KR20110115478A

KR20110115478A - 미세유체장치 및 이것을 이용한 타깃의 분리방법

Info

Publication number: KR20110115478A
Application number: KR1020100035006A
Authority: KR
Inventors: 전병희
Original assignee: 주식회사 싸이토젠
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2011-10-21
Also published as: WO2011129649A2; WO2011129649A3

Abstract

본 발명은 샘플로부터 타깃을 분리하기 위한 미세유체장치 및 이것을 이용한 타깃의 분리방법을 개시한다. 본 발명에 따른 미세유체장치는 제1 필터링장치, 운반유체 공급장치와 제2 필터링장치로 구성되어 있다. 제1 필터링장치는 복수 유형의 타깃들이 여과되어 있는 여과면이 그 여과 방향과 반대 방향을 향하도록 배치되어 있다. 운반유체 공급장치는 제1 필터링장치의 상류에 장착되어 있고, 복수 유형의 타깃들을 하류로 수송하는 운반유체를 제1 필터링장치에 공급한다. 제2 필터링장치는 제1 필터링장치의 하류에 장착되어 있으며, 제1 필터링장치로부터 복수 유형의 타깃들을 받아들여 여과한다. 본 발명에 따른 미세유체장치를을 이용한 타깃의 분리방법은 샘플에 포함되어 있는 복수의 논타깃들과 복수 유형의 타깃들 중 전처리에 의하여 논타깃들을 제거한 후, 전처리에서 획득한 타깃들을 후처리에 의하여 분리한다. 따라서 복수 유형의 타깃들을 크기에 따라 효율적으로 여과하여 분리할 수 있고, 인간의 혈액 등으로부터 세포를 분리하여 채취하는데 매우 유용하게 사용될 수 있다.

Description

미세유체장치 및 이것을 이용한 타깃의 분리방법{MICROFLUIDIC DEVICE AND METHOD FOR SEPARATING TARGETS USING THE SAME}

본 발명은 미세유체장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 샘플(Sample)로부터 타깃(Target)을 분리하기 위한 미세유체장치 및 이것을 이용한 타깃의 분리방법에 관한 것이다.

바이오칩(Biochip)은 마이크로어레이(Microarrary)와 미세유체장치로 구분되고 있다. 마이크로어레이는 디엔에이(DNA, Deoxyribonucleic acid), 단백질(Protein) 등을 배열하여 인간의 타액, 땀 등의 생리학적 유체(Physiological fluid)와 혈액(Blood) 등의 샘플로부터 DNA, 단백질, 효소(Enzyme) 등의 타깃을 포획하여 분석하는 장치이며, DNA칩(DNA chip), 단백질칩(Protein chip) 등이 있다. 미세유체장치는 샘플을 흘려보내면서 센서, 생물분자 등과 반응하는 타깃을 분석하는 장치이며, 미세유체칩(Microfluidic chip) 또는 랩온어칩(Lab-on-a chip)이라 부르고도 있다.

미세유체장치는 미국 특허출원공개 제2007/0259424A1호에 개시되어 있다. 이 특허문헌의 미세유체장치는 상부층(Top layer), 하부층(Bottom layer)과 복수의 장애물들(Obstacles)로 구성되어 있다. 장애물들의 표면에 결합제 부분(Binding moiety), 예를 들어 항체(Antibody), 충전폴리머(Charged polymer), 세포들(Cells)과 결합되는 분자(Molecule)가 코팅되어 있다. 장애물은 상부층 또는 하부층의 표면으로부터 높이 방향으로 형성되어 있는 마이크로포스트(Micropost)들로 구성되어 있다. 샘플, 예를 들어 혈액은 상부층의 입구(Inlet)를 통하여 도입된 후, 채널(Channel)을 따라 흘러 상부층의 출구(Outlet)를 통하여 배출된다. 혈액에 포함되어 있는 세포는 결합제 부분에 포획된다. 그러나 상기한 바와 같은 미세유체장치는 타깃을 단순히 결합제 부분에 결합하여 포획하기 때문에 타깃의 포획률이 매우 낮은 문제점이 있다.

한편, 질병의 진단, 치료 및 예후 판정 등을 목적으로 혈액의 각종 성분을 검사하기 위하여 다양한 형태의 혈액검사장치가 개발되어 있다. 혈액검사장치는 한국등록특허 제10-0839496호에 개시되어 있다. 이 특허문헌의 혈액검사장치는 밀폐용기, 혈액성분 분리부와, 시약층으로 구성되어 있다. 밀폐용기는 기밀을 유지하면서 슬라이딩하도록 조합되어 밀폐공간을 획정하는 외측통 및 내측통을 가지며, 혈액을 도입하는 혈액 도입부를 갖는다. 혈액성분 분리부는 밀폐용기 안에 배치되어 혈액으로부터 혈장 및 혈청을 분리한다. 그러나 상기한 바와 같은 혈액검사장치는혈액으로부터 분리되는 타깃을 별도로 채취하기 곤란한 문제가 있다. 특히, 혈액의 정량 검사에만 사용하는 것이므로, 다량의 혈액으로부터 타깃을 분리하여 검사 및 분석하는데 사용할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 샘플에 포함되어 있는 타깃을 효율적으로 분리할 수 있는 미세유체장치 및 이것을 이용한 타깃의 분리방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 샘플로부터 타깃을 크기에 따라 간편하게 분리할 수 있는 미세유체장치 및 이것을 이용한 타깃의 분리방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 샘플에 포함되어 있는 논타깃들과 타깃들을 전처리에 의하여 논타깃들을 제거한 후, 전처리에서 획득한 타깃들을 후처리에 의하여 효율적으로 분리할 수 있는 미세유체장치 및 이것을 이용한 타깃의 분리방법을 제공함에 있다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 복수 유형의 타깃들이 여과되어 있는 여과면이 그 여과 방향과 반대 방향을 향하도록 배치되어 있는 제1 필터링장치와; 제1 필터링장치의 상류에 장착되어 있고, 복수 유형의 타깃들을 하류로 수송하는 운반유체를 제1 필터링장치에 공급하는 운반유체 공급장치와; 제1 필터링장치의 하류에 장착되어 있으며, 제1 필터링장치로부터 복수 유형의 타깃들을 받아들여 여과하는 제2 필터링장치를 포함하는 미세유체장치에 있다.

본 발명의 다른 특징은, 복수의 논타깃들과 복수 유형의 타깃들을 포함하고 있는 샘플을 공급하는 단계와; 복수 유형의 타깃들을 제1 필터링장치에 의하여 여과하는 단계와; 복수 유형의 타깃들이 여과되어 있는 제1 필터링장치를 뒤집어서 배치하는 단계와; 뒤집어져 배치되어 있는 제1 필터링장치의 하류에 복수 유형의 타깃들을 여과할 수 있는 제2 필터링장치를 배치하는 단계와; 뒤집어져 배치되어 있는 제1 필터링장치의 상류에 복수 유형의 타깃들을 하류로 수송을 위하여 운반매체를 공급하는 단계와; 뒤집어져 배치되어 있는 제1 필터링장치로부터 수송되어 오는 복수 유형의 타깃들을 제2 필터링장치에 의하여 여과하는 단계를 포함하는 미세유체장치를 이용한 타깃의 분리방법에 있다.

본 발명에 따른 미세유체장치 및 이것을 이용한 타깃의 분리방법은 샘플에 포함되어 있는 복수 유형의 타깃들을 크기에 따라 효율적으로 여과하여 분리할 수 있다. 또한, 논타깃들과 타깃들을 전처리에 의하여 논타깃들을 제거한 후, 전처리에서 획득한 타깃들을 후처리에 의하여 분리하므로, 인간의 혈액 등으로부터 세포를 분리하여 채취하는데 매우 유용하게 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 미세유체장치의 구성을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 미세유체장치에서 제1 필터링장치의 구성을 분리하여 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 미세유체장치에서 제1 필터링장치의 구성을 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 미세유체장치에서 제1 필터링장치에 의한 타깃들의 여과를 설명하기 위하여 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 미세유체장치에서 제2 필터링장치의 구성을 분리하여 나타낸 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 미세유체장치에서 제2 필터링장치의 구성을 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 미세유체장치에서 제1 필터링장치에 의한 타깃들의 여과를 설명하기 위하여 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 미세유체장치에서 메시필터의 구성을 나타낸 사시도,
도 9는 본 발명에 따른 미세유체장치에서 메시필터의 구성을 부분적으로 확대하여 나타낸 사시도,
도 10은 본 발명에 따른 미세유체장치에서 메시필터의 다른 실시예를 나타낸 사시도,
도 11은 도 10의 메시필터의 구성을 부분적으로 확대하여 나타낸 사시도,
도 12는 본 발명에 따른 미세유체장치에서 메시필터의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도,
도 13은 도 12의 메시필터의 구성을 부분적으로 확대하여 나타낸 사시도,
도 14는 본 발명에 따른 미세유체장치에서 메시필터의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도,
도 15는 도 14의 메시필터의 구성을 부분적으로 확대하여 나타낸 사시도이다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하, 본 발명에 따른 미세유체장치 및 이것을 이용한 타깃의 분리방법에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1, 도 3, 도 4와 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 미세유체장치는 샘플(2)에 포함되어 있는 복수의 논타깃(Non-target: 4)들과 복수 유형의 타깃(6)들을 1차 여과하여 타깃(6)들을 분리한 후, 분리되어 있는 타깃(6)들을 크기에 따라 2차 여과에 의하여 분리한다. 논타깃(4)들은 타깃(6)들의 직경보다 작은 직경(d)을 갖는다. 도 4와 도 7에 자세히 도시되어 있는 바와 같이, 타깃(6)들은 일례로 제1 유형의 타깃(6a)들, 제2 유형의 타깃(6b)들과 제3 유형의 타깃(6c)들로 이루어진다. 제1 유형의 타깃(6a)들은 제1 직경(d₁)을 가지며, 제2 유형의 타깃(6b)들은 제2 직경(d₂)을 가지고, 제3 유형의 타깃(6c)들은 제3 직경(d₃)을 갖는다. 제1 직경(d₁)은 제2 직경(d₂)보다 크고, 제2 직경(d₂)은 제3 직경(d₃)보다 크다. 샘플(2)은 인간 또는 동물의 타액, 땀, 소변 등의 생리학적 유체, 혈액, 세럼(Serum)으로 이루어진다. 또한, 샘플(2)은 인간, 동물, 식물의 세포, 조직 등의 타깃(6)들을 포함하는 유체, 바이러스, 박테리아 등을 포함하는 유체 등 다양하게 선택될 수 있다. 샘플(2)이 혈액으로 선택될 경우, 타깃(6)들은 혈액에 포함되어 있고 서로 다른 크기를 갖는 세포들로 된다. 혈액 속의 세포들은 적혈구(Red blood cell), 백혈구(White blood cell) 등이 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서 논타깃(4)들은 적혈구들로 선택될 수 있다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 미세유체장치는 샘플(2)에 포함되어 있는 복수의 논타깃(4)들과 복수 유형의 타깃(6)들을 여과하여 타깃(6)들을 보유하고 있는 제1 필터링장치(Filtering device: 10)를 구비한다. 제1 필터링장치(10)는 슬리브(Sleeve: 12)와 메시필터(Mesh filter: 14)로 구성되어 있다. 슬리브(12)는 샘플(2)의 통로를 형성하는 보어(12a)를 갖는다. 슬리브(12)의 외면 하부에 제1 단(Step: 12b)이 형성되어 있다. 수나사(12c)가 제1 단(12b)으로부터 연장되어 있다. 보어(12a)의 내면 상부에 보어(12a)의 직경을 확장하는 제2 단(12d)이 형성되어 있다. 암나사(12e)가 제2 단(12d)으로부터 연장되어 있다.

메시필터(14)의 가장자리는 슬리브(12)의 제1 단(12b)에 지지되어 있다. 메시필터(14)는 논타깃(4)들과 타깃(6)들을 여과하기 위한 여과면(14a), 이면(14b)과 복수의 여과구멍(14c)들을 갖는다. 여과구멍(14c)들은 논타깃(4)들의 직경(d)보다 작은 직경을 갖도록 형성되어 있다. 메시필터(14)의 여과면(14a)은 타깃(6)들의 여과를 위하여 여과 방향으로 배치된다. 한편, 메시필터(14)는 여과면(14a)으로부터 여과되어 있는 타깃(6)들을 탈락시키기 위하여 뒤집혀져 배치된다. 메시필터(14)는 10~50㎛의 두께로 구성될 수 있다. 메시필터(14)의 여과구멍(14c)들은 멤스(MEMS, Micro-Electro-Mechanical Systems; 미세전기기계시스템) 기술을 이용한 에칭(Etching)에 의하여 형성될 수 있다.

도 1과 도 5 내지 7을 참조하면, 본 발명에 따른 미세유체장치는 제1 필터링장치(10)에 여과되어 있는 타깃(6)들을 제1 필터링장치(10)의 하류로 수송하기 위하여 제1 필터링장치(10)의 상류에 운반유체(Carrier fluidic), 예를 들어 솔루션(Solution: 8)을 공급하는 운반유체 공급장치(20)가 장착되어 있다. 운반유체 공급장치(20)는 주사기(22)로 구성되어 있다. 주사기(22)의 실린더(24)는 솔루션(8)을 저장하기 위한 보어(24a), 솔루션(8)을 유입하기 위한 입구(24b)와 솔루션(8)을 배출하기 위한 출구(24c)를 갖는다. 주사기(22)의 피스톤(Piston: 26)은 입구(24b)를 통하여 보어(24a)에 끼워져 있고, 보어(24a)를 따라 왕복운동되어 출구(24c)를 통하여 솔루션(8)을 배출한다. 출구(24c)는 호스(Hose: 28)에 의하여 제1 필터링장치(10)에 연결되어 있다. 운반유체 공급장치(20)는 정량의 솔루션(8)을 펌핑하여 제1 필터링장치(10)에 공급할 수 있는 시린지펌프(Syringe pump), 플런저펌프(Plunger pump) 등으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 미세유체장치는 제1 필터링장치(10)와 운반유체 공급장치(20)의 연결을 위하여 제1 필터링장치(10)의 상부에 장착되어 있는 커플링장치(Coupling device: 30)를 구비한다. 커플링장치(30)는 슬리브(32)로 구성되어 있다. 슬리브(32)는 슬리브(12)의 보어(12a)와 연결되는 보어(32a)를 갖는다. 슬리브(32)의 상단과 하단 각각에 제1 수나사(32b)와 제2 수나사(32c)가 각각 형성되어 있다. 제2 수나사(32c)는 슬리브(12)의 암나사(12e)에 체결된다.

커플링장치(30)는 슬리브(32)의 상부에 장착되는 어댑터(Adapter: 34)를 더 구비한다. 어댑터(34)의 내측에 슬리브(32)의 보어(32a)와 연결되는 보어(34a)가 형성되어 있다. 보어(34a)의 내면 하부에 제1 수나사(32b)가 체결되도록 암나사(34b)가 형성되어 있다. 어댑터(34)의 상면에 파이프(Pipe: 34c)가 형성되어 있다. 파이프(34c)의 선단은 실린더(24)의 출구(24c) 또는 호스(28)와 연결하기 위하여 첨예하게 형성되어 있다.

도 1, 도 5 내지 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 미세유체장치는 제1 필터링장치(10)로부터 솔루션(8)과 함께 수송되는 복수 유형의 타깃(6)들을 받아들여 복수 유형의 타깃(6)들을 크기에 따라 분리하는 제2 필터링장치(40)를 구비한다. 제2 필터링장치(40)는 다단으로 적층되어 있는 복수의 필터조립체(40-1, 40-2, 40-3)들로 구성되어 있다. 타깃(6)들의 흐름 방향을 따라 순차적으로 배치되어 있는 제1 필터조립체(40-1), 제2 필터조립체(40-2)와 제3 필터조립체(40-3) 각각은 슬리브(42-1, 42-2, 42-3)와 메시필터(44-1, 44-2, 44-3)로 구성되어 있다. 제1 필터조립체(40-1)는 제1 필터링장치(10)와 결합되어 있다.

슬리브(42-1, 42-2, 42-3)는 샘플(2)의 통로를 형성하는 보어(42a)를 갖는다. 슬리브(42-1, 42-2, 42-3)의 외면 하부에 제1 단(Step: 42b)이 형성되어 있다. 수나사(42c)가 제1 단(42b)으로부터 연장되어 있다. 보어(32a)의 내면 상부에 보어(42a)의 직경을 확장하는 제2 단(42d)이 형성되어 있다. 암나사(42e)가 제2 단(42d)으로부터 연장되어 있다. 슬리브(42-1, 42-2)는 슬리브(42-3)의 구조적인 차이 없이 슬리브(42-3)보다 길게 형성되어 있다. 슬리브(42-1, 42-2, 42-3)는 필요에 따라 동일한 길이로 구성될 수 있다.

메시필터(44-1, 44-2, 44-3)의 가장자리는 슬리브(42)의 제1 단(42b)에 지지되어 있다. 메시필터(44-1, 44-2, 44-3)는 논타깃(4)들과 타깃(6)들을 여과하기 위한 여과면(44a), 이면(44b)과 복수의 여과구멍(44c)들을 갖는다. 여과구멍(44c)들은 복수 유형의 타깃(6)들 중 어느 하나의 유형의 타깃들, 예를 들어 제1 유형의 타깃(6a)들을 여과할 수 있는 직경을 갖도록 형성되어 있다. 여과구멍(44c)들의 직경은 타깃(6)들의 직경에 따라 타깃(6)들을 여과하는 크기를 갖도록 적절하게 변경될 수 있다.

필터조립체(40-1, 40-2, 40-3)들 각각의 메시필터(44-1, 44-2, 44-3)는 그 여과구멍(44c)들의 직경이 샘플(2)의 흐름방향을 따라 점진적으로 감소되도록 배열되어 있다. 예컨대, 필터조립체(40-1, 40-2, 40-3)들이 3단으로 적층되어 있는 경우, 제1 필터조립체(40-1)의 여과구멍(44c)들은 15~20㎛으로 형성되고, 제2 필터조립체(40-2)의 여과구멍(44c)들은 10~15㎛으로 형성되며, 제3 필터조립체(40-3)의 여과구멍(44c)들은 5~10㎛으로 형성될 수 있다. 필터조립체(40-1, 40-2, 40-3)들 중 서로 인접하는 두 개의 필터조립체들, 즉 제1 및 제2 필터조립체(40-1, 40-2), 제2 및 제3 필터조립체(40-2, 40-3) 각각은 수나사(42c)와 암나사(42e)의 체결에 의하여 결합되어 있다. 도 5 내지 도 7에 필터조립체(40-1, 40-2, 40-3)들은 3개가 다단으로 적층되어 있는 것이 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 필터조립체(40-1, 40-2, 40-3)들의 개수는 필요에 따라 가감될 수 있다.

도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 메시필터(44-1, 44-2, 44-3)의 여과면(44a)에 친수성 표면층(44d)이 코팅되어 있다. 친수성 표면층(44d)은 메시필터(44-1, 44-2, 44-3)의 표면에 친수성 물질, 예를 들어 산화티탄(TiO₂), 산화규소(SiO₂)가 코팅(Coating)에 의하여 형성될 수 있다. 친수성 표면층(44d)은 메시필터(44-1, 44-2, 44-3)의 표면에 접촉하는 샘플(2)의 흐름을 분산시켜 액 맺힘을 방지한다. 한편, 친수성 표면층(44d)은 메시필터(14)의 여과면(14a)에도 동일하게 형성될 수 있다.

항체 표면층(44e)이 타깃(4)들의 포획을 위하여 친수성 표면층(44d)의 표면에 코팅되어 있다. 항체 표면층(44e)의 항체는, 예를 들어 항상피세포접합분자 항체(Anti-Epithelial Cell Adhesion Molecule antibody, Anti-EpCAM antibody), 항시토케라틴 항체(Anti-Cytokeratin antibody, Anti-CK antibody) 등으로 구성될 수 있다. 도 6에 친수성 표면층(44d)과 항체 표면층(44e)은 메시필터(44-3)의 표면에만 코팅되어 있는 것이 도시되어 있다. 본 실시예에 있어서 항체 표면층(44e)은 친수성 표면층(44d)을 대신하여 메시필터(44-1, 44-2, 44-3)의 표면에 직접 코팅될 수 있다. 또한, 항체 표면층(44e)은 메시필터(44-3)의 표면에만 코팅될 수도 있다.

도 1, 도 3과 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 미세유체장치는 제2 필터링장치(40)를 거친 솔루션(8)을 받아들이는 리시버(Receiver: 50)를 구비한다. 리시버(50)의 상면에 샘플(2)의 유입을 위하여 도입구멍(52)이 형성되어 있다. 도입구멍(52)은 암나사로 형성되어 있다. 제3 필터조립체(40-3)는 도입구멍(54)에 결합되어 있다. 리시버(50)의 내측에 샘플(2)의 흐름을 위하여 도입구멍(54)과 연결되는 공간(54)이 형성되어 있다. 리시버(50)의 일측면에 공간(54)으로부터 샘플(2)의 배출을 위하여 공간(54)과 연결되는 배출구멍(56)이 형성되어 있다. 공간(54)의 바닥은 공간(54)에 유입되는 샘플(2)의 흐름을 배출구멍(56)으로 유도하도록 배출구멍(56)을 향하여 낮아지는 경사면(58)으로 형성되어 있다. 도 1에 도입구멍(54)은 리시버(50)의 상면에 2개가 형성되어 있는 것이 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 도입구멍(54)의 개수 및 위치는 필요에 따라 적절하게 변경될 수 있다.

지금부터는, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 미세유체장치에 대한 작용을 설명한다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 작업자는 샘플(2)로부터 복수 유형의 타깃(6)들만을 1차 여과하는 전처리(Preprocessing)를 실시한다. 샘플(2)의 전처리는 제1 필터링장치(10)에 의하여 실시된다. 샘플(2)의 전처리를 위하여 슬리브(12)의 수나사(12c)는 도입구멍(52)에 체결되어 있고, 메시필터(14)의 가장자리는 슬리브(12)의 제2 단(12d)에 지지되어 있다. 메시필터(14)의 여과면(14a)은 샘플(2)로부터 타깃(6)들을 여과하도록 상류를 향하고 있다. 슬리브(32)의 제2 수나사(32c)가 슬리브(12)의 암나사(12e)에 체결되어 있고, 제1 수나사(32b)가 어댑터(34)의 암나사(34b)에 체결되어 있다.

샘플(2)은 샘플 컨테이너(Sample container: 60)로부터 파이프(34c)에 공급된다. 샘플(2)은 어댑터(34)의 파이프(34c), 보어(34a)와 메시필터(14)의 여과구멍(14c)들을 순차적으로 통과하게 된다. 논타깃(4)들은 여과구멍(14c)들을 통과하고, 타깃(6)들은 여과구멍(14c)들을 통과하지 못한다. 여과구멍(14c)들의 직경이 5㎛으로 형성되어 있는 경우, 논타깃(4)들, 예를 들어 직경 6~8㎛의 적혈구는 여과구멍(14c)들을 통과하고, 직경 5㎛ 이상의 타깃(6)들은 여과구멍(14c)들을 통과하지 못한다. 적혈구는 세포핵(Cell nucleus)을 둘러싸고 있는 세포질(Cytoplasm)의 변형에 의하여 그 직경보다 작은 구멍을 빠져나갈 수 있다.

샘플 컨테이너(60)에 저장되어 있던 샘플(2)이 완전히 배출되면, 작업자는 제2 수나사(32c)와 암나사(12e)의 체결을 풀어 제1 필터링장치(10)로부터 커플링장치(30)를 분리하고, 메시필터(14)를 분리한다. 도 1과 도 3에 샘플 컨테이너(60)는 주사기로 구성되어 있는 것이 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 샘플 컨테이너(60)는 샘플(2)을 저장하여 공급할 수 있는 백(Bag), 팩(Pack), 채혈관(Blood collection tube) 등 다양한 형태로 구성될 수 있다. 한편, 샘플(2)은 필요에 따라 리시버(50)의 도입구멍(52)에 제1 및 제2 필터조립체(40-1, 40-2)와 분리되어 있는 제3 필터조립체(40-3)만 장착하고, 슬리브(42-3)의 제2 단(42d)에 메시필터(14)를 장착하여 여과할 수도 있다.

도 1, 도 6과 도 7을 참조하면, 작업자는 복수 유형의 타깃(6)들을 2차 여과하는 후처리(Postprocessing)를 실시한다. 타깃(6)들의 후처리는 제2 필터링장치(40)에 의하여 실시된다. 슬리브(44-3)의 수나사(42c)가 도입구멍(52)에 체결되어 있고, 슬리브(44-1)의 암나사(42e)에 슬리브(12)의 수나사(12c)가 체결되어 있다. 메시필터(14)의 가장자리는 여과되어 있는 타깃(6)들의 탈락을 위하여 그 여과면(14a)이 하류를 향하도록 슬리브(44-1)의 제2 단(42d)에 지지되어 있다. 슬리브(32)의 제2 수나사(32c)가 슬리브(44-1)의 암나사(42e)에 체결되면, 메시필터(14)는 제2 단(42d)과 제2 수나사(32c) 사이에 견고하게 고정된다.

피스톤(26)이 실린더(24)의 보어(24a)를 따라 전진되면, 솔루션(8)은 출구(24c)를 통하여 배출되면서 어댑터(34)의 파이프(34c)와 보어(34a), 슬리브(32)의 보어(32a), 뒤집어져 있는 메시필터(14)의 여과구멍(14c)들을 순차적으로 통과한다. 즉, 솔루션(8)은 메시필터(14)의 여과 방향과 반대 방향의 흐름을 갖는다. 메시필터(14)의 여과면(14a)에 여과되어 있던 타깃(6)들은 솔루션(8)의 흐름에 따라 여과면(14a)으로부터 탈락되어 하류로 수송된다. 솔루션(8)은 필터조립체(40-1, 40-2, 40-3)들과 리시버(50)의 도입구멍(52)을 통과하여 공간(54)에 수용된다.

타깃(6)들 중 15㎛ 이상의 크기를 갖는 제1 유형의 타깃(6a)들은 제1 필터조립체(40-1)의 여과구멍(44c)들을 통과하지 못하고, 15㎛ 미만의 크기를 갖는 제2 및 제3 유형의 타깃(6b, 6c)들은 제1 필터조립체(40-1)의 여과구멍(44c)들을 통과한다. 10㎛ 이상의 크기를 갖는 제2 유형의 타깃(6b)들은 제2 필터조립체(40-2)의 여과구멍(44c)들을 통과하지 못하고, 10㎛ 미만의 크기를 갖는 제3 유형의 타깃(6c)들은 제2 필터조립체(40-2)의 여과구멍(44c)들을 통과한다. 5㎛ 이상의 크기를 갖는 제3 유형의 타깃(6c)들은 제3 필터조립체(40-3)의 여과구멍(44c)들을 통과하지 못하고, 5㎛ 미만의 크기를 갖는 나머지 타깃들은 제3 필터조립체(40-3)의 여과구멍(44c)들을 통과한다. 필터조립체(40-1, 40-2, 40-3)들의 여과를 거친 샘플(2)은 도입구멍(22)을 통하여 공간(24)에 유입된 후, 경사면(28)을 따라 흘러 배출구멍(26)으로 원활하게 유도된다. 샘플(2)은 배출구멍(26)을 통하여 리시버(20) 밖으로 배출되어 공지의 탱크(Tank), 리저버(Reservoir) 등에 안전하게 저장된다.

이와 같이 다단으로 적층되어 있는 필터조립체(40-1, 40-2, 40-3)들에 의하여 타깃(6)들이 크기별로 여과되어 분리되므로, 예를 들어 인간의 혈액으로부터 직경 12~25㎛의 백혈구를 효율적으로 채취할 수 있다. 여과구멍(44c)들의 직경이 5㎛으로 형성되어 있는 경우, 적혈구는 여과구멍(44c)들을 통과한다. 세포는 항체 표면층(44e)에 결합되어 포획되므로, 세포의 포획률이 크게 높아진다. 한편, 필터조립체(40-1, 40-2, 40-3)들 중 하나의 필터조립체, 예를 들어 제3 필터조립체(40-3)가 배치되어 있는 경우, 메시필터(44-3)의 여과구멍(44c)들의 직경은 제1 유형의 타깃(6a)들의 여과를 위하여 제1 직경(d₁)보다 작고, 제2 직경(d₂)보다 크게 형성된다.

도 10과 도 11에 본 발명에 따른 미세유체장치에 있어서 메시필터의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 10과 도 11을 참조하면, 다른 실시예의 메시필터(144)는 여과면(144a), 이면(144b)과 복수의 여과구멍(144c)들을 갖는다. 메시필터(144)는 그 여과면(144a)에 타깃(6)들을 수용하도록 형성되어 있는 복수의 풀(Pool: 146)들을 갖는다. 풀(146)들의 단면은 원형으로 형성되어 있다. 여과구멍(144c)들 각각은 풀(146)들의 중앙에 형성되어 있다. 여과구멍(144c)들과 풀(146)들은 동심을 이루도록 형성되어 있다. 풀(146)은 필요에 따라 다단으로 형성될 수 있다. 풀(146)들은 메시필터(14)에 동일하게 적용될 수 있다.

타깃(6)들은 솔루션(8)의 흐름에 따라 풀(146)들에 유입되면서 여과구멍(144c)들을 향하여 유도된다. 여과구멍(144c)들을 통과하지 못한 제1 유형의 타깃(6a)들은 풀(146)들에 수용된다. 따라서 타깃(6)들의 여과가 완료되면, 작업자는 풀(146)들에 수용되어 있는 제1 유형의 타깃(6a)들을 쉽게 채취할 수 있다. 세포가 풀(146)에 수용되는 것에 의하여 세포의 변형이 방지되어 세포의 여과율이 높아진다.

도 12와 도 13에 본 발명에 따른 미세유체장치에 있어서 메시필터의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 12와 도 13을 참조하면, 또 다른 실시예의 메시필터(244)는 여과면(244a), 이면(244b)과 복수의 여과구멍(244c)들을 갖는다. 메시필터(244)는 여과구멍(244c)들 각각의 상부에 타깃(6)들과 솔루션(8)들의 흐름 방향을 따라 직경이 점진적으로 감소되도록 연결되어 있는 테이퍼구멍(Taper hole: 246)들을 갖는다. 테이퍼구멍(246)들은 타깃(6)들과 솔루션(8)의 흐름이 원활하도록 여과구멍(244c)들로 유도한다. 또한, 여과구멍(244c)들을 통과하지 못한 제1 유형의 타깃(6a)들은 테이퍼구멍(246)들 각각에 수용된다. 테이퍼구멍(246)들은 메시필터(14)에 동일하게 적용될 수 있다.

도 14와 도 15에 본 발명에 따른 미세유체장치에 있어서 메시필터의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 14와 도 15를 참조하면, 또 다른 실시예의 메시필터(344)는 여과면(344a), 이면(344b)과 복수의 여과구멍(344c)들을 갖는다. 메시필터(344)는 그 여과면(344a)에 여과구멍(344c)들 각각의 상방을 둘러싸서 타깃(6)들과 솔루션(8)의 흐름을 여과구멍(344c)들 각각에 유도하도록 형성되어 있는 복수의 가이드월(Guide wall: 346)들을 갖는다. 가이드월(346)들 각각은 메시필터(344)의 상면에 여과구멍(344c)들 각각의 가장자리로부터 연장되도록 형성되어 있는 보어(348)를 갖는다. 가이드월(346)들은 보어(348)의 단면이 육각형으로 형성되는 허니콤 구조(Honeycomb structure)로 되어 있다. 가이드월(348)들은 타깃(6)들과 솔루션(8)의 흐름이 여과구멍(334c)들 각각에 균일하게 분산되도록 유도한다. 또한, 여과구멍(344c)들을 통과하지 못한 제1 유형의 타깃(6a)들은 가이드월(346)들 보어(348) 각에 수용된다. 가이드월(346)들은 메시필터(14)에 동일하게 적용될 수 있다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

2: 샘플 4: 논타깃
6: 타깃 8: 솔루션
10: 제1 필터링장치 12: 슬리브
14: 메시필터 14a: 여과면
14c: 여과구멍 20: 운반유체 공급장치
22: 주사기 30: 커플링장치
32: 슬리브 34: 어댑터
40: 제2 필터링장치 40-1, 40-2, 40-3: 필터조립체
42-1, 42-2, 42-3: 슬리브
44-1, 44-2, 44-3, 134, 234, 334: 메시필터
44c, 144c, 244c, 344c: 여과구멍 50: 리시버
60: 샘플 컨테이너 136: 풀
236: 테이퍼구멍 338: 가이드월

Claims

복수 유형의 타깃들이 여과되어 있는 여과면이 그 여과 방향과 반대 방향을 향하도록 배치되어 있는 제1 필터링장치와;
상기 제1 필터링장치의 상류에 장착되어 있고, 상기 복수 유형의 타깃들을 하류로 수송하는 운반유체를 상기 제1 필터링장치에 공급하는 운반유체 공급장치와;
상기 제1 필터링장치의 하류에 장착되어 있으며, 상기 제1 필터링장치로부터 상기 복수 유형의 타깃들을 받아들여 여과하는 제2 필터링장치를 포함하는 미세유체장치.
제 1 항에 있어서, 제1 필터링장치는,
상기 복수 유형의 타깃들과 상기 운반유체의 흐름을 위한 보어를 가지며, 제1 단이 외면 하부에 형성되어 있고, 상기 보어의 내면에 직경의 확장을 위하여 제2 단이 형성되어 있는 슬리브와;
상기 제2 단에 지지되어 있으며, 상기 복수 유형의 타깃들 중 어느 하나의 유형의 타깃들을 여과하도록 상기 여과면에 형성되어 있는 복수의 여과구멍들을 갖는 메시필터로 이루어지는 미세유체장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제2 필터링장치는 복수의 필터조립체들로 이루어지고, 상기 복수의 필터조립체들 각각은,
상기 복수 유형의 타깃들과 상기 운반유체의 흐름을 위한 보어를 가지며, 제1 단이 외면 하부에 형성되어 있고, 상기 보어의 내면에 직경의 확장을 위하여 제2 단이 형성되어 있는 슬리브와;
상기 제2 단에 지지되어 있으며, 상기 복수 유형의 타깃들 중 어느 하나의 유형의 타깃들을 여과하도록 형성되어 있는 복수의 여과구멍들을 갖는 메시필터로 이루어지는 미세유체장치.
제 3 항에 있어서, 상기 복수의 필터조립체들 각각의 메시필터는 상기 복수 유형의 타깃들을 크기에 따라 단계적으로 여과하기 위하여 상기 복수의 여과구멍들의 직경이 상기 샘플의 흐름 방향을 따라 점진적으로 감소되도록 배치되어 있는 미세유체장치.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 메시필터의 표면에 친수성 표면층이 코팅되어 있는 미세유체장치.
제 5 항에 있어서, 상기 샘플은 상기 복수 유형의 타깃들로 세포를 포함하는 혈액으로 이루어지고, 상기 메시필터의 표면과 상기 친수성 표면층의 표면 중 어느 하나에 상기 세포의 포획을 위하여 항체 표면층이 코팅되어 있는 미세유체장치.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항 있어서, 상기 메시필터의 상면에 상기 복수 유형의 타깃들을 수용하는 복수의 풀들이 형성되어 있고, 상기 복수의 여과구멍들 각각은 상기 복수의 풀들의 중앙에 형성되어 있는 미세유체장치.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항 있어서, 상기 메시필터는 상기 복수의 여과구멍들 각각의 상부에 상기 샘플의 흐름 방향을 따라 직경이 점진적으로 감소되도록 연결되어 있는 테이퍼보어를 갖는 미세유체장치.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항 있어서, 상기 메시필터는 그 상면에 상기 복수의 여과구멍들 각각의 상방을 둘러싸서 상기 샘플의 흐름을 상기 복수의 여과구멍들 각각에 유도하도록 형성되어 있는 복수의 가이드월들을 갖는 미세유체장치.
제 9 항에 있어서, 상기 복수의 가이드월들 각각은 상기 메시필터의 상면에 상기 복수의 여과구멍들 각각의 가장자리로부터 연장되도록 형성되어 있는 보어를 갖는 허니콤 구조로 이루어지는 미세유체장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 필터링장치로부터 상기 운반유체 공급장치로 상기 운반유체를 수송하기 위하여 상기 제1 필터링장치로부터 상기 운반유체 공급장치를 연결하는 커플링장치를 더 구비하는 미세유체장치.
제 11 항에 있어서, 상기 커플링장치는,
상기 제1 필터링장치의 상류에 장착되어 있고, 상기 운반유체의 수송을 위한 보어를 갖는 슬리브와;
상기 슬리브의 상부에 장착되어 있으며, 상기 슬리브의 보어와 연결되는 보어와 상면에 상기 운반유체 공급수단과 연결되는 파이프가 형성되어 있는 어댑터로 이루어지는 미세유체장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제2 필터링장치를 거친 상기 운반유체의 유입을 위한 도입구멍이 상면에 형성되어 있고 상기 도입구멍을 통하여 유입되는 상기 운반유체을 받아들이는 공간이 내측에 형성되어 있는 리시버를 더 구비하는 미세유체장치.
제 13 항에 있어서, 상기 리시버의 일측면에 상기 공간으로부터 상기 운반유체의 배출을 위하여 상기 공간과 연결되도록 배출구멍이 형성되어 있고, 상기 공간의 바닥은 상기 공간에 유입되는 상기 운반유체의 흐름을 상기 배출구멍으로 유도하도록 상기 배출구멍을 향하여 낮아지는 경사면으로 형성되어 있는 미세유체장치.
복수의 논타깃들과 복수 유형의 타깃들을 포함하고 있는 샘플을 공급하는 단계와;
상기 복수 유형의 타깃들을 제1 필터링장치에 의하여 여과하는 단계와;
상기 복수 유형의 타깃들이 여과되어 있는 제1 필터링장치를 뒤집어서 배치하는 단계와;
뒤집어져 배치되어 있는 상기 제1 필터링장치의 하류에 상기 복수 유형의 타깃들을 여과할 수 있는 제2 필터링장치를 배치하는 단계와;
뒤집어져 배치되어 있는 상기 제1 필터링장치의 상류에 상기 복수 유형의 타깃들을 하류로 수송을 위하여 운반매체를 공급하는 단계와;
뒤집어져 배치되어 있는 상기 제1 필터링장치로부터 수송되어 오는 상기 복수 유형의 타깃들을 상기 제2 필터링장치에 의하여 여과하는 단계를 포함하는 미세유체장치를 이용한 타깃의 분리방법.
제 15 항에 있어서, 상기 제2 필터링장치는 상기 운반매체의 흐름 방향을 따라 다단으로 배치되어 있고 복수의 여과구멍들을 갖는 복수의 필터조립체들로 이루어지고, 상기 제2 필터링장치를 배치하는 단계에서는 상기 복수의 여과구멍들의 직경이 상기 운반매체의 흐름 방향을 따라 점진적으로 감소되도록 상기 복수의 필터조립체들을 배치하는 미세유체장치를 이용한 타깃의 분리방법.