KR20060049246A - 유로내의 유동 조절 방법 - Google Patents

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세바스찬 봄
알란 와트선 맥네일라지
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라이프스캔 스코트랜드 리미티드
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Abstract

액체의 유동을 조절하는 방법이 제공되어 있다.
밸브, 유로, 유동조절, 액체, 모세관, 소수성, 접속부.

Description

유로내의 유동 조절 방법{Methods for modulation of flow in a flow pathway}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 개선된 모세관 밸브의 사시도.
도 2는 도 1의 절단선 2-2를 따라 예시된 개선된 모세관 밸브의 단면도.
도 3은 도 1의 절단선 3-3을 따라 예시된 개선된 모세관 밸브의 단면도.
도 4는 본 발명에 따라 개선된 모세관 밸브의 다른 실시예를 조립하는 것을 보이는 사시도.
도 5는 본 발명에 따라 개선된 모세관 밸브의 또 다른 실시예를 조립하는 것을 보이는 사시도.
도 6은 도 5의 절단선 6-6을 따라 예시된 개선된 모세관 밸브의 단면도.
도 7은 도 5의 절단선 7-7을 따라 예시된 개선된 모세관 밸브의 단면도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
10: 유동 조절 경로 20: 기판
30a: 입구 채널 30b: 출구 채널
35: 모세관 통로
36a, 36b: 계단형 접속부(stepped-down junction)
40: 기판 40a: 표면
50: 소수성 영역 55: 모세관 통로의 벽-형성 부재
밸브들은 액체 유로(liquid flow path)를 따르는 액체 유동을 제어하는 것이 바람직한 다양한 응용예에 사용된다. 예를 들어, 밸브들은 제약 응용예, 생물 공학 응용예, 생명과학 응용예, 생체 임상의학 응용예, 공공 보건 응용예, 농업 응용예에서 액체 유동을 제어하는데 사용된다.
시스템과 유동 체적에 따라, 밸브들은 매우 크거나 매우 작은 사이즈의 범위를 가질 수 있다. 예를 들어, 밸브들이 사용되는 한가지 응용예로는 마이크로유체역학(microfluidic) 분야가 있고, 이는 대체로, 소형화 시스템들에서 적은 양의 액체의 유동을 제어하는 기술들을 말한다. 예를 들어, 생물학적 액체의 샘플링 및 분석을 위한 마이크로유체역학 장치들은 장치 내의 액체 유동을 제어하기 위해 소형 밸브들을 필요로 한다. 마이크로유체역학 장치들에 사용되는 종래의 밸브들은 복잡할 수 있고, 이 복잡성은 제조 비용을 증가시키고 밸브 고장의 위험이 있을 수 있다. 또한, 유동이 밸브를 통과하기 시작하게 하는데 필요한 압력[즉, 파열압력(burst pressure)]이 비교적 낮아 이 밸브들이 많은 응용예에서 비효율적이게 한다.
마이크로유체역학 장치들을 포함한 다양한 응용예에 대해 효과적인 밸브들을 개발할 필요성이 여전히 존재한다. 특히 관심있는 것은 장치 복잡성 또는 비용을 상당히 증가시키지 않는 밸브, 예를 들어, 움직이는 부분들을 필요로 하지 않는 밸브들을 개발하는 것이다.
액체의 유동을 조절하는 방법이 제공되어 있다. 본원 방법의 실시예들은 적어도 하나의 계단형 접속부(stepped-down junction)를 구비하는 모세관 통로와 접촉한 소수성 영역(hydrophobic region)을 갖는 유동 조절 경로(flow modulation pathway)로 액체를 주입하는 것을 포함하고, 상기 액체는 상기 소수성 영역과 상기 적어도 하나의 계단형 접속부를 포함하는 상기 경로의 영역에서 정지된다.
본 발명을 설명하기에 앞서, 본 발명은 설명하는 특정한 실시예들에 제한되지 않으며 물론 다를 수 있음을 이해해야 한다. 본원에서 사용하는 용어는 오직 특정한 실시예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니며, 왜냐하면 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 제한되기 때문이다.
일정 범위의 값이 제공되는 경우, 이에 관련하여 명확히 지시되어 있지 않은 한, 그 범위의 상한값과 하한값 사이에서 하한값의 단위의 10분지 1까지의 각각의 개재값과 지정된 범위 내의 임의의 다른 지정된 값 또는 개재값도 본 발명 내에 포함되는 것으로 이해해야 한다. 보다 작은 범위 내에 독립적으로 포함될 수 있는 이러한 보다 작은 범위들의 상한값과 하한값은 지정된 범위에서 임의의 특정하게 제외된 한계에 따라, 본 발명 내에 포함될 수 있다. 지정된 범위가 한계값 중 하나 또는 모두를 포함하는 경우, 이들 포함되는 한값 중의 하나 또는 모두를 제외한 범위가 본 발명에 또한 포함된다.
달리 정의하지 않는한, 본원에 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 분야의 당업자가 통상적으로 이해하는 것과 같은 의미를 갖는다. 비록 본원에 설명한 것과 유사하거나 또는 동등한 임의의 방법들 및 재료들이 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수도 있지만, 바람직한 방법 및 재료들이 이제 설명된다. 본원에서 언급하는 모든 공보들은 이 공보들이 인용되는 것과 관련한 방법들 및/또는 재료들을 공개 및 설명하기 위해 참조하여 본원에 포함된다.
본원에서 및 청구범위에서 사용될 때 단수형태의 "하나의"("a", "an"), 및 "그"("the")는 문맥상 명확히 지시되어 있지 않은 한 복수의 지시물(referent)을 포함한다.
둘 이상의 항목(예를 들어, 부재들 또는 공정들)이 양자택일하는 "또는(or)"으로 언급되는 경우, 이는 하나가 존재하면 다른 하나 또는 다른 것들을 반드시 배제하는 경우를 제외하고는 개별적으로 제공되거나 또는 이들의 임의의 조합이 함께 제공될 수 있음을 나타낸다.
본원에 걸쳐, "상단(top)", "하단", "전방(front)", "후방", "상부(upper)", "하부"와 같은 단어 및 유사한 용어들이 비교 의미로만 사용된다.
본원에서 논의하는 공보들은 본 출원의 출원일 이전에 이들이 공개된 것만 제공된다. 본원의 어떠한 내용도 본 발명이 우선권에 의해 이러한 공보보다 앞서는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한, 제공되는 공개일자는 실제 공개 일자와 상이 할 수 있으므로 개별적으로 확인할 필요가 있을 수도 있다.
당업자가 본원을 읽으면 명백하듯이, 본원에서 설명 및 예시하는 개별적인 실시예 각각은 본 발명의 진의 또는 범위로부터 벗어나지 않고 임의의 다른 몇 개의 실시예들의 특징으로부터 쉽게 분리 또는 조합될 수 있는 별개의 구성요소 및 특징들을 가진다.
본원에서 도시하는 도면들은 반드시 실축척으로 그려지지는 않았으며, 몇몇 구성요소 및 특징은 명확성을 위해 과장되어 있다.
장치
상기에 요약한 바와 같이, 본 발명은 유로에서 액체 유동을 제어하기 위한 장치를 포함한다. 보다 상세하게는, 본 발명의 장치들의 실시예들은 유로에서의 액체 유동을 조절(예를 들어, 제어가능하게 정지 및 개시하는 것)하기 위한 개선된 모세관 밸브들을 포함한다. 본 발명의 모세관 밸브들은 모세관 크기를 갖는 유로에서 액체의 유동을 조절하는 것이 바람직한 다양하고 상이한 응용예, 장치 및 시스템들에 사용하기 적합할 수 있다.
도 1 내지 도 7에 예시된 개선된 모세관 밸브들은 장치의, 예를 들어, 미소 채널들을 포함하는 장치의 유로에서 생물학적 유체의 유동을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 장치들은 장치에 도입되는 액체의 하나 이상의 상태(aspect)를 측정 및/또는 분석 또는 다르게는 평가하기 위해 액체 처리 특징을 포함할 수 있다. 본 발명은 액체 상태를 사용하는 다양하고 상이한 화학적, 물리적 및/또는 생물학 적 분석 또는 측정 장치 및 기술에 적합하다. 예를 들어, 본 발명의 모세관 밸브들은 액체 내에 존재하거나 또는 적어도 존재한다고 추측되는 하나 이상의 관심있는 성분을 처리, 분리 및/또는 분석하기 위해 액체를 사용하는 임의의 화학적, 물리적 및/또는 생물학적 기술과 함께 사용하기 적합하거나 및/또는 사용될 수 있다.
본 발명의 모세관 밸브들은 당업자에게 명백한 바와 같이 다양한 유기적 및 비유기적 액체의 유동을 조절하는데 사용될 수 있다. 본 발명은 어떠한 특정한 액체 또는 액체의 타입에 한정되지 않는다. 액체들은 천연이거나 또는 합성일 수 있고, 사전-처리되어 있거나 또는 본 발명의 장치들과 함께 사용되기 전에 조작될 수 있다. 즉, 다양한 액체들이 본 발명에 따라 처리(예를 들어, 측정, 검출, 분리, 분석 등)될 수 있으며, 액체들에는 전혈, 간질 액체, 혈장, 완충액, 또는 완충제를 함유하는 샘플 등이 포함되지만 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 전혈, 간질 액체, 혈장, 완충액, 세포 부유액, 단백질 용액, 혈청, 소변, 눈물, 물, 완충액, 또는 완충제를 함유하는 액체 등의 샘플이 본 발명의 개선된 모세관 밸브를 사용하여 조절되는 이의 유동 및 본 발명의 장치와 접촉할 수 있다.
주어진 장치의 사이즈는 수행되는 특정한 분석 프로토콜에 따라 매우 광범위하게 변할 수 있고, 이에 따라 공지된 작은 축척의 또는 소형의 장치들을 포함할 수 있다. 본 발명의 유동 조절 밸브는 모세관 밸브이고 이에 따라 마이크로(micro) 리터 이하, 나노(nano) 리터, 심지어는 피코(pico) 리터의 액체량을 수송하는 치수를 갖는 하나 이상의 액체 유로를 포함한다. 이러한 장치들은 매우 작거나 또는 미소 유체 치수의 하나 이상의 경로 또는 채널을 포함하는 미소 유체 장치들로 특징 지어질 수 있다. "마이크로유체역학(microfluidic)"은 장치가 하나 이상의 치수, 예를 들어, 약 5 미크론 내지 약 2500 미크론의 범위의 깊이, 폭, 길이 등을 갖는 하나 이상의 액체 경로 또는 채널, 도관, 또는 저장소를 포함하는 것을 의미한다. 특정 실시예들에서, 모든 액체 경로들은 이와 같은 치수를 가질 수 있다. 본 발명의 액체 경로는 약 5 마이크로미터 내지 약 1000 마이크로미터, 예를 들어, 약 50 마이크로미터 내지 약 250 마이크로미터 범위의 깊이, 및/또는 약 10 마이크로미터 내지 약 1000 마이크로미터, 예를 들어, 약 50 마이크로미터 내지 약 250 마이크로미터 범위의 폭, 및/또는 약 50 마이크로미터 내지 약 수 센티미터 이상일 수 있는 범위의 길이를 가질 수 있다. 본 발명과 함께 사용하기에 적합할 수 있는 예시적인 미소 유체 및 다른 장치들이 예를 들어, 본원에 참고문헌으로서 그 내용이 포함되는 변호사 문서 번호 DDI-5043호, 명칭이 "작동가능한 수동형 밸브들"인 2004년 3월 31일 출원된 미국 특허출원 제 ______호, 60/558,375호, 10/143,253호 및 국제 공개공보 제 WO 02/49507호에 설명되어 있다.
본 발명의 장치들은 하기에 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 하나 이상의 기판으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 장치는 모세관 통로와 같은 하나 이상의 유로를 제공하기 위해 그 안에 하나 이상의 트렌치가 형성되는 단일 기판으로 구성될 수 있다. 많은 실시예들에서, 장치들은 서로에 대해 작동가능하게 배치된 두 개의 기판으로 구성될 수 있고, 모세관 통로들과 같은 하나 이상의 통로가 그 사이에 제공될 수 있고, 예를 들어, 하나 이상의 기판 내의 트렌치들로 형성되거나 또는 두 기판 사이에 끼워진 벽 부재들로 형성된다.
적어도 본 발명의 밸브에 관한 한, 본 발명의 장치들에 대한 기초를 제공하는 하나 이상의 기판들은 편평한 기판들일 수 있지만 특정 실시예들에서는 편평하지 않을 수 있다. 특정 실시예들에서, 하나 이상의 기판들은 융기부(ridge), 돌기(ledge), 범프(bump) 등과 같은 표면 변경사항, 구조물들을 포함할 수 있고, 이는 유로의 일부 또는 전부를 제공할 수 있고 및/또는 유동을 도울 수 있다. 특정 실시예들에서, 기판은 기판의 두께를 가로지르는 하나 이상의 포트(port) 또는 보어(bore)를 포함할 수 있고, 이들은 액체 입구 채널, 모세관 통로 등과 같은 경로에 대해 정렬되거나 또는 보다 상세하게는 서로 통하게 배치될 수 있다. 포트들은 각각의 유로에 대해 액체가 유입하기 위한 접근 지점(access point)들을 제공하도록 구성될 수 있다. 제공되었다면, 포트들은 장치의 외부 환경으로부터 장치의 내부에 유입되는 액체들의 오염을 최소화하기 위해 다시 밀봉가능한 포트, 예를 들어 자체-밀봉(self-sealing)하는 포트일 수 있다.
주어진 기판의 재료는 장치가 예를 들어, pH, 온도, 반응물(존재한다면)과 같은 그 조건들에 적합하게 되는 특정한 화학적 또는 생화학적 공정에 적합하도록 선택될 수 있다. 하나 이상의 기판의 구성에 사용될 수 있는 관심있는 재료들에는 글래스, 세라믹, 석영, 실리콘 또는 폴리실리콘 등과 같은 실리카계 기판들; 알루미늄, 스테인리스 강 등과 같은 금속; 열가소성 플라스틱 등, 예를 들어, ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체), 폴리설폰, 폴리스티렌, 폴리메틸펜텐, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐리덴 플루오르화물, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리카보네이트, 폴리테트라플루오르에틸렌(TEFLON®), 폴리우레탄, 폴리플루오르카본, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리아미드, 아크릴, 폴리에테르, 폴리올레핀 등과 이의 혼합물과 같은 중합체 재료가 포함되지만 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 기판들은 합성물(composite), 박판(laminate) 등일 수 있다. "합성물"은 상이한 재료로 구성된 조성이다. 합성물은 예를 들어, A-B-A 블록 합성물, A-B-C 블록 합성물 등과 같은 블록 합성물일 수 있다. 다르게는, 합성물은 혼성일 수 있고, 즉 재료들이 상이하거나 또는 별개의 상(phase)들을 갖거나, 또는 상이한 재료들의 균질하게 화합물일 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "합성물"은 "박판" 합성물을 포함하여 사용된다. "박판"은 같거나 또는 상이한 재료들의 몇 개의 상이한 결합된 층들로 형성된 합성물 재료를 말한다.
본 발명의 장치, 특히 장치의 유동 제어 영역은 사출성형, 압출 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적절한 방법을 사용하여 제조되거나 또는 주조 플라스틱 필름(cast plastic film) 등으로부터 형성될 수 있다. 두 개의 접촉된 기판들을 사용하는 실시예들에서, 기판들 중 하나 또는 모두가 적절한 열가소성 중합체 등으로부터 사출성형되거나, 및/또는 기판들 중 하나 또는 모두가 압출 또는 주조 플라스틱 필름일 수 있다.
상술한 바와 같이, 특정 실시예들에서, 유로, 예를 들어, 하나 이상의 밸브를 갖는 모세관 통로가 하나 이상의 기판의 표면에 트렌치를 형성하여 제공될 수 있다. 사진 석판술(photolithography), 딥 리액티브 이온 에칭("DRIE"), 마이크로 복제(microreplication), 전기 주조(electroforming), 열성형(thermoforming), 레이저 삭마, 공기 연마(air abrasion), 습식 화학 에칭, 엠보싱, 주조, 각인(imprinting), 사출성형 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 이 작업에 적합한 임의의 기술이 사용될 수 있다. 특정 실시예들에서, 하나 이상의 밸브를 갖는 모세관 통로가 다이 컷(die cut) 접착 필름에 의해 제공될 수 있다. 특정 실시예들에서, 유로, 예를 들어, 하나 이상의 밸브를 갖는 모세관 통로가 하나 이상의 에칭된 유로를 갖는 실리콘 등일 수 있는 하나의 기판과, 에칭된 경로들을 포함하거나 또는 포함하지 않을 수 있는 글래스 등일 수 있는 다른 기판을 포함할 수 있다.
도면을 참조하면, 도 1은 본 발명에 다른 유동 조절 경로(10; 개선된 모세관 밸브 또는 유동 제어 영역으로도 부름)를 포함하는 장치(100)의 사시도이다. 모세관 밸브(10)는 모세관 통로(35)를 갖는 기판(20)을 포함한다. 통로(35)는 계단형 접속부(36a, 36b)에서 입구 채널(30a) 및 출구 채널(30b)에 유체가 흐르게 각각 연결되어 있다. 기판(40)은 기판(20)과 별개로 도시되어 있지만, 사용시에 기판(40)은 화살표(A)로 도시한 바와 같이 기판(20)의 표면과 접촉하는 방식으로 기판(20) 위에 놓인다. 이런 식으로, 기판(40)은 기판(20)과 안정적으로 연계되거나 또는 기판(20)에 대해 고정된 덮는 위치에 유지된다.
기판(40)은 임의의 적절한 방식을 사용하여 기판(20)에 대해 작동가능하게 접촉하도록 배치된 상태를 유지할 수 있고, 예를 들어, 접합용 중합체 분야에서 공지된 접착제, 세라믹, 글래스, 금속, 합성물, 박편 등과 같은 하나 이상의 접착제, 예를 들어, 압력 감지 접착제 등이 사용될 수 있고; 초음파 용접 등과 같은 용접; 기계적 클램프 또는 클리, 인장 스프링, 위치결정용 핀 또는 관련한 클램핑 장치 등이 사용될 수도 있다. 편리함을 위해, 기판(20)은 주로 "하단" 기판으로 설명되고, 기판(40)과 같은 이와 관련한 기판은 주로 "커버" 또는 "상단" 기판으로 설명된다. 본원에서, 반대 의도가 나타나지 않는 한, "커버", "상단", "하단", "전방", "후방"과 같은 용어, 및 유사한 용어들은 상대적인 의미로만 사용된다.
도시된 바와 같이, 커버(40)는 기판(20)과 마주하는 측면 상에서 선택적인 소수성 영역(50)을 포함한다. 본 발명은 소수성 영역을 갖는 밸브들을 주로 설명하며, 이러한 것은 예시만을 위한 것이고 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 소수성 영역을 갖지 않는 밸브들이 본 발명에 의해 고려될 수 있음이 명백하다. 기판(20)과 마주하는 커버(40)의 측면은 커버(40)의 표면(40a)[표면(40b)은 그 반대쪽임]으로 도시되어 있다. 표면(40a)이 기판(20)의 표면(20a)[표면(20b)의 그 반대쪽임]과 접촉할 때, 소수성 영역(50)은 입구 채널(30a), 출구 채널(30b), 모세관 통로(35) 중 적어도 일부를 형성한다. 이 특정 실시예에서, 소수성 영역(50)은 통로(35)의 상부 부분 전체 둘레에 배치되고 통로(35)를 지나 입구(30a)와 출구(30b)로 연장한다.
특정 실시예들에서, 커버(40)는 얇은 필름(예를 들어, 특정 실시예들에서 약 수십 마이크로미터 크기의 두께를 가짐)일 수 있고, 이 필름은 기판(20) 상단에 예를 들어, 열을 사용하여 적층될 수 있다. 사용될 수 있는 다른 기술은 본원에서 설명되고 본원에서 언급하는 바와 같이 접착제 결합, 초음파 용접, (모세관) 접착(gluing), 가압 등을 포함한다.
사용시에, 액체가 유입되고, 입구 채널(30a)과 모세관 통로(35)를 통해 흐를 수 있다. 액체 유동은 계단형 접속부(36b)에서 모세관 통로(35)와 출구 채널(30b)의 경계면에서 효과적으로 정지한다.
입구 채널(30a)로부터 모세관 통로(35)로의 액체 진입에 관해, 유동은 계단형 접속부(36b)에서 감속되거나 또는 정지될 수 있다. 접속부(36b)에서, 유동은 통로(35)에 의해 제공되는 연속면으로 인해 계속될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 소수성 표면이 유로의 상단에 제공될 수 있고 친수성 표면이 유로의 하단에 제공되어 액체 유동의 적어도 일부가 연속될 수 있다. 그러나, 접속부(36b)에서, 친수성 표면은 모세관 통로(35)에서 멈추어, 유동 통로 상단에 소수성 표면만을 제공한다. 이러한 구성은 액체 유동을 멈추는데 특히 적합하다. 따라서, 실시예들은 액체 유동을 적어도 감속시키는 것을 도울 수 있는 천이부(36a)를 포함할 수 있지만, 천이부(36a)는 특정 실시예들에서 선택적이고, 예를 들어, 도면부호 36b를 포함하는 특정 실시예들에 존재하지 않을 수 있다.
최대한의 정지 특성을 달성하기 위해, 모세관 치수들은 작아, 작은 영역의 액체의 볼록한 면(meniscus)이 효과적으로 형성되게 한다. 많은 실시예들에서, 이는 채널(도 1 내지 도 3, 및 도 5 내지 도 7)의 높이를 수십 마이크로미터 크기의 값으로 축소하여 실현될 수 있다. 비록 폭은 보다 클 수 있지만(예를 들어, 수백 마이크로미터), 감소된 채널 높이가 파열 압력을 정하므로 결과로 얻는 파열 압력은 높게 유지된다. 액체가 밸브 위로 자유롭게 유동한 후에 밸브 섹션을 지나가기 시작하게 하기 위해, 시스템의 유동 저항이 적절히 제한된다. 이는 연결 채널들을 비교적 크게(작은 저항) 하면서, 밸브 자체는 단면적을 감소하도록(높은 저항) 함으로써 달성될 수 있다.
계단형 접속부는 급격하거나 또는 점진적일 수 있지만, 어떤 경우에도 입구 채널 및/또는 출구 채널과 모세관 통로의 선단 에지(leading edge) 사이에 일정 깊이의 천이부를 제공하도록 구성된다. 천이부는 입구 채널(30a)과 출구 채널(30b)을 마주하는 접속부의 측면들에서의 깊이와 상이한 접속부의 무세관 통로를 마주하는 측면에서 유로 깊이를 갖는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 통로(35)로부터 출구 채널(30b)로의 액체의 연속적인 유동이 모세관 통로(35), 출구 채널(30b), 소수성 영역(50)과 대기 사이에 형성되는 액체 계면으로 인해 방지된다. 액체 계면에서, 본 발명의 밸브의 신규한 구성으로 인해, 액체의 볼록한 면의 배압을 초과하는 압력(즉, 파열 압력)이 액체에 생성될 때까지 유동에 저항하는 볼록한 면이 형성된다. 소수성 영역(50)을 포함하지 않는 밸브들에서, 액체가 모세관 통로(35)와 출구 채널(30b)의 계면을 넘어 흘러, 볼록한 면이 유동을 정지시키는 능력을 감소시키는 경향이 있다. 소수성 영역(50)을 사용하면 볼록한 면의 배압을 극복하기에 충분한 힘이 가해질 때까지 모세관 통로(35)와 출구 채널(30b)의 계면 너머로의 유동을 막는 기능을 한다. 유동의 정지 및 개시는 밸브 등을 작동시키기에 적절한 구성요소들의 도움으로 수동으로 또는 자동적으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 분석대상물 농도 측정 등에 대한 시간 스케쥴(timing scheme)에 따라 적절한 시간에 경로 내에서 액체의 유동을 개시 또는 정지하는데 필요한 모든 단계를 수행하도록 프로세서가 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 밸브가 분석대상물 측정 시험에 사용되는, 예를 들어, 분석대상물 농도 측정을 위한 반응 챔버 또는 센서 영역을 갖는 마이크로유체역학 장치에 포함되는 특정 실시예들에서, 분석 대상물 측정들은 유동을 감지할 수 있다. 예를 들어, 전기화학적 포도당 측정의 경우에, 유동을 감지하여 측정할 수 있다. 대부분의 전기화학적 포도당 센서들에서, 포도당은 한계 반응물(limiting reagent) 종류이다. 포도당 측정이 흐르는 샘플에 시도되는 경우에, 포도당은 과도하게 제공되고, 한계 반응물 종류가 아니다. 이는 액체 내의 포도당 농도와 전류를 상관시킬 때 문제가 생길 수 있다. 따라서, 샘플이 유동을 멈췄을 때 측정이 이루어지는 것이 바람직할 수 있고 따라서 본 발명의 밸브가 사용될 수 있다. 샘플의 유동은 수작업으로 또는 자동적으로 본 발명의 밸브를 작동하고 작동하지 않음에 의해(예를 들어, 액체에 압력을 가하여) 예를 들어, 반복적으로 개시 및 정지될 수 있다.
도 1 내지 도 7에 예시된 소수성 영역(50)은 서로 접촉한 두 편평한 부분에 의해 제공되는 유로 내의 액체 유동을 조절 또는 제어하고자 할 때 특히 유용하다. 그 사이에 유로를 갖는 함께 접촉하는 두 편평한 부분을 사용하는 실시예들에서, 부분들 사이의 기하학적 특징부를 정렬하는 것이 특히 어렵다. 오정렬하게 되면 의도하지 않은 작은 채널이 형성되어 모세관 작용에 의해 볼록한 면 너머로의 바람직하지 않은 유동이 이루어질 수 있다. 따라서, 두 편평한 부분들 사이의 모세관 통로(35)의 적어도 일부분 둘레에 제공되는 소수성 영역은 의도하지 않은 액체 유동을 막을 수 있다.
상술한 바와 같이, 밸브를 갖는 유로의 치수는 다를 수 있다. 모세관 통로, 소수성 영역과 하나 이상의 계단형 접속부를 포함하는 유로는 모세관 치수를 갖는다. 예를 들어, 특정 실시예들에서 모세관 통로(35)의 폭은 약 5 미크론 내지 약 1000 미크론, 예를 들어, 약 50 미크론 내지 약 500 미크론, 예를 들어, 약 100 미크론 내지 약 300 미크론의 범위일 수 있다. 모세관 통로(35)의 깊이는 약 5 미크론 내지 약 500 미크론, 예를 들어, 약 10 미크론 내지 약 100 미크론의 범위일 수 있다. 모세관 통로(35)의 액체 체적 용량은 통로의 길이에 따라 다를 수 있으며, 이는 임의의 적절한 길이일 수 있고 본 발명에 따라 제한되지 않는다. 특정 실시예들에서, 모세관 통로(35)의 길이는 약 10 미크론 내지 약 1000 미크론, 예를 들어, 약 100 미크론 내지 약 750 미크론, 예를 들어, 약 200 미크론 내지 약 500 미크론의 범위일 수 있다. 상기 범위 내에 드는 치수를 갖는 모세관 통로들은 약 2.5×10-7 마이크로리터 내지 약 0.5 마이크로리터, 예를 들어, 약 5×10-5 마이크로리터 내지 약 0.0375 마이크로리터 범위의 액체 체적 용량을 가질 수 있다.
본 발명의 모세관 통로는 임의의 적절한 단면 형상을 가질 수 있고, 예를 들어, 직사각형, 정사각형, 원형, 반원형 등의 단면일 수 있다. 특정 실시예들에서, 모세관 통로는 직사각형 단면일 수 있고, 이는 통로를 만들기 쉽게 할 수 있다. 예를 들어, 사출 성형의 경우에, 직사각형 단면을 갖는 모세관 통로는 주형(주형은 곧게 밀링될 수 있음)을 만들기 쉽게 하고, 성형 공정 중에 부품으로부터 주형을 떼기 쉽다.
상술한 바와 같이, 유동 조절 경로(10)의 실시예들은 하나 이상의 계단형 접 속부(36)를 포함할 수도 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 계단형 접속부(36a, 36b)는 모세관 통로(30b)와 출구 채널(30b)의 계면에서 및/또는 모세관 통로(35)와 입구 채널(30a)의 계면에 배치될 수 있다. 따라서, 실시예들은 다른 깊이들을 갖는 영역들을 포함한다. 예를 들어, 실시예들은 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이 모세관 통로(35)보다 깊을 수 있는 출구 채널(30b)과 입구 채널(30a)을 포함한다. 특정 실시예들에서, 출구 채널(30b)과 입구 채널(30a)은 모세관 통로(35)보다 적어도 약 1.5배 깊을 수 있고, 예를 들어, 모세관 통로(35)보다 적어도 약 2배 깊을 수 있고, 예를 들어, 모세관 통로(35)보다 적어도 약 10 내지 약 100배 깊을 수 있다. 입구 및 출구 채널(30a, 30b)은 같은 깊이일 필요는 없지만, 특정 실시예들에서 같은 깊이일 수 있다. 하나 이상의 접속부(36)에서의 이러한 깊이방향에서의 층 변화(step change)는 액체 유동을 정지하는 능력을 개선한다. 따라서, 소수성 영역(50)과 하나 이상의 층진 영역(36)을 모두 포함하는 유동 조절 경로에 관심이 있다. 이러한 실시예들은 일단 밸브에 의해 효과적으로 정지된 액체의 출구 채널(30a)로의 유동을 개시하기 위해 높은 파열압력을 요구하여, 액체 경로에서 액체 유동을 조절하는 효과적인 방식을 제공한다.
입구 채널과 출구 채널의 기하학적 형상은 다를 수 있고, 각각 임의의 적절한 단면 형상, 예를 들어, 직사각형, 정사각형, 반원형 단면 등을 가질 수 있다. 특정 실시예들에서, 입구 채널 및/또는 출구 채널은 직사각형 단면일 수 있고, 이는 상술한 바와 같이 만들기 쉽게 할 수 있다. 모세관 통로(35)에 대해 상술한 기하학적 형상 중 어떠한 것도 입구 채널(30a) 및/또는 출구 채널(30b)에 사용될 수 있다. 입구 채널(30a)과 출구 채널(30b)은 동일하거나 또는 상이한 단면 형상을 가질 수 있다.
특정 실시예들은 직렬의 다수의 계단형 접속부를 포함할 수 있다(예를 들어, 본원에 참고문헌으로 포함되는 미국 특허 제 6,521,182호 참조). 예를 들어, 유로는 여러 개의 모세관 통로/계단형 접속부 세그먼트를 직렬로 포함할 수 있고, 분석대상물 측정 반응 챔버들이 이러한 세그먼트들 사이에 배치될 수 있다. 유로에 따라 직렬의 여러 개의 계단형 접속부를 간격을 두면 액체 내의 일정 체적의 분석대상물이 특정한 시간동안 반응 챔버에 반복적으로 제공되게 할 수 있다. 이러한 실시예들은 액체 유동의 지연 중에 액체 내에 존재하는 대다수의 분석대상물(포도당 등)이 소모되게 구성될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 전기화학적 반응 셀을 사용하는 실시예에서, 정적 기간 중에 측정된 전류를 적분하는 것은 분삭대상물 내의 포도당 농도에 비례하는 값을 제공한다.
조립되었을 때, 소수성 영역(50)은 모세관 통로(35)의 적어도 일부분을 덮고, 특정 실시예들에서 소수성 영역(50)은 모세관 통로(35)의 적어도 전체 영역을 덮거나 또는 모세관 통로(35)의 적어도 전체 상단 또는 상부 부분을 덮는다. 특정 실시예들에서, 소수성 영역(50)은 모세관 통로(35)의 면적보다 약간 커서 소수성 영역(50)이 모세관 통로(35)의 전체 상단 부분만이 아니라 입구 채널(30a)의 적어도 일부분 및/또는 출구 채널(30b)의 적어도 일부분을 덮을 수 있다. 특정 실시예들에서, 소수성 영역(50)은 소수성 영역(50)의 폭(W50)이 모세관 통로(35)의 폭(W35)보다 커서 모세관 형성 표면(20a)이 표면(40)의 모세관 형성 표면(40a)과 작 동가능하게 접촉할 때 소수성 영역(50)이 모세관 통로(35)의 전체 폭 치수 상에만 덮히는 것이 아니라 모세관 통로에 인접한 표면(20a)의 적어도 일부분을 덮도록 큰 사이즈일 수 있다. 상술한 바와 같이, 이는 기판의 오정렬로 인해 일어날 수 있는 의도하지 않은 액체 유동을 방지할 수 있다.
소수성 영역(50)은 임의의 적절한 방법을 사용하여 형성될 수 있고, 영역(50)은 표면(40a) 상에 예를 들어, 인쇄, 페인팅, 분무 등에 의해 직접 그 위에 직접 제공되거나, 또는 예를 들어, 접착제 등을 사용하여 표면(40a)에 다음에 부착될 수 있는 개별적인 부재로서 제공될 수 있다. 특정 실시예에서, 소수성 영역(50)은 상업적으로 입수가능한 소수성 잉크, 예를 들어, 잉크 플루오르펠(FluoroPel) PFC MH(예를 들어, 미국 매릴랜드주 벨츠빌 소재의 사이토닉스 인코포레이티드로부터 구입가능함)를 사용하여 형성될 수 있다. 기판 표면 상의 소수성 영역(50)을 인쇄하는데 사용될 수 있는 다양한 인쇄 기술에는 스크린 인쇄, 그라비어(gravure), 슬롯 코팅, 플렉소 인쇄, 오프셋 인쇄 및 분무 코팅을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 폴리에스테르 상에 스크린 인쇄될 때, 플루오르펠 PFC MH는 물과 약 150°의 접촉 각도를 갖는 소수성 영역을 형성한다. 표면의 습윤성(wettability) 특징을 갖는 경우, 물과의 그 접촉각도가 종종 측정된다. 이를 위해, 한 방울의 물이 표면 위에 놓이고, 표면과 액체 방울에 접선으로 그려진 선 간의 각도가 측정된다. 기준점으로서, 완전히 소수성인 재료는 물과 180°의 접촉 각도를 갖는다. 부가적으로, 사이토닉스사는 플렉소 인쇄, 오프셋 인쇄 및 분무 코팅과 같은 다른 타입의 인쇄에 사용하기에 최적화된 소수성 잉크 공식을 제공한다. 현미경 슬라이드를 인쇄하 는데 사용되는 것과 같은 소수성 잉크들은 본 발명의 소수성 패치(patch)를 인쇄하는데 사용하기 적합할 수도 있다. 상업적으로 입수가능한 스크린 인쇄용 잉크는 소수성 패치를 인쇄하는데 사용하도록 수정될 수 있다. 예를 들어, 미국 델러웨어 주 소재의 듀퐁 코포레이션으로부터 입수가능한 조닐(Zonyl) 플루오르첨가제가 종래의 스크린 인쇄 잉크에 대한 첨가제로서 사용될 수 있다.
소수성 영역(50)에 부가하여, 커버(40)의 기판(20, 40a)의 표면(20a)의 일부 또는 모두가 고유하게 친수성 또는 소수성일 수 있고, 또는 이와 같이 될 수 있고 및/또는 하나 이상의 다른 표면 처리를 포함할 수 있다. 용어 "표면 처리"는 기판의 표면을 예를 들어, 액체와 접촉하는 영역으로 준비 또는 수정함을 의미하는 것으로 널리 사용되며, 표면 흡수, 표면 흡착, 흡수; 표면 코팅, 연마, 에칭 등의 방법을 포함하지만 이제 제한되지 않는다.
표면(20a 및/또는 40a)이 친수성인 실시예에서, 표면 상에서 물과의 접촉 각도는, 예를 들어, 표면이 플라스틱과 같은 중합체로 구성되면, 80°이하일 수 있다. 이들의 자연적인 상태에서(수정하기 전), 표면, 예를 들어, 플라스틱이 약 80°의 접촉 각도를 가질 수 있다. 접촉 각도는 플라즈마 에칭, 코로나 에칭 등에 의한 임의의 적절한 방법을 사용하여 또는 계면 활성제 또는 다른 친수성 화합물 등으로 코팅하여, 약 80°미만으로, 예를 들어, 40°미만으로 감소될 수 있다. 표면(20a 및/또는 40a)이 소수성인 실시예에서, 표면(20a 및/또는 40a)은 약 80°이상의 접촉 각도를 가질 수 있고, 소수성 재료와의 화합과 같은 임의의 적절한 방법에 의해 또는 소수성 재료를 코팅, 분무, 침지(dipping)하여 소수성이 될 수 있다. 표 면들 중 하나 이상이 친수성인 실시예에서, 채널 내에서의 유동에 대한 구동력은 부분적으로 모세관 작용력으로 인한 것일 수 있다. 표면들 중 하나 이상이 소수성인 실시예에서, 다른 구동력이 사용되어 액체가 채널 및 통로들에서 흐르게 할 수 있다. 다른 구동력에는 모세관 작용력, 중력, 원심력, 가압 가스, 펌프, 액체원에서 액체에 가하는 힘이 포함되지만 이에 제한되지 않고, 예를 들어, 상술한 바와 같이 샘플이 간질 액체일 때 피부 조직에서의 압력에 의해 엑체에 힘이 가해질 수 있다.
도 2는 도 1에서 절단선 2-2를 따라 예시된 모세관 밸브(10)의 단면도이고, 도 3은 도 1에서 절단선 3-3을 따라 예시된 모세관 밸브의 단면도이다. 볼 수 있는 바와 같이, 소수성 영역(50)은 모세관 통로(35)의 상부 부분을 형성하여 모세관 통로(35)와 출구 채널(30b) 사이의 계면 너머로 흐르는 것을 막는데 도움을 준다. 개선된 모세관 밸브(10)를 쉽게 조립하도록, 소수성 영역(50)은 상술한 바와 같이, 입구 채널(30a)과 출구 채널(30b)에 겹칠 수 있고, 이렇게 겹치면 기판(20)과 커버(40)의 조립 중에 정밀하게 정합시키지 않아도 된다. 도 3에 예시한 바와 같이, 특히 이 실시예에서 모세관 통로(35)의 깊이는 입구 채널(30a)의 깊이보다 훨씬 작다.
도 4는 모세관 통로(35)가 한 쌍의 날카로운 에지(80)를 구비하는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예의 사시도이다. 기판(20)이 커버(40)에 조립될 때, 소수성 영역(50)은 모세관 통로(35)의 일부분, 날카로운 에지(80), 출구 채널(30b)의 일부분을 적어도 커버한다. 날카로운 에지(80)는 모세관 밸브(10)가 유동을 정지시키는 능력을 증가시킨다. 날카로운 에지는 볼록한 면을 형성하는 것을 돕는다. 모세관 통로(35)를 지나 흐르는 액체가 날카로운 에지(80)에 도달할 때, 액체는 날카롭지 않은 에지들을 갖는 실시예들에 비해 에지(80)들을 넘어 흐르는데 보다 많은 양의 에너지를 필요로 한다. 따라서, 특정 실시예들은 날카로운 에지(80) 및 소수성 영역(50) 및/또는 계단형 접속부(36a, 36b)을 포함한다. 장치는 날카로운 에지(80)와 소수성 영역(50)을 포함할 필요는 없지만 특정 실시예들에서 날카로운 에지(80) 또는 영역(50)만을 포함할 수 있음이 이해될 것이다.
날카로운 에지(80)의 각도 α는 다를 수 있고, [채널(35)의 에지로부터 측정했을 때] 약 90°미만의 각도가 많은 실시예들에 사용될 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 많은 상이한 조립 공정들을 사용하여 매우 다양한 치수를 갖는 매우 다양한 재료를 사용하여 만들어질 수 있다. 예를 들어, 사출성형은 적어도 기판(20)을 만드는데 사용될 수 있는 방법이며, 여기서 특히 날카로운 에지(80)들을 그 자체에 부여할 수 있다. 비록 도 4에 도시되지 않았지만, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 입구 채널은 날카로운 에지(80)들 반대쪽 단부에서 모세관 통로(35)에 연결될 수 있다.
사용시에, 도 4의 모세관 밸브(10)는 도 1 내지 도 3의 실시예들과 유사한 기능을 한다. 상세하게는, 액체는 채널(35)을 통해 날카로운 에지(80)들로 흐르고, 여기서 계면에 제공되는 배압이 액체의 압력을 초과하는 한 유동이 정지된다. 날카로운 에지(80) 너머로 흐르게 하기 위해, 샘플 액체의 압력은 배압보다 큰 정도까지 증가된다.
도 5는 본 발명에 다른 모세관 밸브의 실시예의 사시도이고, 기판(20), 커버(40), 입구 채널(30a), 출구 채널(30b), 소수성 영역(50), 및 한 쌍의 모세관 통로의 벽-형성 부재(wall-forming member:55)를 포함하며, 상기 벽-형성 부재(55)는 커버(40)가 기판(20) 위에 놓이게 배치될 때 모세관 통로의 벽들을 제공한다. 모세관 통로 벽-형성 부재(55)는 인쇄된 모세관 채널 벽들일 수 있다. 특정 실시예들에서, 모세관 통로의 벽-형성 부재(55)는 기판들 사이에 배치할 수 있는 자유롭게 부유하거나 또는 접착제가 발라진 분리가능한 구조물, 즉 기판 표면에 영구적으로 부착되지 않는 구조물일 수 있다. 소수성 영역(50)과 모세관 통로 벽-형성 부재(55)는 조립될 때 기판(20)의 표면(20a)과 마주하는 커버(40)의 표면(40a) 상에 배치될 수 있다. 입구 채널(30a)과 출구 채널(30b)을 연결하는 모세관 통로(35)는 모세관 통로 벽-형성 부재(55)의 두께로 인해 커버(40)가 기판(20)에 조립될 때 형성될 수 있다.
도 5의 모세관 통로(35)는 도 6 및 도 7에서 볼 수 있다. 이러한 실시예들에서, 모세관 통로(35)는 기판(20 또는 40) 내의 트렌치에 의해 기판(20)[또는 기판(40)]에 형성될 필요가 없고, 오히려 작동가능하게 배치된 모세관 통로 벽-형성 부재(55)에 의해 제공될 수 있다. 기판(20 또는 40)이 사출성형된 실시예에서, 기판(20 또는 40)에 모세관 통로(35)를 형성하는 것은 그 얕은 깊이 때문에 어려울 수 있다. 모세관 통로(35)가 모세관 통로 벽-형성 부재(55)를 사용하여 형성되는 실시예들에서, 예를 들어, 스크린 인쇄 등과 같은 인쇄 기술이 사용될 수 있다. 표면(20a) 상에 모세관 통로 벽-형성 부재(55)를 인쇄하면 예를 들어, 인쇄가 사용하지 않은 것에 비해 훨씬 얕은, 매우 얕은 깊이를 갖는 모세관 통로들이 가능하고, 기판 표면에 트렌치들을 형성하여 이루어질 수 있는 것보다 얕은 깊이를 제공할 수도 있다.
도 6은 도 5의 절단선 6-6에 따라 도시된 모세관 밸브의 단면도이다. 도면에서 볼수 있듯이, 모세관 통로(35)는 입구 채널(30a)과 출구 채널(30b)을 연결한다. 채널(35)의 깊이는 모세관 통로 벽-형성 부재(55)의 두께에 의해 정해지며, 이 깊이는 매우 얕을 수 있다. 소수성 영역(50)은 모세관 통로(35)의 상부의 적어도 일부분을 형성하고, 출구 채널(30a, 30b)의 상부의 적어도 일부분을 덮는다.
도 7은 도 5의 절단선 7-7을 따라 예시된 개선된 모세관 밸브의 단면도이다. 볼 수 있듯이, 모세관 통로 벽-형성 부재(55)는 모세관 통로(35)의 에지들을 형성하며, 소수성 영역(50)은 상부를 형성한다. 이 실시예들에서, 모세관 통로(35)의 높이는 입구 채널(30a)의 높이보다 훨씬 작다.
모세관 통로 벽-형성 부재(55)는 열에 의해 활성화되는 또는 압력 감지 접착제 등을 사용하여 형성될 수 있고, 소수성 영역(50)에 관하여 상술한 것을 포함하는 매우 다양한 방법을 사용하여 도포될 수 있다. 특정 실시예들에서, 모세관 통로 벽-형성 부재(55)는 소수성일 수 있다(예를 들어, 접착제 벽-형성 부재들).
사용시에, 도 5 내지 도 7의 개선된 모세관 밸브는 도 1 내지 도 4의 실시예들과 유사하게 기능한다. 상세하게는, 샘플이 입구 채널(30a)에 들어가고, 채널(35)을 통해 흐르고, 채널(35)과 출구 채널(30b) 사이의 계면에서 멈춘다. 유동은 모세관 통로와 출구 채널 간의 계면에 제공되는 배면이 액체의 압력을 초과하는 한 정지한다. 액체가 계면 너머로 흐르게 하기 위해, 액체 압력이 이 배압을 극복하는 레벨, 즉 배압보다 큰 레벨로 증가된다.
본 발명의 장치는 하나 이상의 선택적 구성요소, 예를 들어, 미소 유체 장치와 함께 사용하는 것으로 공지된 구성요소들을 포함할 수 있다. 이러한 선택적 구성요소들은 분석대상물 처리 프로토콜을 위해 제공될 수 있다(예를 들어, 액체 샘플의 하나 이상의 분석대상물의 양 및/또는 존재여부가 측정되는 분석대상물 검출 프로토콜). 예를 들어, 분석대상물 검출 프로토콜은 생물학적 유체 샘플 내의 포도당의 양의 측정 및/또는 검출을 포함할 수 있다.
장치는 장치에 유입되는 액체의 하나 이상의 분석대상물을 검출하기 위해 장치에 작동가능하게 커플링된 적절한 검출기를 포함할 수 있다. 이러한 검출기들은 "온-라인" 또는 "온-칩(on-chip)" 검출기이어서 검출기가 예를 들어, 기판 상에 또는 기판에 직접 배치되는, 장치의 기판과 일체일 수 있다. 특정 실시예들에서, 적절한 검출기는 장치의 기판으로부터 개별적인 구성요소이어서 "오프-라인" 또는 "오프-칩"일 수 있다(즉, 검출기가 장치와 일체가 아니지만 이로부터 분리되어 있으면서 장치에 커플링될 수 있음). 적절한 검출기로는 분광광도계, 전기화학적 검출기, 질량 분광계, UV-VIS 검출기, 굴절율 검출기들이 포함되지만 이에 제한되지 않는다. 특정 실시예들에서, 검출기는 검출기에 의해 만들어진 신호를 증폭하기 위한 증폭기와, 검출기의 결과값들을 사용자에게 표시 또는 통신하기 위한 사용자 디스플레이 또는 판독기(readout)와 작동가능하게 연계될 수 있다.
검출기는 장치의 하나 이상의 액체 경로에 걸쳐 배치된 광학 검출 창 (detection window)의 형태일 수 있다. 광학적 검출 창들은 투명하거나 또는 불투명한 윈도우일 수 있어 사용자는 예를 들어, 광학에 기반하여 분석하는 경우에 검출 창을 통해 액체 유로로부터 광학 신호를 사용자가 볼 수 있다.
당업자에게 공지된 바와 같이 액체 유입용 및/또는 액체 채집용 저장소, 펌프, 필터, 챔버, 공동부, 가열기, 확산기, 노즐, 혼합기 등 중 하나 이상과 같은, 하나 이상의 다른 구성요소는 장치와 일체이거나 또는 장치로부터 소정의 거리만큼 이격될 수 있지만, 이에 커플링된다. 예를 들어, 하나 이상의 펌프가 사용되는 경우, 공압 펌프, 주사기 펌프, 단일 피스톤 펌프, 급속 재충전 펌프, 트윈 헤드 펌프, 다이어프램 펌프, 왕복 피스톤 펌프, 정압 펌프 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 펌프(들)가 사용될 수 있다.
특정 실시예들에서, 액체 유로의 적어도 일부분은 그 안에서 액체 처리(예를 들어, 분석대상물 검출 및/또는 측정)가 수행될 수 있는 분석(analytical) 부분 또는 격실 또는 반응 챔버를 포함할 수 있다. 분석 부분 또는 격실 또는 반응 챔버는 샘플 처리가 그 안에서 실시될 수 있는 장치 영역을 의미하는 것으로 본원에서 사용된다. 반응 챔버에 의해 제공될 수 있는 기능들의 예로는 분석대상물 검출, 분석대상물 측정, 색층분석(chromatographic) 분리, 전기영동(electrophoretic) 분리, 전자 색층분석(electrochromatographic) 분리 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
반응 챔버는 유로의 임의의 적절한 위치에 배치될 수 있다, 예를 들어, 본 발명의 밸브를 갖는 모세관 통로로부터 상류측 또는 하류측에 배치될 수 있고, 또 는 예를 들어, 모세관 통로(35)와 관련하여 액체 입구 채널(30a) 및/또는 액체 출구 채널(30b)에 배치될 수 있고, 또는 상술한 바와 같이 입구 채널(30a) 및/또는 출구 채널(30b)로부터 상류측 또는 하류측에 배치될 수 있다. 특정 실시예들에서, 하나 이상의 반응 챔버가 하나 이상의 밸브를 갖는 모세관 채널(35)을 포함하는 미소 유체 장치와 같은 장치에 포함될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 밸브들은 장치의 분석대상물(예를 들어, 포도당) 반응 챔버에 간질 유체 등과 같은 샘플을 제어되게 전달하도록 제공될 수 있고, 이 반응 챔버는 입구 채널(30a) 및/또는 출구 채널(30b)과 연계되거나, 또는 주 유로에 인접하거나 직접 또는 간접적으로 떨어져 있거나 또는 주 유로를 따라 임의의 다른 적절한 위치에 있을 수 있다. 예를 들어, 반응 챔버는 유로에 직접 배치되거나, 또는 주 경로로부터 떨어진 사이드 채널에 배치될 수 있다. 반응 영역이 전기화학적 성질을 갖는 실시예들에서, 센서는 두 기판 중 하나에 배치되거나, 또는 특정 실시예들에서 전기화학적 센서가 두 기판 모두에서 평행하게 전극을 가질 수 있다.
특정 실시예들에서, 모세관 통로(35)는 입구 채널(30a)로부터의 액체를 축적하기 위해 제공될 수 있고, 본 발명에 따른 밸브(35)에 의해 정지되고 축적된 유체에 대해 채널(30a)로부터 상류측에서 또는 채널(30a)에서 액체 처리(예를 들어, 분석대상물 측정)이 수행될 수 있고, 예를 들어, 포도당와 같은 분석대상물이 모세관 통로(35)에서 정지한 액체에 대해 전기화학적으로 또는 광학적으로 측정될 수 있다. 일단 분석대상물 측정이 이루어지면, 그 다음에 밸브는 정지된 액체가 출구 채널(30b)에 위치하거나 또는 이로부터 하류측에 위치하는 다른 반응 챔버로 흐르게 할 수 있다. 이런 식으로, 액체 유동이 정지하고, 반응 챔버에서 처리되고, 다른 영역에 액체를 수송하기 위해 다시 유동이 개시되고, 다른 영역에서 액체는 정지되고 다른 반응 챔버에서 처리되고 다른 영역으로 액체를 수송하기 위해 다시 유동이 개시될 수 있다.
상술한 바와 같이, 특정 실시예들에서, 액체가 유동을 정지했을 때 액체 내의 분석대상물을 측정하는 것이 바람직할 수 있다. 반응 챔버에서의 임의의 분석대상물 측정과 같은 임의의 처리 후에, 처리된 액체의 유동이 정지된 액체에 압력을 가하여 (예를 들어, 특정 실시예들에서 펌프를 작동시켜) 개시될 수 있고, 액체는 모세관 통로(35)로부터 출구(30b)로 수송되어 반응 챔버를 지난 후에 출구 채널(30b)이 액체를 수용할 수 있다 (및/또는 반응 챔버에 액체를 보낸다). 이런 식으로, 출구 채널(30b)은 측정이 이루어졌거나 또는 측정이 바람직하지 않은 경우에 처리된 액체를 축적하기 위한 공간을 제공할 수 있다. 액체는 장치의 특정한 구성 및 원하는 응용예에 따라 출구 채널(30b)에 유지되거나 또는 채널(30b)로부터 다른 채널들 및/또는 밸브를 갖는 모세관 통로로 수송될 수 있다.
많은 실시예들에서, 샘플 처리 영역은 특정한 분석을 돕는 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 임의의 적절한 분석 구성요소(들), 반쪽(moiety) 또는 매트릭스가, 수행되는 특정한 프로토콜에 따라 사용될 수 있다. 본 발명은 생화학적 또는 혈액학적 특성을 측정하거나 또는 단백질, 호르몬, 탄수화물, 지질, 약, 독소, 가스, 전해질 등과 같은 분석대상물의 이러한 유체 내에서의 농도를 측정하는 것과 같이 생물학적 유체의 다양한 분석 시험에 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발 명은 전혈, 혈장, 혈청, 또는 사이질 유체 내에서의 포도당 농도 측정 및/또는 존재여부를 측정하기 위한 장치들과 함께 사용될 수 있다.
특정 실시예들에서, 분석 구성요소는 분석대상물 측정을 위한 시약 또는 시약 시스템, 예를 들어, 시험 구성요소 또는 시스템일 수 있다. 예를 들어, 장치의 일부분이 특정한 결합 쌍(binding pair)의 일부(member), 예를 들어, 배위자(ligand) 또는 수용체, 항원 또는 항체, 부합화 반응을 위한 핵산, 효소 또는 수용체 등을 포함할 수 있다. 이 부분은 분석대상물 검출 구성요소, 단백질 또는 핵산 소화제, 계면활성제 등과 같은 특정한 반응물 또는 시약을 포함할 수도 있다. 특정 실시예들에서, 분석대상물 검출 시험 구성요소들은 신호 생성 시스템의 부재들을 포함할 수 있다.
특정 실시예들은 측정 부재와 같은 전기화학적 셀을 포함할 수 있다. 전기화학적 셀 내의 재료 또는 산화환원 시약 시스템은 전극들 사이에 제공될 수 있고 종종 반응 셀 또는 챔버로 불린다. 암페어 측정(amperometric)(즉, 전류 측정), 쿨롱 측정(즉, 전기전하 측정), 전위 측정(즉, 전압 측정)하는 시스템을 포함하는 분석대상물 검출 및 측정 분야에 공지된 다양한 타입의 전기화학적 시스템 및 방법들이 본 발명에 사용될 수 있다. 본 발명과 함께 사용되기 적합할 수 있는, 이러한 타입들의 전기화학적 측정 시스템들의 예들이 예를 들어, 미국 특허 제 6,521,110호; 제 6,475,360호; 제 6,444,115호; 제 6,620,310호; 제 4,224,125호; 제 4,545,382호; 제 5,266,179호; 및 WO 97/18465호 및 WO 99/49307호에 상세히 설명되어 있고, 이들의 내용은 본원에 참고문헌으로서 포함된다. 반응 챔버 내에 존재하는 생물학 적 유체의 목표 분석대상물은 산화환원 시약 시스템과 화학적으로 반응하여 전극들에 의해 측정되는 전기 신호를 만들고 이 신호로부터 목표 분석대상물의 농도가 유도될 수 있다. 사용되는 특정한 산화환원 시약 재료는 측정하기 위한 분석대상물에 근거하여 선택된다. 특정 실시예들에서, 비색계(colorimetric) 또는 반사율(reflectance) 타입의 분석대상물 측정 시스템도 사용할 수 있고, 이러한 반사율 시스템들은 신호 생성 시스템을 포함할 수 있다. 본 발명과 함께 사용되기에 적합할 수 있는, 이러한 시스템들의 예들이 예를 들어, 미국 특허 제 6,743,597호; 제 6,656,697호; 제 6,541,266호; 제 6,531,322호; 제 6,335,203호; 제 6,312,288호; 제 5,563,042호; 제 5,563,031호; 제 5,789,255호; 제 5,922,530호에서 찾을 수 있고, 이들의 내용 전부는 본원에 참고문헌으로서 포함된다.
실시예들은 본 발명의 장치의 임의의 적절한 위치에서 즉, 장치의 임의의 유로에서 배치될 수 있는 산화환원 시약 시스템을 포함한다. 특정 실시예들에서, 시약의 효소 성분은 관심있는 분석대상물을 산화시키는데 협력하여 작용하는 효소(들)일 수 있다. 달리 말해, 시약 시스템의 효소 성분은 관심있는 분석대상물을 산화시키는데 협력하여 작용하는 단일 분석대상물 산화 효소 또는 둘 이상의 효소의 집합으로 이루어질 수 있다. 관심있는 효소들에는 산화효소(oxidase), 탈수소효소(dehydrogenase), 지질분해효소(lipase), 활성효소(kinase), 디아포라아제(diaphorase), 퀴노 단백질(quinoprotein) 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 반응 영역에 존재하는 특정한 효소는 전기화학적 셀이 검출하게 설계된 특정한 분석대상물에 의존하며, 대표적 효소들에는 포도당 산화효소, 포도당 탈수소효소, 콜 레스테롤 에스테르분해효소(esterase), 콜레스테롤 산화효소, 지질단백 지질분해효소, 글리세롤 활성효소, 글리세롤-3-인산염 산화효소, 젖산 산화효소, 젖산 탈수소효소, 피루브산염(pyruvate) 산화효소, 알콜 산화효소, 빌리루빈(bilirubin) 산화효소, 요산분해효소(uricase) 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 관심 분석대상물이 포도당인 특정 실시예들에서, 시약 시스템의 효소 성분은 포도당 산화 효소(예를 들어, 포도당 산화효소 또는 포도당 탈수소효소)일 수 있다.
산화환원 시약 시스템의 제 2 선택적 구성요소는 하나 이상의 매개체(mediator) 약제로 구성된 매개체이다. 다양하고 상이한 매개체 약제가 당업계에 공지되어 있고, 페리시안화물(ferricyanide), 페나진 에틸설페이트(phenazine ethylsulphate), 페나진 메틸황산염, 페닐렌디아민(phenylenediamine), 1-메톡시-페나진 메틸황산염, 2,6-디메틸-1,4-벤조뷔논(benzoquinone), 2,5-디클로로-1,4-벤조퀴논, 페로신(ferrocene) 유도체, 오스뮴 비피리딜 복합체(osmium bipyridyl complex), 루테늄(ruthenium) 복합체 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 관심 분석대상물이 포도당이고 포도당 산화효소 또는 포도당 탈수소효소가 효소 성분인 특정 실시예들에서, 페리시안화물의 매개체가 사용될 수 있다. 반응 영역에 존재할 수 있는 다른 시약에는 완충 약제[예를 들어, 시트라코네이트(citraconate), 구연산염, 인산염], "양호한(Good)" 완충제 등이 포함될 수 있다.
상술한 바와 같이, 특정 실시예들에서, 분석대상물 측정이 광도측정(photometric) 또는 비색측정 시험에 의해 이루어질 수 있고, 이와 관련하여 반응 챔버는 선택적인 비색 또는 광도 측정 반응 챔버로서의 특징을 가질 수 있다. 이와 같은 실시예들에서, 이러한 타입의 시험을 수행하기 위한 하나 이상의 시약이 본 발명의 장치의 임의의 적절한 위치 즉, 장치의 임의의 유로에 배치될 수 있다. 신호 생성 시스템이 특정 실시예들에 포함될 수 있다.
신호 생성 시스템은 관심 분석대상물의 존재시에 검출가능한 생성물을 만드는 다수의 시약 성분으로 구성될 수 있다. 신호 생성 시스템은 분석대상물 산화 신호 생성 시스템일 수 있다. 분석대상물 산화 신호 생성 시스템은 샘플 중의 분석대상물 농도를 유도할 수 있는 검출가능한 신호를 생성할 때, 분석대상물이 적절한 효소에 의해 산화되어 산화된 형태의 분석대상물과 상응하는 또는 비례하는 양의 과산화수소를 만드는 것을 의미한다. 그 다음에, 과산화수소가 사용되어 하나 이상의 지시약 화합물, 예를 들어, 다이 커플(dye couple)로부터 검출가능한 생성물을 생성하고, 신호 생성 시스템에 의해 만들어지는 검출가능한 생성물, 즉 신호의 양이 초기 샘플 내의 분석대상물의 양과 관련지어진다. 이와 같이, 특정한 분석대상물 산화 신호 생성 시스템은 과산화수소 기반의 신호 생성 시스템 또는 과산화물 생성 신호 생성 시스템의 특징을 가질 수 있다.
과산화수소 기반의 신호 생성 시스템은 분석대상물을 산화시키고 상응하는 양의 과산화수소를 생성하는 효소를 포함할 수 있고, 상응하는 양은 샘플 내에 존재하는 분석대상물의 양에 비례하여 생성된 과산화수소의 양을 의미한다. 이 제 1 효소의 특정한 성질은 시험되는 분석대상물의 성질에 반드시 의존하지만, 일반적으로 산화효소이다. 이와 같이, 효소는, (분석대상물이 포도당인 경우) 포도당 산화효소; (분석대상물이 콜레스테롤인 경우) 콜레스테롤 산화효소; (분석대상물이 알 콜인 경우) 알콜 산화효소; (분석대상물이 포름알데히드인 경우) 포름알데히드 탈수소효소; (분석대상물이 L-글루탐산인 경우) 글루탐산염 산화효소; (분석대상물이 글리세롤인 경우) 글리세롤 산화효소; (분석대상물이 갈락토오스인 경우) 갈락토오스 산화효소; (분석대상물이 당화 단백질, 예를 들어, 프락토사민(fructosamine)인 경우) 케토아민 산화효소; (분석대상물이 케톤체인 경우) 3-하이드록시부티레이트 탈수소효소; (분석대상물이 아스코르브산인 경우) L-아스코르베이트 산화효소; (분석대상물이 젖산인 경우) 젖산염 산화효소; (분석대상물이 류신인 경우) 류신 산화효소; (분석대상물이 능금산(malic acid)인 경우) 능금산염 산화효소; (분석대상물이 피루브산인 경우) 피루브산염 산화효소; (분석대상물이 요산인 경우) 요산염 산화효소 등일 수 있다. 관심있는 이들 및 다른 분석대상물과 함께 사용하기 위한 다른 산화 효소들은 당업자에게 공지되어 있고, 사용될 수도 있다.
신호 생성 시스템은 염료 기질을 과산화수소 존재하에서 검출가능한 생성물로 변환하는 것을 촉매하는 효소를 또한 포함하고, 이 반응에 의해 생성되는 검출가능한 생성물의 양은 존재하는 과산화수소의 양에 비례한다. 이 제 2 효소는 일반적으로 과산화효소(peroxidase)이고, 적절한 과산화효소에는 홍당무과산화효소(HRP), 콩 과산화효소, 과산화물의 활성도를 갖는 재조합하여 생성된 과산화효소 및 합성 유사체 등이 포함된다. 예를 들어, 치(Ci) 등의 "Analytica Chimica Acta(1990)" 233:299-302 참조
염료 기질은 과산화효소 존재하에서 과산화수소에 의해 산화되어 예정된 파장 범위에서 빛을 흡수하는 생성물, 즉 지시 염료를 생성한다. 지시 염료는 샘플 또는 시험 시약이 강하게 흡수하는 것과는 상이한 파장에서 강하게 흡수할 수 있다. 산화된 형태의 지시약은 색 변화를 입증하는 착색되거나, 희미하게 착색되거나 또는 무색의 최종 생성물일 수 있다. 즉, 시험 시약은 표백되는 착색된 영역에 의해 또는 다르게는 색이 나타나는 무색 영역에 의해 샘플 중의 분석대상물의 존재를 나타낼 수 있다. 염료 기질의 예들은 ANS와 MBTH 또는 이의 유사체; MBTH-DMAB; AAP-CTA 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 미국 특허 제 5,922,530호; 제 5,776,719호; 제 5,563,031호; 제 5,453,360호; 제 4,962,040호를 참조하며, 이들의 내용은 본원에 참고문헌으로서 포함된다.
방법
본 발명에 의해 유로 내의 액체를 조절하는 방법들이 또한 제공된다. 본 발명의 실시예들은 유로에서 액체의 유동에 대한 정확한 제어를 포함하는, 다수의 장점을 제공한다. 본 발명의 방법의 실시예들은 유로 내의 액체의 유동을 반복적으로 정지 및 개시하는 것을 포함한다. 이런 식으로, 유체 회로에서 액체의 유동이 제어될 수 있다. 본 발명의 방법의 실시예들의 특징은 유동 조절 밸브들이 어떠한 움직이는 부분도 필요로 하지 않아 장치 복잡성이 감소된다는 것이다.
본 발명의 방법은 상술한 신규한 유동 조절 경로를 사용한다. 일반적으로, 본 발명의 방법은 유동 조절 경로에 액체를 유입하는 것을 포함한다. 유동 조절 경로는 소수성 영역을 포함하는 모세관 통로를 포함할 수 있어, 액체가 통로의 계단형 접속부에서 정지한다. 실시예들은 액체가 계단형 접속부를 지나 흐르게 하기 위해 정지한 액체에 압력을 가하는 것을 포함한다. 이러한 것이 1회 이상 반복되어 유로 내에서 액체 유동을 반복적으로 정지 및 개시할 수 있다. 이는 특정 실시예들에서 직렬 구성의 모세관 정지부(stop)들을 사용하여 이루어질 수 있다. 액체는 모세관 정지부에서 정지하고, 그 다음에, 압력이 가해져 액체가 이 정지부를 지나가게 할 수 있고, 그 다음에 액체는 유동하고 유로 하류측의 연속적인 정지부에서 정지한다.
본 발명의 방법의 단계는 하나 이상의 계단 영역과 특히 이러한 장치의 유로를 포함하는 소수성 영역 구비용 모세관 통로(hydrophobic region containing-capillary passage)를 포함하는 장치와 액체를 접촉시키는 것을 포함한다. 액체는 임의의 적절한 액체일 수 있고, 본 발명의 방법은 어떠한 특정한 액체에 제한되지 않는다. 특정 실시예들에서, 액체는 생물학적 유체일 수 있다. 액체들은 샘플 액체를 포함하고, 용어 "샘플"은 관심있는 하나 이상의 분석대상물을 포함하는 것으로 적어도 추정되거나 포함하는 액체 형태의 재료 또는 재료들의 혼합물을 말하는 것으로 대략적으로 의미한다. 샘플은 임의의 적절한 샘플일 수 있고, 샘플은 장치에 유입하기 전에 사전-처리될 수 있다, 예를 들어, 증폭, 감성(denatured), 증류 등. 대표적인 샘플에는 전혈, 혈장, 사이질 유체, 세포 부유액, 단백질 용액, 혈청, 소변, 눈물 등과 같은 생물학적 유체, 및 물, 완충제 등과 같은 비-생물학적 유체가 포함되지만 이에 제한되지 않는다.
액체를 접촉시키는 것은 자동화된 유체 저장소, 펌프, 자동화된 로봇 피펫(robotic pipette) 등과 같은 반- 또는 완전히 자동화된 기술과 수작업, 예를 들어, 직접 피펫으로 측정하는 것 등을 포함하는 다수의 방식으로 달성될 수 있다. 특정 실시예들에서, 액체는 장치의 하나 이상의 포트를 통해 장치의 경로에 도입될 수 있다.
액체는 상술한 바와 같이, 모세관 통로(35)에 도달할 때까지 유로를 따라 흐른다. 모세관 통로(35)는 소수성 영역(50) 및/또는 하나 이상의 계단형 접속부(36)을 포함할 수 있다. 설명의 편의만을 위해, 본 발명의 방법은 하나의 소수성 영역과 하나 이상의 계단형 접속부를 갖는 밸브를 갖는 모세관 통로 실시예들에 관해 주로 설명하며, 이러한 설명은 본 발명을 한정하지 않는다.
유체가 입구 채널(30a)을 통해 통로(35)에 먼저 도입되는지 여부에 무관하게, 액체는 유동이 소수성 영역(50)과 접속부(36)으로 인해 정지하는 곳인 모세관 통로(35)에 도달할 때까지 장치를 통해 이동한다.
장치를 지나는 액체의 이동은 다수의 상이한 방식으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 표면(20a 및/또는 40a)의 적어도 일부분이 친수성인 실시예들에서, 경로에서의 유동에 대한 구동력은 그 일부가 모세관 작용에 인한 것이다. 표면들이 소수성인 실시예들에서, 액체를 채널들 및 통로들에 흐르게 하기 위해 다른 구동력들이 사용될 수 있다. 다른 구동력들에는 모세관 작용력, 중력, 원심력, 가압 가스에 의해 제공되는 힘, 펌프에 의해 제공되는 힘, 그 출처(source)에서 샘플에 가해지는 힘(예를 들어, 샘플이 사이질 유체인 경우와 같이 피부 조직의 압력에 의해 힘이 제공될 수 있음) 등이 포함되지만 이에 제한되지 않는다.
액체는 모세관 통로(35)의 접속부(36a)과 소수성 영역(50)에 도달할 때까지 계속 흐르고, 여기서 밸브(10)의 계단형 접속부(36) 너머로 더 흐르는 것이 방지된 다, 즉 출구(30b)에 들어가기 전에 정지한다. 액체 유동은 모세관 통로(35)와 출구 채널(30b) 사이의 계면에서 소수성 영역(50)과 계단형 접속부(36)에 의해 제공되는 배압보다 큰 레벨로 액체의 압력(파열 압력으로 부름)을 증가시켜 이 접속부를 지나 계속 흐를 수 있다.
유동을 시작하는데 필요한 압력양은 모세관 통로(35)와 출구 채널(30b)의 특정한 치수에 의존하여 다르다. 예를 들어, 약 100 마이크로미터의 폭과 약 100 마이크로미터의 높이를 갖는 모세관 통로를 갖는 실시예들에서, 소정의 체적의 액체가 모세관 통로를 지나 흐르기 시작하는데 필요한 파열 압력의 양은 약 20 kPa(20×103 파스칼, 즉 뉴튼/m2, 즉 약 20 mBar)일 수 있다. 이 파열 압력은 상술한 방법들 중 임의의 것과 같은 임의의 적절한 방법에 의해 제공될 수 있다. 많은 실시예들에서, 배압은 결과적으로 얻어지는 볼록한 면의 치수에 (즉, 이 치수에 의해 제공되는) 직접적으로 따르고, 이는 모세관 섹션의 단면적에 따른다. 상술한 바와 같이, 특정 실시예들은 날카로운 에지들을 갖는 접속부들을 포함한다(도 4 참조). 이러한 실시예들에서, 액체 유동은 상술한 것과 유사한 방식으로 조절될 수 있다. 액체는 입구 채널(30a; 존재한다면)에 가해진 다음에, 액체가 모세관 통로(35)를 지나 흐르고 모세관 통로(35)와 출구 채널(30b) 사이의 계면에서 날카로운 에지(80)들에서 정지한다. 유동을 개시하기 위해, 액체에 가해지는 압력은 계면에서의 배압보다 큰 레벨로 증가된다. 이런 식으로, 유동이 계면과 날카로운 에지(80)들 너머로 개시된다.
일반적으로 필요한 파열 압력은 모세관 섹션의 볼록한 면의 치수의 역으로 의존한다. 정사각형 단면의 경우에, 폭은 이 압력을 결정한다(예를 들어, 100 마이크로미터에 대해 20 mBar에서 50 마이크로미터의 폭에 대해서는 40 mBar로 증가함, 등). 직사각형 단면의 경우에, 가장 작은 치수가 배압을 정하는 경향이 있고 이는 특정한 형상에 관계한다, 예를 들어, 도 1 내지 도 7의 장치 참조. 일례로서, 500 마이크로미터-폭, 100 마이크로미터-높이의 모세관 섹션에 대한 파열 압력은 약 20 Bar의 크기일 수 있고, 이는 높이의 역에 비례한다.
상술한 바와 같이, 특정 실시예들은 예를 들어, 기판(40)의 표면(40a)에 존재하는, 벽-형성 부재(55)에 의해 제공되는 모세관 통로들을 포함한다(도 5 내지 도 7 참조). 이러한 실시예들에서, 액체 유동은 상술한 것과 유사한 방식으로 조절될 수 있다. 액체는 입구 채널(30a)에 가해진 다음에, 액체는 모세관 통로(35)를 통해 흐르고, 모세관 통로(35)와 출구 채널(30b) 사이의 계면에서 정지한다. 유동을 개시하기 위해, 액체에 가해지는 압력은 계면에서의 배압보다 큰 레벨로 증가된다. 이런 식으로 유동이 계면 너머로 개시된다.
본 발명의 방법의 실시예들은 상술한 바와 같이 하나 이상의 유체 처리 단계들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 실시예들은 액체 중의 하나 이상의 분석대상물, 예를 들어, 포도당의 농도 및/또는 존재여부를 측정하기 위한 시험과 같은 분석대상물 측정 시험을 포함할 수 잇다. 이는 모세관 통로(35), 입구 채널(30a), 출구 채널(30b), 또는 이들 특징부의 상류측 또는 하류측을 포함하지만 이에 제한되지 않는 장치의 임의의 적절한 유로에서 이루어질 수 있다.
키트
마지막으로, 신규한 키트들이 또한 제공된다. 키트 실시예들은 하나 이상의 유동 조절 경로를 갖는 장치에 포함될 수 있다. 예를 들어, 키트는 하나 이상의 유동 조절 경로를 포함하는 하나 이상의 마이크로유체역학 장치를 포함할 수 있다.
실시예들은 하나 이상의 유동 조절 경로를 포함하는 장치를 사용하여 액체를 처리하기 위한 하나 이상의 구성요소를 포함할 수도 있다.
본 발명의 키트들은 대상으로부터 생리학적 샘플을 얻기 위한 부재를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 생리학적 샘플이 혈액 또는 사이질 유체인 경우에, 본 발명의 키트들은 손가락을 찌르는 란셋(lance) 또는 현미 침(microneedle), 란셋 작동 부재 등과 같은 혈액 샘플 또는 사이질 유체 샘플을 얻기 위한 부재를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 키트들은 하나 이상의 유동 조절 경로를 갖는 장치를 사용하기 위해 기록된 지시사항들을 포함할 수도 있다. 키트의 지시사항들은 종이 또는 플라스틱 등과 같은 기판 상에 인쇄될 수 있다. 이에 의해, 키트 또는 그 구성물들의 컨테이너의 라벨링시에[즉, 패키징 또는 하위 포장(subpackaging)], 지시사항들이 패키지 삽입물로서 키트들에 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 지시사항들은 컴퓨터가 판독가능한 적절한 저장 매체, 예를 들어, CD-ROM, 디스켓 등에 제공된 전자 저장 데이터로서 제공된다. 또 다른 실시예에서, 실제 지시사항들이 키트에 제공되지 않지만, 원격으로, 예를 들어, 인터넷을 통해 지시사항들을 얻는 수단이 제공된다. 이 실시예의 일례로는 지시사항들을 보거나 및/또는 다운로드할 수 있는 웹 주 소를 포함하는 키트가 있다. 지시사항들에 관해, 지시사항들을 얻는 이러한 수단은 적절한 기판 상에 기록되어 있다.
본 발명의 키트들의 특정 실시예에서, 본 발명의 키트의 구성요소들은 키트 수용 부재 내에 패키징되어 단일의 쉽게 취급되는 유닛을 만들 수 있고, 키트 수용 부재, 예를 들어, 박스 또는 유사한 구조물이 예를 들어, 사용전까지 하나 이상의 구성요소들의 완전성(예를 들어, 무균상태)을 추가로 보존하기 위해 기밀성 용기이거나 또는 아닐 수 있다.
상술한 본 발명이 유로에서 액체를 조정하는 장치 및 방법을 제공함이 상기 결과 및 논의로부터 명백하다. 본 발명의 실시예들은 사용 편이성, 다양하고 상이한 응용예에 대한 범용성, 액체 경로 회로에서 액체 유동을 (예를 들어, 반복적으로) 조절하는 능력을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 장점을 제공한다. 이에 의해, 본 발명은 당업계에 큰 기여를 제공한다.
본 명세서에 인용된 모든 공보 및 특허들은, 각각의 개별적인 공보 또는 특허가 특정하게 개별적으로 참고문헌으로서 포함되게 지시된 듯이, 본원에 참고문헌으로서 포함된다. 모든 인용된 공보는 그 공개가 본원의 출원일보다 우선하고 본 발명이 이러한 공보보다 우선권에 의해 우선한다고 인정하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본 발명은 그 특정한 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 진의 및 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 변화가 이루어질 수 있고 등가물이 대체될 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적, 진의 및 범위에 대해 특 정한 상황, 재료, 물질 조성, 공정, 공정 단계(들)이 적합하게 하기 위해 많은 수정이 이루어질 수 있다. 이러한 모든 수정은 첨부된 청구범위 내에 있다.
본 발명은 마이크로유체역학 장치들을 포함한 다양한 응용예에 대해 효과적인 밸브, 및 장치 복잡성 또는 비용을 상당히 증가시키지 않는 밸브를 제공한다.

Claims (12)

  1. 유로에서의 액체 유동 조절 방법에 있어서,
    적어도 하나의 계단형 접속부(stepped-down junction)를 구비하는 모세관 통로와 접촉한 소수성 영역(hydrophobic region)을 갖는 유동 조절 경로(flow modulation pathway)로 액체를 주입하는 것을 포함하고, 상기 액체는 상기 소수성 영역과 상기 적어도 하나의 계단형 접속부를 포함하는 상기 경로의 지역에서 정지되는 액체 유동 조절 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액체는 적어도 하나의 계단형 접속부에서 정지되는 액체 유동 조절 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 계단형 접속부는 날카로운 에지들을 추가로 포함하는 액체 유동 조절 방법.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체는 생물학적 유체인 액체 유동 조절 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 생물학적 유체는 전혈, 혈청, 혈장 또는 사이질 유체인 액체 유동 조절 방법.
  6. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 유동을 개시하기 위해 상기 정지된 액체에 압력을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 액체 유동 조절 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 압력은 약 20 mBar 내지 40mBar의 범위에 있는 액체 유동 조절 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 경로에서 상기 액체를 처리하는 단계를 추가로 포함하는 액체 유동 조절 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 처리는 분석물 측정 분석법을 포함하는 액체 유동 조절 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 분석물 측정은 전기화학적으로 달성되는 액체 유동 조절 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 분석물 측정은 광학적으로 달성되는 액체 유동 조절 방법.
  12. 유로에서 액체 유동 조절 방법에 있어서,
    유로로 액체를 주입하는 단계로서, 상기 유로는 제1 계단형 접속부를 구비하는 제1 모세관 통로와 접촉한 제1 소수성 영역을 갖는 제1 유동 조절용 영역과, 상기 제1 유동 조절용 영역에 직렬로 연결됨과 함께, 제2 계단형 접속부를 구비하는 제2 모세관 통로와 접촉한 제2 소수성 영역을 갖는 제2 유동 조절용 영역을 포함하고, 상기 액체가 상기 제1 유동 조절영역에서 정지되어 있는 단계와;
    상기 정지된 액체의 유동을 개시하기 위해 상기 제1 조절 영역의 파열 압력을 극복하도록 상기 정지된 액체에 충분한 압력을 제공하고, 상기 액체가 제2 유동 조절 영역에서 정지되어있는 단계를 포함하는 액체 유동 조절 방법.
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