KR20110112104A - Microfluidic screening device and method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 활성 미생물이 투입되며, 원형의 횡단면을 가지는 중앙챔버와, 상기 중앙챔버의 둘레에 연결되어 외부로 연장되고, 중앙챔버와 연통되며, 연장된 단부를 통해 유체가 연속 공급되는 유입채널과, 상기 중앙챔버의 둘레에 연결되어 외부로 연장되고, 상기 중앙챔버와 연통되며, 상기 중앙챔버를 통과한 상기 유체가 외부로 연속 배출되게 하는 배출채널과, 상기 유입채널과 상기 배출채널의 연결 부분을 제외한 상기 중앙챔버의 둘레를 따라 방사형으로 연결되어 외부로 연장되고, 상기 중앙챔버와 연통되어 상기 유체가 채워지고, 서로 동일한 형상 및 크기를 가지는 복수 개의 마이크로채널들과, 상기 각 마이크로채널들의 단부에 연결되며, 화학물질이 투입되는 복수 개의 외부챔버들, 및 상기 각 마이크로채널과 대응되는 상기 외부챔버의 연결부분에 각각 배치되며, 상기 외부챔버로 투입된 화학물질이 상기 마이크로채널의 길이방향을 따라 상기 유체 내에서 선형 농도 분포를 가지도록 확산하게 하는 복수 개의 멤브레인들을 포함하는 활성 미생물 분리기를 제공한다.
본 발명에 따른 활성 미생물 분리기에 따르면, 멤브레인을 이용하여 마이크로채널의 길이방향에 대해 화학물질의 선형 농도 분포를 형성하게 하고, 선형 농도 분포에 따른 양주화성을 이용하여 중앙챔버 내의 활성 미생물을 외부챔버 측으로 손쉽게 분리할 수 있는 이점이 있다. In the present invention, the active microorganism is introduced, the central chamber having a circular cross section, the inlet channel connected to the circumference of the central chamber to extend outward, in communication with the central chamber, the fluid is continuously supplied through the extended end And a discharge channel connected to the circumference of the central chamber and extending outwardly, in communication with the central chamber, and configured to continuously discharge the fluid passing through the central chamber to the outside, and connecting the inflow channel and the discharge channel. A plurality of microchannels radially connected along the circumference of the central chamber excluding the portion and extending outwardly, in communication with the central chamber to fill the fluid, and having the same shape and size as each other; A plurality of outer chambers connected to an end and into which chemicals are introduced, and the outer chambers corresponding to the respective microchannels. Each disposed in the connection portion, and provides the active microbe separator comprising a plurality of membranes the chemical injected into the outer chamber, which diffuse along the length of the microchannel so as to have a linear density distribution in the fluid.
According to the active microbial separator according to the present invention, the membrane is used to form a linear concentration distribution of chemicals in the longitudinal direction of the microchannel, and the active microorganisms in the central chamber are external chambers by using positive coincidence according to the linear concentration distribution. There is an advantage that can be easily separated to the side.

Description

활성 미생물 분리기 및 분리방법{Microfluidic screening device and method thereof}Active Microbial Separator and Separation Method {Microfluidic screening device and method}

본 발명은 활성 미생물 분리기 및 분리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 활성 미생물을 양주화성을 이용하여 분리할 수 있는 활성 미생물 분리기 및 분리방법에 관한 것이다.The present invention relates to an active microorganism separator and a separation method, and more particularly, to an active microorganism separator and a separation method capable of separating active microorganisms using categorization.

미세유체 디바이스(Microfluidics Device)는 마이크로미터 길이를 갖는 다양한 미생물의 생존을 연구하는데 매우 유용하게 사용되어 왔다. 이동성을 갖는 일부 활성 미생물의 경우, 주변의 화학물질의 농도차에 자극을 받아 농도가 높은 쪽으로 이동하는 양주화성의 특성을 보인다. 이러한 활성 미생물의 양주화성을 이용한다면 이들을 특정 채널 측으로 분리할 수 있다.Microfluidics devices have been very useful for studying the survival of various microorganisms with micrometer lengths. Some active microorganisms that have mobility have the property of positive chemotaxis, which is stimulated by the difference in concentration of surrounding chemicals and moves to higher concentration. By utilizing the cationic nature of these active microorganisms, they can be separated to specific channel side.

본 발명은 활성 미생물을 양주화성을 이용하여 분리할 수 있는 활성 미생물 분리기 및 분리방법을 제공하는데 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide an active microbial separator and a separation method capable of separating active microorganisms using cationic nature.

본 발명의 일 실시예는, 활성 미생물이 투입되며, 원형의 횡단면을 가지는 중앙챔버와, 상기 중앙챔버의 둘레에 연결되어 외부로 연장되고, 상기 중앙챔버와 연통되며, 연장된 단부를 통해 유체가 연속 공급되는 유입채널과, 상기 중앙챔버의 둘레에 연결되어 외부로 연장되고, 상기 중앙챔버와 연통되며, 상기 중앙챔버를 통과한 상기 유체가 외부로 연속 배출되게 하는 배출채널과, 상기 유입채널과 상기 배출채널의 연결 부분을 제외한 상기 중앙챔버의 둘레를 따라 방사형으로 연결되어 외부로 연장되고, 상기 중앙챔버와 연통되어 상기 유체가 채워지고, 서로 동일한 형상 및 크기를 가지는 복수 개의 마이크로채널들과, 상기 각 마이크로채널들의 단부에 연결되며, 화학물질이 투입되는 복수 개의 외부챔버들, 및 상기 각 마이크로채널과 대응되는 상기 외부챔버의 연결부분에 각각 배치되며, 상기 외부챔버로 투입된 화학물질이 상기 마이크로채널의 길이방향을 따라 상기 유체 내에서 선형 농도 분포를 가지도록 확산하게 하는 복수 개의 멤브레인들을 포함하는 활성 미생물 분리기를 제공한다.In one embodiment of the present invention, the active microorganism is injected, the central chamber having a circular cross-section, connected to the circumference of the central chamber to extend to the outside, the central chamber is in communication with the fluid through the extended end An inlet channel continuously supplied to the outer chamber, connected to the circumference of the central chamber, extending to the outside, communicating with the central chamber, and allowing the fluid to pass through the central chamber to be continuously discharged to the outside; A plurality of microchannels radially connected along the circumference of the central chamber except for the connection portion of the discharge channel and extending outwardly, in communication with the central chamber to fill the fluid, and having the same shape and size as each other; A plurality of external chambers connected to an end of each of the microchannels, into which chemicals are introduced, and corresponding to the microchannels Active microbial separators, each of which is disposed at a connection portion of the outer chamber, and includes a plurality of membranes that allow chemicals introduced into the outer chamber to diffuse to have a linear concentration distribution in the fluid along the length of the microchannel. to provide.

또한, 본 발명의 다른 실시예는, 활성 미생물이 투입되며, 정다각형의 횡단면을 가지는 중앙챔버와, 상기 중앙챔버의 일 측면에 연결되어 외부로 연장되고, 상기 중앙챔버와 연통되며, 연장된 단부를 통해 유체가 연속 공급되는 유입채널과, 상기 중앙챔버의 다른 측면에 연결되어 외부로 연장되고, 상기 중앙챔버와 연통되며, 상기 중앙챔버를 통과한 상기 유체가 외부로 연속 배출되게 하는 배출채널과, 상기 중앙챔버의 나머지 측면마다 방사형으로 연결되어 외부로 연장되고, 상기 중앙챔버와 연통되어 상기 유체가 채워지고, 서로 동일한 형상 및 크기를 가지는 복수 개의 마이크로채널들과, 상기 각 마이크로채널들의 단부에 연결되며, 화학물질이 투입되는 복수 개의 외부챔버들, 및 상기 각 마이크로채널과 대응되는 상기 외부챔버의 연결부분에 각각 배치되며, 상기 외부챔버로 투입된 화학물질이 상기 마이크로채널의 길이방향을 따라 상기 유체 내에서 선형 농도 분포를 가지도록 확산하게 하는 복수 개의 멤브레인들을 포함하는 활성 미생물 분리기를 제공한다.In addition, another embodiment of the present invention, the active microorganism is injected, the central chamber having a regular polygonal cross-section, connected to one side of the central chamber extending outward, in communication with the central chamber, the extended end An inlet channel through which the fluid is continuously supplied through the inlet channel, an outlet channel connected to the other side of the central chamber, extending outwardly, in communication with the central chamber, and continuously discharging the fluid passing through the central chamber to the outside; A plurality of microchannels radially connected to each other side of the central chamber to extend outwardly, in communication with the central chamber to fill the fluid, and having the same shape and size as each other, and connected to ends of the respective microchannels; And a plurality of external chambers into which chemicals are introduced, and connecting portions of the external chambers corresponding to the respective microchannels. Each is arranged, it provides the active microbe separator comprising a plurality of membranes the chemical injected into the outer chamber, which diffuse along the length of the microchannel so as to have a linear density distribution in the fluid.

상기 일 실시예 및 다른 실시예에 있어서, 상기 멤브레인은 아가로즈(agarose)를 포함할 수 있다.In one embodiment and the other embodiment, the membrane may comprise agarose (agarose).

또한, 상기 복수 개의 외부챔버들은 상부가 개방된 구조를 가지며, 상기 복수 개의 마이크로채널들은 횡단면이 직사각형 형상을 가지는 폐쇄형 구조를 가질 수 있다.In addition, the plurality of outer chambers may have an open top structure, and the plurality of microchannels may have a closed structure having a rectangular cross section.

그리고, 상기 외부챔버와 연결되는 상기 마이크로채널의 연결 부분의 폭 크기는, 상기 길이방향을 따라 증가 및 감소가 반복되는 형상을 가질 수 있다.The width of the connection portion of the microchannel connected to the outer chamber may have a shape in which the increase and decrease are repeated along the length direction.

또한, 상기 활성 미생물은, 상기 선형 농도 분포에 따른 양주화성에 의해, 상기 중앙챔버로부터 상기 마이크로채널을 경유하여 상기 외부챔버 측으로 이동할 수 있다.In addition, the active microorganism may move to the outer chamber side via the microchannel from the central chamber by the positive chemotaxis according to the linear concentration distribution.

그리고, 본 발명은, 상기 활성 미생물 분리기를 이용한 활성 미생물 분리방법에 있어서, 상기 중앙챔버에 활성 미생물을 투입하는 단계와, 상기 복수 개의 외부챔버들에 각각 서로 다른 종류의 화학물질을 투입하는 단계와, 상기 외부챔버들에 투입된 개별 화학물질이 각 마이크로채널의 길이방향을 따라 상기 유체 내에서 선형 농도 분포를 가지도록 확산하게 하는 단계, 및 상기 선형 농도 분포에 따른 양주화성에 의해, 상기 활성 미생물이 상기 외부챔버들 중 선호하는 화학물질이 투입되어 있는 해당 외부챔버 측으로 이동하는 단계를 포함하는 활성 미생물 분리방법을 제공한다.In addition, the present invention, in the active microorganism separation method using the active microbial separator, the step of injecting the active microorganism into the central chamber, the step of introducing a different kind of chemicals into the plurality of the outer chamber, respectively; Dispersing the individual chemicals introduced into the outer chambers to have a linear concentration distribution in the fluid along the length direction of each microchannel, and by catproticity according to the linear concentration distribution, It provides an active microorganism separation method comprising the step of moving to the outer chamber side in which the preferred chemicals of the outer chamber is injected.

여기서, 상기 활성 미생물을 투입하는 단계는, 상기 중앙챔버에 서로 다른 종류의 활성 미생물들을 함께 투입하고, 상기 활성 미생물이 이동하는 단계는, 상기 중앙챔버 내의 각각의 활성 미생물들이 상기 외부챔버들 중 선호하는 화학물질이 투입되어 있는 해당 외부챔버 측으로 각각 이동하여 분리될 수 있다.Here, the step of injecting the active microorganisms, the different types of active microorganisms are put together in the central chamber, the step of moving the active microorganisms, each of the active microorganisms in the central chamber is preferred among the outer chambers Each of the chemicals can be separated by moving to the corresponding outer chamber side.

또한, 상기 활성 미생물은, 미생물 세포 또는 동물 세포일 수 있다.In addition, the active microorganism may be a microbial cell or an animal cell.

또한, 상기 활성 미생물 분리기는 PDMS 소재로 형성될 수 있다.In addition, the active microbial separator may be formed of a PDMS material.

본 발명에 따른 활성 미생물 분리기에 따르면, 멤브레인을 이용하여 마이크로채널의 길이방향에 대해 화학물질의 선형 농도 분포를 형성하게 하고, 상기 선형 농도 분포에 따른 양주화성을 이용하여 중앙챔버 내에 있는 활성 미생물을 외부챔버 측으로 손쉽게 분리할 수 있는 이점이 있다. 또한, 이를 통해, 활성 미생물이 선호하는 화학물질의 종류 및 화학물질별 선호도를 용이하게 파악할 수 있으며, 서로 다른 종류의 활성 미생물들을 해당 외부챔버 측으로 손쉽게 분리할 수 있다.According to the active microbial separator according to the present invention, a linear concentration distribution of chemicals is formed in the longitudinal direction of the microchannel by using a membrane, and active microorganisms in the central chamber are obtained by using positive coincidence according to the linear concentration distribution. There is an advantage that can be easily separated to the outer chamber side. In addition, through this, it is possible to easily determine the type of chemicals and preferences of chemicals preferred by the active microorganisms, it is possible to easily separate the different types of active microorganisms to the outer chamber side.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 활성 미생물 분리기의 개략도이다.
도 2는 도 1의 사시도이다.
도 3은 도 1의 마이크로채널의 길이 방향에 따른 화학물질의 선형 농도 분포를 설명하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 활성 미생물 분리기에 따른 활성 미생물 분리기의 개략도이다.
도 5는 도 1의 일부분을 구현한 사시도이다.1 is a schematic diagram of an active microbial separator in accordance with one embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of FIG. 1.
FIG. 3 is a graph illustrating a linear concentration distribution of a chemical in the longitudinal direction of the microchannel of FIG. 1.
4 is a schematic diagram of an active microbial separator in accordance with the active microbial separator of the present invention.
5 is a perspective view of a portion of FIG. 1;

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 활성 미생물 분리기의 개략도이다. 도 2는 도 1의 사시도이다.1 is a schematic diagram of an active microbial separator in accordance with one embodiment of the present invention. 2 is a perspective view of FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 활성 미생물 분리기(100)는 중앙챔버(110), 유입채널(120), 배출채널(140), 복수 개의 마이크로채널들(160), 복수 개의 외부챔버들(170), 복수 개의 멤브레인들(180)을 포함한다. 이러한 활성 미생물 분리기(100)는 미세유체 디바이스(Microfluidics Device)의 전형적인 재료로 사용되는 PDMS(polydimethylsiloxane) 소재를 이용하여 제조할 수 있다.1 and 2, the active microbial separator 100 includes a central chamber 110, an inflow channel 120, an exhaust channel 140, a plurality of microchannels 160, and a plurality of external chambers ( 170, a plurality of membranes 180. The active microbial separator 100 may be manufactured using a polydimethylsiloxane (PDMS) material which is used as a typical material of a microfluidics device.

상기 중앙챔버(110)는 활성 미생물이 투입되며, 원형의 횡단면을 가진다. 상기 활성 미생물은 미생물 세포, 동물 세포 등일 수 있다.The central chamber 110 is the active microorganism is injected, it has a circular cross section. The active microorganism may be a microbial cell, an animal cell, or the like.

상기 유입채널(120)은 상기 중앙챔버(110)의 둘레에 연결되어 외부로 연장되고, 상기 중앙챔버(110)와 연통되며, 연장된 단부를 통해 유체가 연속 공급된다. 상기 유체는 배양액일 수 있는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유입채널(120)의 연장된 단부에는 유체가 투입되는 유입챔버(130)가 연결되어 있어서, 상기 유입챔버(130)의 개방된 상부를 통해 상기 유체가 투입되면 유입채널(120) 내로 유체가 공급되게 된다.The inflow channel 120 is connected to the circumference of the central chamber 110 and extends to the outside, is in communication with the central chamber 110, the fluid is continuously supplied through the extended end. The fluid may be a culture solution, but is not necessarily limited thereto. An inflow chamber 130 through which fluid is introduced is connected to the extended end of the inflow channel 120. When the fluid is introduced through an open upper portion of the inflow chamber 130, the fluid is introduced into the inflow channel 120. Will be supplied.

이렇게 중앙챔버(110) 측으로 점차로 유체가 공급되면, 상기 중앙챔버(110)의 내부 및 그와 연통된 마이크로채널들(160) 내에 유체가 점차로 채워지게 된다. 또한, 상기 유체은, 상기 유입채널(120)을 통해 중앙챔버(110) 측에 투입되는 동시에 외부로도 배출되도록 한다.When the fluid is gradually supplied to the central chamber 110, the fluid is gradually filled in the inside of the central chamber 110 and the microchannels 160 communicating therewith. In addition, the fluid is introduced into the central chamber 110 through the inflow channel 120 and is also discharged to the outside.

이를 위해, 상기 배출채널(140)은 상기 중앙챔버(110)의 둘레에 연결되어 외부로 연장되고, 상기 중앙챔버(110)와 연통되며, 상기 중앙챔버(110)를 통과한 상기 유체가 외부로 연속 배출되게 한다. 이러한 배출채널(140)은 유입과 배출 방향이 일직선이 되도록 상기 유입채널(120)의 반대 부분에 해당되는 상기 중앙챔버(110)의 둘레에 연결되는데, 그 연결 위치가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 상기 배출채널(140)의 연장된 단부에는 유체가 배출되는 배출챔버(150)가 연결되어 있다. 상기 배출챔버(150)는 유체의 배출이 용이하도록 상부가 개방된 구조를 가진다. To this end, the discharge channel 140 is connected to the circumference of the central chamber 110 to extend to the outside, and communicate with the central chamber 110, the fluid passing through the central chamber 110 to the outside Allow continuous discharge. The discharge channel 140 is connected to the circumference of the central chamber 110 corresponding to the opposite portion of the inflow channel 120 so that the inflow and discharge direction is in a straight line, the connection position is not necessarily limited thereto. Here, the discharge chamber 150 through which the fluid is discharged is connected to the extended end of the discharge channel 140. The discharge chamber 150 has a structure in which the upper portion is opened to facilitate the discharge of the fluid.

상기의 유입채널(120) 및 배출채널(140) 모두 지그재그 형상의 구간(Z)을 포함한다. 이러한 지그재그 구간(Z)에 따르면, 유체의 유입속도 및 배출속도를 조절할 수 있다.Both the inflow channel 120 and the discharge channel 140 include a zigzag section (Z). According to this zigzag section (Z), it is possible to adjust the inlet and outlet speed of the fluid.

상기 마이크로채널들(160)은 상기 유입채널(120)과 상기 배출채널(140)의 연결 부분을 제외한 중앙챔버(110)의 둘레를 따라 방사형으로 연결되어 외부로 연장되어 있으며, 상기 중앙챔버(110)와 연통되어 상기 유체가 채워진다. 도 1의 경우, 마이크로채널들(160)이 6개 구비된 경우인데, 사용 개수가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The microchannels 160 are radially connected along the circumference of the central chamber 110 except for the connection portion between the inflow channel 120 and the discharge channel 140 and extends to the outside. ) And the fluid is filled. In the case of FIG. 1, six microchannels 160 are provided, but the number of uses is not limited thereto.

이러한 마이크로채널들(160)은 서로 동일한 형상 및 크기를 가지며 횡단면이 직사각형 형상을 갖는다. 또한, 상기 마이크로채널들(160)은 상기 중앙챔버(110)와의 연결 부위, 그리고 상기 외부챔버(170)와의 연결 부위를 제외하고는 폐쇄형 구조를 갖는다. 이러한 마이크로채널들(160)은 마이크로미터 단위의 치수를 가지며, 예를 들면 높이는 25㎛, 폭은 200㎛일 수 있다.The microchannels 160 have the same shape and size as each other and have a rectangular cross section. In addition, the microchannels 160 have a closed structure except for a connection portion with the central chamber 110 and a connection portion with the outer chamber 170. These microchannels 160 have dimensions in micrometers, for example, may be 25 μm in height and 200 μm in width.

상기 외부챔버들(170)은 상기 각 마이크로채널들(160)의 단부에 연결되며, 화학물질이 투입된다. 이러한 외부챔버들(170)은 상기 화학물질의 투입이 용이하도록 상부가 개방된 구조를 갖는다.The outer chambers 170 are connected to ends of the microchannels 160, and chemicals are introduced therein. The outer chambers 170 have an open top structure to facilitate the injection of the chemicals.

상기 멤브레인들(180)은 상기 각 마이크로채널(160)과 대응되는 상기 외부챔버(170)의 연결부분에 각각 배치된다. 즉, 멤브레인(180)은 외부챔버(170)의 하단부 측에 위치한다. 여기서, 상기 멤브레인(180)은 아가로즈(agarose)를 포함하여 형성되는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. The membranes 180 are disposed at connection portions of the outer chamber 170 corresponding to the microchannels 160, respectively. That is, the membrane 180 is located at the lower end side of the outer chamber 170. Here, the membrane 180 is formed to include agarose (agarose), but is not necessarily limited thereto.

도 1 및 도 2의 확대 부분을 참조하면, 상기 외부챔버(170)와 연결되는 상기 마이크로채널(160)의 연결 부분의 폭 크기는, 상기 길이방향을 따라 증가 및 감소가 반복되는 형상을 갖는다. 즉, 큰 폭(W1)과 작은 폭(W2)이 반복되는 구간을 갖는다. 그 이유는 다음과 같다.Referring to the enlarged portion of FIGS. 1 and 2, the width of the connection portion of the microchannel 160 connected to the outer chamber 170 has a shape in which the increase and decrease are repeated along the length direction. That is, it has a section in which the large width W1 and the small width W2 are repeated. The reason for this is as follows.

상기 멤브레인(180) 소재를 외부챔버(170) 내에 배치할 경우, 멤브레인(180)의 유연한 성질(겔 상태)에 따라 멤브레인(180)의 일부 덩어리가 마이크로채널(160) 측으로 유출될 수 있다. 그런데, 상기 마이크로채널(160)의 연결 부분의 폭을 증감 반복한 구성에 따르면, 일부 유출된 멤브레인(180) 덩어리가 상기 큰 폭 (W1)의 내부에 채워지고 상기 작은 폭(W2)을 통해서는 멤브레인(180) 덩어리가 통과되지 못하도록 하며, 이러한 기능을 반복되게 함으로써 멤브레인(180)의 추가적인 유출을 방지하는 것이다.When the material of the membrane 180 is disposed in the outer chamber 170, some lumps of the membrane 180 may flow out to the microchannel 160 according to the flexible property (gel state) of the membrane 180. However, according to the configuration in which the width of the connecting portion of the microchannel 160 is increased or decreased, a portion of the membrane 180 that is leaked is filled inside the large width W1 and through the small width W2. This prevents the mass of the membrane 180 from passing through and repeats this function to prevent further leakage of the membrane 180.

이상과 같은 상기 멤브레인들(180)은 상기 외부챔버(170)로 투입된 화학물질이 상기 마이크로채널(160)의 길이방향을 따라 상기 유체 내에서 선형 농도 분포를 가지도록 확산하게 하는 역할을 한다. 즉, 상기 멤브레인(180)은 유체의 흐름은 막고 화학물질은 순수 확산만 가능하게 하여, 마이크로채널(160)을 따라 중앙챔버(110) 측으로 선형의 농도차를 생성하게 된다.As described above, the membranes 180 serve to diffuse chemicals introduced into the outer chamber 170 to have a linear concentration distribution in the fluid along the length direction of the microchannel 160. That is, the membrane 180 prevents the flow of the fluid and only the chemicals allow the pure diffusion, thereby generating a linear concentration difference along the microchannel 160 toward the central chamber 110.

도 3은 도 1의 마이크로채널의 길이 방향에 따른 화학물질의 선형 농도 분포를 설명하는 그래프이다. x축은 마이크로채널(160)의 길이를 나타내는 것으로서, x=0 부분은 중앙챔버(110)와 연결되는 마이크로채널(160)의 시작 부분이고, x=L 부분은 이 연결 부분으로부터 연장된 마이크로채널(160)의 끝 부분인 외부챔버(170) 부분을 나타낸다. y축은 외부챔버(170)로 투입되는 화학물질의 농도를 나타낸다.FIG. 3 is a graph illustrating a linear concentration distribution of a chemical in the longitudinal direction of the microchannel of FIG. 1. The x-axis represents the length of the microchannel 160, where x = 0 is the beginning of the microchannel 160 to be connected to the central chamber 110, and x = L is the microchannel extending from this connection. A portion of the outer chamber 170 that is the end of the 160 is shown. The y-axis represents the concentration of chemicals introduced into the outer chamber 170.

T1에서 T4로 갈수록 시간이 경과된 것을 의미하는 것으로서, 초기에는 마이크로채널(160)의 연장된 끝 부분에 농도가 집중되어 있지만, 시간이 경과할수록 상기 멤브레인(180)을 통해 상기 화학물질이 확산되어 T4 시점에는 중앙챔버(110) 측을 향해 농도가 선형적으로 감소하는 선형 농도 분포를 가짐이 확인된다.This means that the time has elapsed from T1 to T4, but the concentration is initially concentrated at the extended end of the microchannel 160, but as time passes, the chemical is diffused through the membrane 180. It is confirmed that at the time T4 has a linear concentration distribution in which the concentration decreases linearly toward the central chamber 110 side.

만약, 멤브레인(180)의 구성이 존재하지 않는 경우, 상기 외부챔버(170)로 투입된 화학물질은 마이크로채널(160) 내로 단순 확산되며 상기와 같은 선형 농도 분포를 가질 수 없다. If the configuration of the membrane 180 does not exist, the chemical introduced into the outer chamber 170 may simply diffuse into the microchannel 160 and may not have a linear concentration distribution as described above.

상기 유체 내에서 상기 화학물질의 선형 농도 분포가 형성된 이후, 상기 활성 미생물은, 상기 선형 농도 분포에 따른 양주화성에 의해, 상기 중앙챔버(110)로부터 상기 마이크로채널(160)을 경유하여 상기 외부챔버(170) 측으로 이동한다. 상기 양주화성이란 활성 미생물이 화학물질의 농도가 증가하는 방향으로 이동함을 의미한다. 이에 따라, 상기 중앙챔버(110)에 있던 미생물을 외부챔버(170) 측으로 분리할 수 있게 된다.After the linear concentration distribution of the chemical is formed in the fluid, the active microorganism is formed by the positive chemotaxis according to the linear concentration distribution, from the central chamber 110 via the microchannel 160 to the external chamber. It moves to the 170 side. The cationic nature means that the active microorganism moves in the direction of increasing concentration of the chemical. Accordingly, the microorganisms in the central chamber 110 can be separated to the outer chamber 170 side.

중요한 것은, 도 3의 그래프를 참조하면, 중앙챔버(110) 부분에는 화학물질의 농도가 0으로 유지되어야 상기 양주화성에 따른 활성 미생물의 분리가 효과적으로 이루질 수 있다. 따라서, 상기 중앙챔버(110) 내의 화학물질의 농도를 0으로 유지하면서 상기 마이크로채널(160) 내의 유체 내에서 화학물질의 선형 농도 분포를 안정적으로 형성하기 위해서는, 상기 유입채널(120)을 통한 유체의 투입과 상기 배출채널(140)을 통한 유체의 배출이 실시간 수행되어야 하는 것이다.Importantly, referring to the graph of FIG. 3, the concentration of the chemicals in the central chamber 110 should be maintained at 0 so that the active microorganisms can be effectively separated according to the cationicity. Therefore, in order to stably form a linear concentration distribution of the chemical in the fluid in the microchannel 160 while maintaining the concentration of the chemical in the central chamber 110, the fluid through the inlet channel 120 The injection of and the discharge of the fluid through the discharge channel 140 is to be performed in real time.

참고로, 상기 외부챔버들(170) 중 선택된 어느 하나의 외부챔버(170)에는 어떠한 화학물질도 투입하지 않도록 하여, 화학물질이 투입된 나머지 외부챔버들(170)에 대한 비교군으로 사용될 수 있도록 할 수 있다.For reference, no chemical is added to any one of the external chambers 170 selected from the external chambers 170 so that the chemicals can be used as a comparison group for the remaining external chambers 170. Can be.

도 5는 도 1의 일부분을 구현한 사시도이다. 즉, 상기 활성 미생물 분리기(100)의 구현예를 설명하기 위한 구성도로서, 설명의 편의를 위하여 활성 미생물 분리기(100)의 일부분만을 도시한 것이다. 이러한 활성 미생물 분리기(100)는 유리기판(10) 상부에 2개의 PDMS기판(20,30)을 적층하여 형성된다. 먼저, 하부의 제1 PDMS기판(20)은 상기 마이크로채널(160) 부분과, 상기 외부챔버(170)의 하부 부분이 에칭 등의 방식에 의해 홈 형태로 형성되어 있다. 그리고 제2 PDMS기판(30)에는 상기 외부챔버(170)에 화학성분의 투입을 위한 공간으로서 관통형상의 홀(H)이 형성되어 있다. 이 두 기판(20,30)을 적층하면, 상기 마이크로채널(160) 부분의 상부가 커버되어 마이크로채널(160)이 폐쇄형 구조를 가지게 되고, 상기 외부챔버(170)는 상기 홀(H)을 통해 상부가 개방된 형태를 갖는다.5 is a perspective view of a portion of FIG. 1. That is, as a block diagram illustrating an embodiment of the active microbial separator 100, only a part of the active microbial separator 100 is shown for convenience of description. The active microbial separator 100 is formed by stacking two PDMS substrates 20 and 30 on the glass substrate 10. First, a lower portion of the first PDMS substrate 20 is formed in a groove shape by a portion of the microchannel 160 and a portion of the outer chamber 170 by etching or the like. The second PDMS substrate 30 has a through hole H formed as a space for introducing a chemical component into the outer chamber 170. When the two substrates 20 and 30 are stacked, the upper portion of the microchannel 160 is covered so that the microchannel 160 has a closed structure, and the outer chamber 170 opens the hole H. Through the top has an open form.

이하에서는 활성 미생물을 분리하는 실시예를 간단히 설명한다. 상기 중앙챔버(110)에 한 종류의 활성 미생물이 투입된 경우, 이 활성 미생물은 상기 외부챔버들(170) 중 선호하는 화학물질이 투입되어 있는 해당 외부챔버(170) 측으로 이동한다. 이러한 결과에 따르면, 활성 미생물이 특별히 선호하는 화학물질의 종류를 쉽게 파악할 수 있게 하며, 화학물질별 상기 활성 미생물의 선호도를 판가름할 수 있게 한다.Hereinafter, an embodiment for separating the active microorganism will be described briefly. When one kind of active microorganism is introduced into the central chamber 110, the active microorganism moves to the corresponding outer chamber 170 in which a preferred chemical among the outer chambers 170 is injected. According to these results, it is possible to easily grasp the kind of chemicals particularly preferred by the active microorganisms, and to determine the preference of the active microorganisms by chemicals.

이외에도, 상기 중앙챔버(110) 내에 여러 종류의 활성 미생물들이 함께 투입된 경우, 각각의 활성 미생물들은 상기 외부챔버들(170) 중 선호하는 화학물질이 투입되어 있는 해당 외부챔버(170) 측으로 각각 이동함으로써, 서로 다른 종류의 활성 미생물들을 해당 외부챔버(170) 측으로 손쉽게 분리할 수 있다.In addition, when several kinds of active microorganisms are added together in the central chamber 110, each of the active microorganisms is moved to the corresponding outer chamber 170 where the preferred chemicals of the outer chambers 170 are respectively injected. , Different kinds of active microorganisms can be easily separated to the outer chamber 170 side.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 활성 미생물 분리기의 개략도이다. 이러한 다른 실시예의 활성 미생물 분리기(200)가 상술한 일 실시예와 다른 부분은 중앙챔버(210)가 정다각형(ex, 정팔각형)의 횡단면을 가진다는 점이다. 4 is a schematic diagram of an active microbial separator according to another embodiment of the present invention. The portion of the active microbial separator 200 of this other embodiment differs from the above-described embodiment in that the central chamber 210 has a cross section of a regular polygon (ex, regular octagon).

이에 따라, 상기 유입채널(120)은 상기 중앙챔버(110)의 일 측면(ex, 총 8면 중 어느 일면)에 연결되어 외부로 연장된다. 그리고, 배출채널(140) 상기 유입채널(120)의 반대 부분에 해당되는 중앙챔버(110)의 다른 측면(ex, 총 8면 중 다른 일면)에 연결되어 있다. 또한, 마이크로채널들(160)은 상기 중앙챔버(110)의 나머지 측면(ex, 총 8면 중 나머지 6면)마다 방사형으로 연결되어 외부로 연장되어 있는 형태를 가진다.Accordingly, the inflow channel 120 is connected to one side (ex, any one of eight surfaces) of the central chamber 110 and extends to the outside. In addition, the discharge channel 140 is connected to the other side of the central chamber 110 corresponding to the opposite portion of the inlet channel 120 (ex, the other one of the eight surfaces in total). In addition, the microchannels 160 are radially connected to the remaining side surfaces (eg, the remaining six surfaces of the total eight surfaces) of the central chamber 110 to extend outwardly.

이하에서는, 상기 활성 미생물 분리기(100)를 이용한 활성 미생물 분리방법에 관하여 간단히 알아본다. 먼저, 상기 유입채널(120)을 통해 상기 유체를 연속 공급한다(A). 그러면, 상기 유체은 상기 중앙채널(110)과 마이크로채널들(160)의 내부로 차례로 유입되어 채워지고 일부 유체은 배출채널(140)을 통해 연속적으로 배출된다. 이상과 같은 상태에 따르면, 유입채널(120), 중앙채널(110), 마이크로채널들(160), 배출채널(140)에는 항상 유체가 유동 및 존재하게 된다.Hereinafter, the active microorganism separation method using the active microorganism separator 100 will be briefly described. First, the fluid is continuously supplied through the inflow channel 120 (A). Then, the fluid is introduced into and filled with the central channel 110 and the microchannels 160 in sequence, and some fluid is continuously discharged through the discharge channel 140. According to the above state, the fluid always flows and exists in the inlet channel 120, the central channel 110, the microchannels 160, and the outlet channel 140.

이후에는, 상기 외부챔버(170)의 연결부분에 상기 멤브레인(180)을 투입하여 배치한다(B). 이 과정에서 상기 멤브레인(180)은 외부챔버(170)의 하단부 측에 위치하도록 배치한다.Thereafter, the membrane 180 is placed in the connection portion of the outer chamber 170 and disposed (B). In this process, the membrane 180 is disposed to be located at the lower end side of the outer chamber 170.

여기서, B단계 이후 A단계를 실시하여도 무관하다. 상기 활성 미생물 분리기(100)의 재료로 사용되는 PDMS는 공기투과성이 우수한 소재이다. 즉, 상기 B단계 실시를 통해 외부챔버(170) 내에 멤브레인(180)을 배치한 다음, A단계를 통한 유체의 공급을 수행하더라도, 유체의 공급 이전에 분리기(100)의 내부에 채워져 있던 공기는 PDMS 소재를 통해 쉽게 배출될 수 있으므로 B단계 이후 A단계를 실시하여도 되는 것이다.Here, step A after step B may be performed. PDMS used as the material of the active microorganism separator 100 is a material excellent in air permeability. That is, even if the membrane 180 is disposed in the outer chamber 170 through the step B and then the fluid is supplied through step A, the air that has been filled inside the separator 100 before the fluid is supplied is Since it can be easily discharged through PDMS material, step A after step B may be performed.

다음, 중앙챔버(110)에 활성 미생물을 투입한다(C). 이후, 상기 복수 개의 외부챔버들(170)에 각각 서로 다른 종류의 화학물질을 투입한다(D). Next, the active microorganism is introduced into the central chamber 110 (C). Thereafter, different types of chemicals are introduced into the plurality of outer chambers 170, respectively (D).

그리고, 상기 외부챔버들(170)에 투입된 개별 화학물질이 각 마이크로채널(160)의 길이방향을 따라 상기 유체 내에서 선형 농도 분포를 가지도록 확산하게 한다(E). 이러한 화학물질의 확산은 시간 경과에 따라 진행된다.In addition, the individual chemicals introduced into the outer chambers 170 are diffused to have a linear concentration distribution in the fluid along the length direction of each microchannel 160 (E). The diffusion of these chemicals proceeds over time.

이후, 상기 선형 농도 분포에 따른 양주화성에 의해, 상기 활성 미생물이 상기 외부챔버들(170) 중 선호하는 화학물질이 투입되어 있는 해당 외부챔버(170) 측으로 이동한다(F).Subsequently, due to the positive chemotaxis according to the linear concentration distribution, the active microorganism moves to the corresponding outer chamber 170 side into which the preferred chemicals of the outer chambers 170 are injected (F).

만약, 상기 활성 미생물을 투입하는 단계(C)에서, 상기 중앙챔버(110)에 서로 다른 종류의 활성 미생물들을 함께 투입하는 경우, 상기 활성 미생물이 이동하는 단계(F)는, 상기 중앙챔버(110) 내의 각각의 활성 미생물들이 상기 외부챔버들(170) 중 선호하는 화학물질이 투입되어 있는 해당 외부챔버(170) 측으로 각각 이동하여 분리된다. 물론, 상기 활성 미생물의 분리 중에도 유입채널(120)을 통하여 유체를 연속적으로 공급해야 선형 분포가 유지됨은 앞서 설명한 바 있다.If, in the step (C) of injecting the active microorganisms, when the active microorganisms of different types are added to the central chamber 110, the step (F) of moving the active microorganisms, the central chamber 110 Each of the active microorganisms in the c) is moved to and separated from the outer chamber 170 in which the preferred chemicals of the outer chambers 170 are injected. Of course, the linear distribution is maintained only when the fluid is continuously supplied through the inflow channel 120 even during the separation of the active microorganisms.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

100,200: 활성 미생물 분리기 110,210: 중앙챔버
120: 유입채널 130: 유입챔버
140: 배출채널 150: 배출챔버
160: 마이크로채널 170: 외부챔버
180: 멤브레인100,200: active microbial separator 110,210: central chamber
120: inlet channel 130: inlet chamber
140: discharge channel 150: discharge chamber
160: microchannel 170: outer chamber
180: membrane

Claims (11)

활성 미생물이 투입되며, 원형의 횡단면을 가지는 중앙챔버;
상기 중앙챔버의 둘레에 연결되어 외부로 연장되고, 상기 중앙챔버와 연통되며, 연장된 단부를 통해 유체가 연속 공급되는 유입채널;
상기 중앙챔버의 둘레에 연결되어 외부로 연장되고, 상기 중앙챔버와 연통되며, 상기 중앙챔버를 통과한 상기 유체가 외부로 연속 배출되게 하는 배출채널;
상기 유입채널과 상기 배출채널의 연결 부분을 제외한 상기 중앙챔버의 둘레를 따라 방사형으로 연결되어 외부로 연장되고, 상기 중앙챔버와 연통되어 상기 유체가 채워지고, 서로 동일한 형상 및 크기를 가지는 복수 개의 마이크로채널들;
상기 각 마이크로채널들의 단부에 연결되며, 화학물질이 투입되는 복수 개의 외부챔버들; 및
상기 각 마이크로채널과 대응되는 상기 외부챔버의 연결부분에 각각 배치되며, 상기 외부챔버로 투입된 화학물질이 상기 마이크로채널의 길이방향을 따라 상기 유체 내에서 선형 농도 분포를 가지도록 확산하게 하는 복수 개의 멤브레인들을 포함하는 활성 미생물 분리기.A central chamber into which active microorganisms are introduced and which has a circular cross section;
An inlet channel connected to the circumference of the central chamber to extend outwardly, in communication with the central chamber, and through which the fluid is continuously supplied;
A discharge channel connected to the circumference of the central chamber and extending outwardly, in communication with the central chamber, and configured to continuously discharge the fluid passing through the central chamber to the outside;
A plurality of micros connected radially along the circumference of the central chamber except for the connection portion between the inflow channel and the discharge channel, extending outwardly, in communication with the central chamber to fill the fluid, and having the same shape and size Channels;
A plurality of outer chambers connected to ends of the microchannels and into which chemical is introduced; And
A plurality of membranes disposed at connecting portions of the outer chambers corresponding to the respective microchannels, and allowing the chemicals introduced into the outer chambers to diffuse to have a linear concentration distribution in the fluid along the longitudinal direction of the microchannels; Active microbial separator comprising them. 활성 미생물이 투입되며, 정다각형의 횡단면을 가지는 중앙챔버;
상기 중앙챔버의 일 측면에 연결되어 외부로 연장되고, 상기 중앙챔버와 연통되며, 연장된 단부를 통해 유체가 연속 공급되는 유입채널;
상기 중앙챔버의 다른 측면에 연결되어 외부로 연장되고, 상기 중앙챔버와 연통되며, 상기 중앙챔버를 통과한 상기 유체가 외부로 연속 배출되게 하는 배출채널;
상기 중앙챔버의 나머지 측면마다 방사형으로 연결되어 외부로 연장되고, 상기 중앙챔버와 연통되어 상기 유체가 채워지고, 서로 동일한 형상 및 크기를 가지는 복수 개의 마이크로채널들;
상기 각 마이크로채널들의 단부에 연결되며, 화학물질이 투입되는 복수 개의 외부챔버들; 및
상기 각 마이크로채널과 대응되는 상기 외부챔버의 연결부분에 각각 배치되며, 상기 외부챔버로 투입된 화학물질이 상기 마이크로채널의 길이방향을 따라 상기 유체 내에서 선형 농도 분포를 가지도록 확산하게 하는 복수 개의 멤브레인들을 포함하는 활성 미생물 분리기.A central chamber having active microorganisms therein and having a regular polygonal cross section;
An inlet channel connected to one side of the central chamber and extending outwardly, in communication with the central chamber, and through which the fluid is continuously supplied;
A discharge channel connected to the other side of the central chamber and extending outwardly, in communication with the central chamber, and configured to continuously discharge the fluid passing through the central chamber to the outside;
A plurality of microchannels radially connected to the other side of the central chamber to extend outwardly, in communication with the central chamber to fill the fluid, and having the same shape and size as each other;
A plurality of outer chambers connected to ends of the microchannels and into which chemical is introduced; And
A plurality of membranes disposed at connection portions of the outer chambers corresponding to the respective microchannels, and allowing the chemicals introduced into the outer chambers to diffuse to have a linear concentration distribution in the fluid along the longitudinal direction of the microchannels; Active microbial separator comprising them. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 멤브레인은 아가로즈(agarose)를 포함하는 활성 미생물 분리기.The method according to claim 1 or 2,
The membrane is an active microorganism separator comprising agarose. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 배출채널은 상기 유체의 유입 방향과 배출 방향이 일직선이 되도록 상기 유입채널의 반대 부분에 해당되는 상기 중앙챔버 부분에 연결되는 활성 미생물 분리기.The method according to claim 1 or 2,
And the discharge channel is connected to the central chamber portion corresponding to the opposite portion of the inflow channel so that the inflow direction and the discharge direction of the fluid are in a straight line. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 복수 개의 외부챔버들은 상부가 개방된 구조를 가지며,
상기 복수 개의 마이크로채널들은 횡단면이 직사각형 형상을 가지는 폐쇄형 구조를 가지는 활성 미생물 분리기.The method according to claim 1 or 2,
The plurality of outer chambers have an open top structure,
And said plurality of microchannels has a closed structure having a rectangular cross section. 청구항 5에 있어서,
상기 외부챔버와 연결되는 상기 마이크로채널의 연결 부분의 폭 크기는, 상기 길이방향을 따라 증가 및 감소가 반복되는 형상을 갖는 활성 미생물 분리기.The method according to claim 5,
The width of the connecting portion of the microchannel connected to the outer chamber, the active microorganism separator having a shape that increases and decreases along the longitudinal direction is repeated. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 활성 미생물은,
상기 선형 농도 분포에 따른 양주화성에 의해, 상기 중앙챔버로부터 상기 마이크로채널을 경유하여 상기 외부챔버 측으로 이동하는 활성 미생물 분리기.The method according to claim 1 or 2,
The active microorganism,
The microorganism separator according to the linear concentration distribution is moved from the central chamber to the outer chamber side via the microchannel. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 활성 미생물 분리기를 이용한 활성 미생물 분리방법에 있어서,
상기 중앙챔버에 활성 미생물을 투입하는 단계;
상기 복수 개의 외부챔버들에 각각 서로 다른 종류의 화학물질을 투입하는 단계;
상기 외부챔버들에 투입된 개별 화학물질이 각 마이크로채널의 길이방향을 따라 상기 유체 내에서 선형 농도 분포를 가지도록 확산하게 하는 단계; 및
상기 선형 농도 분포에 따른 양주화성에 의해, 상기 활성 미생물이 상기 외부챔버들 중 선호하는 화학물질이 투입되어 있는 해당 외부챔버 측으로 이동하는 단계를 포함하는 활성 미생물 분리방법.In the active microorganism separation method using the active microorganism separator according to claim 1 or 2,
Injecting active microorganisms into the central chamber;
Injecting different kinds of chemicals into the plurality of outer chambers, respectively;
Causing individual chemicals introduced into the outer chambers to diffuse in a linear concentration distribution in the fluid along the length of each microchannel; And
And the positive microorganism according to the linear concentration distribution, wherein the active microorganism is moved to the corresponding outer chamber side in which a preferred chemical among the outer chambers is injected. 청구항 8에 있어서,
상기 활성 미생물을 투입하는 단계는,
상기 중앙챔버에 서로 다른 종류의 활성 미생물들을 함께 투입하고,
상기 활성 미생물이 이동하는 단계는,
상기 중앙챔버 내의 각각의 활성 미생물들이 상기 외부챔버들 중 선호하는 화학물질이 투입되어 있는 해당 외부챔버 측으로 각각 이동하여 분리되는 활성 미생물 분리방법.The method according to claim 8,
Injecting the active microorganism,
Put different kinds of active microorganisms together in the central chamber,
The step of moving the active microorganism,
Wherein each of the active microorganisms in the central chamber is moved to and separated from the outer chamber to which the preferred chemicals of the outer chambers are injected. 청구항 9에 있어서,
상기 활성 미생물은,
미생물 세포 또는 동물 세포인 활성 미생물 분리방법.The method according to claim 9,
The active microorganism,
A method for separating active microorganisms which are microbial cells or animal cells. 청구항 8에 있어서,
상기 활성 미생물 분리기는 PDMS 소재로 형성된 활성 미생물 분리방법.The method according to claim 8,
The active microbial separator is an active microorganism separation method formed of PDMS material.
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