KR20120113533A - 타겟 분자 분리 장치 및 이를 이용한 타겟 분자 분리 방법 - Google Patents

타겟 분자 분리 장치 및 이를 이용한 타겟 분자 분리 방법 Download PDF

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KR20120113533A
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박제균
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삼성전자주식회사
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Abstract

개시된 타겟 분자 분리 장치는 그 제1측벽에 타겟 분자를 포함하는 유체의 유동을 제어하는 복수 개의 돌출부가 형성되고, 타겟 분자가 그 크기에 따라서 분리되도록 높이가 가변적인 유체 채널부를 포함할 수 있다.

Description

타겟 분자 분리 장치 및 이를 이용한 타겟 분자 분리 방법{Apparatus for separating target molecules and method for separating target molecules by using the same}
타겟 분자 분리 장치 및 이를 이용한 타겟 분자 분리 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는 분리되는 타겟 분자의 컷오프 크기를 조절할 수 있는 타겟 분자 분리 장치 및 이를 이용한 분리 방법에 관한 것이다.
마이크로타스(μ-TAS, micro total analysis systems)는 바이오 시료를 분석하기 위해 시료의 전처리를 거쳐 이에 대한 결과를 검출 해내는 과정을 일괄적으로 처리하는 집적화된 소형 분석 시스템을 말한다. 최근 생명 과학의 발전으로 신약 개발이나 진단 등의 분야에서 분석해야 하는 표적 물질이 증가하고 있고, 이에 따라 고가의 시약이나 시료를 다량으로 필요하게 됨으로써 극미량 분석을 통한 비용 절감의 필요성이 높아지고 있다. 이에, 극미량의 시료나 시약을 다루는 일의 비중이 증가하면서 각광받게 된 것이, 이 시스템을 하나의 칩 안에 집적화시켜 구현하는 랩온어칩(Lab-on-a-chip) 기술이다. 랩온어칩은 반도체 분야에서 널리 사용되는 포토리소그래피 기술이나 미세가공기술(micromachining)을 이용하여 유리, 실리콘 또는 플라스틱으로 된 수 내지 수십 마이크로미터 크기의 미세채널을 형성하고, 형성된 미세채널 내에 흐르는 유체의 유동특성을 이용하는 미세유체역학(microfluidics) 기술을 사용함으로써 유체를 제어하여 구현되고 있다.
분리되는 타겟 분자의 컷오프 크기를 조절할 수 있는 타겟 분자 분리 장치 및 이를 이용한 타겟 분자 분리 방법을 제공한다.
타겟 분자를 손상시키지 않고 분리할 수 있는 타겟 분자 분리 장치 및 이를 이용한 타겟 분자 분리 방법을 제공한다.
개시된 타겟 분자 분리 장치는
엘라스토머로 형성된 기판의 일면에 마련되고, 적어도 한 종류의 타겟 분자가 포함된 유체가 주입되는 적어도 하나의 유체 주입 통로를 구비하는 유체 주입부;
상기 유체 주입부와 연결되며 그 제1측벽에 상기 유체의 유동을 제어하는 복수 개의 돌출부가 형성되고, 상기 타겟 분자가 그 크기에 따라서 분리되도록 높이가 탄성적으로 가변적인 유체 채널부; 및
상기 유체 채널부와 연결되며, 분리된 타겟 분자가 배출되는 적어도 하나의 유체 배출 통로를 구비하는 유체 배출부;를 포함할 수 있다.
상기 유체 채널부 상에 마련되며, 상기 유체 채널부의 높이를 가변시키기 위해서 상기 유체 채널부에 압력을 가하는 가압 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 타겟 분자의 크기와 상기 유체 채널부의 높이의 비는 0.05 내지 0.3이고, 상기 타겟 분자는 상기 제1측벽 방향으로 분리될 수 있다.
상기 복수 개의 돌출부는 서로 이격되어 마련된 복수 개의 제1채널부와 상기 제1채널부와 교대로 마련되며 상기 제1채널부보다 그 너비가 작은 복수 개의 제2채널부를 형성할 수 있다.
상기 제2채널부의 너비는 상기 제2채널부의 높이보다 클 수 있다.
상기 분리된 타겟 분자의 크기와 상기 제2채널부의 높이의 비는 0.05 내지 0.3이고, 상기 타겟 분자는 상기 제1측벽 방향으로 분리될 수 있다.
개시된 타겟 분자 분리 방법은
엘라스토머로 형성된 기판의 일면에 마련된, 적어도 하나의 유체 주입 통로를 구비하는 유체 주입부에 적어도 한 종류의 타겟 분자가 포함된 유체를 주입하는 단계;
상기 유체 주입부와 연결되며 그 제1측벽에 복수 개의 돌출부가 형성되고 그 높이가 탄성적으로 가변적인 유체 채널부를 통해서 상기 유체의 유동을 제어하여, 그 크기에 따라서 상기 타겟 분자를 분리하는 단계; 및
상기 유체 채널부와 연결되고, 적어도 하나의 유체 배출 통로를 구비하는 유체 배출부를 통해서 상기 분리된 타겟 분자를 포함하는 유체를 배출하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 유체 채널부에 압력을 가하여, 상기 유체 채널부의 높이를 가변시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분리된 타겟 분자의 크기와 상기 유체 채널부의 높이의 비가 0.05 내지 0.3가 되도록 상기 유체 채널부의 높이를 가변시킬 수 있다.
상기 복수 개의 돌출부는 서로 이격되어 마련된 복수 개의 제1채널부와 상기 제1채널부와 교대로 마련되며 상기 제1채널부보다 그 너비가 작은 복수 개의 제2채널부를 형성할 수 있다.
상기 제2채널부의 너비는 상기 제2채널부의 높이보다 클 수 있다.
상기 분리된 타겟 분자의 크기와 상기 제2채널부의 높이의 비가 0.05 내지 0.3가 되도록 상기 제2채널부의 높이를 가변시킬 수 있다.
개시된 타겟 분자 분리 장치 및 이를 이용한 타겟 분자 분리 방법은 타겟 분자에 외부 힘(external force)을 가하지 않고 분리하여, 타겟 분자의 고유의 특성을 보존할 수 있으며 그 손상을 방지할 수 있다. 개시된 타겟 분자 분리 장치 및 이를 이용한 타겟 분자 분리 방법은 유체 채널부의 높이를 탄성적으로 가변시켜서, 분리되는 타겟 분자의 컷오프 크기를 제어할 수 있다.
도 1a는 개시된 타겟 분자 분리 장치의 개략적인 사시도이고, 도 1b는 개시된 타겟 분자 분리 장치의 개략적인 평면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 비교예에 따른 타겟 분자 분리 장치의 복수의 채널 영역에서의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 개시된 타겟 분자 분리 장치의 복수의 채널 영역에서의 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 개시된 타겟 분자 분리 장치의 유체 채널부에 압력이 가해지는 전후를 도시한 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 개시된 타겟 분자 분리 장치에서, 유체 채널부의 높이에 따른 적혈구의 분리 정도를 나타내는 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 개시된 타겟 분자 분리 장치에서, 유체 채널부의 높이에 따른 혈장의 분리 정도를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 개시된 타겟 분자 분리 장치 및 이를 이용한 타겟 분자 분리 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서, 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성 요소의 크기는 설명의 명료성과 편의성을 위해서 과장되어 있을 수 있다.
도 1a는 개시된 타겟 분자 분리 장치(100)의 개략적인 사시도이고, 도 1b는 개시된 타겟 분자 분리 장치(100)의 개략적인 평면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 개시된 타겟 분자 분리 장치(100)는 기판(10)에 마련된 유체 주입부(110), 유체 주입부(110)와 연결되고, 제1측벽(S1)에 복수 개의 돌출부가 형성된 유체 채널부(120) 및 유체 채널부(120)와 연결된 유체 배출부(130)를 포함할 수 있다.
기판(10)은 엘라스토머(elastomer)로 형성될 수 있다. 기판(10)은 예를 들어, 고무, 실리콘 수지, 폴리머 등으로 형성될 수 있다. 기판(10)은 외부에서 가해지는 압력에 따라 탄성적으로 변형될 수 있다. 유체 주입부(110), 유체 채널부(120)와 유체 배출부(130)는 기판(10)의 일면에 포토리소그래피 공정, 식각 공정 등을 통해서 형성될 수 있다. 유체 채널부(120)의 높이는 유체 채널부(120)에 가해지는 압력에 따라서 탄성적으로 변할 수 있다.
유체 주입부(110)는 기판(10)의 일면에 마련된 그루브(groove)에 상부 기판(미도시)을 덮어서 형성될 수 있다. 유체 주입부(110)는 적어도 하나의 유체 주입 통로를 포함할 수 있다. 유체 주입부(110)는 적어도 한 종류의 타겟 분자가 포함된 유체가 주입될 수 있다. 예를 들어, 유체 주입 통로는 제1 및 제2유체 주입 통로(111, 113)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2유체 주입 통로(111, 113)는 서로 이격되어 마련되며, 유체 채널부(120)의 입구에서 서로 만날 수 있다. 제1유체 주입 통로(111)는 유체 채널부(120)의 제1측벽(S1)과 연결되도록 마련되고, 제2유체 주입 통로(113)는 유체 채널부(120)의 제2측벽(S2)과 연결되도록 마련될 수 있다. 제1유체 주입 통로(111)에는 적어도 한 종류의 타겟 분자가 포함된 유체가 주입될 수 있다. 타겟 분자의 크기는 수 ㎚ 내지 수십 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 타겟 분자의 크기는 약 10 ㎚ 내지 50 ㎛일 수 있다.
도 1a에는 제1유체 주입 통로(111)에 제1타겟 분자(1)와 이보다 큰 제2타겟 분자(5)를 포함하는 유체가 주입되는 경우가 도시되어 있다. 한편, 제2유체 주입 통로(113)에는 버퍼 용액이 주입될 수 있다. 버퍼 용액은 유체의 유동 속도와 분리되는 타겟 분자의 컷오프 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1유체 주입 통로(111)에는 적혈구와 혈장이 포함된 혈액이 주입될 수 있으며, 제2유체 주입 통로(113)에는 PBS(phosphate buffered saline) 용액이 주입될 수 있다. 또한, 미세분자 분리 장치(100)는 혈액에 존재하는 특정 세포 예를 들어, 백혈구, 순환 암세포(circulating tumor cell, CTC), 조혈 줄기세포(hematopoietic stem cell, HSC) 등을 분리할 수 있다.
유체 채널부(120)는 유체 주입부(110)와 연결되도록 기판(10)의 일면에 마련된 그루브에 상부 기판(미도시)을 덮어서 형성될 수 있다. 유체 채널부(120)는 유체가 유체 주입부(110)로부터 유체 배출부(130) 방향으로 흐르도록 하는 유동 통로일 수 있다. 또한, 유체 채널부(120)는 제1측벽(S1)에 형성된 복수 개의 돌출부(125)를 포함할 수 있다. 복수 개의 돌출부(125)는 요철 패턴을 형성할 수 있다. 복수 개의 돌출부(125)는 유체에 포함된 서로 다른 크기의 타겟 분자가 그 크기에 따라서 분리되도록 유체를 제어할 수 있다.
복수 개의 돌출부(125)는 유체 채널부(120)를 복수 개의 제1채널부(121)와 제1채널부(121)와 교대로 마련된 복수 개의 제2채널부(123)로 나눌 수 있다. 즉, 유체 채널부(120)는 교대로 배치된 복수 개의 제1 및 제2채널부(121, 123)를 포함할 수 있다. 제2채널부(123)의 너비(w2)는 제1채널부(121)의 너비(w1)보다 작을 수 있다. 즉, 제2채널부(123)의 유동 단면적은 제1채널부(121)의 유동 단면적보다 작을 수 있다. 도 1b에는 돌출부(125)의 단면 형상이 직사각형으로 도시되었으나 그 형상이 이에 한정되는 것은 아니다. 돌출부(125)의 단면 형상은 톱니 형상이나 반원 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 한편, 복수 개의 돌출부(125)들이 서로 이격된 거리(d)는 약 100㎛ 내지 약 900㎛일 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 돌출부(125)들 사이의 거리(d)는 약 700㎛일 수 있다. 제1채널부(121)의 너비(w1)는 200㎛ 내지 500㎛일 수 있다. 또한, 제2채널부(123)의 너비(w2)는 약 10㎛ 내지 약 100㎛일 수 있다. 예를 들어, 제1채널부(121)의 너비(w1)는 약 350㎛이고, 제2채널부(123)의 너비(w2)는 약 50㎛일 수 있다.
유체 채널부(120)의 높이(h)는 유체에 포함된 서로 다른 크기의 타겟 분자가 그 크기에 따라서 분리되도록 가변시킬 수 있다. 여기에서, 유체 채널부(120)의 높이(h)는 유체 채널부(120)의 단면에서 보았을 때, 유체 채널부(120)의 너비(w1, w2)에 수직한 방향의 길이를 말한다. 유체 채널부(120)의 높이(h)는 유체 분리 장치(100)의 제조시에 결정되거나, 추후 이를 이용할 때 분리하고자 하는 미세 입자의 컷오프 크기에 따라서 선택할 수 있다. 유체에 포함된 타겟 분자는 유체 채널부(120)를 통과할 때, 딘 유동(Dean flow)에 의한 딘 항력(Dean drag force)과 관성에 의한 양력(inertial lift force)의 영향을 받을 수 있다. 딘 유동은 유체가 제1 및 제2채널부(121, 123)를 통과할 때, 그 유동 단면적의 차이에 의해서 유체가 유체 주입부(110)로부터 유체 배출부(130) 방향으로 흐르는 유동을 가로지르는 방향으로 발생하는 유동을 말한다. 그리고, 관성에 의한 양력은 유체 채널부(120)의 내벽과 유체 채널부(120) 중심에서의 전단 유동(shear flow)에 의해서 발생하는 힘이다. 한편, 유체 채널부(120)의 높이(h)는 약 10㎛ 내지 약 100㎛일 수 있다. 예를 들어, 유체 채널부(120)의 높이(h)는 약 20㎛일 수 있다.
타겟 분자의 크기에 따라서 그 입자에 영향을 미치는 딘 항력의 크기와 관성에 의한 양력의 크기가 달라질 수 있다. 또한, 유체 채널부(120)의 높이에 따라서 타겟 분자에 영향을 미치는 딘 항력의 크기와 관성에 의한 양력의 크기가 달라질 수 있다. 따라서, 타겟 분자는 그 크기와 유체 채널부(120)의 높이 중에서 적어도 하나에 따라서 서로 다른 방향으로 이동할 수 있다. 타겟 분자 분리 장치(100)는 타겟 분자에 전기장이나 자기장 같은 외부 힘을 가하지 않고 이를 분리하여, 타겟 분자의 고유의 특성을 보존할 수 있으며 그 손상을 방지할 수 있다.
분리되는 타겟 분자의 컷오프 크기는 유체 채널부(120)의 높이(h)의 크기에 의존할 수 있다. 유체 채널부(120)의 높이(h)의 크기가 작아질수록, 분리되는 타겟 분자의 크기가 작아질 수 있다. 즉, 유체 채널부(120)의 높이(h)의 크기가 작아질수록, 작은 크기의 타겟 분자가 유체 채널부(120)의 제1측벽(S1) 방향으로 이동하여, 분리될 수 있다. 타겟 분자 분리 장치(100)에서, 분리되는 타겟 분자의 크기(a)와 유체 채널부(120)의 높이(h)의 크기의 비율(a/h)은 약 0.05 내지 약 0.3일 수 있다. 예를 들어, 분리되는 타겟 분자의 크기가 약 4㎛이고, 유체 채널부(120)의 높이(h)가 약 20㎛인 경우, 그 비율은 약 0.2일 수 있다. 따라서, 타겟 분자 분리 장치(100)는 유체 채널부(120)의 높이(h)를 가변시켜서, 분리되는 타겟 분자 컷오프 사이즈를 결정할 수 있다. 한편, 유체 채널부(120)의 높이(h), 제1채널부(121)의 높이(h1)와 제2채널부(123)의 높이(h2)는 서로 같을 수 있다.
유체 배출부(130)는 유체 채널부(120)와 연결되도록 기판(10)의 일면에 그루브를 마련하고, 이를 상부 기판(미도시)으로 덮어서 형성할 수 있다. 유체 배출부(130)는 분리된 타겟 분자를 배출하는 적어도 하나의 유체 배출 통로를 포함할 수 있으며, 유체 배출 통로는 제1 및 제2유체 배출 통로(131, 133)을 포함할 수 있다. 제1유체 배출 통로(131)는 유체 채널부(120)의 제1측벽(S1)과 연결되도록 마련될 수 있으며, 제2유체 배출 통로(133)는 제1유체 배출 통로(131)와 이격되고, 유체 채널부(120)의 제2측벽(S2)과 연결되도록 마련될 수 있다. 제1 및 제2유체 배출 통로(131, 133)를 통해서, 분리된 적어도 한 종류의 타겟 분자가 포함된 유체가 각각 배출될 수 있다. 제1유체 배출 통로(131)는 제2타겟 분자(5)가 포함된 유체가 배출되고, 제2유체 배출 통로(133)는 제2타겟 분자(5)보다 작은 제1타겟 분자(1)가 포함된 유체가 배출될 수 있다. 예를 들어, 제1유체 배출 통로(131)를 통해서 적혈구가 포함된 유체가 배출되고, 제2유체 배출 통로(133)를 통해서 혈장이 포함된 유체가 배출될 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 비교예에 따른 타겟 분자 분리 장치의 복수 개의 제2채널부의 단면도이다. 도 2a는 유체 주입부로부터 첫 번째로 위치한 제2채널부의 단면도이며, 도 2b는 두 번째로 위치한 제2채널부의 단면도이다. 그리고, 도 2c는 유체 주입부로부터 세 번째로 위치한 제2채널부의 단면도이다. 제2채널부의 너비(w')와 높이(h')는 그 크기가 서로 같을 수 있다. 여기에서, 제2채널부의 너비(w')와 높이(h')는 각각 약 50㎛이다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 제1타겟 분자(1)는 제2타겟 분자(5)보다 작을 수 있다. 제1타겟 분자(1)의 크기는 예를 들어, 약 0.01㎛ 내지 약 1㎛일 수 있다. 제2타겟 분자(5)의 크기는 예를 들어, 약 4㎛ 내지 6㎛일 수 있다. 제1 및 제2타겟 분자(1, 5)는 제2채널부를 통과할 때, 딘 항력과 관성에 의한 양력의 영향을 받게 된다. 딘 유동은 점선으로 표시된 바와 같이, 제2채널부의 중심으로부터 그 상부 및 하부 방향으로 와류를 형성할 수 있다. 제2측벽(S2)을 향한 화살표가 딘 항력의 크기와 방향을 나타내며, 천장(R)을 향한 화살표가 관성에 의한 양력의 크기와 방향을 나타낸다.
제2채널부의 높이(h')와 너비(w')의 비율(h'/w')이 1인 경우, 제1 및 제2타겟 분자(1, 5)는 관성에 의한 양력보다 딘 항력의 영향을 상대적으로 많이 받게 된다. 따라서, 제1 및 제2타겟 분자(1, 5)는 유체 배출부 쪽으로 갈수록 점점 제2측벽(S2) 방향으로 이동하게 된다.
도 3a 내지 도 3c는 개시된 타겟 분자 분리 장치의 복수 개의 제2채널부의 단면도이다. 도 3a는 유체 주입부로부터 첫 번째로 위치한 제2채널부의 단면도이며, 도 3b는 두 번째로 위치한 제2채널부의 단면도이다. 그리고, 도 3c는 유체 주입부로부터 세 번째로 위치한 제2채널부의 단면도이다. 제2채널부의 너비(w2)는 그 높이(h2)보다 클 수 있다. 여기에서, 제2채널부의 너비(w2)는 약 50㎛이고, 그 높이(h2)는 약 20㎛이다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 제1타겟 분자(1)는 제2타겟 분자(5)보다 작을 수 있다. 제1타겟 분자(1)의 크기는 예를 들어, 약 0.01㎛ 내지 약 1㎛일 수 있다. 제2타겟 분자(5)의 크기는 예를 들어, 약 4㎛ 내지 6㎛일 수 있다. 제1 및 제2타겟 분자(1, 5)는 제2채널부를 통과할 때, 딘 항력과 관성에 의한 양력의 영향을 받게 된다. 제2측벽(S2)을 향한 화살표가 딘 항력의 크기와 방향을 나타내며, 천장(R)을 향한 화살표가 관성에 의한 양력의 크기와 방향을 나타낸다.
제2채널부의 높이(h2)와 너비(w2)의 비율(h2/w2)이 1보다 작은 경우, 제2채널부 중심에서의 전단 유동의 속도가 빨라지게 된다. 그래서, 그 크기가 큰 제2타겟 분자(5)는 관성에 의한 양력의 영향을 딘 항력의 영향보다 상대적으로 많이 받게 된다. 또한, 제2타겟 분자(5)는 관성에 의한 양력의 영향을 제1타겟 분자(1)보다 상대적으로 많이 받게 된다. 제2타겟 분자(5)는 점점 제2채널부의 천장(R)과 제1측벽(S1) 방향으로 이동하게 된다. 한편, 제2채널부의 높이(h2)의 크기가 작아질수록, 전단 유동의 속도가 커져서 타겟 분자에 미치는 관성에 의한 양력이 더 커지게 된다.
도 4a 및 도 4b는 개시된 타겟 분자 분리 장치(200)의 유체 채널부에 압력이 가해지는 전후를 도시한 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 개시된 타겟 분자 분리 장치(200)는 기판(10) 상에 마련된 상부 기판(20)과 유체 채널부에 압력을 가할 수 있는 가압 수단(150)을 더 포함할 수 있다. 도 4a에는 가압 수단(150)이 유체 채널부에 압력을 가하기 전의 타겟 분자 분리 장치(200)가 도시되어 있다.
상부 기판(20)은 엘라스토머(elastomer)로 형성될 수 있다. 상부 기판(20)은 예를 들어, 고무, 실리콘 수지 등으로 형성될 수 있다. 외부에서 압력이 가해지는 경우, 기판(10)과 상부 기판(20)은 탄성적으로 변형될 수 있다. 유체 채널부의 높이는 유체 채널부(120)에 가해지는 압력에 따라서 가변적일 수 있다. 유체 주입부, 유체 채널부와 유체 배출부가 기판(10)의 일면에 마련될 수 있다. 상부 기판(20)은 기판(10) 상에 마련되어, 유체 주입부, 유체 채널부와 유체 배출부를 덮을 수 있다.
가압 수단(150)은 유체 채널부에 압력을 가하여, 유체 채널부의 높이를 가변시킬 수 있다. 가압 수단(150)은 상부 기판(20) 상에 마련되어, 그 하부에 마련된 유체 채널부에 압력을 가할 수 있다. 타겟 분자 분리 장치(200)는 유체 채널부의 높이를 가변시켜, 분리되는 타겟 분자의 크기를 제어할 수 있다. 가압 수단(150)은 예를 들어, 소정의 무게를 갖는 추일 수 있다. 또한, 가압수단(150)은 적어도 하나의 추를 포함할 수 있다. 소정의 무게를 갖는 추의 개수에 따라서 유체 채널부에 가해지는 압력의 크기를 조절할 수 있다. 가압수단(150)은 예를 들어, 약 96kPa, 약 194kPa 또는 약 293kPa의 압력을 가할 수 있는 추를 포함할 수 있다. 도 4a에는 기판(10)에 마련된 제2채널부(123)가 도시되어 있으며, 제2채널부(123)의 너비(w2)는 그 높이(h2)보다 클 수 있다. 한편, 가압 수단(150)이 상부 기판(20) 상에 마련되었다가 상부 기판(20)으로부터 이격되는 경우, 유체 채널부의 높이는 압력이 가해지기 전의 높이로 탄성적으로 돌아올 수 있다.
상부 기판(20) 상에는 보조 기판(140)이 더 마련될 수 있다. 보조 기판(140)은 유체 채널부가 마련된 영역과 대응되는 상부 기판(20)의 영역 상에 마련될 수 있다. 보조 기판(140)은 가압 수단(150)이 가하는 압력이 유체 채널부에 집중되게 할 수 있다. 보조 기판(140)은 가압 수단(150)으로부터 압력을 유체 채널부로 전달할 수 있는 재료로 형성될 수 있다. 보조 기판(140)은 예를 들어, 아크릴 기판일 수 있다. 한편, 타겟 분자 분리 장치(200)의 사용자가 보조 기판(140)에 인력을 가하여, 보조 기판(140)이 상부 기판(20)으로 소정 깊이만큼 들어가게 할 수 있다. 그리고, 보조 기판(140)을 소정 깊이에서 고정시켜서, 유체 채널부의 높이의 크기가 작아지게 할 수 있다.
한편, 복수 개의 가압 수단(150)이 상부 기판(20) 상에 마련될 수 있다. 복수 개의 가압 수단(150)은 제1 및 제2채널부에 해당하는 영역 상에 나란하게 배치될 수 있다. 복수 개의 가압 수단(150)은 제1 및 제2채널부에 각각 서로 다른 압력을 가하여, 제1 및 제2채널부의 높이가 서로 달라지게 할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 가압 수단(150)이 유체 채널부에 압력을 가한 후의 타겟 분자 분리 장치(200')가 도시되어 있다.
기판(10)과 상부 기판(20)은 가압 수단(150)이 가하는 압력에 의해서 변형된다. 이때, 유체 채널부의 높이도 변하게 된다. 가압 수단(150)이 가하는 압력이 보조 기판(140)에 의해서 제2채널부(123')에 집중된다. 압력이 가해진 후의 제2채널부(123')의 높이(h2')의 크기는 압력이 가해지기 전의 제2채널부(123)의 높이(h2)의 크기보다 작아지게 된다. 압력이 가해진 전후의 제2채널부(123, 123')의 너비(w2, w2')의 변화는 무시할 수 있다. 제2채널부(123')의 높이(h2')의 크기가 작아지는 경우, 더 작은 크기의 타겟 분자를 분리할 수 있다. 즉, 제2채널부(123')의 높이(h2')의 크기가 작아질수록, 더 작은 크기의 타겟 분자가 유체 채널부의 제1측벽 방향(S1)으로 이동하여 분리될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 개시된 타겟 분자 분리 장치의 유체 배출부에서, 유체 채널부의 높이에 따른 혈액에 포함된 적혈구의 분리 정도를 나타내는 그래프이다. 본 실험에 사용된 타겟 분리 장치의 제1채널부의 너비(w1)는 약 350㎛이고, 제2채널부의 너비(w2)는 약 50㎛이다. 제1 및 제2채널부는 여섯 번 교대하여 형성되었으며, 제2채널부들 사이의 이격된 거리(d)는 약 700㎛이다. 압력이 가해지기 전의 제1 및 제2채널부의 높이(h1, h2)는 약 50㎛이고, 소정의 압력(약 293kPa)이 가해진 후의 제1 및 제2채널부의 높이(h1, h2)는 약 20㎛이다. 제1유체 주입부에는 혈액이 약 1.2 ㎖/h로 주입되고, 제2유체 주입부에는 PBS 용액은 12㎖/h로 주입된다. 레이놀드 수(Re)는 약 12.5이다.
도 5a는 제2채널부의 높이(h2)와 너비(w2)가 서로 같은 경우의 적혈구의 분리 결과를 나타낸 것이다. 도 5b는 도 5a에 도시된 유체 배출부에서 검출된 적혈구를 나타내는 형광의 상대적인 세기를 도시한 것이다. 유체 주입부에는 적혈구와 혈장을 포함하는 혈액이 주입된다. 적혈구는 혈장 중의 입자에 비해서 그 크기가 크기 때문에, 관성에 의한 양력의 영향을 더 받게 된다. 하지만, 제2채널부의 높이(h2)와 너비(w2)의 비율이 1인 경우에는 적혈구와 혈장은 관성에 의한 영향보다 딘 항력에 의한 영향을 상대적으로 많이 받는다. 따라서, 적혈구는 제2측벽(S2) 방향으로 분리된다. 도 5b를 참조하면, 적혈구를 나타내는 형광의 세기가 제2측벽(S2) 쪽에서 크게 나타나는 것을 알 수 있다.
도 5c는 유체 채널부에 압력이 가해져서, 제2채널부의 너비(w2')가 그 높이(h2')보다 큰 경우의 적혈구의 분리 결과를 나타낸 것이다. 도 5d는 도 5c에 도시된 유체 배출부에서 검출된 적혈구를 나타내는 형광의 상대적인 세기를 도시한 것이다. 유체 주입부에는 적혈구와 혈장을 포함하는 혈액이 주입된다. 적혈구는 혈장 중의 입자에 비해서 그 크기가 크기 때문에, 관성에 의한 양력의 영향을 더 받게 된다. 또한, 제2채널부의 높이(h2')와 너비(w2')의 비율이 1보다 작기 때문에, 적혈구는 관성에 의한 영향을 상대적으로 많이 받는다. 따라서, 적혈구는 제1측벽(S1) 방향으로 이동하여 분리된다. 도 5d를 참조하면, 도 5b와 비교해서 적혈구를 나타내는 형광의 세기가 제1측벽(S1) 쪽에서 상대적으로 더 크게 나타나는 것을 알 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 개시된 타겟 분자 분리 장치의 유체 배출부에서, 유체 채널부의 높이에 따른 혈액에 포함된 혈장의 분리 정도를 나타내는 그래프이다. 본 실험에 사용된 타겟 분리 장치의 제1채널부의 너비(w1)는 약 350㎛이고, 제2채널부의 너비(w2)는 약 50㎛이다. 제1 및 제2채널부는 여섯 번 교대하여 형성되었으며, 제2채널부들 사이의 이격된 거리(d)는 약 700㎛이다. 압력이 가해지기 전의 제1 및 제2채널부의 높이(h1, h2)는 약 50㎛이고, 소정의 압력(약 293kPa)이 가해진 후의 제1 및 제2채널부의 높이(h1, h2)는 약 20㎛이다. 제1유체 주입부에는 혈액이 약 1.2 ㎖/h로 주입되고, 제2유체 주입부에는 PBS 용액은 12㎖/h로 주입된다. 레이놀드 수(Re)는 약 12.5이다.
도 6a는 제2채널부의 높이(h2)와 너비(w2)가 서로 같은 경우의 혈장의 분리 결과를 나타낸 것이다. 도 6b는 도 6a에 도시된 유체 배출부에서 검출된 혈장을 나타내는 형광의 상대적인 세기를 도시한 것이다. 유체 주입부에는 적혈구와 혈장을 포함하는 혈액이 주입된다. 혈장 중의 입자는 적혈구보다 그 크기가 작기 때문에, 관성에 의한 양력의 영향을 덜 받게 된다. 또한, 제2채널부의 높이(h2)와 너비(w2)의 비율이 1인 경우에 적혈구와 혈장은 관성에 의한 영향보다 딘 항력에 의한 영향을 상대적으로 많이 받는다. 따라서, 혈장은 제2측벽(S2) 방향으로 분리된다. 도 6b를 참조하면, 혈장을 나타내는 형광의 세기가 제2측벽(S2) 쪽에서 크게 나타나는 것을 알 수 있다.
도 6c는 유체 채널부에 압력이 가해져서, 제2채널부의 너비(w2)가 그 높이(h2)보다 큰 경우의 혈장의 분리 결과를 나타낸 것이다. 도 6d는 도 6c에 도시된 유체 배출부에서 검출된 혈장을 나타내는 형광의 상대적인 세기를 도시한 것이다. 유체 주입부에는 적혈구와 혈장을 포함하는 혈액이 주입된다. 혈장 중의 입자는 적혈구에 비해서 그 크기가 작기 때문에, 관성에 의한 양력의 영향을 덜 받게 된다. 또한, 제2채널부의 높이와 너비의 비율이 1보다 작더라도, 혈장은 적혈구에 비해 관성에 의한 영향을 상대적으로 덜 받는다. 따라서, 혈장은 제2측벽(S2) 방향으로 분리된다. 도 6d를 참조하면, 도 6b와 비교해서 혈장을 나타내는 형광의 세기가 제2측벽(S2) 쪽에서 상대적으로 더 크게 나타나는 것을 알 수 있다. 개시된 타겟 분자 분리 장치는 도 5c, 도 5d, 도 6c 및 도 6d를 참조하면, 혈액 속에 포함된 적혈구는 제1측벽(S1) 방향으로 분리할 수 있으며, 혈장은 제2측벽(S2) 방향으로 분리할 수 있다. 따라서, 개시된 타겟 분자 분리 장치 및 이를 이용한 타겟 분자 분리 방법은 유체에 포함된 복수 개의 타겟 분자를 그 크기에 따라서 분리할 수 있다.
이러한 본 발명인 타겟 분자 분리 장치 및 이를 이용한 타겟 분자 분리 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1, 5: 타겟 분자 10: 기판
100, 200: 타겟 분자 분리 장치 110: 유체 주입부
120: 유체 채널부 130: 유체 배출부
140: 보조 기판 150: 가압 수단

Claims (12)

  1. 엘라스토머로 형성된 기판의 일면에 마련되고, 적어도 한 종류의 타겟 분자가 포함된 유체가 주입되는 적어도 하나의 유체 주입 통로를 구비하는 유체 주입부;
    상기 유체 주입부와 연결되며 그 제1측벽에 상기 유체의 유동을 제어하는 복수 개의 돌출부가 형성되고, 상기 타겟 분자가 그 크기에 따라서 분리되도록 높이가 탄성적으로 가변적인 유체 채널부; 및
    상기 유체 채널부와 연결되며, 분리된 타겟 분자가 배출되는 적어도 하나의 유체 배출 통로를 구비하는 유체 배출부;를 포함하는 타겟 분자 분리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 채널부 상에 마련되며, 상기 유체 채널부의 높이를 가변시키기 위해서 상기 유체 채널부에 압력을 가하는 가압 수단을 더 포함하는 타겟 분자 분리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟 분자의 크기와 상기 유체 채널부의 높이의 비는 0.05 내지 0.3이고, 상기 타겟 분자는 상기 제1측벽 방향으로 분리되는 타겟 분자 분리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 돌출부는 서로 이격되어 마련된 복수 개의 제1채널부와 상기 제1채널부와 교대로 마련되며 상기 제1채널부보다 그 너비가 작은 복수 개의 제2채널부를 형성하는 타겟 분자 분리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2채널부의 너비는 상기 제2채널부의 높이보다 큰 타겟 분자 분리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 타겟 분자의 크기와 상기 제2채널부의 높이의 비는 0.05 내지 0.3이고, 상기 타겟 분자는 상기 제1측벽 방향으로 분리되는 타겟 분자 분리 장치.
  7. 엘라스토머로 형성된 기판의 일면에 마련된, 적어도 하나의 유체 주입 통로를 구비하는 유체 주입부에 적어도 한 종류의 타겟 분자가 포함된 유체를 주입하는 단계;
    상기 유체 주입부와 연결되며 그 제1측벽에 복수 개의 돌출부가 형성되고 그 높이가 탄성적으로 가변적인 유체 채널부를 통해서 상기 유체의 유동을 제어하여, 그 크기에 따라서 상기 타겟 분자를 분리하는 단계; 및
    상기 유체 채널부와 연결되고, 적어도 하나의 유체 배출 통로를 구비하는 유체 배출부를 통해서 상기 분리된 타겟 분자를 포함하는 유체를 배출하는 단계;를 포함하는 타겟 분자 분리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유체 채널부에 압력을 가하여, 상기 유체 채널부의 높이를 가변시키는 단계를 더 포함하는 타겟 분자 분리 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 분리된 타겟 분자의 크기와 상기 유체 채널부의 높이의 비가 0.05 내지 0.3가 되도록 상기 유체 채널부의 높이를 가변시키는 타겟 분자 분리 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수 개의 돌출부는 서로 이격되어 마련된 복수 개의 제1채널부와 상기 제1채널부와 교대로 마련되며 상기 제1채널부보다 그 너비가 작은 복수 개의 제2채널부를 형성하는 타겟 분자 분리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2채널부의 너비는 상기 제2채널부의 높이보다 큰 타겟 분자 분리 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 분리된 타겟 분자의 크기와 상기 제2채널부의 높이의 비가 0.05 내지 0.3가 되도록 상기 제2채널부의 높이를 가변시키는 타겟 분자 분리 방법.
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