KR20030032828A - 미세 입자 분석 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
미세 입자 분석 장치 및 방법을 개시한다. 개시된 분석 장치는 포커싱 챔버가 형성된 기판을 포함한다. 세포와 같은 미세 입자인 샘플이 포커싱 챔버내로 유입되는 적어도 하나의 샘플 채널이 기판에 형성된다. 샘플이 포커싱 챔버내에서 하나씩 일렬로 흐르도록 샘플을 둘러싸는 쉬스 플로우가 포커싱 챔버내로 유입되는 적어도 하나의 포커싱 채널이 기판에 형성된다. 또한, 분석이 완료된 샘플이 포커싱 챔버로부터 배출되는 웨이스트 채널이 기판에 형성된다. 한편, 웨이스트 채널에는 압력 구배에 의해 샘플이 성분별로 분류되는 적어도 2개의 분류 채널이 연결될 수도 있다. 이러한 구성에 의해, 샘플과 쉬스 플로우가 압력 구배에 의해 흐르게 되므로, 샘플과 쉬스 플로우의 이동 속도를 빠르게 할 수가 있다.
Description
본 발명은 미세 입자 분석 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 미세 채널내에서 유체 흐름을 따라 일렬로 이동하는 세포와 같은 미세 입자를 분석하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
미세 입자 분석 분야, 예를 들면 유세포 분석 분야에서, 세포를 버퍼(buffer) 용액인 쉬스 플로우(sheath flow)와 함께 부유시켜 흘러보내면서 세포를 분석하는 방식은 널리 알려져 있다. 이러한 방식을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
쉬스 플로우의 흐름은 교란되어 수적(水滴)을 형성하고, 이 수적이 인접하는 흐름의 단부를 절단시킬 때, 세포들이 작은 물방울에 포함되어진다. 이어서, 개개의 수적이 흐름의 인접부로부터 이탈하기 직전에, 원하는 세포들을 탐지하고 개개의 수적상에 전기장을 인가하는 것에 의해, 각 수적들이 분류된다. 그런 다음, 원하는 세포가 포함된 수적은 전기장에 의해 편향되어 수집 컨테이너에 모여지게 된다. 이러한 과정 중에, 특정 수적이 대전되고 반면에 다른 주변 수적들은 약간만 대전되도록 하기 위해서, 원하는 세포가 포함된 수적이 대전 영역에 도달하는 정확한 시점을 아는 것이 매우 중요하다.
상기된 기본적인 유세포 분석 방식을 응용한 미국특허(등록번호 6,120,666)가 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조로, 세포(120)가 통과할만한 정도로 매우 짧은 폭을 갖는 미세 채널이 십자형으로 기판(미도시)에 형성되어 있다. 미세 채널의 십자형 교차부가 포커싱 챔버(22)가 된다. 포커싱 챔버(22)를 CCD 카메라와 같은 영상획득 장치(160)가 촬영하여, 이 영상이 영상제어 프로세서(150)에서 처리되므로써, 세포가 분석된다.
한편, 포커싱 챔버(22)를 중심으로 위로부터 이어진 채널이 샘플 채널(100)로서, 샘플인 세포(120)가 샘플 채널(100)을 통해 유입된다. 포커싱 챔버(22)의 양측에 연결된 한 쌍의 채널이 포커싱 채널(102,104)로서, 각 포커싱 채널(102,104)을 통해 쉬스 플로우가 유입된다. 포커싱 챔버(22)의 아래에 연결된 채널은 분석이 완료된 세포(120)가 흐르게 되는 웨이스트 채널(106:waste channel)이다.
도면에 도시된 바대로, 샘플 채널(100)을 통해 유입되던 복수개의 세포(120)는 포커싱 챔버(22)에서 양측 포커싱 채널(102,104)로부터 유입되는 쉬스 플로우에 의해 둘러싸이게 되므로써, 하나씩 일렬로 포커싱 챔버(22)내를 통과하게 된다. 이러한 배열의 세포(120)가 영상획득장치(160)에 의해 촬영된 후, 영상제어 프로세서(150)에 의해 분석된다.
한편, 세포(120)와 쉬스 플로우의 흐름은 각 채널(100,102,104,106)에 전기장을 인가하여, 각 채널(100,102,104,106)간에 발생되는 전위차에 의해 수행된다.
그런데, 종래의 유세포 분석 장치는 전술된 바와 같이, 세포와 쉬스 플로우를 전기장을 이용해서 흐르도록 하기 때문에, 다음과 같은 문제점이 발생된다.
우선, 전기장 인가를 위한 기구가 종래의 유세포 분석 장치에 요구되는데, 이 기구가 고가인 관계로 장치의 가격이 상당히 비싸다는 단점이 있다.
특히, 쉬스 플로우로 사용되는 버퍼 용액이 전기장에 의해 유도되어야 하므로, 버퍼 용액이 반드시 전도성 물질로 제한된다. 이로 인하여, 버퍼 용액으로 사용 가능한 범위가 극히 좁아진다.
또한, 쉬스 플로우가 전위차로 이동되므로, 일단 이동 속도가 너무 느리다는 문제점이 있다. 이동 속도가 느리면, 분석 시간이 많이 소요되는 파급 문제가 유발된다. 이러한 문제점을 해소하기 위해서는, 각 채널에 수 kV 정도의 강한 전기장을 인가하여 전위차를 크게 해야 하나, 강한 전기장은 세포내의 단백질과 같은 특정 물질을 분리시키는 새로운 문제점을 유발한다. 이로 인하여, 강한 전기장 사용이 제한되므로, 쉬스 플로우의 이동 속도가 느리다는 단점은 여전히 해소되지 못하고 있는 실정이다.
그리고, 미세 입자가 누락된 부분을 갖는 경우, 특히 변형된 형상을 갖는 적혈구인 경우, 또는 미세 입자가 경사진 상태로 흐르는 경우, 누락된 부분이나 경사져서 비어 있는 공간을 통해서 스캐닝 수단인 레이저가 그대로 통과하는 경우가 발생될 소지가 높았다. 즉, 미세 입자를 영상 획득 장치가 인식하지 못하는 경우가 있었다.
따라서, 본 발명은 종래의 유세포 분석 방식이 안고 있는 제반 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 전위차를 이용한 흐름 방식 대신에 압력 구배 방식을 채용하여, 버퍼 용액의 적용 범위에 제한을 받지 않으면서 쉬스 플로우의 흐름 속도를 매우 빠르게 할 수 있음과 아울러 저가의 미세 입자 분석 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 강한 전기장으로 인한 세포 분리 현상을 방지하여, 세포 분석 결과의 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있게 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 누락된 부분을 갖는 변형된 형상을 갖는 미세 입자에 대해서도 정확한 인식을 가능하게 하고, 아울러 미세 입자가 경사진 상태로 흐르지 않도록 하는데 있다.
도 1은 종래의 유세포 분석 장치를 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 미세 입자 분석 장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 주요부인 압력 제어 수단을 상세히 나타낸 확대도.
도 4는 본 발명의 주요부인 영상 획득 수단의 구성도.
도 5는 샘플과 쉬스 플로우의 흐름 관계를 나타낸 도면.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
200 : 포커싱 챔버 210 : 샘플 채널
220,230 : 포커싱 채널 240 : 웨이스트 채널
250,260 : 분류 채널 310,320,330,350,360 : 용기
410,420,430,450,460 : 압력 컨트롤러 431 : 압력 센서
432 : 진공 펌프 433 : 마이크로 밸브
500 : 영상 획득 수단 510 : 광원
520,530 : 광산란 센서 600 : 영상 컨트롤러
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 미세 입자 분석 장치는 포커싱 챔버가 형성된 기판을 포함한다. 세포와 같은 미세 입자인 샘플이 포커싱 챔버내로 유입되는 적어도 하나의 샘플 채널이 기판에 형성된다. 샘플이 포커싱 챔버내에서 하나씩 일렬로 흐르도록 샘플을 둘러싸는 쉬스 플로우가 포커싱 챔버내로 유입되는 적어도 하나의 포커싱 채널이 기판에 형성된다. 또한, 분석이 완료된 샘플이 포커싱 챔버로부터 배출되는 웨이스트 채널이 기판에 형성된다. 한편, 웨이스트 채널에는 압력 구배에 의해 샘플이 성분별로 분류되는 적어도 2개의 분류 채널이 연결될 수도 있다. 한편, 샘플 채널과 포커싱 채널 및 분류 채널에는 샘플과 쉬스 플로우인 버퍼 용액이 저장되는 용기가 연결된다.
샘플 채널과 포커싱 채널 및 분류 채널에는 각 채널간에 압력 구배를 형성하는 압력 제어 수단이 설치된다. 각 압력 제어 수단에 의해 발생된 압력 구배에 의해, 샘플과 쉬스 플로우가 각 채널로부터 웨이스트 및 분류 채널로 흐르게 된다.
여기서, 포커싱 채널은 대칭으로 배치된 2개인 것이 바람직하고, 특히 각 포커싱 채널을 통해 흐르는 쉬스 플로우는 동일한 압력으로 포커싱 챔버로 유입되는 것이 바람직하다. 그 이유는, 양측에서 제공되는 쉬스 플로우의 압력이 동일해야만, 샘플이 양측으로부터 균일한 압력을 받아, 샘플의 흐름 방향을 따라 샘플이 길이 방향으로 배치되기 때문이다.
이때, 압력 제어 수단은 각 용기에 연결된 진공 펌프와, 진공 펌프와 용기 사이에 배치된 마이크로 밸브와, 용기 내의 압력을 감지하는 압력 센서 및 압력 센서의 신호에 따라 마이크로 밸브의 동작을 제어하는 압력 컨트롤러를 포함한다.
한편, 압력 제어 수단에 의한 압력 구배로 포커싱 챔버내에서 쉬스 플로우에 의해 하나씩 일렬로 이동하는 샘플은 영상 획득 수단에 의해 촬영된다. 영상 획득 수단에서 촬영된 영상은 영상 컨트롤러로 전송되어, 영상 컨트롤러가 포커싱 챔버내를 이동하는 샘플의 수를 카운터함과 아울러 샘플을 분석하게 된다. 영상 컨트롤러는 샘플의 종류를 인식하여, 이를 분류 채널용 압력 컨트롤러에 전송하므로써, 해당 압력 컨트롤러에 의해 샘플이 종류별로 각 분류 채널을 통해 분류되어진다.
영상 획득 수단으로는 광원과 포토다이오드가 사용되거나, 또는 포토다이오드 대신에 광증대관(Photo Multiplier Tube:PMT)이 사용될 수 있다. 또한, 광원으로는 일반 레이저나 레이저 다이오드가 사용될 수 있다.
한편, 포커싱 채널은 대칭으로 배치된 2개인 것이 바람직하고, 특히 각 포커싱 채널을 통해 흐르는 쉬스 플로우는 동일한 압력으로 포커싱 챔버로 유입되는 것이 바람직하다. 그 이유는, 양측에서 제공되는 쉬스 플로우의 압력이 동일해야만, 샘플이 양측으로부터 균일한 압력을 받아, 샘플의 흐름 방향을 따라 샘플이 길이 방향으로 배치되기 때문이다. 이와 같이 되면, 샘플의 흐름 방향에 대해 직교하는 방향으로 조사되는 빛이 샘플과 직교를 이루게 되어, 빛이 샘플에 항상 도달될 수가 있게 된다.
샘플을 미세 채널을 통해 쉬스 플로우와 함께 흐르게 하면서 세포를 분석하는 방법은 다음과 같다. 우선, 포커싱 챔버에 각기 연결된 샘플 채널과 포커싱 채널 및 분류 채널에 압력 구배를 형성한다. 각 채널에 형성된 압력 구배를 이용해서, 샘플 채널와 포커싱 채널을 통해 샘플과 쉬스 플로우를 포커싱 챔버로 흐르게 한다. 이때, 포커싱 채널을 2개로 구성하고, 각 포커싱 채널로부터 동일한 압력을 갖는 쉬스 플로우를 흐르게 한다.
포커싱 챔버내에서, 샘플은 쉬스 플로우로 둘러싸이면서 하나씩 일렬로 흐르게 되고, 이 흐름을 촬영하여 분석한다. 분석된 샘플은 압력 구배에 의해 특정 성분으로 분류되어 각 분류 채널에 수집된다.
상기된 본 발명의 구성에 의하면, 샘플과 쉬스 플로우가 전기장이 아닌 압력 구배에 의해 흐르게 되므로, 쉬스 플로우로 사용되는 버퍼 용액이 반드시 전도성일 필요가 없어지게 되고, 또한 압력 구배를 크게 하기는 매우 용이하므로 쉬스 플로우의 흐름 속도를 원하는 만큼 매우 빠르게 하는 것이 가능해진다. 아울러, 강한 전기장으로 인한 세포 분리 현상도 근원적으로 방지된다. 특히, 동일한 압력의 쉬스 플로우에 의해, 샘플이 길이 방향이 샘플의 흐름 방향과 일치된 상태로 흐르게 되므로, 어떠한 형상을 갖는 샘플이라도 명확하게 인식할 수가 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세 입자 분석 장치 및 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예에 의하여 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명에 따른 미세 입자 분석 장치의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 주요부인 압력 제어 수단을 상세히 나타낸 확대도이며, 도 4는 본 발명의 주요부인 영상 획득 수단의 구성도이며, 도 5는 샘플과 쉬스 플로우의 흐름 관계를 나타낸 도면이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 십자형의 미세 채널(210,220,230,240)이 기판(미도시)에 형성된다. 이러한 미세 채널(210,220,230,240)은 100㎛ ×50㎛ 정도로 매우 작은데, 이는 실리콘 재질의 주형을 제작한 후, 이 주형에 폴리머 용액을 부은 후 오븐에 경화시키는 플라스틱 마이크로 가공 방식을 통해서 간단하게 제작할 수 있다.
십자형의 미세 채널(210,220,230,240)은 각기 고유의 기능을 갖는다. 우선, 십자형의 교차 부위가 영상 촬영 영역인 포커싱 챔버(200)가 된다. 포커싱 챔버(200)를 중심으로 해서 위로부터 이어진 채널(210)이 샘플 채널이 된다. 샘플 채널(210)을 통해서 세포와 같은 미세 입자인 샘플(S)이 포커싱 챔버(200)로 유입된다.
포커싱 챔버(200)의 양측에 연결된 한 쌍의 채널(220,230)이 포커싱 채널로서, 이 포커싱 채널(220,230)을 통해서 쉬스 플로우(H)가 유입된다. 전술된 바와 같이, 쉬스 플로우(H)는 샘플(S)을 둘러싸서 샘플(S)이 포커싱 챔버(200)내에서 하나씩 일렬로 이동되도록 한다. 특히, 본 발명에 따르면, 이후에 상술하겠지만, 샘플(S)과 쉬스 플로우(H)가 전위차가 아닌 압력 구배에 의해 흐르게 되므로, 쉬스 플로우(H)로 사용되는 버퍼 용액이 전도성 물질로 한정되지 않는다.
한편, 포커싱 챔버(200)의 아래에 연결된 채널(240)이 분석 완료된 샘플(S)이 흐르게 되는 웨이스트 채널(240)이 된다. 웨이스트 채널(240)은 샘플 채널(210)과 일직선상에 위치하는 것이 샘플(S)과 쉬스 플로우(H)의 원활한 흐름을 위해 가장 바람직하다. 웨이스트 채널(240)은 수개, 본 실시예에서는 2개의 분류 채널(250,260)로 분기된다. 분류 채널(250,260)에 의한 샘플(S)의 분류도 본 발명의 특징인 압력 구배에 의해 이루어지는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
웨이스트 채널(240)을 제외한 나머지 각 채널(210,220,230,250,260)에는 용기(310,320,330,350,360)가 연결된다. 즉, 샘플 채널(210)에 연결된 용기(310)가 샘플 용기이고, 양측 포커싱 채널(220,230)에 연결된 용기(320,330)들이 쉬스 플로우용 버퍼 용액이 저장되는 버퍼 용액 용기이다. 또한, 각 분류 채널(250,260)에 연결된 용기(350,360)들이 샘플(S)이 종류별로 수집되는 분류 용기이다.
전술된 바와 같이, 샘플(S)과 쉬스 플로우(H)는 압력 구배에 의해 흐르게 되는데, 이를 위한 압력 제어 수단이 각 채널(210,220,230,250,260)마다 마련된다. 각 채널(210,220,230,250,260)용 압력 제어 수단의 구성은 동일하고, 도 3에 압력 제어 수단의 구성이 상세하게 도시되어 있다.
도 3에 도시된 압력 제어 수단은 우측 포커싱 채널(230)에 구비된 것으로서, 도시된 바와 같이, 진공 펌프(432)가 버퍼 용액 용기(330)에 연결된다. 진공압의 미세 제어를 위한 마이크로 밸브(433)가 진공 펌프(432)와 버퍼 용액 용기(330) 사이에 설치된다. 버퍼 용액 용기(330)내의 압력 측정을 위한 압력 센서(431)가 버퍼 용액 용기(330)의 상부에 부착된다.
압력 센서(431)의 신호에 의해 마이크로 밸브(433)의 동작을 제어하는 압력컨트롤러(430)가 버퍼 용액 용기(330)의 상부에 설치된다. 도 2와 같이, 압력 컨트롤러(410,420,430,450,460)는 각 채널(210,220,230,250,260)마다 설치되어, 각 채널(210,220,230,250,260)을 통해 흐르는 샘플(S)과 쉬스 플로우(H)의 유량을 독립적으로 제어하게 된다.
특히, 압력 컨트롤러(430)를 이용해서, 양측 포커싱 채널(220,230)에 동일한 압력이 제공되도록 한다. 양측 포커싱 채널(220,230)에 동일한 압력이 제공되면, 양측으로부터 유입되는 쉬스 플로우(H)는 동일한 압력 상태로 포커싱 챔버(200)로 유입된다. 따라서, 중앙을 따라 흐르는 샘플(S)이 양측의 쉬스 플로우(H)로부터 동일한 압력을 양측으로부터 받게 되므로, 샘플(S)의 길이 방향이 샘플(S)의 흐름 방향과 일치하게 된다. 즉, 경사지게 흐르던 샘플(S)도 양측의 쉬스 플로우(H)에 의해 흐름 방향을 따라 자연적으로 배열된다.
한편, 샘플(S)이 분석되는 위치는 포커싱 챔버(200) 내부이다. 쉬스 플로우(H)에 의해 둘러싸인 상태로 하나씩 일렬로 포커싱 챔버(200) 내부를 흐르는 샘플(S)을 영상 획득 수단(500)이 촬영하게 된다.
영상 획득 수단(500)은 도 4에 도시된 바와 같이, 광원(510)과, 광원(510)으로부터 조사되어 샘플(S)에서 산란된 빛을 감지하는 전면각 광산란 센서(520) 및 측면각 광산란 센서(530), 및 각 센서(520,530)에서 감지된 신호를 탐지하는 포토다이오드(미도시)로 이루어진다. 광원(510)으로는 고가의 일반적인 레이저 대신에 레이저 다이오드를 사용하는 것이 바람직하다.
다시, 도 2에서, 이러한 구성의 영상 획득 수단(500)에서 촬영된 영상이 영상 컨트롤러(600)로 전송되어, 영상 컨트롤러(600)가 포커싱 챔버(200)내를 흐르는 샘플(S)을 카운터함과 동시에 샘플(S)의 종류를 판별하게 된다. 영상 컨트롤러(600)에서 샘플(S)의 종류, 예를 들면 혈액에서 적혈구와 백혈구로 판별되면, 이 판별 신호는 즉시 각 분류용 압력 컨트롤러(450,460)로 전송된다. 각 압력 컨트롤러(450,460)는 판별 신호에 따라 각 분류 용기(350,360)의 진공압을 조정시키므로써, 적혈구와 백혈구가 각 분류 채널(250,260)별로 분류된다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 실시예에 따른 유세포 분석 장치로 샘플을 분석하는 방법을 상세히 설명한다. 우선, 본 분석 방법에서 샘플로는 혈액을 사용하고, 혈액을 적혈구와 백혈구 2종류 만으로 분류하는 것을 전제로 한다.
먼저, 혈액에 염색제를 첨가하는데, 적혈구만을 염색시키는 염색제를 첨가한다. 이러한 혈액을 샘플 용기(310)에 넣고, 버퍼 용액을 각 버퍼 용액 용기(320,330)에 넣는다. 그런 다음, 샘플과 쉬스 플로우용 압력 컨트롤러(410,420,430)를 이용해서 샘플 용기(310)와 버퍼 용액 용기(320,330)에 진공압을 부여한다. 특히, 버퍼 용액 용기(320,330)에는 동일한 진공압을 부여한다. 또한, 각 분류용 압력 컨트롤러(450,460)를 이용해서 각 분류 용기(350,360)에도 진공압을 부여한다. 이때, 각 분류 용기(350,360)의 진공압이 샘플 용기(310)와 버퍼 용액 용기(320,330)보다 높도록 하여, 샘플 용기(310)와 버퍼 용액 용기(320,330)측 압력이 분류 용기(350,360)측 압력보다 높게 설정한다. 이러한 압력 구배는 각 압력 컨트롤러(410,420,430,450,460)이 마이크로 밸브의 개도각을 제어하는 것에 의해 이루어진다.
상기와 같은 압력 구배가 형성되면, 혈액과 쉬스 플로우가 포커싱 챔버(200)로 흐르게 된다. 샘플 채널(210)이 중앙에 배치되고, 한 쌍의 포커싱 채널(220,230)이 양측에 배치되어 있으므로, 도 5에 도시된 바와 같이 포커싱 챔버(200) 내부에서 혈액(S)은 쉬스 플로우(H)로 둘러싸이면서 하나씩 일렬로 흐르게 된다. 특히, 혈액(S)은 동일한 압력을 양측으로부터 받게 되므로, 혈액(S)의 길이 방향이 혈액(S)의 흐름 방향을 따라 정렬된다. 즉, 광원(510)에서 조사된 레이저는 혈액(S)의 흐름 방향과 직교하므로, 혈액(S) 자체의 형상이나 혈액(S)의 흐름 상태에 따라 레이저가 혈액(S)에 조사되지 않는 경우는 없어지게 된다.
이러한 혈액(S)과 쉬스 플로우(H)의 흐름이 영상 획득 수단(500)에 의해 촬영된다. 보다 구체적으로 설명하면, 광원(510)에서 조사된 레이저가 혈액(S)에 충돌하면서 산란되고, 이러한 산란된 레이저가 각 광산란 센서(520,530)에서 감지하게 되며, 이 감지 신호가 포토다이오드로 탐지된다. 포토다이오드에서 탐지된 영상 신호는 영상 컨트롤러(600)로 전송되어, 영상 컨트롤러(600)에서 수신된 영상을 분석하게 된다. 즉, 포커싱 챔버(200)를 통해서 흐르는 혈액의 수, 즉 적혈구 및 백혈구의 수가 카운트되고, 또한 질병 여부에 대한 분석도 행해진다. 특히, 영상 컨트롤러(600)는 염색된 적혈구와 비염색된 백혈구를 구분하게 되고, 이 구분하는 신호를 분류용 압력 컨트롤러(450,460)로 전송한다.
분석이 완료된 혈액은 웨이스트 채널(240)로 배출된다. 이때, 예를 들어서, 좌측 분류 용기(350)가 적혈구 용기이고 우측 분류 용기(360)가 백혈구 용기이며, 현재 웨이스트 채널(240)을 통해 흐르는 혈액 종류가 적혈구라면, 영상컨트롤러(600)로부터 전송된 신호에 의해, 각 분류용 압력 컨트롤러(450,460)에 의해 좌측 분류 용기(350)가 우측 분류 용기(360)보다 저압이 되도록 설정된다. 따라서, 현재 흐르던 적혈구는 좌측 분류 채널(250)을 통해서 좌측 분류 용기(350)에 수집된다. 현재 흐르는 혈액이 백혈구라면, 상기된 흐름과는 반대가 될 것이다. 그러므로, 각 분류 용기(350,360)의 압력은 영상 컨트롤러(600)로부터의 분류 신호에 따라 계속적으로 변하게 된다.
한편, 본 실시예에서는 웨이스트 채널(240)에 한 쌍의 분류 채널(250,260)이 연결된 것으로 예시하였으나, 본 발명에 따른 미세 입자 분석 장치에 분류 채널이 반드시 요구되는 것은 아니다. 즉, 미세 입자의 분석은 미세 입자를 하나씩 일렬로 흐르게 한 상태에서 미세 입자를 촬영하고 이를 분석하는 것에 의해 사실상 완료되고 분류 기능은 부가적인 것이므로, 분류 채널을 삭제하고 웨이스트 채널(240)에 전술된 압력 제어 수단이 직접 연결될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 미세 입자 분석 장치로 성병 진단을 간단하게 수행할 수 있고, 특히 태아 진단을 위해 산모의 유핵 적혈구를 분리하는 용도로도 사용될 수가 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 샘플과 쉬스 플로우를 종래와 같이 전위차가 아닌 압력 구배에 의해 흐르게 하므로써, 우선 분석 장치의 가격을 대폭 낮출 수가 있게 된다.
또한, 쉬스 플로우로 사용되는 버퍼 용액이 반드시 전도성일 필요가 없어지게 되므로, 버퍼 용액의 사용 범위도 거의 무제한이 된다.
특히, 종래와 같이 강한 전기장에 의해 세포와 같은 미세 입자가 분리되는 현상이 본 발명에 의해서는 근원적으로 방지되므로, 분석 결과에 대한 신뢰도가 대폭 향상된다.
아울러, 샘플이 양측의 쉬스 플로우로부터 동일한 압력을 받아서 레이저의 조사 방향과 직교하는 방향으로 배열되므로, 샘플을 인식하지 못하는 경우가 확실하게 방지된다.
상기된 효과 외에도, 본 발명의 가장 큰 장점은, 압력 구배의 차이 설정이 매우 용이하기 때문에 샘플과 쉬스 플로우의 유량 제어가 수월해지고, 특히 샘플과 쉬스 플로우의 이동 속도를 사용자가 원하는 정도로 빠르게 할 수 있다는 것이다. 이에 의해, 분석 시간이 종래보다 대폭 단축되는 매우 큰 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세 입자 분석 장치 및 방법에 대해서 설명 및 도시하였으나 본 발명은 전술한 실시예에 의해 한정되지 않고 하기의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (16)
- 기판에 형성된 미세 채널을 따라 흐르는 미세 입자인 샘플을 분석하는 장치로서,상기 기판에 형성된 포커싱 챔버;상기 포커싱 챔버에 연결된 샘플 채널;상기 포커싱 챔버에 연결되어, 상기 샘플 채널을 통해 포커싱 챔버내로 유입된 샘플 주위를 둘러싸서 상기 샘플이 하나씩 일렬로 흐르게 하는 쉬스 플로우가 유입되는 적어도 하나의 포커싱 채널;상기 포커싱 챔버에 연결된 웨이스트 채널;상기 각 채널간에 압력 구배를 형성하여, 상기 샘플과 쉬스 플로우가 포커싱 챔버를 통해 웨이스트 채널로 흐르게 하는 압력 제어 수단;상기 포커싱 챔버내에서 일렬로 흐르는 샘플을 촬영하는 영상 획득 수단; 및상기 영상 획득 수단에서 촬영된 샘플 영상을 분석하는 영상 컨트롤러를 포함하는 미세 입자 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 포커싱 채널은 포커싱 챔버를 기준으로 대칭으로 배치된 2개인 것을 특징으로 하는 미세 입자 분석 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 2개의 포커싱 채널을 통해 포커싱 챔버 내부로 유입되는 양측 쉬스 플로우가 동일 압력을 가지도록, 상기 2개의 포커싱 채널에 상기 압력 제어 수단에 의해 동일한 압력이 제공되는 것을 특징으로 하는 미세 입자 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 압력 제어 수단은상기 각 채널에 연결된 진공 펌프;상기 진공 펌프와 채널 사이에 설치된 마이크로 밸브;상기 각 채널에 부착된 압력 센서; 및상기 압력 센서의 신호에 따라 상기 마이크로 밸브를 제어하는 압력 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 입자 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 샘플 채널과 웨이스트 채널은 일직선상에 배열된 것을 특징으로 하는 미세 입자 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 영상 획득 수단은상기 샘플로 레이저를 조사하는 레이저 다이오드; 및상기 샘플에서 산란된 레이저를 감지하는 포토다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 입자 분석 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 입자 분석 장치.
- 기판에 형성된 미세 채널을 따라 흐르는 미세 입자인 샘플을 분석하는 장치로서,상기 기판에 형성된 포커싱 챔버;상기 포커싱 챔버에 연결된 샘플 채널;상기 포커싱 챔버에 연결되어, 상기 샘플 채널을 통해 포커싱 챔버내로 유입된 샘플 주위를 둘러싸서 상기 샘플이 하나씩 일렬로 흐르게 하는 쉬스 플로우가 유입되는 적어도 하나의 포커싱 채널;상기 포커싱 챔버에 연결된 웨이스트 채널;상기 웨이스트 채널에 분기 연결되어, 상기 샘플이 종류별로 분류되는 적어도 2개의 분류 채널;상기 각 채널간에 압력 구배를 형성하여, 상기 샘플과 쉬스 플로우가 포커싱 챔버를 통해 각 분류 채널로 흐르게 하는 압력 제어 수단;상기 포커싱 챔버내에서 일렬로 흐르는 샘플을 촬영하는 영상 획득 수단; 및상기 영상 획득 수단에서 촬영된 샘플 영상을 분석하고, 또한 분석된 샘플의 종류를 상기 분류 채널용 압력 제어 수단으로 전송하는 영상 컨트롤러를 포함하여,상기 분류 채널용 압력 제어 수단이 영상 컨트롤러의 샘플 분석 신호에 따라상기 각 분류 채널간의 압력 구배를 수시로 변경하는 것을 특징으로 하는 미세 입자 분석 장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 포커싱 채널은 포커싱 챔버를 기준으로 대칭으로 배치된 2개인 것을 특징으로 하는 미세 입자 분석 장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 2개의 포커싱 채널을 통해 포커싱 챔버 내부로 유입되는 양측 쉬스 플로우가 동일 압력을 가지도록, 상기 2개의 포커싱 채널에 상기 압력 제어 수단에 의해 동일한 압력이 제공되는 것을 특징으로 하는 미세 입자 분석 장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 압력 제어 수단은상기 각 채널에 연결된 진공 펌프;상기 진공 펌프와 채널 사이에 설치된 마이크로 밸브;상기 각 채널에 부착된 압력 센서; 및상기 압력 센서의 신호에 따라 상기 마이크로 밸브를 제어하는 압력 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 입자 분석 장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 샘플 채널과 웨이스트 채널은 일직선상에 배열된 것을 특징으로 하는 미세 입자 분석 장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 영상 획득 수단은상기 샘플로 레이저를 조사하는 레이저 다이오드; 및상기 샘플에서 산란된 레이저를 감지하는 포토다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 입자 분석 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 입자 분석 장치.
- 기판에 형성된 미세 채널을 따라 흐르는 미세 입자인 샘플을 분석하는 방법으로서,상기 기판에 형성된 포커싱 챔버에 각기 연결된 샘플 채널과 포커싱 채널 및 웨이스트 채널간에 압력 구배를 형성하는 단계;상기 각 채널에 형성된 압력 구배를 이용해서, 상기 샘플 채널와 포커싱 채널을 통해 샘플과 쉬스 플로우를 포커싱 챔버를 통해 웨이스트 채널로 흐르게 하는 단계; 및상기 포커싱 챔버내에서 쉬스 플로우로 둘러싸인 상태로 하나씩 일렬로 흐르는 샘플을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 입자 분석 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 압력 구배 형성 단계는상기 포커싱 챔버를 중심으로 상기 포커싱 채널을 대칭적으로 2개 배치하고, 상기 각 포커싱 채널에 동일한 압력을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 입자 분석 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 분석 단계 후,상기 웨이스트 채널을 따라 흐르는 샘플을, 상기 웨이스트 채널에 분기 연결된 적어도 2개의 분류 채널을 통해 종류별로 분류하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 입자 분석 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 분류 단계는상기 분석 단계에서 샘플의 종류를 인식하는 단계;상기 인식된 샘플의 종류에 따라 상기 각 분류 채널간의 압력 구배를 수시로 변경하여, 상기 각 분류 채널로 샘플을 종류별로 흐르게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 입자 분석 방법.
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