KR20120023411A

KR20120023411A - 미세유동장치 및 이를 이용한 시료검사장치

Info

Publication number: KR20120023411A
Application number: KR1020100086520A
Authority: KR
Inventors: 김나희; 김한상; 박상범; 이양의
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2012-03-13

Abstract

지연구조를 구비하는 미세유동장치를 개시한다. 미세유동장치는 시료와 반응할 수 있는 시약이 수용되는 반응챔버;와 상기 반응챔버로 상기 시료를 공급하도록 상기 시료가 유입되는 유입구와 상기 반응챔버와 연결되는 유출구가 형성되는 입구채널;과 상기 반응챔버 내부의 물질이 상기 유입구로 이동하는 것을 지연하도록 상기 유입구와 상기 유출구 사이에 배치되는 지연구조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

미세유동장치 및 이를 이용한 시료검사장치{MICROFLUIDIC DEVICE AND SAMPLE TESTING APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 미세유동장치 및 이를 이용하는 시료검사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시료가 유입되는 복수 개의 반응챔버에서 각각의 반응챔버 사이의 교차 오염을 줄일 수 있는 미세유동장치 및 이를 이용하는 시료검사장치에 관한 것이다.

소형의 칩(chip) 상에서 생화학적 반응을 포함한 시험을 수행할 수 있도록, 칩 형태의 기판에 미세유동 구조물을 배치하고 여러 단계의 처리 및 조작을 수행할 수 있도록 제작된 장치를 랩온어칩(lab-on-a chip)이라 한다.

미세유동 구조물 내에서 유체를 이송하기 위해서는 구동 압력이 필요한데, 구동 압력으로서 모세관압이 이용되기도 하고, 별도의 펌프에 의한 압력이 이용되기도 한다. 최근에는 디스크 형상의 몸체에 미세유동 구조물을 배치하고 원심력을 이용하여 유체를 이동시키며 일련의 작업을 수행하는 디스크형 미세유동장치들이 제안되고 있다. 이를 일컬어 랩씨디(Lab CD) 또는 랩온어디스크(Lab-on a disk) 또는 디지털 바이오 디스크(Digital Bio Disk:DBD)라 한다.

일반적으로, 디스크형 미세유동장치는 유체를 가두어 둘 수 있는 챔버와, 유체가 흐를 수 있는 채널 및 유체의 흐름을 조절할 수 있는 밸브를 포함하여 이루어지며, 이들의 다양한 조합에 의해 만들어질 수 있다.

디스크형 미세유동장치는 혈액 등과 같은 시료를 검사하기 위한 시료검사장치로 이용될 수 있다. 이 때, 디스크형 미세유동장치는 복수 개의 반응챔버를 포함할 수 있는데, 각각의 반응챔버에는 시료와 반응할 수 있는 시약이 배치된다. 반응챔버로 유입되는 시료는 반응챔버 내의 시약과 반응할 수 있고, 이 반응 결과를 검출하여 시료검사결과를 얻을 수 있다.

그런데, 시료의 검사 과정에서 어느 하나의 반응챔버 내의 물질이 주위의 다른 반응챔버로 유입되어 그 반응챔버 내의 물질과 섞일 수 있다. 이를 반응챔버 사이의 교차 오염이라고 하는데, 교차 오염이 발생하면 반응챔버에서의 반응 결과가 부정확해지기 때문에 결국 시료검사장치의 신뢰성이 낮아질 수 있다.

교차 오염을 줄이기 위하여 복수 개의 반응챔버를 서로 연결시키는 시료의 분배채널과 각각의 반응챔버 사이의 거리를 길게 형성할 수 있지만, 디스크형 미세유동장치의 전체적인 크기가 증가하는 문제가 있다.

본 발명의 일 측면은 반응챔버 사이의 교차 오염을 줄일 수 있는 미세유동장치 및 이를 이용하는 시료검사장치를 개시한다.

본 발명의 사상에 따른 미세유동장치는 시료와 반응할 수 있는 시약이 수용되는 반응챔버;와 상기 반응챔버에 상기 시료를 공급하도록 마련되는 분배채널;와 상기 반응챔버와 상기 분배채널을 연결하는 입구채널;과 상기 반응챔버 내부의 물질이 상기 분배채널로 이동하는 것을 지연하도록 상기 반응챔버와 상기 분배채널 사이에 배치되는 지연구조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 물질은 상기 반응챔버에 수용되는 시약이거나 상기 시약과 상기 유체 시료 사이의 반응 결과물일 수 있다.

상기 지연구조는 상기 입구채널과 각각 연결되는 입구 및 출구가 형성되는 챔버일 수 있다.

상기 지연구조는 상기 입구채널에 형성될 수 있다.

상기 지연구조 내에서 유체가 유동할 수 있는 단면적은 상기 입구채널의 단면적의 두 배 이상일 수 있다.

상기 입구채널은 상기 분배채널에서 분지되어 형성될 수 있다.

상기 입구채널의 단면적은 상기 분배채널의 단면적과 같거나 그 보다 작을 수 있다.

상기 입구채널을 유동할 때 유체가 받는 저항은 상기 분배채널을 유동할 때 유체가 받는 저항과 같거나 그 보다 클 수 있다.

상기 분배채널의 입구에 배치되는 열림밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 열림밸브는 외부 에너지원에 의하여 비접촉식으로 구동되는 상전이 밸브일 수 있다.

상기 시료는 유체일 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세유동장치는 시료가 수용되는 시료챔버;와 상기 시료가 유동하도록 상기 시료챔버와 연결되는 분배채널;과 상기 시료와 반응할 수 있는 시약이 수용되는 복수 개의 반응챔버;와 상기 분배채널과 상기 복수 개의 반응챔버를 각각 연결하는 복수 개의 입구채널;과 상기 반응챔버 내부의 물질이 상기 분배채널로 유입되는 것을 지연하도록 상기 반응챔버와 상기 분배채널 사이에 배치되는 지연구조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 지연구조는 상기 분배채널과 상기 복수 개의 반응챔버 사이에 각각 배치될 수 있다.

상기 지연구조는 상기 입구채널에 형성될 수 있다.

상기 분배채널은 전체 구간에서 단면적이 일정할 수 있다.

상기 분배채널의 하면은 상기 입구채널의 하면보다 낮게 위치될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원심력 기반의 미세유동장치는 회전 가능한 플랫폼;과 상기 플랫폼에 배치되고 시료와 반응할 수 있는 시약이 수용되는 반응챔버;와 상기 반응챔버에 상기 시료를 공급하도록 마련되는 분배채널;과 상기 반응챔버와 상기 분배채널을 연결하는 입구채널;과 상기 반응챔버 내부의 물질이 상기 분배채널로 이동하는 것을 지연하도록 상기 반응챔버와 상기 분배채널 사이에 배치되는 지연구조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 분배채널은 상기 시료챔버의 출구와 연결되고 상기 플랫폼의 반경방향 외측으로 연장되는 제1구간과 상기 제1구간으로부터 상기 플랫폼의 원주방향을 따라 연장되는 제2구간을 포함할 수 있다.

상기 입구채널의 단면적은 상기 제2구간의 단면적과 같거나 그 보다 작을 수 있다.

상기 제2구간의 하면은 상기 입구채널의 하면보다 낮게 위치될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원심력 기반의 미세유동시스템은 유체가 수용되도록 마련되는 복수 개의 챔버와, 유체가 흐르도록 마련되고 상기 복수 개의 챔버를 연결하는 채널과, 상기 채널을 개폐하는 밸브가 형성되는 미세유동장치;와 상기 미세유동장치를 지지하고 제어 가능하게 회전시키도록 마련되는 회전구동부;와 상기 밸브를 구동하도록 마련되는 밸브구동유닛;을 포함하고, 상기 미세유동장치는 내부에서 반응이 일어나도록 마련되는 반응챔버와, 상기 반응챔버로 유체 시료를 공급하도록 유입구와 상기 반응챔버와 연결되는 유출구가 형성되는 입구채널과, 상기 반응챔버 내부의 물질이 상기 유입구로 이동하는 것을 지연하도록 상기 유입구와 상기 유출구 사이에 배치되는 지연챔버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 반응챔버에서의 반응 결과를 광학적으로 검출하도록 마련되는 광학검출부를 더 포함할 수 있다.

어느 하나의 반응챔버를 빠져나오는 물질이 주위의 다른 반응챔버로 유입되기 전에 지연구조를 두 번 통과해야 한다. 지연구조를 통과하면서 유동이나 확산이 지연되기 때문에 복수 개의 반응챔버 사이의 교차 오염을 줄일 수 있다.

또한, 교차 오염을 줄이기 위하여 분배채널과 반응챔버 사이의 거리를 길게 하지 않아도 되기 때문에 원심력 기반의 미세유동장치의 크기를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치의 구성을 나타낸 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치에서 반응챔버 주위를 확대하여 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치에서 반응챔버 주위를 확대하여 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치를 이용하는 시료검사장치를 도시한 구성도.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치의 구성을 나타낸 평면도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 미세유동장치(10)는 회전 가능한 디스크 형의 플랫폼(11)와, 플랫폼(11) 내에 구획되어 유체가 수용될 수 있는 복수 개의 챔버(chamber) 및 유체가 흐를 수 있는 복수의 채널(channel)과, 플랫폼(11)의 측면에 마련되는 바코드(13)를 구비한다.

플랫폼(11)은 그 중심을 축으로 하여 회전할 수 있다. 플랫폼(11) 내에 배치된 챔버 및 채널에서는 플랫폼(11)의 회전에 따른 원심력의 작용에 의해 시료의 이동, 원심분리, 혼합 등이 이루어질 수 있다.

플랫폼(11)은 성형이 용이하고, 그 표면이 생물학적으로 비활성인 아크릴, PDMS 등의 플라스틱 소재로 만들어질 수 있다. 다만, 플랫폼(11)은 이에 한정되지 않고 화학적, 생물학적 안정성과 광학적 투명성 그리고 기계적 가공성을 갖는 소재이면 족하다.

플랫폼(11)은 여러 층의 판으로 이루어질 수 있다. 판과 판이 서로 맞닿는 면에 챔버나 채널 등에 해당하는 음각 구조물을 만들고 이들을 접합함으로써 플랫폼(11) 내부에 공간과 통로를 제공할 수 있다.

예를 들어, 플랫폼(11)은 제1기판(11a)과 제1기판(11a)에 부착된 제2기판(11b)으로 이루어진 구조이거나, 제1기판(11a)과 제2기판(11b)사이에 유체가 수용될 수 있는 챔버와 유체가 흐를 수 있는 채널을 정의하기 위한 구획판(미도시)이 마련된 구조일 수도 있다. 이 외에도 플랫폼(11)는 다양한 형태를 가질 수 있다. 제1기판(11a) 및 제2기판(11b)은 열가소성 수지로 이루어질 수 있다.

제1기판(11a)과 제2기판(11b)의 접합은 접착제나 양면 접착테이프를 이용한 접착, 초음파 융착, 레이저 융착 등의 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.

이하에서는 시료의 검사를 위하여 플랫폼(11) 내에 배치되는 미세유동 구조물들에 대하여 설명한다.

시료는 유체와 그 유체보다 밀도가 높은 입자 형태의 물질이 혼합되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 시료는 혈액, 타액, 소변 등의 생체 시료를 포함할 수 있다.

플랫폼(11)의 반경방향 내측에 시료챔버(21)가 배치될 수 있다. 시료챔버(21)는 소정 양의 시료를 수용할 수 있도록 구획되고, 시료챔버(21)의 상면에는 시료챔버(21)내부로 시료를 주입하기 위한 시료주입구(14)가 형성된다.

시료챔버(21)의 반경방향 외측으로는 플랫폼(11)의 회전을 이용하여 시료를 원심 분리하는 시료분리챔버(22)가 마련될 수 있다.

시료분리챔버(22)의 일측에는 잉여시료챔버(25)가 배치될 수 있다. 잉여시료챔버(25)는 시료챔버(21)에 과도한 양의 시료가 주입된 경우, 검사에 필요한 일정량의 시료를 시료분리챔버(22)에 남기고 잉여 시료를 수용한다.

시료가 혈액인 경우, 시료분리챔버(22)에서는 원심력에 의해 무게가 무거운 혈구는 가라앉고 상대적으로 가벼운 혈청이 혈구의 상부에 위치되어 혈액으로부터 혈청이 분리된다.

시료분리챔버(22)는 시료챔버(21)로부터 반경방향외측으로 연장된 채널 형상의 상청액수집부(23)와, 상청액수집부(23)의 말단에 배치되어 비중이 큰 침강물을 수용할 수 있는 공간을 제공하는 침강물수집부(24)를 포함한다.

시료분리챔버(22)의 일측에는 시료분리챔버(22)에서 분리되는 상청액을 희석액이 수용되는 희석챔버(41)로 안내하는 안내채널(32)이 형성된다.

안내채널(32)의 중도에는 희석챔버(41)의 입구측에 형성되어 희석챔버(41)로 유입되는 상청액을 임시로 저장하는 임시저장챔버(33)와, 상청액이 임시저장챔버(33)에 수용된 후 안내채널(32)에 잔존하는 상청액을 수용하여 안내채널(32)에서 상청액을 제거하기 위한 상청액제거챔버(31)를 포함한다.

임시저장챔버(33)의 출구측에는 적어도 하나의 희석챔버(41)가 마련된다. 적어도 하나의 희석챔버(41)는 서로 다른 양의 희석액(dilution buffer)이 각각 저장될 수 있도록 복수로 마련될 수 있으며, 필요한 희석액의 부피에 따라서 복수 개의 희석챔버(41)의 부피를 달리할 수도 있다. 희석챔버(41)는 두 개 이상으로 구획될 수 있으며, 본 실시예에 따른 미세유도장치(10)는 희석 비율을 달리하기 위해 서로 다른 부피의 희석액을 수용할 수 있는 제1,2희석챔버(41a,42b)를 포함한다.

한편, 시료분리챔버(22)로부터 시료를 공급받지 않는 희석챔버(43)도 마련될 수 있는데, 이는 반응 검출시 표준값을 얻기 위한 것으로 희석액을 저장할 수 있다. 시료를 공급받지 않는 희석챔버(43)의 바깥쪽에는 비어 있거나 증류수가 채워지는 등 검출 표준값을 얻기 위한 챔버들(44)이 마련될 수 있다.

희석챔버(43)의 출구에는 분배채널(60)이 연결된다. 분배채널(60)은 희석챔버(43)의 출구로부터 플랫폼(11)의 바깥쪽으로 연장된 제1구간(61)과 제1구간(61)의 바깥쪽 끝으로부터 원주 방향을 따라 연장된 제 2구간(402)을 갖는다. 제2구간(62)의 말단은 배기구(미도시)와 연결될 수 있다. 배기구(미도시)는 희석챔버(43)로부터 분배채널(60)로 원심력을 이용하여 시료를 이송할 때 시료가 누출되지 않을 정도의 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 분배채널(60)은 희석챔버(43)의 출구와 연결된 전단부부터 배기구(미도시)와 연결된 후단부까지, 즉 제1구간(61)과 제2구간(62)을 포함하는 전 구간에 걸쳐서 유체저항이 일정하게 만들어진다. 유체저항을 일정하게 하기 위해 분배채널(60)의 단면적을 전 구간에 걸쳐 일정하게 할 수 있다. 이를 통해 시료 분배 과정에서 부가적으로 가해지기 쉬운 유체의 이동에 대한 저항을 최대한 배제함으로써, 신속하고 효과적으로 시료가 분배되도록 할 수 있다.

제1,2희석챔버(41a,42b)의 바깥쪽에는 각각 대응되는 반응챔버그룹(80a,80b)이 배치된다. 제1희석챔버(41a)의 외측에는 이에 대응하는 제1반응챔버그룹(80a)이 마련되고, 제2희석챔버(41b)의 외측에는 이에 대응하는 제2반응챔버그룹(80b)이 마련된다.

각각의 반응챔버그룹(80a,80b)은 적어도 하나 이상의 반응챔버(81,82)를 포함하고, 반응챔버(81,82)는 희석액을 분배하는 분배채널(60)을 통해 대응하는 희석챔버(41)와 연결된다. 각각의 반응챔버그룹(80a,80b)은 가장 간단하게는 각각 하나의 반응챔버로 이루어질 수도 있다.

반응챔버(81,82)는 밀폐형 챔버일 수 있다. 밀폐형이란 각각의 반응챔버(50)에 배기를 위한 벤트가 없는 형태를 말한다. 복수 개의 반응챔버(81,82)에는 분배채널(60)을 통하여 분배되는 시료 희석액과 광학적으로 검출 가능한 반응을 일으키는 다양한 종류 또는 다양한 농도의 시약들이 미리 주입될 수 있다. 광학적으로 검출 가능한 반응으로는 몇 가지 예로서 형광 발현 또는 흡광도(optical density)의 변화 등을 들 수 있다. 다만, 반응챔버(81,82)의 용도가 상기의 용도로만 한정되는 것은 아니다.

동일한 반응챔버그룹(80a,80b)에 속하는 복수 개의 반응챔버(81,82)에는 동일한 희석비의 시료 희석액과의 반응에 적합한 시약들이 각각 저장되는 것이 바람직하다.

예를 들어, 제1반응챔버그룹(80a)은 희석액/혈청의 희석비가 100인 조건에서 반응하는 TRIG(triglycerides), Chol(total cholesterol), GLU(glucose), BUN(urea nitrogen) 등의 시약이 저장될 수 있고, 제2반응챔버그룹(80b)은 희석액/혈청의 희석비가 20인 조건에서 반응하는 DBIL(direct bilirubin), TBIL(total bilirubin), GGT(gamma glutamyl transferase) 등의 시약이 저장될 수 있다.

즉, 제2반응챔버그룹(80b)에 속한 복수 개의 반응챔버(82)에는 그에 대응되는 제2희석챔버(41b)로부터 제1반응챔버그룹(80a)의 경우와 다른 희석비의 시료 희석액이 공급되므로, 각 반응챔버그룹(80a,80b)의 반응챔버(81,82)에는 해당 희석비의 시료에 적합한 시약들이 각각 저장되는 것이 바람직하다.

반응챔버(81,82)는 서로 동일한 용량으로 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 검사 항목에 따라 서로 다른 용량의 시료 희석액이나 시약이 요구되는 경우에는 각 반응챔버(81,82)의 용량을 달리할 수도 있다.

또한, 복수 개의 반응챔버(81,82)는 벤트 및 주입구가 있는 챔버일 수도 있다.

복수 개의 반응챔버(81,82)는 각각 입구채널(70)을 통해 분배채널(60)의 제2 구간(62)과 연결될 수 있다. 입구채널(70)은 분배채널(60)에서 분지되는 형태로 형성될 수 있다. 이 때, 입구채널(70)은 "T"자 형상으로 분배채널(60)에 연결될 수 있다. 그리고, 입구채널(70)은 플랫폼(11)의 회전 반지름 방향으로 연장 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 각각의 챔버를 연결하는 채널에는 밸브(55,56,57,58)가 마련될 수 있다. 밸브(55,56,57,58)는 안내채널(32)의 중도에 마련되어 시료분리챔버(22)의 출구측을 개폐하는 제1밸브(51)와, 안내채널(32)의 중도에 마련되어 상청액제거챔버(31)를 개폐하는 제2밸브(52)와, 임시저장챔버(33)와 희석챔버(41a,41b)사이에 마련되는 제3밸브(53)와, 희석챔버(41)의 출구측에 마련되어 분배채널(60)을 개폐하는 제4밸브(54)를 포함할 수 있다.

각각의 밸브(55,56,57,58)는 모세관 밸브와 같이 일정 이상의 압력이 작용하면 수동적으로 개방되는 밸브 또는 작동 신호에 의해 외부로부터 동력 또는 에너지를 받아 능동적으로 작동하는 밸브 등 다양한 종류의 밸브일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치(10)는 외부로부터 에너지를 흡수하여 작동하는 상전이 밸브를 채용한다.

각 밸브는 플랫폼(11)을 이루는 상판과 하판 사이에 입체적 또는 평면적인 형태로 상기와 같은 위치 배치되어 유체의 흐름을 차단하고, 고온에서 용융되어 인접한 여유공간으로 이동하여 채널들을 개방한다.

밸브(55,56,57,58)에 열을 가하기 위해서 플랫폼(11) 외부에는 광을 방출하는 외부에너지원(122, 도 5 참조)이 이동 가능하게 배치되어 외부에너지원(122)이 밸브(55,56,57,58)가 위치한 영역에 광을 조사할 수 있다.

따라서, 외부에너지원(122)은 디스크형 미세유동장치(10)의 검사 진행 정도에 따라 개방이 필요한 밸브(55,56,57,58)의 상부로 이동한 후 하측으로 광을 조사하여 해당하는 밸브(55,56,57,58)를 개방시킬 수 있다.

밸브(55,56,57,58)는 상전이물질과, 상전이물질에 분산된 발열 입자로 이루어질 수 있다.

발열입자는 수백 내지 수천 마이크로미터(㎛) 폭을 갖는 채널 내에서 자유롭게 이동 가능한 크기를 가지는 것이 바람직하다. 발열 입자는 광(예를 들면, 레이저)이 조사되면 그 에너지에 의해 온도가 급격히 상승하여 발열하는 성질을 가진다. 이러한 성질을 갖도록 발열 입자는 금속 성분을 포함하는 코어(core)와, 소수성(疏水性)을 갖는 쉘(shell)을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 발열 입자는 Fe로 이루어진 코어와, Fe에 결합되어 Fe를 감싸는 복수의 계면활성성분(surfactant)으로 이루어진 쉘을 구비한 구조를 가질 수 있다. 발열 입자로서 캐리어 오일(carrrier oil)에 분산된 상태로 시중에 유통되는 재료를 채용할 수 있다.

상전이 물질은 왁스(wax)일 수 있다. 발열 입자들이 흡수한 광에너지를 열에너지의 형태로 주위에 전달하면 왁스는 이로 인해 용융되어 유동성을 가지게 되며, 이로써 밸브가 붕괴되고 유로가 개방된다. 왁스는 적당한 녹는점을 가지는 것이 바람직하다. 녹는점이 너무 높으면 광 조사를 시작한 후 용융될 때까지 시간이 오래 소요되어 개방 시점의 정밀한 제어가 어려워지고, 반대로 녹는점이 너무 낮으면 광이 조사되지 않은 상태에서 부분적으로 용융되어 유체가 누출될 수도 있기 때문이다. 왁스로는, 예컨대 파라핀 왁스(paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(microcrystalline wax), 합성 왁스(synthetic wax), 또는 천연 왁스(natural wax) 등이 채용될 수 있다.

한편, 상전이 물질은 겔(gel) 또는 열가소성 수지일 수도 있다. 겔은 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴레이트 (polyacrylates), 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates), 또는 폴리비닐아미드(polyvinylamides) 등으로 만들어질 수 있다. 또한, 열가소성 수지로는, COC, PMMA, PC, PS, POM, PFA, PVC, PP, PET, PEEK, PA, PSU, 또는 PVDF 등이 채용될 수도 있다.

또한, 플랫폼(11)의 측면에는 바코드(13)가 마련될 수 있다. 바코드(13)는 미세유동장치(10)의 제조일자, 유효기간에 관한 정보 등 필요에 따라 다양한 정보를 저장할 수 있다.

바코드(13)는 1차원 바코드일 수 있으며, 많은 양의 정보를 저장하기 위하여 다양한 형태의 바코드, 예를 들면 2차원 바코드와 같은 매트릭스 코드(matrix code)일 수 있다.

바코드(13)는 정보를 저장할 수 있을 홀로그램, RFID 태그, 메모리 칩으로 대체될 수 있다. 그리고, 바코드(13) 대신 정보를 읽고 쓸 수 있는 저장매체, 일 예로 메모리 칩 등으로 구성하는 경우, 식별정보 뿐만 아니라 시료검사결과, 환자의 정보, 혈액 채취 및 검사실행 날짜 및 시간, 검사 수행 여부에 대한 정보를 저장할 수 있다.

복수 개의 반응챔버(81,82)는 서로 인접하여 배치되기 때문에 어느 하나의 반응챔버(81,82) 내의 물질이 주위의 다른 반응챔버(81,82)로 유입되는 반응챔버(81,82) 사이의 교차 오염이 발생할 수 있다. 교차 오염이 발생하면 정확한 시료검사결과 얻을 수 없다.

따라서, 미세유동장치(10)는 반응챔버(81,82) 사이의 교차 오염을 감소시키기 위한 지연구조(90)를 구비한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치에서 반응챔버 주위를 확대하여 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치에서 반응챔버 주위를 확대하여 도시한 단면도이다.

도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 미세유동장치(10)는 분배채널(60)과, 입구채널(70)과, 반응챔버(81)와, 제2구간(62)과 반응챔버(81) 사이에 배치되는 지연구조(90)를 구비한다. 입구채널(70)에는 유입구(71)과 유출구(72)가 형성되어 유입구(71)는 제2구간(62)에 연결되고 유출구(72)는 반응챔버(81)에 연결된다.

반응챔버(81) 내의 물질은 반응챔버(81)에 수용되는 시약 또는 시료와 그 시약의 반응 결과물일 수 있다. 이 물질은 반응챔버(81)에서 발생하는 난류 또는 확산 등에 의하여 반응챔버(81)를 빠져나올 수 있다.

지연구조(90)는 반응챔버(81) 내의 물질이 제2구간(62)으로 유입되는 것을 지연시키도록 마련된다. 반응챔버(81)를 빠져나오는 물질은 제2구간(62)으로 유입되기 전에 지연구조(90)를 통과한다. 반대로, 제2구간(62) 내의 유체 또는 물질은 반응챔버(81)로 유입되기 전에 지연구조(90)를 통과한다. 따라서, 지연구조(90)는 어느 하나의 반응챔버(81)를 빠져나오는 유체 또는 물질이 주위의 다른 반응챔버(81)로 유입되는 데에 걸리는 시간을 지연시킬 수 있다.

지연구조(90)는 입구채널(70) 상에 형성될 수 있다. 그리고, 지연구조(90)는 입구채널(70)에 연결되도록 입구 및 출구가 형성되는 챔버일 수 있다.

지연구조(90) 내에서 유체의 유동 속도 또는 물질의 확산 속도를 낮추기 위하여 지연구조(90) 내에서 유체가 유동할 수 있는 단면적(Sde)은 입구채널(70)의 단면적(Sin)보다 크게 형성된다. 유체의 유동 또는 물질의 확산을 효과적으로 지연시키기 위하여 Sde는 Sin의 2배 이상인 것이 바람직하다.

그리고, 입구채널(70)의 단면적이 작을수록 입구채널(70)을 통과하는 유체가 받는 저항이 클 수 있다. 따라서, 반응챔버(81) 내의 유체가 입구채널(70)을 통과하여 제2구간(62)으로 유입되는 데에 걸리는 시간을 늘리기 위하여 입구채널(70)의 단면적(Sin)은 적어도 제2구간(62)의 단면적(Sdi)보다 작다. 이 때, 입구채널(70)을 유동할 때 유체가 받는 저항은 제2구간(62)을 유동할 때 유체가 받는 저항과 같거나 그 보다 클 수 있다.

어느 하나의 반응챔버(81)를 빠져나오는 물질이 제2구간(62)으로 유입되더라도 그 물질이 주위의 다른 반응챔버(81)로 유입되는 것을 방지할 필요가 있다. 이를 위하여, 제2구간(62)의 하면은 입구채널(70)의 하면보다 낮게 위치될 수 있다. 즉, 제2구간(62)과 입구채널(70)의 상면이 서로 일치할 때, 제2구간(62)의 높이(Hdi)는 입구채널(70)의 높이(Hin)보다 높다. 제2구간(62)의 하면이 입구채널(70)의 하면보다 낮게 위치되도록 단차를 두고 제2구간(62)과 입구채널(70)을 연결하면 제2구간(62)에서 일정 높이 이하의 유체는 입구채널(70)로 유입될 수 없다.

원심력에 의하여 제2구간(62)으로 공급되는 시료는 대부분 제2구간(62)과 입구채널(70)이 연결되는 부분에서 입구채널(70)을 따라 반응챔버(81) 쪽으로 진행한다. 시료가 지연구조(90)을 채우는 동안 반응챔버(81) 내의 공기가 제2구간(62)으로 배기될 수 있다. 하나의 반응챔버(81)가 모두 채워지면 시료는 해당 반응챔버(81)로 더 이상 유입되지 않고, 제2구간(62)을 따라 더 이동하여 주위의 다른 반응챔버(81)를 채운다. 다만, 어느 하나의 반응챔버(81)가 모두 채워지지 않은 상태에서도 일부의 시료는 주위의 다른 반응챔버(81) 쪽으로 진행할 수 있다.

반응챔버(81)로 유입되는 시료는 반응챔버(81)에 수용되는 시약과 반응을 일으킬 수 있다. 시약 또는 반응 결과물은 반응챔버(81)에서 발생되는 난류에 의하여 유동하거나 확산에 의하여 입구채널(70)을 통과하여 제2구간(62)으로 유입될 수 있다. 반응챔버(81)에서 빠져나오는 물질은 먼저 지연구조(90)를 통과함으로써 그 이동이 지연된다. 다음으로, 지연구조(90)를 통과하여 제2구간(62)으로 유입되는 시약 또는 반응 결과물은 제2구간(62)의 하면과 입구채널(70)의 하면 사이의 높이 차이 때문에 입구채널(70)로 쉽게 유입되지 못한다. 마지막으로, 시약 또는 반응 결과물이 입구채널(70)로 유입되더라도 다시 지연구조(90)를 통과해야 하기 때문에 반응챔버(81)로 유입되는 것이 지연될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치를 이용하는 시료검사장치를 도시한 구성도이다.

시료검사장치는 미세유동장치(10)를 회전시키는 스핀들모터(105)와, 데이터판독부(130), 밸브개방장치(120), 검사부(140), 입력부(110), 출력부(150), 진단DB(160) 및 상기 각 구성을 제어하는 제어부(170)를 구비한다.

스핀들모터(105)는 미세유동장치(10)를 회전시키며, 특정 위치에 도달하도록 미세유동장치(10)를 정지 또는 회전시킬 수 있다.

스핀들모터(105)는 비록 도시되지는 않았으나, 미세유동장치의 각 위치(angular position)를 제어할 수 있는 모터 드라이브(motor drive) 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 모터 드라이브 장치는 스텝 모터를 이용한 것일 수도 있고, 직류 모터를 이용한 것일 수도 있다.

데이터판독부(130)는 일 예로 바코드 리더기일 수 있다. 데이터판독부(130)는 바코드(13)에 저장된 데이터를 판독하여 제어부(170)에 전달하고, 제어부(170)는 판독된 데이터를 기초로 각 구성을 동작시켜 시료검사장치를 구동한다.

밸브개방장치(120)는 미세유동장치(10)의 밸브(73)들을 개폐하기 위해 마련되는 것으로, 외부에너지원(122)과, 외부에너지원(122)을 개방이 요구되는 밸브로 이송시키는 이동유닛(124,126)을 포함하여 이루어질 수 있다.

전자기파를 조사하는 외부에너지원(122)은 레이저 빔을 조사하는 레이저 광원이거나, 가시광선 또는 적외선을 조사하는 발광소자(light emitting diode) 또는 제논램프(Xenon)일 수 있고, 특히 레이저 광원인 경우 적어도 하나의 레이저 다이오드(laser diode)를 포함할 수 있다.

이동유닛(124,126)은 외부에너지원의 위치 또는 방향을 조정하여 미세유동장치 중 원하는 영역, 즉 밸브에 에너지를 집중적으로 조사할 수 있도록 외부에너지원의 위치를 조정하기 위한 것으로, 구동모터(124)와, 외부에너지원(122)이 장착되어 구동모터(124)의 회전에 따라 외부에너지원(122)을 개방이 요구되는 밸브의 상측으로 이동시키기 위한 기어부(126)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이러한 이동유닛은 다양한 메커니즘을 통해 구현할 수 있다.

검사부(140)는 적어도 하나 이상의 발광부(141)와, 발광부(141)에 대응하도록 마련되어 미세유동장치(10)의 반응영역(24)을 투과한 빛을 수광하는 수광부(143)를 포함하여 이루어진다.

발광부(141)는 소정 주파수로 점멸하는 광원으로써, 채용 가능한 광원에는 LED(light emitting diode), LD(laser diode) 등의 반도체 발광 소자와 할로겐 램프나 제논(Xenon) 램프와 같은 가스 방전 램프(gas dischare lamp)가 포함된다.

또한, 발광부(141)는 발광부(141)에서 방출된 빛이 반응영역(24)를 거쳐 수광부(143)에 도달할 수 있는 위치에 위치된다.

수광부(143)는 입사광의 세기에 따른 전기적 신호를 발생시키는 것으로서, 예를 들면 공핍층 포토 다이오드(depletionlayer photo diode)나 애벌란시 포토 다이오드(APD: avalanche photo diode) 또는 광전자증배관(PMT: photomultiplier tubes) 등이 채용될 수 있다.

제어부(170)는 스핀들모터(105), 데이터판독부(130), 밸브개방장치(120), 검사부(140) 등을 제어하여 시료검사장치의 동작을 원활하게 수행하고, 진단 DB(160)를 검색하여 검사부(140)으로부터 검출된 정보와 진단 DB(160)를 비교 판단함으로써 미세유동장치(10)상의 반응영역(24)에 수용된 핼액의 질병 유무를 검사한다.

입력부(110)는 미세유동장치(10)내에 유입된 시료의 종류 및/또는 주입되는 시료의 종류에 따라 검사 가능한 검사항목을 입력하기 위한 것으로, 시료검사장치에 터치스크린 형태로 마련될 수 있다.

출력부(150)는 진단 내용 및 완료여부를 외부에 출력하기 위한 것으로, 출력부(150)는 LCD(Liquid Crystal Display) 등의 시각적 출력 수단 또는 스피커(Speaker) 등의 청각적 출력 수단 또는 시청각적 출력수단으로 구성될 수 있다.

10 : 미세유동장치 11 : 플랫폼
21 : 시료챔버 41 : 희석챔버
60 : 분배채널 70 : 입구채널
80 : 반응챔버그룹 90 : 지연구조

Claims

시료와 반응할 수 있는 시약이 수용되는 반응챔버;
상기 반응챔버에 상기 시료를 공급하도록 마련되는 분배채널;
상기 반응챔버와 상기 분배채널을 연결하는 입구채널;
상기 반응챔버 내부의 물질이 상기 분배채널로 이동하는 것을 지연하도록 상기 반응챔버와 상기 분배채널 사이에 배치되는 지연구조;를
포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제1항에 있어서,
상기 물질은 상기 반응챔버에 수용되는 시약이거나 상기 시약과 상기 유체 시료 사이의 반응 결과물인 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제1항에 있어서,
상기 지연구조는 상기 입구채널과 각각 연결되는 입구 및 출구가 형성되는 챔버인 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제1항에 있어서,
상기 지연구조는 상기 입구채널에 형성되는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제3항에 있어서,
상기 지연구조 내에서 유체가 유동할 수 있는 단면적은 상기 입구채널의 단면적의 두 배 이상인 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제1항에 있어서,
상기 입구채널은 상기 분배채널에서 분지되어 형성되는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제1항에 있어서,
상기 입구채널의 단면적은 상기 분배채널의 단면적과 같거나 그 보다 작은 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제1항에 있어서,
상기 입구채널을 유동할 때 유체가 받는 저항은 상기 분배채널을 유동할 때 유체가 받는 저항과 같거나 그 보다 큰 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제1항에 있어서,
상기 분배채널의 입구에 배치되는 열림밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제9항에 있어서,
상기 열림밸브는 외부 에너지원에 의하여 비접촉식으로 구동되는 상전이 밸브인 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제1항에 있어서,
상기 시료는 유체인 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
시료가 수용되는 시료챔버;
상기 시료가 유동하도록 상기 시료챔버와 연결되는 분배채널;
상기 시료와 반응할 수 있는 시약이 수용되는 복수 개의 반응챔버;
상기 분배채널과 상기 복수 개의 반응챔버를 각각 연결하는 복수 개의 입구채널;
상기 반응챔버 내부의 물질이 상기 분배채널로 유입되는 것을 지연하도록 상기 반응챔버와 상기 분배채널 사이에 배치되는 지연구조;를
포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제12항에 있어서,
상기 지연구조는 상기 분배채널과 상기 복수 개의 반응챔버 사이에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제12항에 있어서,
상기 지연구조는 상기 입구채널에 형성되는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제12항에 있어서,
상기 지연구조 내에서 유체가 유동할 수 있는 단면적은 상기 입구채널의 단면적의 두 배 이상인 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제12항에 있어서,
상기 분배채널은 전체 구간에서 단면적이 일정한 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제12항에 있어서,
상기 입구채널의 단면적은 상기 분배채널의 단면적과 같거나 그 보다 작은 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제12항에 있어서,
상기 분배채널의 하면은 상기 입구채널의 하면보다 낮게 위치되는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
회전 가능한 플랫폼;
상기 플랫폼에 배치되고 시료와 반응할 수 있는 시약이 수용되는 반응챔버;
상기 반응챔버에 상기 시료를 공급하도록 마련되는 분배채널;
상기 반응챔버와 상기 분배채널을 연결하는 입구채널;
상기 반응챔버 내부의 물질이 상기 분배채널로 이동하는 것을 지연하도록 상기 반응챔버와 상기 분배채널 사이에 배치되는 지연구조;를
포함하는 것을 특징으로 하는 원심력 기반의 미세유동장치.
제19항에 있어서,
상기 분배채널은 상기 시료챔버의 출구와 연결되고 상기 플랫폼의 반경방향 외측으로 연장되는 제1구간과, 상기 제1구간으로부터 상기 플랫폼의 원주방향을 따라 연장되는 제2구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심력 기반의 미세유동장치.
제20항에 있어서,
상기 입구채널의 단면적은 상기 제2구간의 단면적과 같거나 그 보다 작은 것을 특징으로 하는 원심력 기반의 미세유동장치.
제20항에 있어서,
상기 제2구간의 하면은 상기 입구채널의 하면보다 낮게 위치되어 상기 입구채널은 상기 제2구간과 단차를 두고 연결되는 것을 특징으로 하는 원심력 기반의 미세유동장치.
유체가 수용되도록 마련되는 복수 개의 챔버와, 유체가 흐르도록 마련되고 상기 복수 개의 챔버를 연결하는 채널과, 상기 채널을 개폐하는 밸브가 형성되는 미세유동장치;
상기 미세유동장치를 지지하고 제어 가능하게 회전시키도록 마련되는 회전구동부;
상기 밸브를 구동하도록 마련되는 밸브구동유닛;을 포함하고,
상기 미세유동장치는 내부에서 반응이 일어나도록 마련되는 반응챔버와, 상기 반응챔버로 상기 시료를 공급하도록 상기 시료가 유입되는 유입구와 상기 반응챔버와 연결되는 유출구가 형성되는 입구채널과, 상기 반응챔버 내부의 물질이 상기 유입구로 이동하는 것을 지연하도록 상기 유입구와 상기 유출구 사이에 배치되는 지연챔버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심력 기반의 미세유동시스템.
제23항에 있어서,
상기 반응챔버에서의 반응 결과를 광학적으로 검출하도록 마련되는 광학검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원심력 기반의 미세유동시스템.