KR20110135330A

KR20110135330A - Device and method for separating target particle using multiorifice flow fractionation channel

Info

Publication number: KR20110135330A
Application number: KR1020110037353A
Authority: KR
Inventors: 심태석; 이정건; 정효일; 권기호
Original assignee: 삼성전자주식회사; 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2011-12-16
Also published as: KR101844413B1

Abstract

PURPOSE: Target particle separating apparatus and method using a multi-orifice flow fractionation(MOFF) channel are provided to improve the efficiency of separation with respect to target particles contained in a fluid sample. CONSTITUTION: An apparatus for separating target particles from a fluid sample includes three or more MOFF channels, a first separating part(400), and buffer introducing parts(20a, 20b). The MOFF channels include multi-orifice segments, inlets, and outlets(30). Contraction channels and extension channels, defined by a pre-determined dimension based on target particles, are repeatedly connected in the multi-orifice segments. The first separating part includes a first separating channel and a first branched channel. The first separating channel corresponds to the center part of the cross section of the outlet in a first MOFF channel(100).

Description

Device and method for separating target particle using MultiOrifice Flow Fractionation channel

유체 샘플 내에 존재하는 표적 입자를 분리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.An apparatus and method for separating target particles present in a fluid sample.

유체 샘플 내에서 표적 입자를 분리하는 기술은 많은 분야에서 그 활용도가 높다. 예를 들어, 병원균의 검출, 신약 개발, 약물 검사, 세포 대체 치료법 등의 의학 분야에서 표적 세포를 분리하는 작업은 필수적이며, 오염된 하수와 관련된 환경 분야에서 미세한 오염 원인 입자를 분리하는 기술은 그 활용도가 매우 높다. 특히, 현재 암 진단에 있어서 암 세포의 조기 발견은 매우 중요하기 때문에 간편하며 정확한 암 세포 분리 기술을 찾고자 많은 연구가 진행되고 있는 실정이다. 그러나, 기존의 암 세포 분리 기술은 복잡하고 많은 시간이 소요되기 때문에 신속한 진단 및 치료를 요하는 암 관련 질환에 있어서 효과적인 해결 방안이 될 수 없었다. 예를 들어, 유방암 관련 암 세포인 CTC(circulating tumor cell)는 인체 내에 존재하더라도 그 양이 극히 적기 때문에 의학적 치료 및 연구를 진행하기 위한 충분한 표본 확보가 매우 어렵다. 따라서, 혈액 등 체액을 포함하는 유체 샘플 내에서 미세하게 존재하는 암 세포 등과 같은 표적 입자를 효율적으로 분리하기 위한 기술이 현재 요구되고 있다.Techniques for separating target particles within a fluid sample are of high utility in many applications. For example, isolation of target cells is essential in medical applications such as pathogen detection, drug development, drug testing, and cell replacement therapy. Utilization is very high. In particular, since early detection of cancer cells is very important in cancer diagnosis, many studies are being conducted to find a simple and accurate cancer cell separation technique. However, the existing cancer cell separation technology is complicated and time-consuming, and thus could not be an effective solution for cancer-related diseases requiring rapid diagnosis and treatment. For example, circulating tumor cells (CTCs), which are breast cancer-related cancer cells, are present in the human body, and therefore, the amount thereof is extremely small, so that sufficient samples for medical treatment and research are difficult to obtain. Therefore, there is a current need for a technique for efficiently separating target particles such as cancer cells and the like present in a fluid sample containing a body fluid such as blood.

MOFF 채널(MultiOrifice Flow Fractionation channel)을 이용하여 유체 샘플 내에 존재하는 표적 입자를 효율적으로 분리할 수 있는 표적 입자 분리 장치 및 분리 방법을 제공하고자 한다.The present invention provides a target particle separation device and a separation method capable of efficiently separating target particles present in a fluid sample by using a MOFF channel (MultiOrifice Flow Fractionation channel).

일 구체예는 표적 입자를 기준으로 미리 결정된 치수(dimension)로 정의되는 수축 채널 및 확장 챔버가 길이 방향으로 반복 연결된 멀티오리피스 세그먼트(multiorifice segment), 및 상기 멀티오리피스 세그먼트의 양 말단에 형성된 유입부 및 유출부를 구비하는 3 이상의 MOFF(MultiOrifice Flow Fractionation) 채널; 상기 제1 MOFF 채널의 유출부 단면의 중앙 부분과 대응하도록 유체 소통 가능하게 연결된 제1 분리 채널, 및 상기 제1 MOFF 채널의 유출부 단면의 양 측벽 부분과 상기 제2 MOFF 채널 및 상기 제3 MOFF 채널의 유입부가 각각 대응하도록 유체 소통 가능하게 연결된 제1 분지 채널을 포함하는 제1 분리부; 상기 제2 MOFF 채널 및 상기 제3 MOFF 채널 내로 버퍼가 유입되도록 상기 제2 MOFF 채널 및 상기 제3 MOFF 채널의 유입부의 적어도 일 부분에 형성된 버퍼 유입부를 포함하는, 유체 샘플 내의 표적 입자를 분리하기 위한 입자 분리 장치를 제공한다.One embodiment includes a multiorifice segment in which the contraction channel and the expansion chamber are defined in a predetermined dimension relative to the target particle, and the inlets formed at both ends of the multiorifice segment, At least three MOFF (MultiOrifice Flow Fractionation) channels with outlets; A first separation channel in fluid communication with the central portion of the outlet cross section of the first MOFF channel, and both sidewall portions of the outlet cross section of the first MOFF channel and the second MOFF channel and the third MOFF A first separator comprising a first branch channel in fluid communication with each inlet of the channel correspondingly; And a buffer inlet formed in at least a portion of the inlet of the second MOFF channel and the third MOFF channel to introduce a buffer into the second MOFF channel and the third MOFF channel. Provided is a particle separation device.

일 구체예에 따르면, 상기 제1 분리 채널의 치수(dimension)는 상기 제1 분리 채널의 치수에 의해 결정되는 유체 저항값이 상기 제1 분지 채널의 치수에 의해 결정되는 유체 저항값보다 상대적으로 크도록 구현될 수 있다.According to one embodiment, the dimension of the first separation channel is such that the fluid resistance value determined by the dimension of the first separation channel is relatively greater than the fluid resistance value determined by the dimension of the first branch channel. It can be implemented to.

일 구체예에 따르면, 상기 제1 분리 채널의 단면적은 상기 제1 분지 채널의 단면적보다 상대적으로 작도록 구현될 수 있다.According to one embodiment, the cross-sectional area of the first separation channel may be implemented to be relatively smaller than the cross-sectional area of the first branch channel.

일 구체예에 따르면, 상기 입자 분리 장치는 상기 제2 MOFF 채널 및 상기 제3 MOFF 채널의 유출부 단면의 중앙 부분과 대응하도록 유체 소통 가능하게 연결된 제2 분리 채널, 및 상기 제2 MOFF 채널 및 상기 제3 MOFF 채널의 유출부 단면의 양 측벽 부분과 대응하도록 유체 소통 가능하게 연결된 제2 분지 채널을 포함하는 제2 분리부를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, the particle separation device comprises: a second separation channel in fluid communication with the second MOFF channel and in communication with the central portion of the outlet cross section of the third MOFF channel; and the second MOFF channel and the The apparatus may further include a second separator including a second branch channel in fluid communication with both sidewall portions of the outlet cross section of the third MOFF channel.

일 구체예에 따르면, 상기 제2 분지 채널은 상기 유체 샘플 내의 표적 입자를 제외한 나머지 입자들을 수집하기 위한 폐기 챔버와 대응하도록 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다.According to one embodiment, the second branch channel may be in fluid communication with a waste chamber for collecting particles other than target particles in the fluid sample.

일 구체예에 따르면, 상기 제1 MOFF 채널의 유입부는 상기 유체 샘플을 도입하기 위한 샘플 유입부와 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다.According to one embodiment, the inlet of the first MOFF channel may be in fluid communication with a sample inlet for introducing the fluid sample.

일 구체예에 따르면, 상기 제1 분리 채널과 제2 분리 채널의 유출부는 상기 유체 샘플 내의 표적 입자를 획득하기 위한 하나의 표적 입자 유출부와 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다.According to one embodiment, the outlet of the first separation channel and the second separation channel may be in fluid communication with one target particle outlet for obtaining target particles in the fluid sample.

일 구체예에 따르면, 상기 제1 분리 채널의 치수(dimension)는 상기 제1 분리 채널의 치수에 의해 결정되는 제1 분리 채널의 유체 저항값이 상기 제1 MOFF 채널, 제2 MOFF 채널 및 제3 MOFF 채널의 미리 결정된 치수에 의해 결정되는 각 MOFF 채널의 유체 저항값보다 약 5배가 크도록 구현될 수 있다.According to one embodiment, the dimension of the first separation channel is the fluid resistance value of the first separation channel is determined by the dimensions of the first separation channel is the first MOFF channel, the second MOFF channel and the third It can be implemented to be about five times greater than the fluid resistance value of each MOFF channel determined by the predetermined dimension of the MOFF channel.

다른 일 구체예는 표적 입자를 기준으로 미리 결정된 치수(dimension)로 정의되는 수축 채널 및 확장 챔버가 길이 방향으로 반복 연결된 멀티오리피스 세그먼트(multiorifice segment), 및 상기 멀티오리피스 세그먼트의 양 말단에 형성된 유입부 및 유출부를 구비하는 복수의 MOFF(MultiOrifice Flow Fractionation) 채널을 제공하는 단계; 제1 MOFF 채널의 유입부에 표적 입자를 포함하는 제1 유체 샘플을 도입하는 단계; 상기 제1 MOFF 채널의 유출부 단면의 중앙 부분으로부터 배출되는 표적 입자를 획득하는 제1 분리 단계; 제2 MOFF 채널의 유입부에 상기 제1 MOFF 채널의 유출부 단면의 양 측벽 부분으로부터 배출된 제2 유체 샘플을 도입하는 단계; 및 상기 제2 MOFF 채널의 유출부 단면의 중앙 부분으로부터 배출된 표적 입자를 획득하는 제2 분리 단계를 포함하는 유체 샘플 내의 표적 입자를 분리하기 위한 입자 분리 방법을 제공한다.Another embodiment is a multiorifice segment in which the contraction channel defined by a predetermined dimension relative to the target particle and the expansion chamber are repeatedly connected in the longitudinal direction, and inlets formed at both ends of the multiorifice segment. And providing a plurality of MOFF (MultiOrifice Flow Fractionation) channels having outlets; Introducing a first fluid sample comprising target particles at the inlet of the first MOFF channel; A first separation step of obtaining target particles discharged from a central portion of the outlet section of the first MOFF channel; Introducing a second fluid sample discharged from both sidewall portions of an outlet cross section of the first MOFF channel into an inlet of a second MOFF channel; And a second separation step of acquiring target particles discharged from a central portion of the outlet cross section of the second MOFF channel.

다른 일 구체예에 따르면, 상기 제2 MOFF 채널의 유입부에 상기 제1 MOFF 채널의 유출부 단면의 양 측벽 부분으로부터 배출된 제2 유체 샘플을 도입하는 단계는 상기 제2 MOFF 채널의 유입부에 도입되는 유체의 양이 상기 제1 MOFF 채널의 유입부에 도입된 제1 유체 샘플의 양과 동일하도록 상기 제2 MOFF 채널의 유입부에 버퍼를 추가적으로 도입하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another embodiment, introducing the second fluid sample discharged from both sidewall portions of the outlet cross section of the first MOFF channel to the inlet of the second MOFF channel may include an inlet of the second MOFF channel. The method may further include introducing a buffer to the inlet of the second MOFF channel such that the amount of fluid introduced is equal to the amount of the first fluid sample introduced to the inlet of the first MOFF channel.

다른 일 구체예에 따르면, 상기 제2 MOFF 채널의 유입부에 상기 제1 MOFF 채널의 유출부 단면의 양 측벽 부분으로부터 배출된 제2 유체 샘플을 도입하는 단계는 상기 제2 MOFF 채널의 유입부에 도입되는 유체의 양이 상기 제1 MOFF 채널의 유입부에 도입된 제1 유체 샘플의 양과 다르도록 상기 제2 MOFF 채널의 유입부에 버퍼를 추가적으로 도입하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another embodiment, introducing the second fluid sample discharged from both sidewall portions of the outlet cross section of the first MOFF channel to the inlet of the second MOFF channel may include an inlet of the second MOFF channel. The method may further include introducing a buffer to the inlet of the second MOFF channel such that the amount of fluid introduced is different from the amount of the first fluid sample introduced to the inlet of the first MOFF channel.

일 구체예 및 다른 일 구체예에 따른 MOFF 채널을 이용하는 표적 입자 분리 장치 및 분리 방법을 제공함으로써 유체 샘플 내에 존재하는 표적 입자를 효율적으로 분리할 수 있다.By providing a target particle separation device and separation method using the MOFF channel according to one embodiment and another embodiment, it is possible to efficiently separate the target particles present in the fluid sample.

도 1a는 표적 입자를 기준으로 미리 결정된 치수로 정의되는 수축 채널 및 확장 챔버가 길이 방향으로 반복 연결된 멀티오리피스 세그먼트 내에서 입자에 작용하는 힘에 의한 입자들의 포커싱(focusing) 현상을 도시한다.
도 1b는 일 실시예에 따른 MOFF 채널의 개략적인 구조를 도시한다.
도 1c는 일 실시예에 따른 단일 MOFF 채널을 이용하여 다양한 크기를 갖는 입자를 분리한 결과를 도시한다.
도 2는 복수의 MOFF 채널을 이용하여 유체 샘플 내에 존재하는 표적 입자를 분리하는 일 실시예에 따른 입자 분리 방법을 도시한다.
도 3은 복수의 MOFF 채널을 이용하여 유체 샘플 내에 존재하는 표적 입자를 분리하는 일 실시예에 따른 입자 분리 장치를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 입자 분리 장치의 제1 분리부의 구조를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 입자 분리 장치의 제2 MOFF 채널의 유입부에 유체소통 가능하게 연결된 버퍼 제공부를 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 입자 분리 장치의 제2 분리부의 구조를 도시한다.
도 7은 도 3에 따른 입자 분리 장치 내에서 유체 흐름을 설명하기 위한 등가회로를 도시한다.
도 8 내지 도 12는 도 3에 따른 입자 분리 장치 내에서의 샘플 용액의 유체 흐름을 측정한 결과를 도시한다.1A illustrates the phenomenon of focusing of particles by a force acting on the particles in a multi-orifice segment in which the contraction channel and expansion chamber are defined in predetermined dimensions relative to the target particle and are repeatedly connected in the longitudinal direction.
1B shows a schematic structure of an MOFF channel according to one embodiment.
1C illustrates the results of separating particles of various sizes using a single MOFF channel according to one embodiment.
2 illustrates a particle separation method according to one embodiment of separating target particles present in a fluid sample using a plurality of MOFF channels.
3 illustrates a particle separation apparatus according to one embodiment for separating target particles present in a fluid sample using a plurality of MOFF channels.
4 illustrates a structure of a first separator of a particle separator according to an embodiment.
FIG. 5 illustrates a buffer providing part fluidly connected to an inlet of a second MOFF channel of a particle separation device according to an embodiment.
6 shows a structure of a second separator of the particle separator according to one embodiment.
FIG. 7 shows an equivalent circuit for explaining the fluid flow in the particle separation device according to FIG. 3.
8 to 12 show the results of measuring the fluid flow of the sample solution in the particle separation device according to FIG. 3.

이하, 첨부 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 이하 설명은 일 실시예들을 용이하게 이해하기 위한 것일 뿐이며, 보호범위를 제한하기 위한 것은 아니다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following description is merely to facilitate understanding of the embodiments, and is not intended to limit the scope of protection.

도 1a는 표적 입자를 기준으로 미리 결정된 치수(dimension)로 정의되는 수축 채널 및 확장 챔버가 길이 방향으로 반복 연결된 멀티오리피스 세그먼트(multiorifice segment) 내에서 입자에 작용하는 힘에 의한 입자들의 포커싱(focusing) 현상을 도시한다. 또한, 도 1b는 일 실시예에 따른 MOFF(MultiOrifice Flow Fractionation) 채널의 개략적인 구조를 도시한다. 또한, 도 1c는 일 실시예에 따른 MOFF 채널을 이용하여 다양한 크기를 갖는 입자를 분리한 결과를 도시한다.1A shows the focusing of particles by forces acting on the particles in a multiorifice segment in which the contraction channel and expansion chamber are defined in a predetermined dimension relative to the target particle and are connected in a longitudinal direction repeatedly; The phenomenon is shown. In addition, FIG. 1B illustrates a schematic structure of a MultiOrifice Flow Fractionation (MOFF) channel according to an embodiment. In addition, FIG. 1C illustrates a result of separating particles having various sizes by using an MOFF channel according to an embodiment.

미세 유체학에 있어서, 유체 및 입자 거동의 물리적 현상은 무차원 수 (dimensionless number)를 사용하여 분석된다. 일반적으로, 상기 무차원 수는 점성력(viscous forces)과 관성력(inertial forces)의 비율로 정의되는, 레이놀즈 수(Re, Reynolds number)를 말한다. 입자가 활동 유체 내에 부유하는 경우 입자의 거동은 유체와의 접촉으로 인해 발생하는 관성력 및 점성력에 의해 영향받고, 상기 레이놀즈 수는 그러한 관성력 및 점성력에 영향을 미칠 수 있는 유체의 평균 속도, 특성 길이, 유체의 점성 계수 및 유체의 밀도 등에 의해 결정된다. 또한, 상기 레이놀즈 수는 특정 유체의 흐름이 층류(laminar flow)인지 난류(turbulent flow)인지 여부를 예측하는 데에도 사용된다. 상기 층류는 부드러운 유체 흐름으로서 층을 이루는 흐름인데 반해, 상기 난류는 불규칙하게 움직이면서 서로 섞이는 흐름을 말한다. 상기 층류는 점성력이 지배적인 유체 흐름의 일종으로서 레이놀즈 수가 낮고, 평탄하면서도 일정한 유체 흐름을 갖고, 상기 난류는 관성력이 지배적인 유체 흐름의 일종으로서 레이놀즈 수가 높고, 유체 흐름의 임의적인 변동을 갖는다. 대부분의 유체 흐름은 난류에 해당하지만, 예를 들어 혈액 샘플이 좁은 미세유동장치 내 채널을 통과하는 경우와 같이 점성이 큰 유체가 폭이 좁은 유로를 천천히 움직이는 경우에는 층류가 나타날 수 있다.In microfluidics, the physical phenomena of fluid and particle behavior are analyzed using dimensionless numbers. In general, the dimensionless number refers to a Reynolds number (Re, Reynolds number), which is defined as the ratio of viscous and inertial forces. When a particle is suspended in an active fluid, the particle's behavior is affected by the inertial and viscous forces resulting from contact with the fluid, and the Reynolds number is the average velocity, characteristic length, It is determined by the viscosity coefficient of the fluid and the density of the fluid. The Reynolds number is also used to predict whether a particular fluid flow is laminar flow or turbulent flow. The laminar flow is a smooth fluid flow, which is a layered flow, whereas the turbulent flow is a flow that is mixed with one another while moving irregularly. The laminar flow is a type of fluid flow in which viscous force is dominant and has a low Reynolds number, a flat and constant fluid flow, and the turbulence is a type of fluid flow in which inertia force is dominant and has a Reynolds number and a random variation of the fluid flow. Most fluid flows are turbulent, but laminar flow can occur when viscous fluids slowly move through narrow channels, for example, when blood samples pass through channels in narrow microfluidics.

도 1a에 따르면, 유체가 유입부(inlet)로 도입되어 제1 확장 영역으로부터 제1 수축 영역을 통과하여 제2 확장 영역에 도달하게 될 때까지는 상기 유체 내 입자들은 유체 흐름에 큰 영향을 받지 않고 유체 내에서 무작위적으로 배치된다(도 1a의 Random 참조). 그러나, 그 이후 유체가 확장 영역 및 수축 영역을 연이어 통과하게 되면 상기 유체 내 입자들은 관 끼임 효과(도 1a의 tubular pinch 참조)에 의해 원형 띠 형태로 모이게 되고, 그 이후 상기 채널의 수평면 상으로 2차 흐름(도 1a의 secondary flow 참조)에 의해 힘을 받게 되어 상기 유체가 유출부(oulet) 쪽으로 갈수록 채널의 양 측벽으로 포커싱(focusing)되는 현상이 나타난다(도 1a의 lateral focus 참조). 따라서, 도 1a에 따른 멀터오리피스 세그먼트 내에서 유체 내 입자의 크기와 채널 단면의 크기의 상대적인 비율에 따라 상기 입자들의 거동이 달라지고, 이를 이용하여 상기 멀티오리피스 세그먼트를 이용하여 유체 내 입자의 크기에 따른 입자 분리가 가능함을 나타낸다.According to FIG. 1A, the particles in the fluid are not significantly affected by the fluid flow until the fluid is introduced into the inlet and passes from the first expansion zone through the first contraction zone to reach the second expansion zone. Randomly placed in the fluid (see Random in FIG. 1A). However, when the fluid subsequently passes through the expansion and contraction zones, the particles in the fluid are gathered in a circular band by a tube pinching effect (see tubular pinch in FIG. 1A), and then onto the horizontal plane of the channel. Forced by a secondary flow (see secondary flow in FIG. 1A) results in the fluid being focused toward both sidewalls of the channel toward the outlet (see lateral focus in FIG. 1A). Accordingly, the behavior of the particles varies according to the relative ratio of the size of the particles in the fluid and the size of the channel cross-section in the multi-orifice segment according to FIG. 1A, and by using the multi-orifice segment, Particle separation accordingly.

도 1b에 따르면, 도 1a에 따른 멀티오리피스 세그먼트를 구체적으로 구현한 일 실시예에 따른 MOFF 채널의 개략적인 구조를 도시한다. 상기 MOFF(MultiOrifice Flow Fractionation) 채널은 유체 내 입자들을 크기에 따라 연속적으로 분리하기 위한 미세유동장치의 일 예이다. 구체적으로, 상기 MOFF 채널은 표적 입자를 기준으로 미리 결정된 치수로 정의되는 수축 채널 및 확장 챔버가 길이 방향으로 반복 연결된 멀티오리피스 세그먼트(multiorifice segment)를 포함할 수 있다. 상기 수축 채널 및 확장 챔버의 길이 및 단면적은 유체 내 포함된 입자의 크기에 따라 다양하게 결정될 수 있고, 상기 수축 채널 및 확장 챔버의 반복 유닛의 개수는 다양할 수 있다. 상기 멀티오리피스 세그먼트의 일 말단은 유체 샘플을 도입하기 위한 유입부(inlet) 및 다른 말단은 유체 샘플 내 입자를 크기 별로 분리하여 배출하는 유출부(outlet)와 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다. 상기 MOFF 채널의 유입부와 멀티오리피스 세그먼트 사이에는 필터(filter)가 배치될 수 있고, 상기 필터는 유체 샘플 내 불순물을 여과하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 MOFF 채널의 유출부는 멀티오리피스 세그먼트 내에 배치된 수축 채널 및 확장 챔버에 비해 유체 흐름 방향으로 점점 넓어지는 구조를 가질 수 있고, 입자가 크기 별로 분리되었는 지 여부를 확인할 수 있도록 형성된 검출 선(detection line)을 포함할 수 있다. 도 1b에 표시된 특정 수치 및 단위는 MOFF 채널의 크기 및 단면적를 표현하기 위한 일 예를 나타낸 것으로, 이에 제한되지 않는다.Referring to FIG. 1B, there is shown a schematic structure of an MOFF channel according to an embodiment specifically implementing the multi-orifice segment according to FIG. 1A. The MOFF (MultiOrifice Flow Fractionation) channel is an example of a microfluidic device for continuously separating particles in a fluid according to size. In detail, the MOFF channel may include a multiorifice segment in which the contraction channel and the expansion chamber are defined in a predetermined dimension with respect to the target particle and are repeatedly connected in the longitudinal direction. The length and cross-sectional area of the contraction channel and the expansion chamber can be determined variously according to the size of the particles contained in the fluid, and the number of repeating units of the contraction channel and the expansion chamber can vary. One end of the multi-orifice segment may be in fluid communication with an inlet for introducing a fluid sample and another end with an outlet for separating and discharging particles in the fluid sample by size. A filter may be disposed between the inlet of the MOFF channel and the multi-orifice segment, and the filter may serve to filter impurities in the fluid sample. The outlet portion of the MOFF channel may have a structure that is wider in the fluid flow direction than the contraction channel and the expansion chamber disposed in the multi-orifice segment, and a detection line formed to check whether particles are separated by size. ) May be included. The specific numerical values and units shown in FIG. 1B illustrate an example for expressing the size and cross-sectional area of the MOFF channel, but are not limited thereto.

도 1c에 따르면, 도 1b에 따른 단일 MOFF 채널에 유체 샘플로서 혈액을 도입하여 상기 혈액 내 존재하는 MCF-7 세포(Human breast adenocarcinoma cell)를 표적 입자로서 분리한 실험을 진행한 결과를 확인할 수 있다. 상기 MCF-7은 CTC(circulating tumor cell)의 일종으로서, 혈액에 포함된 암세포의 일종이다. 혈액 내 존재하는 백혈구 및 적혈구 등으로부터 상기 MCF-7 세포를 별도로 분리하는 것은 암 진단에 응용되는 기술의 일 예이다. 암 환자의 경우, 암에 대한 외과적 치료 후 사망률에 많은 영향을 미치는 것이 전이성 암세포의 존재 유무이다. 즉, 혈액 내 존재하는 적혈구 약 10⁹개 중 약 1개 정도로 존재하는 CTC를 손실 없이 정확하게 검출하는 것은 암 환자의 암 치료 전후의 생존률을 개선하기 위해 매우 중요하다. 일반적으로, 암 수술 후 환자의 생존률을 높이기 위해 외과적 수술을 받은 모든 암 환자들을 대상으로 항암 치료를 시행하고 있으나, 실질적으로 항암 치료가 요구되는 환자 이외의 환자들이 불필요한 항암 치료를 받음으로서 구토, 탈모 또는 면역력 약화 등의 육체적 또는 정신적 고통을 감수해야 하고, 불필요한 의료 자원의 낭비 및 그에 따른 경제적 손실을 야기하고 있는 실정이다. 그러나, 혈액 내 CTC 수를 정확하게 검출할 수 있게 되면, 암 전이 유무 및 정도를 판별할 수 있어서 상기와 같은 항암 치료의 부작용을 최소화시킬 수 있고, 분리된 CTC를 활용하여 환자에 따른 맞춤 처방이 가능할 수도 있다. 따라서, 혈액 내 CTC 수를 정확하게 검출하기 위해서는 단위 시간 당 분리할 수 있는 세포수(throughtout), 도입된 세포수와 분리된 표적 세포수의 비율(recovery) 및 분리된 표적 세포의 순도(purity)와 같은 기본 조건을 충족하는 표적 입자 분리 기술이 요구된다. 이미 설명된 바와 같이, 유체 샘플이 MOFF 채널을 통과하면 레이놀즈 수의 특정 범위에서 상기 유체 샘플 내 입자의 크기별 분리가 가능하다. 예를 들어, 레이놀즈 수가 약 60 내지 약 90의 범위 내인 경우 비교적 큰 입자(예를 들어, 약 15 ㎛ 이상)는 MOFF 채널의 유출부의 중앙 부분(centerline, inside)에 배열되고, 비교적 작은 입자(예를 들어, 약 7 ㎛ 이하)는 MOFF 채널의 유출부의 양 측벽 부분(both sidewalls, outside)에 배열될 수 있다. 도 1c는 도 1b에 따른 MOFF 채널을 이용하여 표적 입자 및 채널의 크기를 고려하여 다양한 레이놀즈 수(Re = 약 30, 50, 90, 100)를 전제로 적혈구(지름 약 5 ㎛), 백혈구(지름 약 10 ㎛), MCF-7(약 20 ㎛)을 분리한 결과이다. 도 1c에 따르면, 각 레이놀즈 수의 따라 MOFF 채널의 중앙 부분(Inside)과 양 측벽 부분(Outside)에 분포하는 세포 수의 차이가 발생한다. 특히, 레이놀즈 수가 90인 경우(Re=90) MCF-7의 분리율은 MOFF 채널의 중앙 부분(Inside)이 양 측벽 부분(Outside)보다 매우 크지만(약 88%), 적혈구(RBC) 및 백혈구(WBC)의 분리율은 오히려 MOFF 채널의 중앙 부분(Inside)이 양 측벽 부분(Outside)보다 매우 작다(각각, 약 15.9% 및 약 18.8%). 따라서, 상기 MOFF 채널의 중앙 부분에 분포된 입자를 분리하게 되면 혈액 내 존재하는 약 88%의 CTC를 분리할 수 있게 된다. 이미 설명된 바와 같이, 표적 입자의 크기에 따라 최적의 레이놀즈 수를 갖는 MOFF 채널을 이용하여 표적 입자를 높은 수율로 분리할 수 있다 하더라도, 경우에 따라 상기 표적 입자의 분리율을 더욱 개선해야 할 필요성이 있다. 예를 들어, 최적의 레이놀즈 수(Re=90)를 갖는 단일 MOFF 채널을 이용하면 혈액 내에 존재하는 약 88%의 CTC(약 20 ㎛)를 분리할 수 있지만, 이러한 분리율은 암 진단 및 치료에 있어서 적용되기 어려운 수치에 해당할 수 있다. 따라서, 상기 단일 MOFF 채널을 이용한 표적 입자의 분리율을 개선하기 위하여 이하, 복수의 MOFF 채널을 포함하는 표적 입자 분리 장치 및 방법을 제안한다.
According to FIG. 1C, a blood sample was introduced into a single MOFF channel according to FIG. 1B, and the results of experiments in which MCF-7 cells (Human breast adenocarcinoma cells) present in the blood were separated as target particles were confirmed. . The MCF-7 is a kind of CTC (circulating tumor cell), which is a kind of cancer cell contained in blood. Separately separating the MCF-7 cells from the white blood cells and red blood cells, etc. present in the blood is an example of a technique applied to cancer diagnosis. For cancer patients, the presence or absence of metastatic cancer cells has a significant effect on mortality after surgical treatment of cancer. That is, accurately and losslessly detecting CTC present in about 1 out of about 10 ⁹ red blood cells present in the blood is very important for improving the survival rate before and after cancer treatment of cancer patients. In general, chemotherapy is performed on all cancer patients undergoing surgery to increase the survival rate of patients after cancer surgery. However, patients who do not need chemotherapy are treated with unnecessary chemotherapy. Physical or mental suffering, such as hair loss or weakened immunity, must be taken, causing unnecessary waste of medical resources and consequently economic loss. However, if the number of CTCs in the blood can be accurately detected, the presence and extent of cancer metastasis can be determined, thereby minimizing the side effects of the anti-cancer treatment, and the separated CTCs can be used to make customized prescriptions for patients. It may be. Therefore, in order to accurately detect the number of CTCs in the blood, the number of cells that can be separated per unit time (throughtout), the ratio of introduced cells and the number of isolated target cells, the purity of the isolated target cells, There is a need for target particle separation techniques that meet the same basic conditions. As already explained, the passage of the fluid sample through the MOFF channel allows for size-specific separation of particles in the fluid sample over a specific range of Reynolds numbers. For example, when the Reynolds number is in the range of about 60 to about 90, relatively large particles (eg, about 15 μm or more) are arranged in the centerline, inside of the outlet of the MOFF channel, and relatively small particles (eg, For example, about 7 μm or less) may be arranged at both sidewalls (outside) of the outlet of the MOFF channel. FIG. 1C shows red blood cells (diameter about 5 μm) and white blood cells (diameter) based on various Reynolds numbers (Re = about 30, 50, 90, 100) in consideration of the size of target particles and channels using the MOFF channel according to FIG. About 10 μm) and MCF-7 (about 20 μm). According to FIG. 1C, a difference in the number of cells distributed in the inner side and both sidewall portions of the MOFF channel occurs according to each Reynolds number. In particular, when the Reynolds number is 90 (Re = 90), the separation rate of MCF-7 is much larger (about 88%) than the sidewall (Outside) of the MOFF channel, but the red blood cells (RBC) and leukocytes ( The separation rate of WBC) is rather that the inner part of the MOFF channel is much smaller than the outer sidewalls (about 15.9% and about 18.8%, respectively). Thus, separating the particles distributed in the central portion of the MOFF channel is able to separate about 88% of the CTC present in the blood. As already explained, although it is possible to separate target particles in high yield by using an MOFF channel having an optimal Reynolds number depending on the size of the target particles, there is a need to further improve the separation rate of the target particles in some cases. have. For example, using a single MOFF channel with an optimal Reynolds number (Re = 90) can separate about 88% of CTCs (about 20 μm) present in the blood, but this separation rate can be used to diagnose and treat cancer. It may correspond to a number that is difficult to apply. Therefore, in order to improve the separation rate of the target particles using the single MOFF channel, a target particle separation apparatus and method including a plurality of MOFF channels will be described below.

도 2는 복수의 MOFF 채널을 이용하여 유체 샘플 내에 존재하는 표적 입자를 분리하는 일 실시예에 따른 입자 분리 방법을 도시한다.2 illustrates a particle separation method according to one embodiment of separating target particles present in a fluid sample using a plurality of MOFF channels.

일 실시예는 표적 입자를 기준으로 미리 결정된 치수(dimension)로 정의되는 수축 채널 및 확장 챔버가 길이 방향으로 반복 연결된 멀티오리피스 세그먼트(multiorifice segment), 및 상기 멀티오리피스 세그먼트의 양 말단에 형성된 유입부 및 유출부를 구비하는 복수의 MOFF(MultiOrifice Flow Fractionation) 채널을 제공하는 단계; 제1 MOFF 채널의 유입부에 표적 입자를 포함하는 제1 유체 샘플을 도입하는 단계; 상기 제1 MOFF 채널의 유출부 단면의 중앙 부분으로부터 배출되는 표적 입자를 획득하는 제1 분리 단계; 제2 MOFF 채널의 유입부에 상기 제1 MOFF 채널의 유출부 단면의 양 측벽 부분으로부터 배출된 제2 유체 샘플을 도입하는 단계; 및 상기 제2 MOFF 채널의 유출부 단면의 중앙 부분으로부터 배출된 표적 입자를 획득하는 제2 분리 단계; 를 포함하는 유체 샘플 내의 표적 입자를 분리하기 위한 입자 분리 방법을 제공한다.One embodiment includes a multiorifice segment in which a contraction channel and an expansion chamber defined by a predetermined dimension with respect to a target particle are repeatedly connected in a longitudinal direction, and an inlet formed at both ends of the multi-orifice segment; Providing a plurality of MOFF (MultiOrifice Flow Fractionation) channels having outlets; Introducing a first fluid sample comprising target particles at the inlet of the first MOFF channel; A first separation step of obtaining target particles discharged from a central portion of the outlet section of the first MOFF channel; Introducing a second fluid sample discharged from both sidewall portions of an outlet cross section of the first MOFF channel into an inlet of a second MOFF channel; And a second separation step of obtaining target particles discharged from a central portion of the outlet section of the second MOFF channel. It provides a particle separation method for separating the target particles in the fluid sample comprising a.

상기 표적 입자를 기준으로 미리 결정된 치수(dimension)로 정의되는 수축 채널 및 확장 챔버가 길이 방향으로 반복 연결된 멀티오리피스 세그먼트(multiorifice segment), 및 상기 멀티오리피스 세그먼트의 양 말단에 형성된 유입부 및 유출부를 구비하는 복수의 MOFF(MultiOrifice Flow Fractionation) 채널(100, 200)을 제공하는 단계는 알려진 표적 입자(1)의 크기 및 유체 샘플(5a)의 유량에 대해 최적의 레이놀즈 수를 유지하는 MOFF 채널(100, 200)을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 최적의 레이놀즈 수를 유지하는 MOFF 채널은 이미 설명된 바와 같이, 표적 입자의 최대 분리율을 가질 수 있고, 상기 복수의 MOFF 채널(100, 200)은 그 구조 및 길이가 동일한 것으로 구현될 수 있다.A multiorifice segment having longitudinally connected shrinkage channels and expansion chambers defined by a predetermined dimension with respect to the target particle, and inlets and outlets formed at both ends of the multiorifice segment; Providing a plurality of MOFF (MultiOrifice Flow Fractionation) channels (100, 200) is a MOFF channel (100, maintaining the optimum Reynolds number for the size of the known target particle 1 and the flow rate of the fluid sample (5a) 200) may be prepared. In addition, the MOFF channel that maintains the optimal Reynolds number may have a maximum separation rate of target particles, as described above, and the plurality of MOFF channels 100 and 200 may be implemented with the same structure and length. have.

상기 제1 MOFF 채널(100)의 유입부에 표적 입자(1)를 포함하는 제1 유체 샘플(5a)을 도입하는 단계에 있어서, 상기 제1 유체 샘플(5a)은 실린지 또는 펌프(도시되지 않음)에 의해 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유입부에 도입될 수 있다. 한편, 도 2는 표적 입자(1)를 제외한 제1 유체 샘플(5a)의 나머지 구성물질(2)을 나타내고, 상기 나머지 구성물질(2)은 다양한 크기를 가질 수 있으나, 본 실시예에서는 적어도 표적 입자(1)의 크기보다 작은 것을 전제로 한다. 예를 들어, 제1 유체 샘플(5a)는 혈액일 수 있고, 표적 입자(1)은 MCF-7일 수 있고, 나머지 구성물질(2)는 적혈구 및/또는 백혈구 등을 포함할 수 있다.In the step of introducing a first fluid sample 5a comprising target particles 1 at the inlet of the first MOFF channel 100, the first fluid sample 5a is a syringe or pump (not shown). May be introduced into the inlet of the first MOFF channel 100. Meanwhile, FIG. 2 shows the remaining constituents 2 of the first fluid sample 5a excluding the target particle 1, which may have various sizes, but in this embodiment at least target It is assumed that smaller than the size of the particle (1). For example, the first fluid sample 5a may be blood, the target particle 1 may be MCF-7, and the remaining constituents 2 may include red blood cells and / or white blood cells and the like.

상기 제1 MOFF 채널(100)의 유출부 단면의 중앙 부분으로부터 배출되는 표적 입자(1)를 획득하는 제1 분리 단계(I)에 있어서, 상기 표적 입자(1)는 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유출부 단면의 중앙 부분에 배열되고, 상기 중앙 부분에 배열된 표적 입자(1)를 획득함으로써, 제1 유체 샘플(5a) 내에 존재하는 표적 입자(1)를 1차적으로 분리할 수 있다. 이 경우 단일의 제1 MOFF 채널(100)을 이용함으로써 얻을 수 있는 최대 분리율에 따라 표적 입자(1)를 분리할 수 있다. 한편, 나머지 구성물질(2) 및 상기 제1 분리 단계(I)에서 분리되지 않은 표적 입자(1)는 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유출부 단면의 양 측벽 부분에 배열되고, 이들을 별도로 획득하여 이하 설명될 제2 분리 단계(II)를 진행한다. 예를 들어, 상기 제1 분리 단계(I)에 의하여, 혈액 내에 존재하는 약 88%의 MCF-7을 분리할 수 있지만, 약 12%의 MCF-7은 분리하지 못하고, 이는 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유출부 단면의 양 측벽 부분에 배열된 것으로 예상되며, 상기 나머지 구성물질(2)과 함께 획득되어 이하 설명될 제2 분리 단계(II)를 통해 분리될 수 있다.In a first separation step (I) of obtaining target particles (1) discharged from a central portion of the outlet section of the first MOFF channel (100), the target particles (1) are formed in the first MOFF channel (100). The target particles 1 present in the first fluid sample 5a can be primarily separated by obtaining the target particles 1 arranged in the central portion of the outlet section of the cross section and arranged in the central portion. . In this case, the target particles 1 can be separated according to the maximum separation rate that can be obtained by using the single first MOFF channel 100. On the other hand, the remaining constituents 2 and the target particles 1 not separated in the first separation step I are arranged on both sidewall portions of the outlet cross section of the first MOFF channel 100, and these are obtained separately. To proceed to the second separation step (II) which will be described later. For example, by the first separation step (I), about 88% of MCF-7 present in the blood can be separated, but about 12% of MCF-7 cannot be separated, which is the first MOFF channel. It is expected to be arranged on both sidewall portions of the outlet cross section of 100, and can be separated through a second separation step (II), which is obtained with the remaining components 2 and will be described below.

상기 제2 MOFF 채널(200)의 유입부에 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유출부 단면의 양 측벽 부분으로부터 배출된 제2 유체 샘플(5b)을 도입하는 단계에 있어서, 상기 제2 유체 샘플(5b)은 상기 제1 유체 샘플(5a) 중 상기 제1 분리 단계(I)에서 분리되지 않은 표적 입자(1) 및 나머지 구성물질(2)을 포함한다. 한편, 상기 제2 유체 샘플(5b)은 상기 제1 유체 샘플(5a)로부터 표적 입자(1)를 1차적으로 분리한 것이기 때문에, 상기 제1 유체 샘플(5a)보다 그 유량이 작다. 이미 설명된 바와 같이, 상기 복수의 MOFF 채널(100, 200)은 상기 제1 유체 샘플(5a)의 유량을 고려하여 최적의 레이놀즈 수를 유지하도록 제조되었기 때문에 동일한 조건에서 입자를 분리하기 위해서는 다른 MOFF 채널(200)에 도입되는 유량은 제1 MOFF 채널(100)에 도입되는 유량과 동일해야 한다. 따라서, 일 실시예에 따르면, 상기 제2 MOFF 채널(200)의 유입부에 상기 제2 유체 샘플(5b)을 도입하는 단계는 상기 제2 MOFF 채널(200)의 유입부에 도입되는 유체의 양이 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유입부에 도입된 제1 유체 샘플(5a)의 양과 동일하도록 상기 제2 MOFF 채널(200)의 유입부에 버퍼(25)를 추가적으로 도입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 MOFF 채널(200)의 유입부에 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유출부 단면의 양 측벽 부분으로부터 배출된 제2 유체 샘플(5b)을 도입하는 단계에 있어서, 이미 설명된 바와 같이, 상기 제2 MOFF 채널(200)의 유입부에 상기 제2 유체 샘플(5b)과 버퍼(25)를 함께 도입할 수 있다. 한편, 상기 제2 MOFF 채널(200)의 유입부에 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유출부 단면의 양 측벽 부분으로부터 배출된 제2 유체 샘플(5b)을 도입하는 단계는 상기 제2 MOFF 채널(200)의 유입부에 도입되는 유체의 양이 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유입부에 도입된 제1 유체 샘플(5a)의 양과 다르도록 상기 제2 MOFF 채널(200)의 유입부에 버퍼(25)를 추가적으로 도입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우 상기 버퍼(25)의 양을 조절하여 상기 제1 유체 샘플(5a) 내에 존재하는 크기가 다른 입자들을 각각 분리할 수도 있다. 즉, 상기 버퍼(25)의 양을 조절하여 상기 제2 MOFF 채널(200)의 유입부에 도입되는 유체의 양이 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유입부에 도입된 제1 유체 샘플(5a)의 양과 다르게 되면, 상기 제1 MOFF 채널(100)과 상기 제2 MOFF 채널(200)을 통과하는 유량이 달라지고, 그에 따라 상기 제1 MOFF 채널(100) 및 상기 제2 MOFF 채널(200) 내의 레이놀즈 수도 달라진다. 그 결과, 각 MOFF 채널(100, 200)의 유출부 단면의 중앙 부분 및/또는 양 측벽 부분으로부터 배출되는 입자의 크기도 달라져서 상기 제1 유체 샘플(5a) 내에 존재하는 크기가 다른 입자들을 상기 제1 MOFF 채널(100) 및 상기 제2 MOFF 채널(200)을 통해 각각 분리할 수 있다.In the step of introducing a second fluid sample (5b) discharged from both side wall portions of the outlet cross section of the first MOFF channel 100 to the inlet of the second MOFF channel 200, the second fluid sample 5b comprises the target particles 1 and the remaining constituents 2 which are not separated in the first separation step I of the first fluid sample 5a. On the other hand, since the second fluid sample 5b primarily separates the target particles 1 from the first fluid sample 5a, the flow rate of the second fluid sample 5b is smaller than that of the first fluid sample 5a. As already described, the plurality of MOFF channels 100 and 200 are manufactured to maintain an optimum Reynolds number in view of the flow rate of the first fluid sample 5a, so that different MOFFs are used to separate particles under the same conditions. The flow rate introduced into the channel 200 should be the same as the flow rate introduced into the first MOFF channel 100. Thus, according to one embodiment, introducing the second fluid sample 5b into the inlet of the second MOFF channel 200 may comprise an amount of fluid introduced into the inlet of the second MOFF channel 200. Additionally introducing a buffer 25 at the inlet of the second MOFF channel 200 to be equal to the amount of the first fluid sample 5a introduced at the inlet of the first MOFF channel 100. can do. In the step of introducing the second fluid sample 5b discharged from both sidewall portions of the outlet section of the first MOFF channel 100 to the inlet of the second MOFF channel 200, as previously described. The second fluid sample 5b and the buffer 25 may be introduced together to the inlet of the second MOFF channel 200. Meanwhile, the step of introducing the second fluid sample 5b discharged from both sidewall portions of the outlet cross section of the first MOFF channel 100 to the inlet of the second MOFF channel 200 may include the second MOFF channel. The inlet of the second MOFF channel 200 such that the amount of fluid introduced into the inlet of 200 differs from the amount of the first fluid sample 5a introduced into the inlet of the first MOFF channel 100. The method may further include introducing a buffer 25. In this case, the amount of the buffer 25 may be adjusted to separate particles having different sizes from each other in the first fluid sample 5a. That is, the amount of fluid introduced into the inlet of the second MOFF channel 200 by adjusting the amount of the buffer 25 is the first fluid sample 5a introduced into the inlet of the first MOFF channel 100. When the amount is different from), the flow rate through the first MOFF channel 100 and the second MOFF channel 200 is changed, and accordingly, the first MOFF channel 100 and the second MOFF channel 200 are changed. My Reynolds number will also change. As a result, the size of the particles discharged from the central portion and / or both sidewall portions of the outlet cross section of each of the MOFF channels 100 and 200 is also changed so that the particles having different sizes present in the first fluid sample 5a may be removed. Each of the first MOFF channel 100 and the second MOFF channel 200 may be separated.

상기 제2 MOFF 채널(200)의 유출부 단면의 중앙 부분으로부터 배출된 표적 입자(1)를 획득하는 제2 분리 단계(II)에 있어서, 상기 표적 입자(1)는 상기 제2 MOFF 채널(200)의 유출부 단면의 중앙 부분에 배열되고, 상기 중앙 부분에 배열된 표적 입자(1)를 획득함으로써, 제2 유체 샘플(5b) 내에 존재하는 표적 입자(1)를 2차적으로 분리할 수 있다. 이 경우 단일의 제1 MOFF 채널(100)과 동일하게 단일의 MOFF 채널(200)을 이용함으로써 얻을 수 있는 최대 분리율에 따라 표적 입자(1)를 분리할 수 있다. 한편, 나머지 구성물질(2) 및 상기 제2 분리 단계(II)에서 분리되지 않은 표적 입자(1)는 상기 다른 MOFF 채널(200)의 유출부 단면의 양 측벽 부분에 배열되고, 이들을 별도로 획득하여 제3 분리 단계(III)(도시되지 않음)를 진행할 수도 있다. 예를 들어, 상기 제1 분리 단계(I)에 의하여 혈액 내에 존재하는 약 88%의 MCF-7이 분리되고, 분리되지 않은 약 12%의 MCF-7은 상기 제2 분리 단계(II)에 의하여 다시 약 88%의 수율로 분리될 수 있다. 따라서 최초 혈액 샘플을 기준으로 약 98.56%의 MCF-7을 분리할 수 있을 뿐만 아니라(88% + 12% X 0.88), 뒤이어 제3 분리 단계 등 연이은 분리 단계를 반복하게 되면 100%에 가까운 수율로 표적 입자를 분리할 수 있다.
In the second separation step (II) of obtaining the target particles 1 discharged from the central portion of the outlet section of the second MOFF channel 200, the target particles 1 are the second MOFF channel 200. The target particles 1 present in the second fluid sample 5b can be secondaryly separated by obtaining the target particles 1 arranged in the central portion of the outlet section of the cross section and arranged in the central portion. . In this case, the target particles 1 may be separated according to the maximum separation rate that can be obtained by using the single MOFF channel 200 in the same manner as the single first MOFF channel 100. On the other hand, the remaining components (2) and the target particles (1) not separated in the second separation step (II) are arranged on both sidewall portions of the outlet section of the other MOFF channel 200, and obtained separately A third separation step (III) (not shown) may be performed. For example, about 88% of MCF-7 present in blood is separated by the first separation step (I), and about 12% of MCF-7 that is not separated is separated by the second separation step (II). Again it can be separated in about 88% yield. Therefore, not only about 98.56% of MCF-7 can be isolated from the initial blood sample (88% + 12% X 0.88), but subsequent successive separation steps, such as the third separation step, result in near 100% yield. The target particle can be separated.

도 3은 복수의 MOFF 채널을 이용하여 유체 샘플 내에 존재하는 표적 입자를 분리하는 일 실시예에 따른 입자 분리 장치를 도시한다.3 illustrates a particle separation apparatus according to one embodiment for separating target particles present in a fluid sample using a plurality of MOFF channels.

도 3에 따르면, 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는표적 입자를 기준으로 미리 결정된 치수(dimension)로 정의되는 수축 채널 및 확장 챔버가 길이 방향으로 반복 연결된 멀티오리피스 세그먼트(multiorifice segment), 및 상기 멀티오리피스 세그먼트의 양 말단에 형성된 유입부 및 유출부를 구비하는 3 이상의 MOFF(MultiOrifice Flow Fractionation) 채널(100, 200a, 200b); 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유출부 단면의 중앙 부분과 대응하도록 유체 소통 가능하게 연결된 제1 분리 채널(410), 및 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유출부 단면의 양 측벽 부분과 상기 제2 MOFF 채널(200a) 및 상기 제3 MOFF 채널(200b)의 유입부가 각각 대응하도록 유체 소통 가능하게 연결된 제1 분지 채널(420a, 420b)을 포함하는 제1 분리부(400); 상기 제2 MOFF 채널(200a) 및 상기 제3 MOFF 채널(200b) 내로 버퍼가 유입되도록 상기 제2 MOFF 채널(200a) 및 상기 제3 MOFF 채널(200a)의 유입부의 적어도 일 부분에 형성된 버퍼 유입부(20a, 20b)를 포함한다. 상기 제1, 제2, 및 제3 MOFF 채널(100, 200a, 200b)에 대한 설명은 상기 도 1에서 설명된 바와 같다. 상기 도 1에서 설명된 바와 같이, 상기 제1, 제2, 및 제3 MOFF 채널(100, 200a, 200b)은 분리하고자 하는 표적 입자를 기준으로 미리 결정된 치수로 정의되는 수축 채널 및 확장 챔버가 길이 방향으로 반복 연결된 멀티오리피스 세그먼트(multiorifice segment)를 포함할 수 있고, 분리하고자 하는 표적 입자의 크기 및 유체 샘플의 유량에 따라 최적의 레이놀즈 수를 유지하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 혈액 내에 존재하는 MCF-7을 분리하기 위한 제1, 제2, 및 제3 MOFF 채널(100, 200a, 200b)은 특정 레이놀즈 수(예를 들어, Re = 약 90)를 유지하고, MOFF 채널의 유출부 단면의 중앙 부분에 약 15 ㎛ 입자들을, MOFF 채널의 유출부 단면의 양 측벽 부분에 약 7 ㎛ 입자들을 배열시킬 수 있어서, 상기 일정 크기를 갖는 입자들의 최적 분리율을 구현할 수 있다. 한편, 일 실시예에 따르면, 상기 제1, 제2, 및 제3 MOFF 채널(100, 200a, 200b) 중 제1 MOFF 채널(100)의 유출부는 제2 및 제3 MOFF 채널(200a, 200b)의 유입부와 유체 소통 가능하게 연결될 수 있고, 각각의 단일 MOFF 채널을 이용하여 유체 샘플 내 표적 입자를 반복적으로 분리할 수 있다.According to FIG. 3, an apparatus for separating particles according to an embodiment includes a multiorifice segment in which a contraction channel and an expansion chamber are defined in a predetermined direction based on a target particle, and a length is repeatedly connected, and the multiorifice segment. At least three MOFF (MultiOrifice Flow Fractionation) channels 100, 200a, 200b having inlets and outlets formed at both ends of the orifice segment; A first separation channel 410 connected in fluid communication with a central portion of the outlet section of the first MOFF channel 100, and both sidewall portions of the outlet section of the first MOFF channel 100 and the A first separation unit 400 including first branch channels 420a and 420b connected in fluid communication such that a second MOFF channel 200a and an inlet of the third MOFF channel 200b correspond to each other; A buffer inlet formed in at least a portion of an inlet of the second MOFF channel 200a and the third MOFF channel 200a such that a buffer flows into the second MOFF channel 200a and the third MOFF channel 200b (20a, 20b). The first, second, and third MOFF channels 100, 200a, and 200b are the same as described with reference to FIG. 1. As illustrated in FIG. 1, the first, second, and third MOFF channels 100, 200a, and 200b have lengths of contraction channels and expansion chambers defined in predetermined dimensions based on target particles to be separated. It may comprise a multiorifice segment repeatedly connected in the direction, and may be designed to maintain an optimal Reynolds number depending on the size of the target particle to be separated and the flow rate of the fluid sample. For example, the first, second, and third MOFF channels 100, 200a, 200b for isolating MCF-7 present in the blood maintain a particular Reynolds number (e.g., Re = about 90) and About 15 μm particles may be arranged in the central portion of the outlet cross section of the MOFF channel, and about 7 μm particles may be arranged on both sidewall portions of the outlet cross section of the MOFF channel, thereby realizing an optimum separation rate of the particles having the predetermined size. have. Meanwhile, according to an exemplary embodiment, an outlet portion of the first MOFF channel 100 among the first, second, and third MOFF channels 100, 200a, and 200b may include second and third MOFF channels 200a and 200b. It may be connected in fluid communication with the inlet of, and each single MOFF channel may be used to repeatedly separate target particles in the fluid sample.

도 3에 따르면, 상기 입자 분리 장치는 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유출부 단면의 중앙 부분과 대응하도록 유체 소통 가능하게 연결된 제1 분리 채널(410)을 포함하는 제1 분리부(400)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 유체 샘플이 상기 제1 MOFF 채널(100)에 도입되면, 상기 유체 샘플 내에 존재하는 입자들 중 상대적으로 크기가 큰 입자(표적 입자)는 상기 제1 MOFF 채널(100)을 통과하면서 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유출부 단면의 중앙 부분에 배열되고, 이들은 진행 방향으로 유압을 받아서 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유출부 단면의 중앙 부분과 대응하도록 유체 소통 가능하게 연결된 제1 분리 채널(410)로 진행하게 된다. 또한, 상기 도 3에 따르면, 상기 제1 분리부(400)는 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유출부 단면의 양 측벽 부분과 상기 제2 및 제3 MOFF 채널(200a, 200b)의 유입부가 각각 대응하도록 유체 소통 가능하게 연결하는 제1 분지 채널(420a, 420b)을 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 유체 샘플이 상기 제1 MOFF 채널(100)에 도입되면, 상기 유체 샘플 내에 존재하는 입자들 중 상대적으로 크기가 작은 입자(다른 구성물질)는 상기 제1 MOFF 채널(100)을 통과하면서 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유출부 단면의 양 측벽 부분에 배열되고, 이들은 진행 방향으로 유압을 받아서 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유출부 단면의 양 측벽 부분과 유체 소통 가능하게 연결된 제1 분지 채널(420a, 420b)로 진행하게 된다. 이 경우 상기 제1 분리 채널(410)로 진행하지 않은 일부 표적 입자들은 상기 제1 분지 채널(420a, 420b)로 진행할 수 있다. 도 3에 따르면, 상기 제1 분지 채널(420a, 420b)은 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유출부 단면의 일 측벽 부분과 제2 MOFF 채널(200a)의 유입부를 유체 소통 가능하게 연결하고, 상기 제1 MOFF 채널의 유출부 단면의 다른 일 측벽 부분과 제3 MOFF 채널(200b)의 유입부를 유체 소통 가능하게 연결할 수 있다. 따라서, 표적 입자를 포함하는 유체 샘플이 상기 제1 MOFF 채널(100)을 통과하고, 상기 표적 입자의 일부를 포함하는 유체 샘플이 상기 제1 분리 채널(410)로 진행하게 되면 1차적으로 상기 표적 입자가 분리될 수 있다.According to FIG. 3, the particle separation device comprises a first separation unit 400 including a first separation channel 410 in fluid communication with a central portion of an outlet cross section of the first MOFF channel 100. It may further include. Thus, when the fluid sample is introduced into the first MOFF channel 100, relatively large particles (target particles) among the particles present in the fluid sample pass through the first MOFF channel 100 while the A first portion arranged in the central portion of the outlet cross section of the first MOFF channel 100, the first being connected in fluid communication to receive a hydraulic pressure in a traveling direction so as to correspond to the central portion of the outlet cross section of the first MOFF channel 100. Advance to the separation channel 410. In addition, according to FIG. 3, the first separating part 400 may include both sidewall portions of the outlet section of the first MOFF channel 100 and inflow portions of the second and third MOFF channels 200a and 200b. It may further include a first branch channel (420a, 420b) in fluid communication with each corresponding. Thus, when the fluid sample is introduced into the first MOFF channel 100, relatively small particles (other components) of the particles present in the fluid sample pass through the first MOFF channel 100. Arranged in both side wall portions of the outlet cross-section of the first MOFF channel 100, they are hydraulically connected in the traveling direction and connected in fluid communication with both side wall portions of the outlet cross-section of the first MOFF channel 100 It proceeds to one branch channel 420a, 420b. In this case, some of the target particles that do not proceed to the first separation channel 410 may proceed to the first branch channels 420a and 420b. According to FIG. 3, the first branch channels 420a and 420b connect the one sidewall portion of the outlet section of the first MOFF channel 100 and the inlet of the second MOFF channel 200a in fluid communication with each other. The other side wall portion of the outlet section of the first MOFF channel and the inlet of the third MOFF channel 200b may be connected in fluid communication. Thus, when a fluid sample comprising a target particle passes through the first MOFF channel 100 and a fluid sample comprising a portion of the target particle proceeds to the first separation channel 410, the target is primarily the target. The particles can be separated.

한편, 상기 유체 샘플이 상기 제1 MOFF 채널(100)을 통과하게 되면, 상기 채널(100) 내 마찰로 인한 유압 강하 및 상기 제1 분리부(400)의 제1 분리 채널(410) 및 제1 분지 채널(420a, 420b)의 분기된 배치에 의해 상기 제2 MOFF 채널(200a) 및 제3 MOFF 채널(200b)에 도입되는 유체 샘플의 유량이 감소할 뿐만 아니라 유체 저항의 변화에 의해 역류와 같은 유체 흐름의 변화가 생길 수 있다. 따라서, 도 3에 따르면, 상기 제2 MOFF 채널(200a) 및 제3 MOFF 채널(200b)에 도입되는 유체 샘플의 유량을 상기 제1 MOFF 채널(100)에 도입되는 유체 샘플의 유량과 동일하게 유지하기 위하여 상기 제2 및 제3 MOFF 채널(200a, 200b)의 유입부는 상기 제2 및 제3 MOFF 채널(200a, 200b) 내로 버퍼를 유입하기 위한 버퍼 유입부(20a, 20b)와 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다. 따라서, 상기 유체 샘플이 상기 제1 분리부(400)를 통과하여 상기 제2 MOFF 채널(200a) 및 제3 MOFF 채널(200b)로 유입되는 때, 상기 버퍼 유입부(20a, 20b)로부터 버퍼를 제공하면 상기 제1 MOFF 채널(100)에 도입되는 유체 샘플의 유량 및 유속과 동일하게 조절할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 따르면, 상기 제1 분지 채널(420a)를 통과하는 유체의 유량(Q_D1)은 상기 제1 MOFF 채널(100)을 통과하는 유체 샘플의 유량(Q₁)보다 작고, 상기 제1 분리부(400)을 통과하면서 유속의 변화가 생길 수 있다. 그러나, 상기 제2 MOFF 채널(200a)의 유입부에 연결된 버퍼 제공부(20a)로부터 일정한 유속 및 유량(Q_S1)의 버퍼를 제공하게 되면, 상기 제1 분지 채널(420a)를 통과하는 유체의 유속 및 유량(Q_D1)을 보상할 수 있어서, 상기 제1 MOFF 채널(100)을 통과하는 유체 샘플의 유량(Q₁)과 동일한 유속 및 유량(Q₂)을 유지할 수 있다. 또한, 상기 유체 샘플이 상기 제1 분리부(400)를 통과하여 상기 제2 MOFF 채널(200a) 및 제3 MOFF 채널(200b)로 유입되는 때, 상기 버퍼 유입부(20a, 20b)로부터 버퍼를 제공하면서 상기 제1 MOFF 채널(100)에 도입되는 유체 샘플의 유량 및 유속과 다르게 조절할 수도 있다. 예를 들어, 도 5에 따르면, 상기 제1 분지 채널(420a)를 통과하는 유체의 유량(Q_D1)은 상기 제1 MOFF 채널(100)을 통과하는 유체 샘플의 유량(Q₁)보다 작고, 상기 제1 분리부(400)을 통과하면서 유속의 변화가 생길 수 있다. 그러나, 상기 제2 MOFF 채널(200a)의 유입부에 연결된 버퍼 제공부(20a)로부터 일정한 유속 및 유량(Q_S1)의 버퍼를 제공하게 되면, 상기 제1 분지 채널(420a)를 통과하는 유체의 유속 및 유량(Q_D1)을 보충할 수 있어서, 상기 제1 MOFF 채널(100)을 통과하는 유체 샘플의 유량(Q₁)과 다르게 유속 및 유량(Q₂)을 조절할 수 있다. 또한, 도 3에 따르면, 상기 제1 분리 채널(410)의 치수(dimension)는 상기 제1 분리 채널(410)의 치수에 의해 결정되는 유체 저항값이 상기 제1 분지 채널(420a, 420b)의 치수에 의해 결정되는 유체 저항값보다 상대적으로 크도록 구현될 수 있다. 또한, 상기 제1 분리 채널(410)의 단면적은 상기 제1 분지 채널(420a, 420b)의 단면적보다 상대적으로 작도록 구현될 수 있다. 따라서, 상기 제1 분리 채널(410)의 단면적 및 그에 따른 유체 저항을 결정하고, 그에 따라 상기 제1 분지 채널(420a, 420b)의 단면적 및 그에 따른 유체 저항을 결정하면 상기 제1 분리부(400)에서의 역류와 같은 유체 흐름의 변화를 최소화하고, 상기 유체 샘플을 상기 제2 MOFF 채널(200a) 및 제3 MOFF 채널(200b)에 안정적으로 도입할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 따르면, 상기 제1 MOFF 채널(100)을 통과하는 유체 샘플의 유량(Q₁)은 상기 유체 샘플의 포함된 입자의 크기에 따라 각각 개별적인 층류, 예를 들어 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유출부 단면의 중앙 부분의 층류(Qc) 및 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유출부 단면의 양 측벽 부분의 층류(Qa, Qb)의 합으로 정의될 수 있다. 상기 중앙 부분의 층류(Qc)는 상기 제1 분리 채널(410)로 진행하고, 상기 양 측벽 부분의 층류(Qa, Qb)는 상기 제1 분지 채널(420a, 420b)로 진행할 수 있다. 이 경우 분기된 채널 구조에 의해 유체 저항의 변화가 생기고, 각 층류들의 유체 흐름의 변화가 생길 수 있다. 그러나, 상기 제1 분지 채널(420a, 420b)의 각 단면적(da, db)을 상기 제1 분리 채널(410)의 단면적(dc)보다 크도록 조정하여 상기 제1 분지 채널(420a, 420b)의 유체 저항을 상기 제1 분리 채널(410)의 유체 저항보다 작게 하면 상기 제1 분리부(400)에서의 유체 흐름의 변화, 예를 들어, 역류 등을 최소화하고, 상기 유체 샘플을 상기 제2 MOFF 채널(200a) 및 제3 MOFF 채널(200b)에 안정적으로 도입할 수 있다. 한편, 상기 제1 MOFF 채널(100)의 유입부는 상기 유체 샘플을 도입하기 위한 샘플 유입부(10)와 유체 소통 가능하게 연결될 수 있고, 상기 제1 분리 채널(400)과 제2 분리 채널(510a, 510b)의 유출부는 상기 유체 샘플 내의 표적 입자를 획득하기 위한 하나의 표적 입자 유출부(30)와 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다.
Meanwhile, when the fluid sample passes through the first MOFF channel 100, the hydraulic drop due to the friction in the channel 100 and the first separation channel 410 and the first separation unit 400 of the first separation unit 400. The divergent arrangement of branch channels 420a and 420b not only reduces the flow rate of the fluid sample introduced into the second MOFF channel 200a and the third MOFF channel 200b but also changes in fluid resistance such as countercurrent. Changes in fluid flow can occur. Therefore, according to FIG. 3, the flow rate of the fluid sample introduced into the second MOFF channel 200a and the third MOFF channel 200b is maintained to be the same as the flow rate of the fluid sample introduced into the first MOFF channel 100. Inlet portions of the second and third MOFF channels 200a and 200b may be in fluid communication with buffer inlets 20a and 20b for introducing buffers into the second and third MOFF channels 200a and 200b. Can be connected. Accordingly, when the fluid sample is introduced into the second MOFF channel 200a and the third MOFF channel 200b through the first separator 400, the buffer is removed from the buffer inlets 20a and 20b. If provided, the flow rate and flow rate of the fluid sample introduced into the first MOFF channel 100 may be adjusted. For example, according to FIG. 5, the flow rate Q _D1 of the fluid passing through the first branch channel 420a is less than the flow rate Q ₁ of the fluid sample passing through the first MOFF channel 100, A change in flow rate may occur while passing through the first separator 400. However, when a buffer having a constant flow rate and flow rate Q _S1 is provided from the buffer providing unit 20a connected to the inlet of the second MOFF channel 200a, the fluid passing through the first branch channel 420a may be discharged. The flow rate and flow rate Q _D1 can be compensated, such that the same flow rate and flow rate Q ₂ as the flow rate Q ₁ of the fluid sample passing through the first MOFF channel 100 can be maintained. In addition, when the fluid sample is introduced into the second MOFF channel 200a and the third MOFF channel 200b through the first separator 400, the buffer is removed from the buffer inlets 20a and 20b. While providing, the flow rate and flow rate of the fluid sample introduced into the first MOFF channel 100 may be adjusted differently. For example, according to FIG. 5, the flow rate Q _D1 of the fluid passing through the first branch channel 420a is less than the flow rate Q ₁ of the fluid sample passing through the first MOFF channel 100, A change in flow rate may occur while passing through the first separator 400. However, when a buffer having a constant flow rate and flow rate Q _S1 is provided from the buffer providing unit 20a connected to the inlet of the second MOFF channel 200a, the fluid passing through the first branch channel 420a may be discharged. The flow rate and flow rate Q _D1 can be supplemented so that the flow rate and flow rate Q ₂ can be adjusted differently from the flow rate Q ₁ of the fluid sample passing through the first MOFF channel 100. In addition, according to FIG. 3, the dimension of the first separation channel 410 is a fluid resistance value determined by the dimension of the first separation channel 410 of the first branch channel (420a, 420b) It can be implemented to be relatively larger than the fluid resistance value determined by the dimension. In addition, the cross-sectional area of the first separation channel 410 may be implemented to be relatively smaller than the cross-sectional areas of the first branch channels 420a and 420b. Accordingly, when the cross-sectional area of the first separation channel 410 and the fluid resistance thereof are determined, and thus, the cross-sectional areas of the first branch channels 420a and 420b and the fluid resistance thereof are determined, the first separation part 400 is determined. Change of the fluid flow, such as backflow, may be minimized, and the fluid sample may be stably introduced into the second MOFF channel 200a and the third MOFF channel 200b. For example, according to FIG. 4, the flow rate Q ₁ of the fluid sample passing through the first MOFF channel 100 may each be a separate laminar flow, for example the first, depending on the size of the contained particles of the fluid sample. The laminar flow Qc of the central portion of the outlet cross section of the MOFF channel 100 may be defined as the sum of the laminar flows Qa and Qb of both sidewall portions of the outlet cross section of the first MOFF channel 100. The laminar flow Qc of the central portion may proceed to the first separation channel 410, and the laminar flows Qa and Qb of both sidewall portions may proceed to the first branch channels 420a and 420b. In this case, a change in fluid resistance may occur due to the branched channel structure, and a change in fluid flow of respective laminar flows may occur. However, the cross-sectional area (da, db) of the first branch channel (420a, 420b) is adjusted to be larger than the cross-sectional area (dc) of the first separation channel (410) of the first branch channel (420a, 420b) When the fluid resistance is smaller than the fluid resistance of the first separation channel 410, the change of the fluid flow in the first separation unit 400, for example, backflow, is minimized, and the fluid sample is transferred to the second MOFF. The channel 200a and the third MOFF channel 200b can be stably introduced. On the other hand, the inlet of the first MOFF channel 100 may be connected in fluid communication with the sample inlet 10 for introducing the fluid sample, the first separation channel 400 and the second separation channel (510a) The outlet of 510b may be in fluid communication with one target particle outlet 30 for acquiring target particles in the fluid sample.

도 6은 일 실시예에 따른 입자 분리 장치의 제2 분리부(500)의 구조를 도시한다. 6 illustrates the structure of a second separator 500 of a particle separator according to an embodiment.

일 실시예에 따른 입자 분리 장치는 상기 제2 및 제3 MOFF 채널(200a, 200b)의 유출부 단면의 중앙 부분과 대응하도록 유체 소통 가능하게 연결된 제2 분리 채널(510), 및 상기 제2 및 제3 MOFF 채널(200a, 200b)의 유출부 단면의 양 측벽 부분과 대응하도록 유체 소통 가능하게 연결된 제2 분지 채널(520)을 포함하는 제2 분리부(500)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 도 6에 따르면, 상기 유체 샘플이 상기 제1 분리부(400)로부터 상기 제2 MOFF 채널(200a)에 도입되면, 상기 유체 샘플 내에 존재하는 입자들 중 상대적으로 크기가 큰 입자(표적 입자)는 상기 제2 MOFF 채널(200a)을 통과하면서 상기 제2 MOFF 채널(200a)의 유출부 단면의 중앙 부분에 배열되고, 이들은 진행 방향으로 유압을 받아서 상기 제2 MOFF 채널(200a)의 유출부 단면의 중앙 부분과 유체 소통 가능하게 연결된 제2 분리 채널(510a)로 진행하고, 상기 유체 샘플 내에 존재하는 입자들 중 상대적으로 크기가 작은 입자(다른 구성물질)는 상기 제2 MOFF 채널(200a)을 통과하면서 상기 제2 MOFF 채널(200a)의 유출부 단면의 양 측벽 부분에 배열되고, 이들은 진행 방향으로 유압을 받아서 상기 제2 MOFF 채널(200a)의 유출부 단면의 양 측벽 부분과 유체 소통 가능하게 연결된 제2 분지 채널(520a, 520b)로 진행하게 된다. 이 경우 상기 제2 분지 채널(520a, 502b)은 상기 유체 샘플 내의 표적 입자를 제외한 나머지 입자들을 수집하기 위한 폐기 챔버(600a, 600b)와 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다. 따라서, 상기 유체 샘플 중 제2 분리부(500)의 제2 분리 채널(510a)로 분리되지 않은 다른 구성물질들은 상기 폐기 챔버(600a, 600b)에 저장되거나 상기 입자 분리 장치의 외부로 배출될 수 있다. 또한, 비록 도 6에 도시되진 않았지만, 상기 유체 샘플이 상기 제1 분리부(400)로부터 상기 제3 MOFF 채널(200b)에 도입되면, 상기 유체 샘플이 상기 제1 분리부(400)로부터 상기 제2 MOFF 채널(200a)에 도입된 것과 같은 방식으로 입자가 분리될 수 있음은 자명하다.
According to one embodiment, a particle separation device includes a second separation channel 510 connected in fluid communication with a central portion of an outlet cross section of the second and third MOFF channels 200a and 200b, and the second and The second separator 500 may further include a second branch channel 520 connected in fluid communication with both sidewall portions of the outlet cross-sections of the third MOFF channels 200a and 200b. Therefore, according to FIG. 6, when the fluid sample is introduced into the second MOFF channel 200a from the first separator 400, relatively large particles among the particles present in the fluid sample (target particles). ) Is arranged at the center portion of the outlet end surface of the second MOFF channel 200a while passing through the second MOFF channel 200a, and they are hydraulically received in a traveling direction so that the outlet portion of the second MOFF channel 200a is received. Proceed to the second separation channel 510a in fluid communication with the central portion of the cross-section, the relatively small particles (other constituents) of the particles present in the fluid sample are the second MOFF channel 200a. Are arranged on both sidewall portions of the outlet cross section of the second MOFF channel 200a while passing through them, and they are hydraulically operated in a traveling direction and are in fluid communication with both sidewall portions of the outlet cross section of the second MOFF channel 200a. Connected It proceeds to two branch channels 520a and 520b. In this case, the second branch channels 520a and 502b may be connected in fluid communication with the waste chambers 600a and 600b for collecting the particles other than the target particles in the fluid sample. Accordingly, other components of the fluid sample not separated into the second separation channel 510a of the second separation unit 500 may be stored in the waste chambers 600a and 600b or discharged to the outside of the particle separation device. have. In addition, although not shown in FIG. 6, when the fluid sample is introduced into the third MOFF channel 200b from the first separator 400, the fluid sample is removed from the first separator 400. It is apparent that the particles can be separated in the same manner as introduced in the 2 MOFF channel 200a.

도 7은 도 3에 따른 장치 내에서 유체 흐름을 설명하기 위한 등가회로를 도시한다.FIG. 7 shows an equivalent circuit for explaining the fluid flow in the device according to FIG. 3.

일반적으로 레이놀즈 수가 작은 유체의 운동을 해석하는 경우 난류 모델을 고려하지 않고, 수치적으로 유체의 운동을 기술하는 내비어-스톡스(Navier-Stokes) 방정식을 이용한다. 미세한 채널 내에서의 유체의 운동은 레이놀즈 수가 매우 낮아 난류가 아닌 층류로 해석할 수 있기 때문에, 도 3에 따른 채널의 구조를 설계하기 위해서는 이에 관한 등가회로를 활용하여 유체의 유량 및 유속을 계산하는 것이 편리하다. 도 7은 도 3에 따른 입자 분리 장치의 등가회로를 나타내고, 도 3에 따른 입자 분리 장치가 구현되기 위해서는 하기 조건을 만족해야 한다.In general, when analyzing the motion of a fluid with a low Reynolds number, the Navier-Stokes equation that describes the motion of the fluid is numerically described without considering the turbulence model. Since the motion of the fluid in the fine channel can be interpreted as laminar rather than turbulent because the Reynolds number is very low, in order to design the channel structure according to FIG. It is convenient. 7 shows an equivalent circuit of the particle separation device according to FIG. 3, and the following conditions must be satisfied in order to implement the particle separation device according to FIG. 3.

도 3 및 도 7에 따르면, 예를 들어, R1은 제1, 제2, 및 제3 MOFF 채널(100, 200a, 200b)의 유체 저항, Rc는 제1 분리 채널(410)의 유체 저항, Qs는 버퍼 제공부에서 공급되는 버퍼의 유량, Rs는 제2 분리부(500)의 유체 저항, Q_R1은 제1 MOFF 채널(100)에 도입되는 유체 샘플의 유량 및 유속을 의미하고, 이 경우 상기 Q_R1은 초당 150 ㎕ (150 ㎕/min)를 전제로 할 수 있다. 상기 등가회로에 있어서, 상기 제1, 제2, 및 제3 MOFF 채널(100, 200a, 200b)의 유체 저항 R1에 흐르는 유량은 레이놀즈 수가 90이 되는 값을 전제로 동일한 유속을 갖는 유량이 흘러야 하고(150 ㎕/min), 제1 분리 채널(410)의 유체 저항 Rc에 흐르는 유량은 상기 제1, 제2, 및 제3 MOFF 채널(100, 200a, 200b)의 각 유체 저항 R1의 20%로 할 수 있다. 또한, 제2 분리부(500)의 유체 저항 Rs는 상기 제1, 제2, 및 제3 MOFF 채널(100, 200a, 200b)의 유체 저항 R1에 비해 무시할 수 있을 정도로 작을 수 있다(Rs << R1). 상기 조건을 전제로, 하기 일반식을 얻을 수 있다.According to FIGS. 3 and 7, for example, R1 is the fluid resistance of the first, second, and third MOFF channels 100, 200a, 200b, Rc is the fluid resistance of the first separation channel 410, Qs. Is the flow rate of the buffer supplied from the buffer providing unit, Rs is the fluid resistance of the second separation unit 500, Q _R1 is the flow rate and flow rate of the fluid sample introduced into the first MOFF channel 100, in this case Q _R1 may assume 150 μl per second (150 μl / min). In the equivalent circuit, the flow rate flowing through the fluid resistance R1 of the first, second, and third MOFF channels 100, 200a, and 200b should flow with the same flow rate on the assumption that the Reynolds number is 90. (150 μl / min), the flow rate flowing through the fluid resistance Rc of the first separation channel 410 is 20% of each fluid resistance R1 of the first, second, and third MOFF channels 100, 200a, and 200b. can do. In addition, the fluid resistance Rs of the second separation unit 500 may be negligibly small compared to the fluid resistance R1 of the first, second, and third MOFF channels 100, 200a, and 200b (Rs << R1). Under the above conditions, the following general formula can be obtained.

일반식 1. Rc = 5R1Formula 1.Rc = 5R1

일반식 2. Qs = (2Q_R1 + Q_Rc - Q_R1) / 2　=　(Q _R1 + 0.2Q _R1) / 2　 = 　0.6Q _R1 Formula 2.Qs = (2Q _R1 + Q _Rc -Q _R1 ) / 2 = (Q _R1 + 0.2Q _R1 ) / 2 = 0.6Q _R1

따라서, 상기 Rc의 유체 저항값을 알면, R1의 유체 저항값을 알 수 있고, 상기 제1 분지 채널(420a, 420b)의 단면적을 결정할 수 있다. 한편, 층류에 있어서, 직사각형 형상의 단면적을 갖는 채널의 유체 저항은 알려진 계산식에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 층류인지 난류인지 여부를 결정하는 계산식은 하기 식(1), 층류에서 채널의 저항을 결정하는 계산식은 하기 식(2), 원형이 아닌 사각형 채널의 지름을 결정하는 계산식은 하기 식(3), 및 원형이 아닌 사각형 채널의 모양 보상 계수를 결정하는 계산식은 하기 식(4)을 참조할 수 있다.
Therefore, if the fluid resistance value of Rc is known, the fluid resistance value of R1 may be known, and the cross-sectional areas of the first branch channels 420a and 420b may be determined. On the other hand, in laminar flow, the fluid resistance of a channel having a rectangular cross-sectional area can be determined by known formulas. For example, the formula for determining whether the laminar flow or turbulent flow is the following formula (1), the formula for determining the resistance of the channel in the laminar flow is the following formula (2), the formula for determining the diameter of the rectangular channel rather than the circular is (3), and a calculation equation for determining the shape compensation coefficient of the non-circular rectangular channel may refer to the following equation (4).

식(1)

Formula (1)

식(2)

Equation (2)

식(3)

Equation (3)

식(4)

Formula (4)

상기 파라미터는 다음과 같다. ρ: fluid density of water (kg/m³), V: average fluid velocity (m/s), μ: dynamic viscousity (Ns/m²), Dh: hydraulic diameter (m), A: area of the channel cross section (m²), fRe: shape constant.
The parameter is as follows. ρ: fluid density of water (kg / m ³ ), V: average fluid velocity (m / s), μ: dynamic viscousity (Ns / m ² ), Dh: hydraulic diameter (m), A: area of the channel cross section (m ² ), fRe: shape constant.

실시예Example

1. 입자 분리 장치의 설계 및 제조1. Design and manufacture of particle separation device

소프트 식각 기술(soft-lithography techniques)을 이용하여, 도 3에 따른 입자 분리 장치를 제조하였다. 기판으로서 6 인치(inch) 실리콘 웨이퍼를 사용했고, 채널 마스터 몰드(channel master mold)로서 SU-8(SU-8 2050, MicroChem., Massachusetts)을 사용했다. 상기 입자 분리 장치의 패턴을 PDMS(Sylgard 184, Dow Corning Corp., Michigan)로 복제했다. 약 10:1 부피비의 PDMS 및 경화제(curing agent) 혼합물을 상기 마스터 몰드에 주입하고, 가스 제거 작업을 수행한 후 상기 웨이퍼를 약 60분 동안 약 75℃의 핫 플레이트(hot plate)에 배치시켰다. 그 후, 상기 경화된 중합체 혼합물을 상기 마스터 몰드에서 떼어내고, 상기 패턴화된 중합체에 유입부와 유출부를 펀칭 구현한 후 플라스마 처리하고(plasma generator, Cute-B Plasma, FEMTO Science, Korea) 유리(glass)에 결합시킴으로써, 입자 분리 장치를 제조하였다. 상기 입자 분리 장치의 제1, 제2, 및 제3 MOFF 채널은 각각 유입부(inlet), 필터(filter), 멀티오리피스 세그먼트 및 유출부를 포함하고, 상기 멀티오리피스 세그먼트는 약 40 ㎛ 폭(width) 및 약 100 ㎛ 길이(length)를 갖는 수축 채널 및 약 200 ㎛ 폭 및 200 ㎛ 길이를 갖는 확장 챔버를 포함하며, 상기 수축 채널 및 확장 챔버는 80번의 반복 구조로, 약 40 ㎛ 두께(thickness)를 갖도록 제조했다. 상기 입자 분리 장치의 제1 분리부(400)에 포함된 제1 분리 채널(410)은 약 40 ㎛ 폭 및 약 40 mm의 길이를 갖고, 제1 분지 채널(420a, 420b)은 각각 약 1 mm 폭 및 약 10 mm의 길이를 갖는다.
Using soft-lithography techniques, a particle separation device according to FIG. 3 was prepared. A 6 inch silicon wafer was used as the substrate, and SU-8 (SU-8 2050, MicroChem., Massachusetts) was used as the channel master mold. The pattern of the particle separation device was replicated with PDMS (Sylgard 184, Dow Corning Corp., Michigan). About 10: 1 volume ratio of PDMS and curing agent mixture was injected into the master mold and the wafer was placed on a hot plate at about 75 ° C. for about 60 minutes after degassing operation. Thereafter, the cured polymer mixture is separated from the master mold, punched in and out of the patterned polymer and then plasma treated (plasma generator, Cute-B Plasma, FEMTO Science, Korea). to a particle separation device was prepared. The first, second, and third MOFF channels of the particle separation device each comprise an inlet, a filter, a multi-orifice segment and an outlet, wherein the multi-orifice segment is about 40 μm wide. And an expansion chamber having about 100 μm length and an expansion chamber having about 200 μm width and 200 μm length, wherein the shrink channel and the expansion chamber have a repetition structure of 80 times and have a thickness of about 40 μm. It was manufactured to have. The first separation channel 410 included in the first separation unit 400 of the particle separation device has a width of about 40 μm and a length of about 40 mm, and the first branch channels 420a and 420b are each about 1 mm. Width and length of about 10 mm.

2. 샘플 용액의 준비2. Preparation of Sample Solution

입자 분리 실험에 사용할 샘플 용액을 0.5 wt% Tween 20(Sigma-Aldrich Co., Missouri) 수용액에 준비했다. 상기 입자 분리 장치를 이용하여 입자의 크기별로 분리가 가능한 지 여부를 확인하기 위하여, 지름 약 15 ㎛ (36-4, red, 542/612 nm)의 형광 폴리스틸렌 미소입자(Fluorescent polystyrene microsphere)를 포함하는 샘플 용액(샘플 용액 1, 이하 같다), 지름 약 7 ㎛ (35-2, green, 468/508 nm)의 형광 폴리스틸렌 미소입자를 포함하는 샘플 용액(샘플 용액 2, 이하 같다), 및 이들을 모두 포함하는 혼합 샘플 용액(샘플 용액 3, 이하 같다)을 준비했다. 또한, 상기 입자 분리 장치를 이용하여 생물학적 입자의 크기별로 분리가 가능한지 여부를 확인하기 위하여, 1,000개/㎕ MCF-7를 포함하는 샘플 용액(샘플 용액 4, 이하 같다), 및 상기 샘플 용액 4와 50,000개/㎕ 적혈구(RBC)를 모두 포함하는 혼합 샘플 용액(샘플 용액 5, 이하 같다)을 준비했다.
Sample solutions to be used for particle separation experiments were prepared in 0.5 wt% Tween 20 (Sigma-Aldrich Co., Missouri) aqueous solution. In order to determine whether the particles can be separated by particle size using the particle separation device, fluorescent polystyrene microspheres having a diameter of about 15 μm (36-4, red, 542/612 nm) are included. A sample solution (sample solution 1, hereinafter equals), a sample solution containing fluorescent polystyrene microparticles about 7 μm in diameter (35-2, green, 468/508 nm) (sample solution 2, hereinafter equals), and all of these The mixed sample solution (sample solution 3, same as below) was prepared. In addition, in order to determine whether the separation by biological particle size using the particle separation device, the sample solution containing 1,000 / μL MCF-7 (sample solution 4, the same as below), and the sample solution 4 and A mixed sample solution (Sample Solution 5, the same below) containing all 50,000 cells / μL red blood cells (RBC) was prepared.

3. 실험 방법3. Experimental method

상기 입자 분리 장치 내에서 연속적이고 안정적인 미세 유체 흐름을 유지하기 위하여, 실린지 펌프(syringe pump, KDS200, KD Scientific, Massachusetts)를 사용했다. 샘플 용액 유입을 위해 1 mL 실린지 펌프를 샘플 유입부(10)에, 버퍼 유입을 위해 10 mL 실린지 펌프를 버퍼 유입부(20a, 20b)에 연결한 상태로 입자 분리 실험을 수행했다. 상기 멀티오리피스 세그먼트의 레이놀즈 수(Re=85)를 고려하여, 유속은 상기 샘플 유입부(10)로 유입되는 샘플 용액의 유속은 약 120 ㎕/min으로 결정했다. 한편, 실험 오차를 줄이기 위해 70% 에탄올로 상기 입자 분리 장치 내의 가스 제거 작업을 수행했다. 역 광학 현미경(inverted optical microscope, I-70, Olympus, Japan) 및 CCD 카메라(ProgRes C10, JENOPTIK, Germany)을 이용하여 상기 입자 분리 장치 내의 입자 흐름에 의한 형광 신호를 측정했다.
In order to maintain a continuous and stable microfluidic flow in the particle separation device, a syringe pump (syringe pump, KDS200, KD Scientific, Massachusetts) was used. Particle separation experiments were performed with a 1 mL syringe pump connected to the sample inlet 10 for sample solution inlet and a 10 mL syringe pump connected to the buffer inlets 20a and 20b for buffer inlet. In consideration of the Reynolds number (Re = 85) of the multi-orifice segment, the flow rate was determined to be about 120 μl / min for the sample solution flowing into the sample inlet 10. On the other hand, the gas removal operation in the particle separation device was performed with 70% ethanol to reduce the experimental error. Inverted optical microscope (I-70, Olympus, Japan) and a CCD camera (ProgRes C10, JENOPTIK, Germany) were used to measure the fluorescence signal by particle flow in the particle separation apparatus.

4. 실험 결과4. Experimental Results

도 8은 상기 입자 분리 장치의 제2 및 제3 MOFF 채널 내에서의 샘플 용액 1 및 2의 유체 흐름을 도시한다. 구체적으로, 상기 제2 및 제3 MOFF 채널의 1번째(Upstream), 40번째(Midstream), 및 80번째(Downstream) 오리피스에서 샘플 용액 1 및 2에 포함된 입자의 배치를 형광 사진 촬영으로 측정했다. 측정 결과, 상기 입자들의 분리는 약 35 내지 45번째 오리피스 근방부터 측정되기 시작했고, 안정적인 입자 분리는 약 70 내지 80번째 오리피스 근방에서 측정되었다. 한편, 샘플 용액 2에 포함된 약 7 ㎛ 입자는 제1 MOFF 채널에서는 양 측벽 부분에 모이지만, 상기 제2 및 제3 MOFF 채널에서는 일 측벽에만 모이는 것이 관찰되었다. 이는 약 7 ㎛ 입자는 특정 레이놀즈 수(Re=85)에서는 일 측벽 근방에서만 흐르는 특징을 갖고, 버퍼 제공부로부터 버퍼의 유입으로 일 측벽으로 바이어스(bias)되기 때문이다. 따라서, 바이어스된 입자는 멀티오리피스 세그먼트의 말단까지 동일한 측벽으로 바이어스됨을 확인할 수 있다. 반면에, 상기 샘플 용액 1에 포함된 약 15 ㎛ 입자는 특정 레이놀즈 수(Re=85)에서 멀티오리피스 세그먼트의 중앙 부분에 모이는 것을 확인할 수 있다. 도 8의 상단 사진(2^nd stage top)에 따르면, 상기 입자 분리 장치의 제2 MOFF 채널의 유입부 부분에서 상대적으로 크기가 큰 입자(15 ㎛, red)는 상기 제2 MOFF 채널의 중앙 부분으로 점점 모이고, 상대적으로 크기가 작은 입자(7 ㎛, green)는 상기 제2 MOFF 채널의 양 측벽 부분으로 점점 모이는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 8의 하단 사진(2^nd stage bottom)에 따르면, 상기 입자 분리 장치의 제3 MOFF 채널의 유입부 내에서 상대적으로 크기가 큰 입자(15 ㎛, red)는 상기 제3 MOFF 채널의 중앙 부분으로 점점 모이고, 상대적으로 크기가 작은 입자(7 ㎛, green)는 상기 제3 MOFF 채널의 양 측벽 부분으로 점점 모이는 것을 확인할 수 있다.
8 shows the fluid flow of sample solutions 1 and 2 in the second and third MOFF channels of the particle separation device. Specifically, the placement of particles contained in sample solutions 1 and 2 in the 1st (Upstream), 40th (Midstream), and 80th (Downstream) orifices of the second and third MOFF channels was measured by fluorescence photography. . As a result of the measurement, the separation of particles began to be measured around the 35th to 45th orifice, and stable particle separation was measured around the 70th to 80th orifice. On the other hand, about 7 μm particles contained in Sample Solution 2 were collected in both sidewall portions in the first MOFF channel, but only in one sidewall in the second and third MOFF channels. This is because about 7 μm particles flow only near one sidewall at a particular Reynolds number (Re = 85) and are biased to one sidewall as the inflow of the buffer from the buffer provider. Thus, it can be seen that the biased particles are biased with the same sidewall up to the end of the multi-orifice segment. On the other hand, it can be seen that about 15 μm particles contained in the sample solution 1 collect in the central portion of the multi-orifice segment at a specific Reynolds number (Re = 85). , Claim 2 MOFF relatively large particle size from the inlet portion of the channel (15 ㎛, red) of the particle separating apparatus according to the top of the picture (2 ^nd stage top) of Figure 8 to the center portion of the claim 2 MOFF channel It can be seen that the particles are gradually gathered and relatively small particles (7 μm, green) are gradually gathered to both sidewall portions of the second MOFF channel. Further, a third relatively large particles (15 ㎛, red) size within the inlet of MOFF channels of the particle separator according to the bottom of the picture (2 ^nd stage bottom) of Figure 8 is the center of the third MOFF channel It can be seen that the particles are gradually gathered, and relatively small particles (7 μm, green) are gradually collected at both sidewall portions of the third MOFF channel.

도 9는 상기 입자 분리 장치의 제1 분리부 및 제2 분리부 내에서의 샘플 용액 1 및 2의 유체 흐름을 도시한다. 도 9의 상단 사진(1^st stage)에 따르면, 상기 입자 분리 장치의 제1 분리부에서 상대적으로 크기가 큰 입자(15 ㎛, red)는 상기 제1 분리부의 중앙 부분으로 모이고, 상대적으로 크기가 작은 입자(7 ㎛, green)는 상기 제1 분리부의 양 측벽 부분으로 모이는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 9의 하단 사진(2^nd stage)에 따르면, 상기 입자 분리 장치의 제2 분리부 내에서 상대적으로 크기가 큰 입자(15 ㎛, red)는 상기 제2 분리부의 중앙 부분으로 모이고, 상대적으로 크기가 작은 입자(7 ㎛, green)는 상기 제2 분리부의 양 측벽 부분으로 모이는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 약 15 ㎛ 입자는 각 MOFF 채널의 중앙 부분(800 ㎛ 폭의 유출부 중 중앙의 140 ㎛ 부분)에 모이고, 약 7 ㎛ 입자는 각 MOFF 채널이 양 측벽 부분(800 ㎛ 폭의 유출부 중 중앙의 140 ㎛ 부분 이외의 부분)에 모이는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 입자들은 상기 제1 MOFF 채널로부터 상기 제2 및 제3 MOFF 채널로 분배되고, 상기 샘플 용액이 버퍼 제공에 의해 희석되기 때문에, 상기 입자 분리의 형광 세기는 상기 제1 MOFF 채널보다 상기 제2 및 제3 MOFF 채널에서 감소된다. 특히, 약 15 ㎛ 입자는 상기 제1 MOFF 채널을 통과한 후 제1 분리부에서 대부분 분리되기 때문에, 상기 제2 및 제3 MOFF 채널에서의 형광 세기는 약 7 ㎛ 입자보다 상대적으로 더욱 감소한다(상기 제2 및 제3 MOFF 채널에서의 약 15 ㎛ 입자의 형광 세기는 상기 제1 MOFF 채널에서의 형광 세기의 약 23%이고, 약 7 ㎛ 입자의 형광 세기는 상기 제1 MOFF 채널에서의 형광 세기의 약 72%임).
9 shows the fluid flow of sample solutions 1 and 2 in the first and second separators of the particle separator. According to the top image (1 ^st stage) of FIG. 9, particles (15 μm, red) having a relatively large size in the first separator of the particle separator are gathered into a central portion of the first separator, and have a relatively large size. Small particles (7 μm, green) can be seen to collect in both sidewall portions of the first separator. Further, Fig, 2 is relatively large particles (15 ㎛, red) size within the separation section of the particle separator according to the bottom of the picture (2 ^nd stage) of 9 is gathered to the center portion of the second separation portion, relative Small particles (7 μm, green) can be seen to collect in both sidewall portions of the second separator. Specifically, about 15 μm particles collect in the central portion of each MOFF channel (140 μm portion in the middle of the 800 μm wide outlet), and about 7 μm particles each sidewall portion (800 μm wide outlet) It can confirm that it collects in parts other than the 140 micrometer part of the center. Further, since the particles are distributed from the first MOFF channel to the second and third MOFF channels, and the sample solution is diluted by providing a buffer, the fluorescence intensity of the particle separation is greater than that of the first MOFF channel. Decrease in the second and third MOFF channels. In particular, since about 15 μm particles are mostly separated in the first separator after passing through the first MOFF channel, the fluorescence intensity in the second and third MOFF channels is relatively further reduced than about 7 μm particles ( The fluorescence intensity of about 15 μm particles in the second and third MOFF channels is about 23% of the fluorescence intensity in the first MOFF channel, and the fluorescence intensity of about 7 μm particles is in the first MOFF channel. About 72%).

도 10은 상기 입자 분리 장치의 제1 분리부 및 제2 분리부 내에서의 샘플 용액 3의 유체 흐름을 도시한다. 이 경우 형광 이미지는 green fluorescent filter cube(U-MWB2, Olympus)를 사용하여 얻었기 때문에, 동시에 2개의 색(red and green)을 표시하는 경우 적색 이미지는 노란색 이미지로 보일 수 있음을 전제한다. 도 10의 상단 사진(1^st stage)에 따르면, 상기 입자 분리 장치의 제1 분리부에서 상대적으로 크기가 큰 입자(15 ㎛, white arrow)는 상기 제1 분리부의 중앙 부분으로 모이고, 상대적으로 크기가 작은 입자(7 ㎛, dark arrow)는 상기 제1 분리부의 양 측벽 부분으로 모이는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 10의 하단 사진(2^nd stage)에 따르면, 상기 입자 분리 장치의 제2 분리부 내에서 상대적으로 크기가 큰 입자(15 ㎛, white arrow)는 상기 제2 분리부의 중앙 부분으로 모이고, 상대적으로 크기가 작은 입자(7 ㎛, dark arrow)는 상기 제2 분리부의 양 측벽 부분으로 모이는 것을 확인할 수 있다. 따라서 도 9의 결과와 비교했을 때, 크기가 상이한 입자들을 각각 포함하는 샘플 용액을 사용하는 경우뿐만 아니라 크키가 상이한 입자들을 모두 포함하는 혼합 샘플 용액을 사용하더라도 동일한 결과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.FIG. 10 shows the fluid flow of sample solution 3 in the first and second separators of the particle separator. In this case, since the fluorescent image was obtained using a green fluorescent filter cube (U-MWB2, Olympus), it is assumed that a red image may appear as a yellow image when displaying two colors (red and green) at the same time. According to the top image (1 ^st stage) of FIG. 10, relatively large particles (15 μm, white arrow) in the first separator of the particle separator are gathered into a central portion of the first separator and are relatively large. Small particles (7 μm, dark arrow) can be seen to collect in both side wall portions of the first separation portion. In addition, according to the second ^nd stage of FIG. 10, relatively large particles (15 μm, white arrow) in the second separator of the particle separator are gathered to the center portion of the second separator. Relatively small particles (7 μm, dark arrows) can be seen to collect in both sidewall portions of the second separator. Therefore, when compared with the results of FIG. 9, it can be seen that the same result can be obtained not only when using a sample solution including particles of different sizes but also using a mixed sample solution including all particles of different sizes. .

분석 결과, 단일 MOFF 채널을 이용할 경우 레이놀즈 수를 조절하여 약 15 ㎛ 입자의 입자 분리율, 즉 recovery를 약 65%에서 약 75.2%로 증가시킨다 하더라도, 약 15 ㎛ 입자의 순도, 즉 purity는 약 90.8%에서 약 49.6%로 상당하게 감소하지만, 일 실시예에 따른 입자 분리 장치 및 방법을 이용할 경우에는 레이놀즈 수를 유지하면서 약 15 ㎛ 입자의 입자 분리율, 즉 recovery를 약 73.2%에서 약 88.7%로 증가시킬 수 있는 반면, 약 15 ㎛ 입자의 순도, 즉 purity는 약 91.4%에서 약 89.1%로 매우 미세하게 감소한다. 따라서, 일 실시예에 따른 입자 분리 장치 및 방법에 있어서, 상기 입자 분리 장치의 MOFF 채널의 수를 더 늘릴 경우 약 100%의 recovery 및 약 90% 이상의 purity를 갖는 유익한 결과를 얻을 수 있고, 이는 다양한 분야에서 활용할 수 있을 것으로 예상된다.
As a result, using a single MOFF channel, even though the Reynolds number was adjusted to increase the particle separation rate of the 15 μm particles, that is, recovery from about 65% to about 75.2%, the purity, or purity, of the 15 μm particles was about 90.8%. Although significantly reduced from about 49.6% to about 49.6%, the particle separation apparatus and method according to one embodiment may increase the particle separation rate of the 15 μm particles, that is, recovery from about 73.2% to about 88.7%, while maintaining Reynolds number. On the other hand, the purity, or purity, of the about 15 μm particles decreases very slightly from about 91.4% to about 89.1%. Therefore, in the particle separation device and method according to an embodiment, when the number of MOFF channels of the particle separation device is further increased, a beneficial result having about 100% recovery and about 90% purity can be obtained, which is various It is expected to be available in the field.

도 11은 상기 입자 분리 장치의 제1 MOFF 채널, 제1 분리부, 및 제2 분리부에서의 샘플 용액 4의 유체 흐름을 도시한다. 도 11의 좌측 사진(Upstream, midstream, Downstream)에 따르면, 상기 제1 MOFF 채널의 35 내지 45번째 오리피스 영역부터 MCF-7 세포가 중앙으로 점점 모이는 현상을 확인할 수 있고, 도 11의 우측 상단 사진(1^st stage)에 따르면, 상기 제1 분리부에서 MCF-7 세포가 중앙으로 모이는 현상을 확인할 수 있으며, 도 11의 우측 하단 사진(2^nd stage)에 따르면, 상기 제2 분리부에서도 MCF-7 세포가 중앙으로 모이는 현상을 확인할 수 있다.
FIG. 11 shows the fluid flow of sample solution 4 in the first MOFF channel, the first separator, and the second separator of the particle separation device. According to the left photographs (Upstream, midstream, Downstream) of FIG. 11, the phenomenon in which MCF-7 cells gradually converge toward the center from the 35th to 45th orifice region of the first MOFF channel can be confirmed, and the upper right photograph of FIG. 11 ( According to the 1 ^st stage, the phenomenon that the MCF-7 cells gather in the center in the first separation unit can be seen, according to the bottom right picture (2 ^nd stage) of Figure 11, MCF-7 also in the second separation unit You can see the phenomenon of cells gathering in the center.

도 12는 상기 입자 분리 장치의 제1 분리부 및 제2 분리부 에서의 샘플 용액 5의 유체 흐름을 도시한다. 도 12의 중앙 상단 사진(1st stage)에 따르면, 상기 제1 분리부에서 MCF-7 세포가 중앙으로 모이고, 상기 MCF-7 세포보다 크기가 작은 적혈구(RBC) 세포가 양 측벽으로 모이는 현상을 확인할 수 있으며, 도 12의 우측 사진(2nd stage Top and Bottom)에 따르면, 상기 제2 분리부에서도 MCF-7 세포가 중앙으로 모이고, 상기 MCF-7 세포보다 크기가 작은 적혈구(RBC) 세포가 양 측벽으로 모이는 현상을 확인할 수 있다.FIG. 12 shows the fluid flow of sample solution 5 in the first and second separators of the particle separation device. According to the 1st stage of FIG. 12, MCF-7 cells gather in the center in the first separation unit, and red blood cell (RBC) cells smaller in size than the MCF-7 cells gather on both sidewalls. According to the right picture (2nd stage Top and Bottom) of FIG. 12, MCF-7 cells are also centrally collected in the second separation unit, and red blood cell (RBC) cells smaller in size than the MCF-7 cells are formed on both sidewalls. You can see the phenomenon of gathering.

Claims

A contraction channel defined by a predetermined dimension relative to the target particle and an expansion chamber having a multiorifice segment repeatedly connected in the longitudinal direction, and an inlet and an outlet formed at both ends of the multi-orifice segment; Three or more MultiOrifice Flow Fractionation (MOFF) channels;
A first separation channel in fluid communication with the central portion of the outlet cross section of the first MOFF channel, and both sidewall portions of the outlet cross section of the first MOFF channel and the second MOFF channel and the third MOFF A first separator comprising a first branch channel in fluid communication with each inlet of the channel correspondingly;
A buffer inlet formed in at least a portion of an inlet of the second MOFF channel and the third MOFF channel such that a buffer flows into the second MOFF channel and the third MOFF channel;
Particle separation apparatus for separating a target particle in a fluid sample comprising a.

2. The method of claim 1 wherein the dimension of the first separation channel is such that the fluid resistance value determined by the dimension of the first separation channel is relatively greater than the fluid resistance value determined by the dimension of the first branch channel. Particle separation apparatus that is implemented to.

The particle separation device of claim 1, wherein the cross-sectional area of the first separation channel is implemented to be relatively smaller than the cross-sectional area of the first branch channel.

The apparatus of claim 1, wherein the particle separation device comprises: a second separation channel in fluid communication with the second MOFF channel and in communication with a central portion of an outlet cross section of the third MOFF channel; And a second separator comprising a second branch channel in fluid communication with both sidewall portions of the outlet cross section of the third MOFF channel.

The apparatus of claim 4, wherein the second branch channel is in fluid communication with a waste chamber for collecting particles other than target particles in the fluid sample.

The apparatus of claim 1, wherein the inlet of the first MOFF channel is in fluid communication with a sample inlet for introducing the fluid sample.

6. The apparatus of claim 5, wherein the outlet of the first separation channel and the second separation channel are in fluid communication with one target particle outlet for obtaining target particles in the fluid sample.

6. The method of claim 5, wherein the dimension of the first separation channel is a fluid resistance value of the first separation channel is determined by the dimensions of the first separation channel is the first MOFF channel, the second MOFF channel and the third And about five times greater than the fluid resistance value of each MOFF channel determined by a predetermined dimension of the MOFF channel.

A contraction channel defined by a predetermined dimension relative to the target particle and an expansion chamber having a multiorifice segment repeatedly connected in the longitudinal direction, and an inlet and an outlet formed at both ends of the multi-orifice segment; Providing a plurality of MOFF (MultiOrifice Flow Fractionation) channels;
Introducing a first fluid sample comprising target particles at the inlet of the first MOFF channel;
A first separation step of obtaining target particles discharged from a central portion of the outlet section of the first MOFF channel;
Introducing a second fluid sample discharged from both sidewall portions of an outlet cross section of the first MOFF channel into an inlet of a second MOFF channel; And
A second separation step of obtaining target particles discharged from a central portion of the outlet section of the second MOFF channel;
Particle separation method for separating the target particles in the fluid sample comprising a.

10. The method of claim 9, wherein introducing a second fluid sample discharged from both sidewall portions of the outlet cross section of the first MOFF channel into the inlet of the second MOFF channel is introduced into the inlet of the second MOFF channel. And additionally introducing a buffer at the inlet of the second MOFF channel such that the amount of fluid to be made is equal to the amount of the first fluid sample introduced at the inlet of the first MOFF channel.

10. The method of claim 9, wherein introducing a second fluid sample discharged from both sidewall portions of the outlet cross section of the first MOFF channel into the inlet of the second MOFF channel is introduced into the inlet of the second MOFF channel. Further introducing a buffer at the inlet of the second MOFF channel such that the amount of fluid to be different from the amount of the first fluid sample introduced at the inlet of the first MOFF channel.