, 유기용액, 오일, 및/또는 입자를 함유한 액체 또는 기체인 유체 조작방법.
  12. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서, 하나의 고체 구조물이 둘 이상의 미세 채널에 동시에 기계적인 압력을 가하는 유체 조작방법.
  13. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 미세 채널의 일부가 크로마토그래피의 컬럼 기능을 하여 화합물의 분리 및/또는 정제 기능을 수행하는 것을 포함하는 유체 조작방법.
  14. 한 쪽 면에 미세 채널이 형성된 하나의 기판 및 이 기판의 미세 채널이 형성된 면에 다른 기판이 접합된 구조를 갖는 탄성 고분자 재질의 기판.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 미세 채널의 폭이 100㎚내지 10㎝, 깊이가 10㎚내지10㎜인 기판.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 탄성 고분자가 고무, 실리콘계 고무 및 플라스틱으로 구성된 군에서 선택되는 기판.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 미세 채널이 몰딩, 프레싱(pressing), 핫 엠보싱(hot embossing), 기계 가공 및 레이저 가공 중에서 선택되는 방법에 의하여 제작된 기판.
  18. (1) 내부에 미세 채널을 갖는 탄성 고분자 재질의 기판과 기판 고정대,
    (2) 외부에서 상기 기판의 표면에 압력을 가하는 가압 수단인 고체 구조물, 및
    (3) 상기 고체 구조물 또는 기판 고정대와 연결되어 있으며, 상기 고체 구조물 또는 기판 고정대를 미세 채널의 길이 방향으로 이동시키는 이동 수단인 선형이동장치를 포함하는 유체 조작 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 기판이 한 쪽 면에 미세 채널이 형성된 하나의 기판 및 이 기판의 미세 채널이 형성된 면에 다른 기판이 접합된 구조를 갖는 유체 조작 장치.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 미세 채널의 폭이 100㎚내지 10㎝, 깊이가 10㎚내지10㎜인 유체 조작 장치.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 탄성 고분자가 고무, 실리콘계 고무 및 플라스틱으로 구성된 군에서 선택되는 유체 조작 장치.
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 미세 채널이 몰딩, 프레싱(pressing), 핫 엠보싱(hot embossing), 기계 가공 및 레이저 가공 중에서 선택되는 방법에 의하여 제작되는 유체 조작 장치.
  23. 제 18 항에 있어서, 상기 고체 구조물이 롤러인 유체 조작 장치.
  24. 제 18 항에 있어서, 상기 고체 구조물이 금속 또는 플라스틱 재질의 고체 막대인 유체 조작 장치.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 고체 막대와 기판 사이에 윤활제를 사용하는 유체 조작 장치.
  26. 제 18 항에 있어서, 상기 기판에 압력을 가하기 위하여 상기 고체 구조물을 기판에 대하여 수직방향으로 이동시키는 부분을 포함하는 유체 조작 장치.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 고체 구조물을 이동시키는 부분이 z축 이동대인 유체 조작 장치.
  28. 제 18 항에 있어서, 상기 기판 또는 상기 고체 구조물을 미세 채널의 길이방향으로 이동시키는 동안 상기 기판에 가해지는 압력을 유지하기 위하여 기계적 지지력, 복원력 또는 전자기력을 사용하는 유체 조작 장치.
  29. 제 18 항에 있어서, 상기 선형이동장치의 동력으로서 모터를 사용하는 유체 조작 장치.
  30. 제 18 항에 있어서, 상기 미세 채널의 한 쪽 끝이 모세관과 연결되어 있고 모세관의 다른 쪽 끝이 피펫팁(pipette tip) 구조로 되어 있는 유체 조작 장치.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 피펫팁(pipette tip) 구조가 상기 모세관을 풀링(pulling)하여 제작된 유체 조작 장치.
  32. 제 30 항에 있어서, 상기 모세관의 내경이 1 ㎛ 내지 1 ㎜이고, 상기 피펫팁 구조의 내경이 100 ㎛ 내지 10 ㎚인 유체 조작 장치.
  33. 제 30 항에 있어서, 피펫팁(pipette tip) 구조를 통해 극미량의 용액을 전달하거나 흡입하는 유체 조작 장치.
  34. 제 18 항 내지 제 33 항 중의 어느 한 항에 따른 유체 조작 장치를 포함하는 랩온어칩 시스템.
  35. 제 18 항 내지 제 33 항 중의 어느 한 항에 따른 유체 조작 장치를 포함하는 화합물 분석기.
  36. 제 18 항 내지 제 33 항 중의 어느 한 항에 따른 유체 조작 장치를 포함하는 화합물 합성기.
  37. 제 18 항 내지 제 33 항 중의 어느 한 항에 따른 유체 조작 장치를 포함하는 의료기.
KR10-2001-0044513A 2001-07-24 2001-07-24 기판 내에서 유체를 조작하는 방법 및 이를 위한 장치 KR100451154B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2001-0044513A KR100451154B1 (ko) 2001-07-24 2001-07-24 기판 내에서 유체를 조작하는 방법 및 이를 위한 장치
US10/176,110 US20030025129A1 (en) 2001-07-24 2002-06-21 Handling and delivering fluid through a microchannel in an elastic substrate by progressively squeezing the microchannel along its length
EP02014385A EP1279436A3 (en) 2001-07-24 2002-06-28 Handling and delivering fluid through a microchannel in an elastic substrate by progressively squeezing the microchannel along its length
JP2002212150A JP3732159B2 (ja) 2001-07-24 2002-07-22 基板内における流体処理方法及びその装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2001-0044513A KR100451154B1 (ko) 2001-07-24 2001-07-24 기판 내에서 유체를 조작하는 방법 및 이를 위한 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030009857A true KR20030009857A (ko) 2003-02-05
KR100451154B1 KR100451154B1 (ko) 2004-10-02

Family

ID=19712474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2001-0044513A KR100451154B1 (ko) 2001-07-24 2001-07-24 기판 내에서 유체를 조작하는 방법 및 이를 위한 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20030025129A1 (ko)
EP (1) EP1279436A3 (ko)
JP (1) JP3732159B2 (ko)
KR (1) KR100451154B1 (ko)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100618320B1 (ko) * 2004-09-14 2006-08-31 삼성전자주식회사 유체이동장치 및 이를 구비한 일회용칩
US7790109B2 (en) 2006-04-28 2010-09-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Micro-fluid reaction vessel, method for manufacturing the same, and micro-fluid reaction method using the vessel
KR20160011735A (ko) * 2014-07-22 2016-02-02 광운대학교 산학협력단 프로그래밍 가능한 마이크로 펌프
KR20180105557A (ko) 2017-03-15 2018-09-28 한국전자통신연구원 미세유체 제어 시스템 및 이를 이용한 미세유체 제어 방법
WO2019103236A1 (ko) * 2017-11-24 2019-05-31 (주)비비비 시료의 흐름을 조절할 수 있는 미세유체분석칩
KR20190130538A (ko) * 2019-11-14 2019-11-22 재단법인대구경북과학기술원 유체 제어 장치 및 유체 제어 방법
KR102057329B1 (ko) * 2018-07-02 2020-01-22 광운대학교 산학협력단 미세유체 위치 제어를 위한 영상처리 기반 제어 시스템
KR20210066136A (ko) * 2019-11-28 2021-06-07 광운대학교 산학협력단 미소유체 반응 관찰용 마이크로 플랫폼
KR20210136436A (ko) * 2020-05-07 2021-11-17 광운대학교 산학협력단 미소유체 반응 관찰용 마이크로 플랫폼

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100421359B1 (ko) * 2001-07-24 2004-03-06 엘지전자 주식회사 탄성 재질의 기판 내에서 유체를 이송하는 방법 및 이를위한 장치
JP3780917B2 (ja) * 2001-11-22 2006-05-31 株式会社島津製作所 液体クロマトグラフとその溶離液混合装置
GB2424677A (en) * 2003-08-20 2006-10-04 Univ Hull Fluid dispenser
US8343074B2 (en) 2004-06-30 2013-01-01 Lifescan Scotland Limited Fluid handling devices
JP2007090138A (ja) * 2005-09-27 2007-04-12 Yokogawa Electric Corp 化学処理用カートリッジおよびその使用方法
US7727473B2 (en) 2005-10-19 2010-06-01 Progentech Limited Cassette for sample preparation
US7485153B2 (en) * 2005-12-27 2009-02-03 Honeywell International Inc. Fluid free interface for a fluidic analyzer
US8147774B2 (en) 2006-07-05 2012-04-03 Aida Engineering, Ltd. Micro passage chip and fluid transferring method
US20080021364A1 (en) * 2006-07-17 2008-01-24 Industrial Technology Research Institute Fluidic device
US7794665B2 (en) * 2006-07-17 2010-09-14 Industrial Technology Research Institute Fluidic device
US7959876B2 (en) * 2006-07-17 2011-06-14 Industrial Technology Research Institute Fluidic device
US10753927B2 (en) * 2006-09-22 2020-08-25 ALERE TECHNOLOGIES GmbH Methods for detecting an analyte
JP4656038B2 (ja) * 2006-10-16 2011-03-23 パナソニック株式会社 静電噴霧方法及びマイクロ流体チップ
JP4957260B2 (ja) * 2007-01-16 2012-06-20 横河電機株式会社 化学反応用カートリッジ及びその使用方法
JP4894526B2 (ja) * 2007-01-17 2012-03-14 横河電機株式会社 化学反応用カートリッジ
JP2008272645A (ja) * 2007-04-27 2008-11-13 Yokogawa Electric Corp 内容物移送装置および化学処理システム
ES2404067T3 (es) * 2007-05-03 2013-05-23 Clondiag Gmbh Análisis
KR101321912B1 (ko) * 2007-08-28 2013-10-30 삼성전자주식회사 탄성 밸브 및 이를 구비한 미세유동 장치
US8906303B2 (en) * 2008-03-14 2014-12-09 Clondiag Gmbh Assays
US9248422B2 (en) 2010-02-23 2016-02-02 Luminex Corporation Apparatus and methods for integrated sample preparation, reaction and detection
KR101251817B1 (ko) * 2011-06-15 2013-04-09 단국대학교 산학협력단 미세 유동 장치
EP2847465B1 (en) * 2012-03-26 2020-04-15 Alere San Diego, Inc. Microfluidic pump
US20140322706A1 (en) 2012-10-24 2014-10-30 Jon Faiz Kayyem Integrated multipelx target analysis
JP1628115S (ko) 2012-10-24 2019-04-01
GB2529293B (en) * 2012-12-10 2019-12-04 Harvard College Membrane-based fluid-flow control devices
AU2014235532B2 (en) 2013-03-15 2018-08-09 Genmark Diagnostics, Inc. Systems, methods, and apparatus for manipulating deformable fluid vessels
USD881409S1 (en) 2013-10-24 2020-04-14 Genmark Diagnostics, Inc. Biochip cartridge
US9498778B2 (en) 2014-11-11 2016-11-22 Genmark Diagnostics, Inc. Instrument for processing cartridge for performing assays in a closed sample preparation and reaction system
DE102014207249A1 (de) * 2014-04-15 2015-10-15 Universität Rostock Einrichtung zur Flusssteuerung durch einen Mikrofluidikkanal
DE102014207238A1 (de) * 2014-04-15 2015-10-15 Universität Rostock Einrichtung zum Flüssigkeitstransport durch einen Mikrofluidikkanal
US9598722B2 (en) 2014-11-11 2017-03-21 Genmark Diagnostics, Inc. Cartridge for performing assays in a closed sample preparation and reaction system
US10005080B2 (en) 2014-11-11 2018-06-26 Genmark Diagnostics, Inc. Instrument and cartridge for performing assays in a closed sample preparation and reaction system employing electrowetting fluid manipulation
CN109579580A (zh) * 2017-09-29 2019-04-05 锐莱热控科技（北京）有限公司 一种挤压式微槽道冷板
DE102018131088A1 (de) * 2018-12-05 2020-06-10 Biofluidix Gmbh Flüssigkeitsdosiervorrichtung zur ballistischen Abgabe von Dosiermengen im Nanoliterbereich, Flüssigkeitsdosierverfahren und Pipettierspitze hierfür

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4529106A (en) * 1982-09-02 1985-07-16 Broadfoot John T Metering and/or feeding unit for fluid materials
US4673657A (en) * 1983-08-26 1987-06-16 The Regents Of The University Of California Multiple assay card and system
US4982903A (en) * 1988-06-17 1991-01-08 Ransburg Corporation Peristaltic voltage block
US5460493A (en) * 1993-11-17 1995-10-24 Baxter International Inc. Organizer frame for holding an array of flexible tubing in alignment with one or more peristaltic pump rotors
US5431307A (en) * 1994-08-26 1995-07-11 Gencorp Inc. Dispensing plural components
US6234773B1 (en) * 1994-12-06 2001-05-22 B-Braun Medical, Inc. Linear peristaltic pump with reshaping fingers interdigitated with pumping elements
US5593804A (en) * 1995-12-05 1997-01-14 Eastman Kodak Company Test pouch
US5705018A (en) * 1995-12-13 1998-01-06 Hartley; Frank T. Micromachined peristaltic pump
US6720710B1 (en) * 1996-01-05 2004-04-13 Berkeley Microinstruments, Inc. Micropump
JPH09287571A (ja) * 1996-04-18 1997-11-04 Fuji Electric Co Ltd マイクロポンプ
US5846061A (en) * 1996-11-08 1998-12-08 Board Of Trustees Of Michigan State University Peristaltic metering pump
FR2760838B1 (fr) * 1997-03-13 1999-05-21 Corning Inc Circuit fluidique integre d'execution d'un processus de preparation ou d'analyse d'un echantillon de matiere fluide, son procede de fabrication et appareil d'exploitation de ce circuit
US5947689A (en) * 1997-05-07 1999-09-07 Scilog, Inc. Automated, quantitative, system for filtration of liquids having a pump controller
WO2001007892A1 (en) * 1999-07-27 2001-02-01 Esperion Therapeutics, Inc. Method and device for measurement of cholesterol efflux
FR2798867A1 (fr) * 1999-09-23 2001-03-30 Commissariat Energie Atomique Dispositif de distribution de fluides dans un microsysteme fluidique
US6569674B1 (en) * 1999-12-15 2003-05-27 Amersham Biosciences Ab Method and apparatus for performing biological reactions on a substrate surface
US6296460B1 (en) * 2000-03-01 2001-10-02 Steve C. Smith Rotary cavity pump
US6485464B1 (en) * 2000-04-28 2002-11-26 Medtronic, Inc. Reduced height implantable drug infusion device
WO2002077456A2 (en) * 2001-03-21 2002-10-03 Innovent, Llc. Inverted peristaltic pump

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100618320B1 (ko) * 2004-09-14 2006-08-31 삼성전자주식회사 유체이동장치 및 이를 구비한 일회용칩
US7790109B2 (en) 2006-04-28 2010-09-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Micro-fluid reaction vessel, method for manufacturing the same, and micro-fluid reaction method using the vessel
KR20160011735A (ko) * 2014-07-22 2016-02-02 광운대학교 산학협력단 프로그래밍 가능한 마이크로 펌프
KR20180105557A (ko) 2017-03-15 2018-09-28 한국전자통신연구원 미세유체 제어 시스템 및 이를 이용한 미세유체 제어 방법
WO2019103236A1 (ko) * 2017-11-24 2019-05-31 (주)비비비 시료의 흐름을 조절할 수 있는 미세유체분석칩
KR102057329B1 (ko) * 2018-07-02 2020-01-22 광운대학교 산학협력단 미세유체 위치 제어를 위한 영상처리 기반 제어 시스템
KR20190130538A (ko) * 2019-11-14 2019-11-22 재단법인대구경북과학기술원 유체 제어 장치 및 유체 제어 방법
KR20210066136A (ko) * 2019-11-28 2021-06-07 광운대학교 산학협력단 미소유체 반응 관찰용 마이크로 플랫폼
KR20210136436A (ko) * 2020-05-07 2021-11-17 광운대학교 산학협력단 미소유체 반응 관찰용 마이크로 플랫폼

Also Published As

Publication number Publication date
JP3732159B2 (ja) 2006-01-05
US20030025129A1 (en) 2003-02-06
EP1279436A2 (en) 2003-01-29
EP1279436A3 (en) 2004-01-02
JP2003130765A (ja) 2003-05-08
KR100451154B1 (ko) 2004-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100451154B1 (ko) 기판 내에서 유체를 조작하는 방법 및 이를 위한 장치
KR100421359B1 (ko) 탄성 재질의 기판 내에서 유체를 이송하는 방법 및 이를위한 장치
Verpoorte et al. Three-dimensional micro flow manifolds for miniaturized chemical analysis systems
Haeberle et al. Microfluidic platforms for lab-on-a-chip applications
Haswell Development and operating characteristics of micro flow injection based on electroosmotic flow
KR100508326B1 (ko) 미세 유체 관로에서의 케스케이드식 유체 동압 집중 장치 및 방법
US20020182113A1 (en) Liquid pumping system
US20050189225A1 (en) Apparatus and method for small-volume fluid manipulation and transportation
US20020166592A1 (en) Apparatus and method for small-volume fluid manipulation and transportation
AU4552999A (en) Microfluidic devices, systems and methods for performing integrated reactions and separations
EP1487581A1 (en) Microfluidic channel network device
WO2002029106A2 (en) Microfluidic devices and methods of use
WO2003052428A1 (en) Three-dimensional microfluidics incorporating passive fluid control structures
CN101384846A (zh) 用于分子诊断用途的微流体装置
Greenwood et al. Sample manipulation in micro total analytical systems
EP1461414B1 (en) Assembly for cell-based assays
Xu et al. A microfluidic flow injection system for DNA assay with fluids driven by an on-chip integrated pump based on capillary and evaporation effects
EP1386169A1 (en) Three-dimensional microfluidics incorporating passive fluid control structures
Xu et al. Composite poly (dimethylsiloxane)/glass microfluidic system with an immobilized enzymatic particle-bed reactor and sequential sample injection for chemiluminescence determinations
Johnson et al. Microfluidic ion-sensing devices
KR100442680B1 (ko) 미세 혼합 채널 장치
KR100438588B1 (ko) 자기력을 이용한 초미세유체 제어장치
Jin et al. Nanoliter-scale liquid metering and droplet generation based on a capillary array for high throughput screening
KR20040091205A (ko) 다채널 유체 조작 장치
Lee et al. Biochemical reactions on a microfluidic chip based on a precise fluidic handling method at the nanoliter scale

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20100630

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee