KR20130033110A - 유체 제어 장치, 이를 포함하는 필터 및 바이오칩 - Google Patents

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Abstract

개시된 유체 제어 장치는 유체가 유입되는 유입구, 유입구와 연결된 채널부, 채널부와 연결되고, 상기 유체가 배출되는 배출구 및 유입구와 배출구 사이에 마련된 적어도 하나의 유체 저항부를 포함할 수 있다.
개시된 필터는 상기 유체 제어 장치와 유체에 포함된 표적 물질을 필터링하는 필터부를 포함할 수 있다.
또한, 개시된 바이오칩은 상기 유체 제어 장치와 유체에 포함된 표적 물질과 반응할 수 있는 반응부를 포함할 수 있다.

Description

유체 제어 장치, 이를 포함하는 필터 및 바이오칩{Apparatus for controlling fluid, filter and bio-chip including the same}
유체 제어 장치, 이를 포함하는 필터 및 바이오칩에 관한 것이다. 더 상세하게는 유체 저항부를 구비하여, 유체의 속도를 제어할 수 있는 유체 제어 장치, 이를 포함하는 필터 및 바이오칩에 관한 것이다.
미세유동(microfludic) 장치는 소량의 유체를 조작하여 생물학적 또는 화학적인 반응을 수행하는데 사용되는 장치를 지칭한다. 미세유동 장치는 칩(chip), 디스크 등 다양한 형상의 플랫폼(platform) 내에 배치된 미세유동 구조물을 포함할 수 있다. 미세유동 구조물은 유체를 가두어둘 수 있는 챔버(chamber), 유체가 흐를 수 있는 채널(channel), 유체의 흐름을 조절할 수 있는 밸브(valve)를 포함하고, 챔버, 채널, 밸브는 플랫폼 내에서 다양한 조합으로 배치될 수 있다. 한편, 수력학 필터는 미세유동 구조물에 의한 유체의 흐름을 이용하여, 유체에 포함된 표적 물질을 필터에서 포획할 수 있는 시스템이다. 또한, 바이오칩은 소형의 칩(chip) 상에서 생화학적 반응을 포함한 시험을 수행할 수 있도록 칩 형태의 플랫폼에 이러한 미세유동 구조물을 배치한 것이다.
유체 제어 장치, 이를 포함하는 필터 및 바이오칩을 제공한다.
개시된 유체 제어 장치는
유체가 유입되는 유입구;
상기 유입구와 연결된 채널부;
상기 채널부와 연결되고, 상기 유체가 배출되는 배출구; 및
상기 유입구와 상기 배출구 사이에 마련된 적어도 하나의 유체 저항부;를 포함할 수 있다.
상기 유체 저항부는 마름모, 삼각형, 사각형, 원형, 타원형, 부채꼴 또는 유선형으로 형성될 수 있다.
상기 유입구와 상기 채널부를 연결하고, 테이퍼 구조로 형성된 제1연결부; 및
상기 채널부와 상기 배출구를 연결하고, 테이퍼 구조로 형성된 제2연결부;를 더 포함할 수 있다.
상기 채널부의 너비(W)와 길이(L)의 비(ratio)는 3:1 이상 100:1 이하일 수 있다.
개시된 필터는
표적 물질을 포함하는 유체가 유입되는 유입구;
상기 유입구와 연결된 채널부;
상기 채널부 내에 마련되고, 상기 표적 물질을 필터링하는 필터부;
상기 채널부와 연결되고, 상기 유체가 배출되는 배출구; 및
상기 유입구와 상기 배출구 사이에 마련된 적어도 하나의 유체 저항부;를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 유체 저항부는 상기 유입구와 상기 필터부 사이와 상기 필터부와 상기 배출구 사이 중 적어도 한 곳에 마련될 수 있다.
상기 유체 저항부는 마름모, 삼각형, 사각형, 원형, 타원형, 부채꼴 또는 유선형으로 형성될 수 있다.
상기 유입구와 상기 채널부를 연결하고, 테이퍼 구조로 형성된 제1연결부; 및
상기 채널부와 상기 배출구를 연결하고, 테이퍼 구조로 형성된 제2연결부;를 더 포함할 수 있다.
상기 채널부의 너비(W)와 길이(L)의 비(ratio)는 3:1 이상 100:1 이하일 수 있다.
상기 필터부는 복수 개의 필터 유닛을 포함할 수 있다.
상기 필터 유닛은
제1측 방향으로 돌출되어 마련된 복수 개의 돌출부를 구비하는 제1부분; 및
상기 제1부분과 마주보고 이격되어 배치되며, 상기 제1부분을 향하여 돌출되고 상기 제1부분의 상기 복수 개의 돌출부와 서로 대응하도록 마련된 복수 개의 돌출부를 구비하는 제2부분;을 포함할 수 있다.
상기 필터 유닛은 상기 제1 및 제2부분 사이에 마련되는 제3부분을 더 포함하며, 상기 제1 및 제3부분 사이에 제1유체 배출 채널이 형성되고, 상기 제2 및 제3부분 사이에 제2유체 배출 채널이 형성될 수 있다.
상기 필터부는 상기 필터 유닛을 포함하는 복수 개의 필터 열을 구비할 수 있다.
개시된 바이오칩은
표적 물질을 포함하는 유체가 유입되는 유입구;
상기 유입구와 연결된 채널부;
상기 채널부 내에 마련되고, 상기 표적 물질과 반응하는 반응부;
상기 채널부와 연결되고, 상기 유체가 배출되는 배출구; 및
상기 유입구와 상기 배출구 사이에 마련된 적어도 하나의 유체 저항부;를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 유체 저항부는 상기 유입구와 상기 반응부 사이와 상기 반응부와 상기 배출구 사이 중 적어도 한 곳에 마련될 수 있다.
상기 유체 저항부는 마름모, 삼각형, 사각형, 원형, 타원형, 부채꼴 또는 유선형으로 형성될 수 있다.
상기 유입구와 상기 채널부를 연결하고, 테이퍼 구조로 형성된 제1연결부; 및
상기 채널부와 상기 배출구를 연결하고, 테이퍼 구조로 형성된 제2연결부;를 더 포함할 수 있다.
상기 채널부의 너비(W)와 길이(L)의 비(ratio)는 3:1 이상 100:1 이하일 수 있다.
상기 반응부는 상기 표적 물질과 반응할 수 있는 복수 개의 생체 분자를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 생체 분자는 2차원의 어레이 형태로 배열될 수 있다.
상기 복수 개의 생체 분자는 핵산, 당 또는 단백질을 포함할 수 있다.
개시된 유체 제어 장치는 유체 저항부를 구비하여, 채널부를 흐르는 유체의 속도를 일정한 범위 내에서 유지하거나, 채널부 내의 유선의 밀도를 일정한 범위 내에서 유지할 수 있다. 그리고, 개시된 필터는 상기 유체 제어 장치를 포함하여, 표적 물질을 포획하는 회수율과 순도가 향상될 수 있으며, 그 재현성 역시 향상될 수 있다. 또한, 개시된 바이오칩은 상기 유체 제어 장치를 포함하여, 반응부의 전체 영역에서 균일한 반응이 일어날 수 있으며, 반응 효율과 반응 재현성이 향상될 수 있다.
도 1a는 개시된 유체 제어 장치의 개략적인 사시도이고, 도 1b는 개시된 유체 제어 장치의 개략적인 평면도이다.
도 2a는 개시된 필터의 개략적인 사시도이고, 도 2b는 개시된 필터의 개략적인 평면도이다.
도 3a와 도 3b는 개시된 필터의 필터부에 포함된 필터 유닛의 개략적인 평면도이고, 도 3c는 복수 개의 필터 유닛이 나열된 필터 열의 개략적인 평면도이다.
도 4a는 개시된 필터에서의 유속 분포를 도시한 것이고, 도 4b는 개시된 필터에서의 유선을 도시한 것이다.
도 5a는 비교예의 필터에서의 유속 분포를 도시한 것이고, 도 5b는 비교예의 필터에서의 유선을 도시한 것이다.
도 6은 개시된 필터와 비교예의 필터의 필터부에서의 유속을 도시한 것이다.
도 7은 개시된 다른 필터의 개략적인 평면도이다.
도 8은 개시된 필터들과 비교예의 필터의 필터부에서의 유속을 비교하여 도시한 것이다.
도 9는 개시된 바이오칩의 개략적인 평면도이다.
도 10a는 개시된 바이오칩에 포함된 반응부의 개략적인 평면도이고, 도 10b는 반응부의 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 개시된 유체 제어 장치, 이를 포함하는 필터 및 바이오칩에 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 유체 제어 장치(100)의 개략적인 사시도이고, 도 1b는 개시된 유체 제어 장치(100)의 개략적인 평면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 개시된 유체 제어 장치(100)는 제1기판(180), 상기 제1기판(180) 상에 마련된 제2기판(190)을 포함할 수 있다. 제2기판(190)은 유체가 유입되는 유입구(110), 유입구(110)와 연결된 채널부(130), 채널부(130)와 연결되고, 유체가 배출되는 배출구(150)와 유입구(110)와 배출구(150) 사이에 마련된 적어도 하나의 유체 저항부(160)를 포함할 수 있다. 또한, 개시된 유체 제어 장치(100)는 상기 제2기판(190) 상에 제3기판(185)이 더 마련될 수 있으며, 제3기판(185)에는 복수 개의 관통공이 형성될 수 있다.
상기 제1기판(180)과 제3기판(185) 중 적어도 하나는 투명한 기판일 수 있다. 제1기판(180) 또는 제3기판(185)이 투명한 기판인 경우, 유체 제어 장치(100) 내에서의 유체의 관찰이 용이할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제3기판(180, 185)은 유리, 석영, 플라스틱, 폴리머 등을 포함할 수 있다. 그리고, 제3기판(185)에는 상기 유입구(110) 및 배출구(150)와 각각 연결되는 제1 및 제2관통공(181, 183)이 형성될 수 있다.
상기 제2기판(190)은 제1기판(180) 상에 마련될 수 있으며, 제2기판(190)은 유입구(110), 채널부(130), 배출구(150)와 유체 저항부(160) 등을 포함할 수 있다. 상기 유입구(110), 채널부(130), 배출구(150) 또는 유체 저항부(160) 등은 상기 제2기판(190)을 패터닝하여 형성될 수 있다. 제2기판(190)은 예를 들어, 실리콘, 실리콘 기반의 폴리머 재료 또는 폴리머 재료 등으로 이루어질 수 있다. 더 구체적으로 제2기판(190)은 아크릴레이트(acrylate), 폴리메틸아크릴레이트(polymethylacrylate), PMMA(polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리이미드(polyimide), 에폭시 수지(epoxy resin), PDMS(Polydimethylsiloxane), 파릴렌(parylene) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 유입구(110)는 유체가 유입되는 입구이며, 도 1a에 도시된 바와 같이, 제3기판(185)에 형성된 제1관통공(181)과 연결될 수 있다. 즉, 제1관통공(181)을 통해서 유입구(110)로 유체가 유입될 수 있다. 한편, 유체는 제1관통공(181)을 통해서가 아니라, 제2기판(190)과 연결된 통로(미도시)를 통해서 유입구(110)로 직접 유입될 수 있다.
상기 채널부(130)는 유입구(110)와 연결되며, 채널부(130)와 유입구(110) 사이에는 제1연결부(120)가 더 마련될 수 있다. 제1연결부(120)는 테이퍼 구조로 형성될 수 있으며, 유입구(110)로부터 채널부(130) 방향으로 점점 넓어지는 구조로 형성될 수 있다. 채널부(130)의 너비(W)는 채널부(130)의 길이(L)보다 클 수 있다. 예를 들어, 채널부(130)의 너비(W)와 길이(L)의 비는 3:1 이상일 수 있다. 또한, 채널부(130)의 너비(W)와 길이(L)의 비는 3:1 이상 100:1 이하일 수 있다. 더 구체적으로, 채널부(130)의 너비(W)와 길이(L)의 비는 3:1 이상 50:1 이하, 3:1 이상 30:1 이하일 수 있다. 채널부(130)의 너비(W)가 그 길이(L)의 큰 경우, 유체의 최대 속도나 채널부(130)에 가해지는 최대 압력이 감소될 수 있다.
상기 적어도 하나의 유체 저항부(160)는 유입구(110)와 배출구(150) 사이에 마련될 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 유체 저항부(160)는 유입구(110) 근처에 마련될 수 있다. 유체 저항부(160)는 제1연결부(120)와 채널부(130)에 걸쳐서 마련될 수 있다. 또한, 유체 저항부(160)는 채널부(130) 내에 마련되거나, 배출구(150) 근처에 마련될 수도 있다. 한편, 복수 개의 유체 저항부(160)가 유입구(110)와 배출구(150) 사이에 마련될 수도 있다. 유체 저항부(160)의 모양은 도 1b에 도시된 바와 같이, 마름모 즉, 다이아몬드 형태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 유체 저항부(160)의 모양은 삼각형, 사각형 등의 다각형일 수 있으며, 또한, 원형, 타원형, 부채꼴, 유선형 또는 상기 모양들을 조합한 형태 등일 수 있다.
유체 저항부(160)는 유입구(110)로 유입된 유체의 속도와 유선(stream line)의 분포 등을 제어할 수 있다. 예를 들어, 유체 저항부(160)는 채널부(130)를 흐르는 유체를 저지하여, 유체의 속도를 감소시킬 수 있으며, 채널부(130)에서의 유체의 속도를 일정한 범위 내에서 유지되게 할 수 있다. 또한, 유체 저항부(160)는 유선이 채널부(130)에서 고르게 분포하게 할 수 있으며, 각 유선의 길이가 비슷하게 할 수 있다. 예를 들어, 채널부(130)의 가장자리 즉, 벽멱을 따라 흐르는 유선(A)과 채널부(130)의 중심부를 흐르는 유선(B)은 그 경로가 다르지만, 총 길이는 비슷할 수 있다.
배출구(150)는 채널부(130)와 연결되어, 유체가 배출되는 출구이다. 채널부(130)와 배출구(150) 사이에는 제2연결부(140)가 더 마련될 수 있다. 제2연결부(140)는 테이퍼 구조로 형성될 수 있으며, 채널부(130)로부터 배출구(150) 방향으로 점점 좁아지는 구조로 형성될 수 있다. 배출구(150)는 도 1a에 도시된 바와 같이, 제3기판(185)에 형성된 제2관통공(183)과 연결될 수 있다. 즉, 배출구(150)로부터 제2관통공(183)을 통해서 유체가 배출될 수 있다. 한편, 유체는 제2관통공(183)을 통해서가 아니라, 제2기판(190)과 연결된 통로(미도시)를 통해서 배출구(150)로부터 직접 배출될 수도 있다.
개시된 유체 제어 장치(100)는 유입구(110)와 배출구(150) 사이에 유체 저항부(160)를 구비하여, 유체의 속도와 유선의 분포 등을 제어할 수 있다. 즉, 개시된 유체 제어 장치(100)는 채널부(130)를 흐르는 유체의 속도를 감소시키거나, 채널부(130)에서의 유체의 속도를 일정한 범위 내에서 유지할 수 있다. 또한, 개시된 유체 제어 장치(100)는 채널부(130) 내의 유선의 밀도를 일정한 범위 내에서 유지할 수 있다.
도 2a는 개시된 필터(200)의 개략적인 사시도이고, 도 2b는 개시된 필터(200)의 개략적인 평면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 개시된 필터(200)는 제1기판(280), 상기 제1기판(280) 상에 마련된 제2기판(290)을 포함할 수 있다. 제2기판(290)은 표적 물질(target materials)을 포함하는 유체가 유입되는 유입구(210), 유입구(210)와 연결된 채널부(230), 채널부(230) 내에 마련되고, 상기 표적 물질을 필터링하는 필터부(270), 채널부(230)와 연결되고, 유체가 배출되는 배출구(250)와 유입구(210)와 배출구(250) 사이에 마련된 적어도 하나의 유체 저항부(260)를 포함할 수 있다. 또한, 개시된 필터(200)는 상기 제2기판(290) 상에 제3기판(285)이 더 마련될 수 있으며, 제3기판(285)에는 복수 개의 관통공이 형성될 수 있다.
상기 제1기판(280)과 제3기판(285) 중 적어도 하나는 투명한 기판일 수 있다. 제1기판(280) 또는 제3기판(285)이 투명한 기판인 경우, 필터(200) 내에서의 표적 물질 또는 유체의 관찰이 용이할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제3기판(280, 285)은 유리, 석영, 플라스틱, 폴리머 등을 포함할 수 있다. 그리고, 제3기판(285)에는 상기 유입구(210) 및 배출구(250)와 각각 연결되는 제1 및 제2관통공(281, 283)이 형성될 수 있다.
상기 제2기판(290)은 제1기판(280) 상에 마련될 수 있으며, 제2기판(290)은 유입구(210), 채널부(230), 필터부(270), 배출구(250)와 유체 저항부(260) 등을 포함할 수 있다. 상기 유입구(210), 채널부(230), 필터부(270), 배출구(250) 또는 유체 저항부(260) 등은 상기 제2기판(290)을 패터닝하여 형성될 수 있다. 제2기판(290)은 예를 들어, 실리콘, 실리콘 기반의 폴리머 재료 또는 폴리머 재료 등으로 이루어질 수 있다. 더 구체적으로 제2기판(290)은 아크릴레이트(acrylate), 폴리메틸아크릴레이트(polymethylacrylate), PMMA(polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리이미드(polyimide), 에폭시 수지(epoxy resin), PDMS(Polydimethylsiloxane), 파릴렌(parylene) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 유입구(210)는 표적 물질을 포함하는 유체가 유입되는 입구이며, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제3기판(285)에 형성된 제1관통공(281)과 연결될 수 있다. 즉, 제1관통공(281)을 통해서 유입구(210)로 유체가 유입될 수 있다. 한편, 유체는 제1관통공(281)을 통해서가 아니라, 제2기판(290)과 연결된 통로(미도시)를 통해서 유입구(210)로 직접 유입될 수 있다.
개시된 필터(200)가 포획하려는 표적 물질은 다양한 생물학적 물질일 수 있다. 생물학적 물질은 세포 또는 생물 분자를 포함할 수 있다. 세포는 예를 들어, 암세포, 적혈구, 백혈구, 식세포, 동물 세포, 식물 세포 등과 같은 다양한 세포를 포함할 수 있다. 또한, 생물 분자는 단백질, 지질 또는 DNA와 RNA를 포함한 핵산 등과 같은 생물을 구성하는 다양한 생체 분자들을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 생물 분자는 앱타머(aptamer), 항원(antigen), 항체(antibody), 효소(enzyme), 효소 기질(enzyme substrate), 효소 저해제(enzyme inhibitor), 수용체(receptor) 또는 수용체 리간드(receptor ligand) 등을 포함할 수 있다. 다만, 표적 물질이 생물 분자인 경우, 상기 생물 분자의 크기는 수 내지 수백 ㎚이므로, 필터(200)에 포함된 필터 유닛(미도시)의 크기 즉, 포획부의 크기가 수 내지 수백 ㎚로 마련될 수 있다.
예를 들어, 표적 물질은 혈액에 포함된 순환 종양 세포(circulating tumor cells, 이하 CTCs라고 칭함)를 포함할 수 있다. CTCs는 약 109 개의 세포 중에서 1 개가 발견될 정도로, 그 양이 매우 적다. 예를 들어, 유방암의 경우 혈액 약 7.5 ㎖ 중에 약 5개 미만의 CTCs가 발견되며, 대장암의 경우, 혈액 약 7.5 ㎖ 중에 약 3개 미만의 CTCs가 발견될 수 있다. 따라서, 희소한 CTCs를 소실없이 포획하는 것이 중요하다. 또한, CTCs는 쉽게 사멸되기 때문에, CTCs를 파괴할 수 있는 외부 환경 요소를 최소화할 필요가 한다.
상기 채널부(230)는 유입구(210)와 연결되며, 채널부(230)와 유입구(210) 사이에는 제1연결부(220)가 더 마련될 수 있다. 제1연결부(220)는 테이퍼 구조로 형성될 수 있으며, 유입구(210)로부터 채널부(230) 방향으로 점점 넓어지는 구조로 형성될 수 있다. 채널부(230)의 너비(W)는 채널부(230)의 길이(L)보다 클 수 있다. 예를 들어, 채널부(230)의 너비(W)와 길이(L)의 비는 3:1 이상일 수 있다. 또한, 채널부(230)의 너비(W)와 길이(L)의 비는 3:1 이상 100:1 이하일 수 있다. 더 구체적으로, 채널부(230)의 너비(W)와 길이(L)의 비는 3:1 이상 50:1 이하, 3:1 이상 30:1 이하일 수 있다. 채널부(230)의 너비(W)가 그 길이(L)의 큰 경우, 유체의 최대 속도나 채널부(230)에 가해지는 최대 압력이 감소될 수 있다.
상기 필터부(270)는 채널부(230) 내에 마련될 수 있으며, 상기 유체에 포함된 표적 물질을 포획할 수 있다. 필터부(270)는 유체 저항부(260)와 배출구(250) 사이에 마련될 수 있으며, 또한, 유입구(210)와 유체 저항부(260) 사이에 마련될 수도 있다. 필터부(270)의 너비(W)는 필터부(270)의 길이(L')보다 클 수 있다. 예를 들어, 필터부(270)의 너비(W)와 길이(L')의 비는 3:1 이상일 수 있다. 또한, 필터부(270)의 너비(W)와 길이(L)의 비는 3:1 이상 100:1 이하일 수 있다. 더 구체적으로, 필터부(270)의 너비(W)와 길이(L)의 비는 3:1 이상 50:1 이하, 3:1 이상 30:1 이하일 수 있다. 한편, 필터부(270)는 복수 개의 필터 유닛(미도시)을 포함할 수 있으며, 더 구체적으로 복수 개의 필터 유닛(미도시)이 나란하게 배열된 필터 열(filter sequence)(미도시)을 복수 개 구비할 수 있다. 상기 필터 유닛과 필터 열에 대해서는 후술하기로 한다.
상기 적어도 하나의 유체 저항부(260)는 유입구(210)와 배출구(250) 사이에 마련될 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 유체 저항부(260)는 유입구(210) 근처에 마련될 수 있다. 유체 저항부(260)는 유입구(210)와 필터부(270) 사이에 마련될 수 있다. 또한, 유체 저항부(260)는 채널부(230) 내에 마련되거나, 배출구(250) 근처에 마련될 수도 있다. 한편, 복수 개의 유체 저항부(260)가 유입구(210)와 배출구(250) 사이에 마련될 수도 있다. 예를 들어, 복수 개의 유체 저항부(260) 사이에 필터부(270)가 마련될 수도 있다.
유체 저항부(260)의 모양은 도 2b에 도시된 바와 같이, 삼각형 내지 역삼각형 형태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 유체 저항부(160)의 모양은 마름모, 사각형 등의 다각형일 수 있으며, 또한, 원형, 타원형, 부채꼴, 유선형 또는 상기 모양들을 조합한 형태 등일 수 있다. 유체 저항부(260)는 유입구(210)로 유입된 유체의 속도와 유선(stream line)의 분포 등을 제어할 수 있다. 예를 들어, 유체 저항부(260)는 채널부(230) 더 구체적으로 필터부(270)를 흐르는 유체를 저지하여, 유체의 속도를 감소시킬 수 있으며, 필터부(270)에서의 유체의 속도를 일정한 범위 내에서 유지되게 할 수 있다. 또한, 유체 저항부(260)는 유선이 채널부(230) 더 구체적으로, 필터부(270)에서 고르게 분포하게 할 수 있으며, 각 유선의 길이가 비슷하게 할 수 있다.
배출구(250)는 채널부(230)와 연결되어, 표적 물질이 걸러지고 남은 유체가 배출되는 출구이다. 채널부(230)와 배출구(250) 사이에는 제2연결부(240)가 더 마련될 수 있다. 제2연결부(240)는 테이퍼 구조로 형성될 수 있으며, 채널부(230)로부터 배출구(250) 방향으로 점점 좁아지는 구조로 형성될 수 있다. 배출구(250)는 도 2a에 도시된 바와 같이, 제3기판(285)에 형성된 제2관통공(283)과 연결될 수 있다. 즉, 배출구(250)로부터 제2관통공(283)을 통해서 유체가 배출될 수 있다. 한편, 유체는 제2관통공(283)을 통해서가 아니라, 제2기판(290)과 연결된 통로(미도시)를 통해서 배출구(250)로부터 직접 배출될 수도 있다.
개시된 필터(200)는 유입구(210)와 배출구(250) 사이에 유체 저항부(260)를 구비하여, 유체의 속도와 유선의 분포 등을 제어할 수 있다. 즉, 개시된 필터(200)는 채널부(230) 더 구체적으로, 필터부(270)를 흐르는 유체의 속도를 감소시키거나, 필터부(270)에서의 유체의 속도를 일정한 범위 내에서 유지할 수 있다. 또한, 개시된 필터는 필터부(270) 내의 유선의 밀도를 일정한 범위 내에서 유지할 수 있다. 따라서, 개시된 필터(200)의 표적 물질을 포획하는 회수율과 순도가 향상될 수 있으며, 그 재현성 역시 향상될 수 있다.
도 3a와 도 3b는 개시된 필터의 필터부에 포함된 필터 유닛(271, 273)의 개략적인 평면도이고, 도 3c는 복수 개의 필터 유닛이 나열된 필터 열(275)의 개략적인 평면도이다.
도 3a를 참조하면, 개시된 필터의 필터부에 포함된 필터 유닛(271)은 제1부분(10) 및 제1부분(10)과 마주보고 이격되어 배치된 제2부분(15)을 포함할 수 있다. 제1부분(10)은 제1측 방향으로 돌출되어 마련된 복수 개의 돌출부(30, 40)를 구비할 수 있으며, 상기 제1측 방향은 제2부분(15)과 마주하는 방향일 수 있다. 그리고, 제2부분(15)은 제1부분(10)을 향하여 돌출되어 마련된 복수 개의 돌출부(35, 45)를 구비할 수 있으며, 제2부분(15)의 돌출부(35, 45)는 제1부분(10)의 돌출부(30, 40)와 서로 대응하도록 마련될 수 있다.
제1부분(10)의 돌출부(30, 40)는 서로 이격되어 마련된 제1돌출부(30)와 제2돌출부(40)를 포함할 수 있다. 그리고, 제2부분(15)의 돌출부(35, 45)는 서로 이격되어 마련된 제3돌출부(35)와 제4돌출부(45)를 포함할 수 있다. 여기에서, 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35)는 서로 이격되어 마주보며 마련될 수 있으며, 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35) 사이의 제1거리(d1)는 필터링(filtering)하려는 표적 물질의 크기에 따라서 조절될 수 있다. 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35) 사이의 제1거리(d1)는 수 ㎛ 내지 수백 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 제1거리(d1)는 1 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있으며, 또한 제1거리(d1)는 5 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다.
그리고, 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45)도 서로 이격되어 마주보도록 마련될 수 있다. 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45) 사이의 제2거리(d2)도 포획하려는 표적 물질의 크기에 따라서 조절될 수 있다. 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45) 사이의 제2거리(d2)는 수 ㎛ 내지 수백 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 제2거리(d2)는 1 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있으며, 또한 제2거리(d2)는 5 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다. 한편, 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35) 사이의 제1거리(d1)는 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45) 사이의 제2거리(d2)보다 크거나 같을 수 있다. 필터 유닛(271)의 크기는 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35) 사이의 상기 제1거리(d1) 또는 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45) 사이의 상기 제2거리(d2)를 지칭하는 것일 수 있다.
필터 유닛(271)은 제1포획부(60)와 제2포획부(65)를 포함할 수 있다. 표적 물질을 포함하는 유체는 필터 유닛(271)에 도 3a의 전단부에 도시된 화살표 방향으로 유입되고, 후단부에 도시된 화살표 방향으로 유출될 수 있다. 상기 표적 물질은 제1포획부(60) 및 제2포획부(65) 중 적어도 하나의 포획부에서 포획될 수 있다. 따라서, 필터 유닛(271)은 종래의 필터보다 표적 물질이 포획될 수 있는 구조를 더 많이 구비하므로, 종래보다 표적 물질의 포획 가능성이 커질 수 있다.
제1포획부(60)는 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35)에 의해서 형성되며, 표적 물질을 포획할 수 있다. 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35)는 끝단으로 갈수록 그 폭이 좁아지게 마련되어, 상기 표적 물질이 제1포획부(60)에 의해서 잘 걸러지도록 할 수 있다. 즉, 유체에 포함된 표적 물질이 제1포획부(60)에 의해서 지지되어, 유체와 함께 필터 유닛(271)을 빠져나가지 않게 할 수 있다. 또한, 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35)의 끝단은 뾰족한 형태로 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35)의 끝단은 뭉툭하게 마련될 수도 있다. 이 경우, 표적 물질이 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35)의 뭉툭한 끝단 사이를 지나면서, 마찰력에 의해서 그 이동 속도가 늦춰질 수 있다.
그리고, 제2포획부(65)는 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45)에 의해서 형성되며, 역시 표적 물질을 포획할 수 있다. 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45)는 끝단으로 갈수록 그 폭이 좁아지게 마련되어, 상기 표적 물질이 제2포획부(65)에 의해서 잘 걸러지도록 할 수 있다. 즉, 유체에 포함된 표적 물질이 제2포획부(65)에 의해서 지지되어, 유체와 함께 필터 유닛(271)을 빠져나가지 않게 할 수 있다. 또한, 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45)의 끝단은 뾰족한 형태로 마련될 수 있다. 제1돌출부(30)와 제2돌출부(40) 사이와 제3돌출부(35)와 제4돌출부(45) 사이는 각각 곡면(50, 55)으로 마련될 수 있으며, 따라서 표적 물질이 포획될 수 있는 공간이 넓어지고, 포획될 표적 물질이 필터 유닛(271)과의 접촉에 의해서 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제2포획부(65)에서 표적 물질이 포획된 경우, 필터 유닛(271)에서 배출된 유체가 역류하여 필터 유닛(271)으로 다시 들어오더라도, 포획된 표적 물질을 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35)가 지지할 수 있다. 따라서, 포획된 표적 물질이 유체와 함께 필터 유닛(271)을 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 한편, 제2포획부(65)는 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45) 사이의 제2거리(d2)가 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35) 사이의 제1거리(d1)보다 작은 경우, 표적 물질이 포획될 가능성이 더 높아질 수 있다. 또한, 각각의 포획부(60, 65)에서 서로 다른 크기의 표적 물질이 포획될 수도 있다. 여기에서, 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35)로 형성된 제1포획부(60)와 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45)로 형성된 제2포획부(65)는 각각 장애물 구조라고 지칭될 수 있다. 따라서, 필터 유닛(271)은 복수 개의 장애물 구조(multi-obstacle structure)를 구비할 수 있다.
예를 들어, 필터 유닛(271)은 제1포획부(60)와 제2포획부(65)에서 각각 CTCs를 포획할 수 있으므로, 표적 물질의 포획 가능성을 높일 수 있다. 즉, CTCs는 플렉서블한 세포막으로 둘러싸여 있어서, 그 형태가 어느 정도 변형될 수 있다. 형태가 변형되지 않은 CTCs는 제1포획부(60)에서 포획될 수 있다. 반면에, 그 형태가 변형된 CTCs는 제1포획부(60)를 통과하지만, 제2포획부(65)에서 포획될 수 있어서, 필터에서 걸러지지 않고 소실되는 CTCs를 줄일 수 있다. 또한, 필터 유닛(271)은 원하는 크기의 표적 물질만을 필터링할 수 있으므로, 표적 물질의 분석에 소요되는 시간을 단축할 수 있으며 다른 분자들과 재분리할 필요가 없어서 효율적이고 편리할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 개시된 필터의 필터부에 포함되는 다른 필터 유닛(273)은 제1부분(10), 제1부분(10)과 마주보고 이격되어 배치된 제2부분(15) 및 제1 및 제2부분(10, 15)의 사이에 마련된 제3부분(17)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2부분(10, 15)의 전단 부분 사이에는 유입 채널(77)이 마련될 수 있다. 제3부분(17)은 제1 및 제2부분(10, 15)의 후단 부분 사이에 마련될 수 있다. 또한, 제1 및 제3부분(10, 17) 사이에는 제1배출 채널(70)이 형성될 수 있고, 제2 및 제3부분(15, 17) 사이에는 제2배출 채널(75)이 형성될 수 있다. 한편, 필터 유닛(273)은 더 많은 부분으로 형성되어, 더 많은 배출 채널을 구비할 수도 있다.
제1부분(10)은 제1측 방향으로 돌출되어 마련된 제1 및 제2돌출부(30, 40)를 구비할 수 있으며, 상기 제1측 방향은 제2부분(15)과 마주하는 방향일 수 있다. 그리고, 제2부분(15)은 제1부분(10)을 향하여 돌출되어 마련된 제3 및 제4돌출부(35, 45)를 구비할 수 있으며, 제3부분(17)은 제1부분(10) 향하여 돌출되어 마련된 제5돌출부(41)와 제2부분(15)을 향하여 돌출되어 마련된 제6돌출부(43)를 구비할 수 있다.
제1돌출부(30)는 제3돌출부(35)와 대응될 수 있으며, 제1포획부(60)가 제1 및 제3돌출부(30, 35)에 의해서 형성될 수 있다. 제2돌출부(40)는 제5돌출부(41)와 대응될 수 있으며, 제2포획부(65)가 제2 및 제5돌출부(40, 41)에 의해서 형성될 수 있다. 또한, 제4돌출부(45)는 제6돌출부(43)와 대응될 수 있으며, 제3포획부(67)가 제4 및 제6돌출부(45, 43)에 의해서 형성될 수 있다.
제1포획부(60)의 크기 즉, 제1 및 제3돌출부(30, 35) 사이의 제1거리(d1), 제2포획부(65)의 크기 즉, 제2 및 제5돌출부(40, 41) 사이의 제2거리(d2) 또는 제3포획부(67)의 크기 즉, 제4 및 제6돌출부(45, 45) 사이의 제3거리(d3)는 필터링(filtering)하려는 표적 물질의 크기에 따라서 조절될 수 있다. 상기 제1 내지 제3거리(d1,d2,d3)는 수 ㎛ 내지 수백 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3거리(d1,d2,d3)는 1 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있으며, 또한 제1 내지 제3거리(d1,d2,d3)는 5 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다.
필터 유닛(273)은 복수 개의 포획부(60, 65, 67)를 구비하여, 필터 유닛(273)에서 표적 물질이 포획될 가능성이 커질 수 있다. 유체는 필터 유닛(273)에 도 3b에 도시된 화살표 방향으로 유입되어, 후단부에 도시된 제1배출 채널(70)을 통해서 배출될 수 있다. 즉, 제2포획부(65)와 연결된 제1배출 채널(70) 또는 제3포획부(67)와 연결된 제2배출 채널(75)은 유체의 배출 통로가 될 수 있다. 예를 들어, 제3포획부(67)에 표적 물질이 포획된 경우, 표적 물질이 제2배출 채널(75)을 막더라도, 유체가 표적 물질이 포획되지 않은 제2포획부(65)와 연결된 제1배출 채널(70)로 배출될 수 있다. 또한, 표적 물질 이외의 분자들도 유체와 함께 제1배출구 채널(70)로 배출될 수 있다. 따라서, 필터 유닛(273) 내의 압력이 낮게 유지되어, 표적 물질에 큰 압력이 가해지는 것과 표적 물질이 필터 유닛(273)으로부터 소실되는 것을 방지할 수 있다.
도 3c를 참조하면, 개시된 필터의 필터부는 유입구로부터 배출구 방향으로 나란하게 배열된 복수 개의 필터 열(filter sequence)(275)을 포함할 수 있다. 필터 열(275)은 복수 개의 필터 유닛(273)을 포함할 수 있으며, 상기 복수 개의 필터 유닛(273)은 일렬로 서로 이격되거나, 붙어서 배열될 수 있다. 한편, 필터 열(275)은 도 3a에 도시된 필터 유닛(271)을 포함할 수도 있다.
복수 개의 필터 열(275)은 유입구로부터 배출구 방향으로 나란하게 배열된 n(여기에서, n은 자연수)번째 필터 열(277)과 (n+1)번째 필터 열(279)을 포함할 수 있다. n번째 필터 열(277)에 포함된 필터 유닛(273)과 (n+1)번째 필터 열(279)에 포함된 필터 유닛(276)은 서로 엇갈리게 배열될 수 있다. 즉, n번째 필터 열(277)에 포함된 필터 유닛들은 (n+1)번째 필터 열(279)에 포함된 필터 유닛들과 지그재그(zigzag) 형태로 배열될 수 있다. 이렇게, n번째 필터 열(277)과 (n+1)번째 필터 열(279)이 엇갈리게 배열되면, 유체와 이에 포함된 표적분자, 그 이외의 분자들의 이동 경로가 다양해질 수 있다. 한편, n번째 필터 열(277)에 포함된 필터 유닛들은 (n+1)번째 필터 열(279)에 포함된 필터 유닛들과 서로 엇갈리지 않고, 서로 나란하게 일렬로 배열될 수도 있다.
또한, 볼록부(80, 81, 83)가 필터 열들(277, 279)의 유체가 유입되는 전면과 유체가 배출되는 후면에 더 마련될 수 있다. 볼록부(80, 81, 83)는 상기 전면과 상기 후면으로부터 볼록하게 돌출되게 형성될 수 있으며, 유체의 정체를 방지할 수 있어서 정체 방지부라고 지칭될 수 있다. 제1볼록부(80)는 인접한 필터 유닛들(273, 274)의 유입 채널(77)들 사이에 마련될 수 있다. 그리고, 제2볼록부(81)는 제1 및 제2배출 채널들(70, 75) 사이에 마련될 수 있으며, 제3볼록부(83)는 인접한 필터 유닛들(273, 274)의 배출구 채널들(75, 70) 사이에 마련될 수 있다. 제1 내지 제3볼록부들(80, 81, 83)은 필터 열들(277, 279)의 주위에서, 유체가 정체(stagnation)되어 표적 물질 또는 그 이외의 분자들이 축적되는 것을 방지할 수 있다.
도 4a는 개시된 필터(200)에서의 유속 분포를 도시한 것이고, 도 4b는 개시된 필터(200)에서의 유선을 도시한 것이다.
도 4a를 참조하면, 개시된 필터(200)의 필터부(270)에서의 유체의 속도 즉, 유속이 거의 일정하게 유지됨을 알 수 있다. 필터부(270)에서의 유속 측정 결과, 필터부(270)에서 평균 유속과 편차가 ±5%가 넘는 유속을 갖는 영역의 비율은 2%에 불과하다.
도 4b를 참조하면, 개시된 필터(200) 내에서의 유선이 고르게 분포함을 알 수 있다. 특히, 필터부(270)를 흐르는 유체의 유선의 밀도는 거의 일정함을 알 수 있다. 또한, 중심부의 유선과 가장자리 부분의 유선의 길이는 거의 비슷함을 알 수 있다. 따라서, 개시된 필터(200)는 필터부(270)를 흐르는 유체의 속도가 거의 일정하며, 유선의 밀도도 거의 일정하므로, 개시된 필터(200)의 표적 물질을 포획하는 회수율과 순도가 향상될 수 있으며, 그 재현성 역시 향상될 수 있다.
도 5a는 비교예의 필터(20)에서의 유속 분포를 도시한 것이고, 도 5b는 비교예의 필터(20)에서의 유선을 도시한 것이다.
도 5a를 참조하면, 비교예의 필터(20)는 유체가 유입되는 유입구(21), 유입구(21)와 연결된 채널부(23), 채널부(23)와 연결되고, 유체가 배출되는 배출구(25)와 채널부(23) 내에 마련된 필터부(27)를 포함할 수 있다.
비교예의 필터(20)의 경우, 필터부(27)에서의 유체의 속도는 중심부와 가장자리 부분에서 편차가 크다는 것을 알 수 있다. 즉, 필터부(27) 중심부에서는 유속이 빨라서, 표적 물질이 포획되더라도 빠른 유속에 의해서 필터 유닛으로부터 소실될 확률이 높아질 수 있다. 또한, 필터부(27)의 가장자리 부분에서는 유속이 느려서, 유체가 정체되어 표적 물질의 포획이 이루어지지 않을 수 있다. 게다가, 필터부(27)에서의 유속 측정 결과, 필터부(27)에서 평균 유속과 편차가 ±5%가 넘는 유속을 갖는 영역의 비율은 94%나 된다.
도 5b를 참조하면, 비교예의 필터(20) 내에서의 유선은 고르게 분포하지 않고, 중심부에 집중됨을 알 수 있다. 즉, 유선은 필터부(17) 중심부에 집중되며, 그 가장자리 부분에는 거의 분포하지 않는다. 또한, 중심부의 유선은 짧고, 가장자리 부분의 유선은 길게 된다.
도 6은 개시된 필터(200)와 비교예의 필터(20)의 필터부(270, 27)에서의 유체 속도를 도시한 것이다. 유체 속도는 필터부(270, 27) 중심부에서부터 가장자리 부분에서 측정되었다. 즉, x축은 필터부(270, 27) 중심부를 원점으로 하여, 그로부터의 거리를 나타내며, y축은 유체의 속도를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 필터(200)의 경우, 필터부(270)의 중심부로부터 가장자리 부분까지 측정된 유속의 크기가 거의 일정하게 유지되는 것을 알 수 있으며, 다만 가장자리 부분에서 유속이 약간 감소함을 알 수 있다. 반면에, 비교에에 따른 필터(20)의 경우, 필터부(27)의 중심부로부터 가장자리 부분까지 측정된 유속의 크기는 크게 변화하는 것을 알 수 있다. 즉, 필터부(27)의 중심부에서 유속은 가장 빠르며, 필터부(27)의 가장자리 부분으로 갈수록 유속이 급격하게 감소한다는 것을 알 수 있다.
도 7은 개시된 다른 필터(201)의 개략적인 평면도이다.
도 7을 참조하면, 개시된 필터(201)는 표적 물질을 포함하는 유체가 유입되는 유입구(210), 유입구(210)와 연결된 채널부(230), 채널부(230) 내에 마련되고, 상기 표적 물질을 필터링하는 필터부(275), 채널부(230)와 연결되고, 유체가 배출되는 배출구(250)와 유입구(210)와 배출구(250) 사이에 마련된 적어도 하나의 유체 저항부(265)를 포함할 수 있다. 개시된 필터(201)의 경우, 유체 저항부(265)가 배출구(250) 근처에 마련되고, 필터부(275)가 유입구(210)와 유체 저항부(265) 사이에 마련될 수 있다.
개시된 필터(201)의 필터부(275)에서의 유체의 속도 즉, 유속이 거의 일정하게 유지됨을 알 수 있다. 필터부(275)에서의 유속 측정 결과, 필터부(275)에서 평균 유속과 편차가 ±5%가 넘는 유속을 갖는 영역의 비율은 2%에 불과하다. 또한, 개시된 필터(201)는 필터부(275)가 유체 저항부(265)의 앞에 마련되어, 표적 물질 또는 그 이외의 물질들이 유체 저항부(265)에 의해서 적층되거나, 응고되는 것을 방지할 수 있다.
도 8은 개시된 필터들(200, 201)과 비교예의 필터(20)의 필터부(270, 275, 27)에서의 유속을 비교하여 도시한 것이다. 유속은 도 4a, 도 5a 및 도 7에 도시된 필터부(270, 275, 27)의 제1 내지 제5위치에서 각각 측정되었다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 필터들(200, 201)의 필터부(270, 275)에서의 유속은 그 위치에 관계없이 거의 일정하게 유지됨을 알 수 있다. 또한, 이를 통해서 유체 저항부가 필터부(270, 275)의 앞 또는 뒤에 마련될 수 있다는 것을 알 수 있다. 반면에, 비교예에 따른 필터(20)의 경우, 필터부(20) 중심부에서의 유속이 가장 빠르며, 양 가장자리 부분으로 갈수록 유속이 크게 감소함을 알 수 있다.
도 9는 개시된 바이오칩(300)의 개략적인 평면도이다.
도 9를 참조하면, 개시된 바이오칩(300)은 표적 물질(target materials)을 포함하는 유체가 유입되는 유입구(310), 유입구(310)와 연결된 채널부(330), 채널부(330) 내에 마련되고, 상기 표적 물질과 반응하는 반응부(370), 채널부(330)와 연결되고, 유체가 배출되는 배출구(350)와 유입구(310)와 배출구(350) 사이에 마련된 적어도 하나의 유체 저항부(360, 365)를 포함할 수 있다.
상기 채널부(330)는 유입구(310)와 연결되며, 채널부(330)와 유입구(310) 사이에는 제1연결부(320)가 더 마련될 수 있다. 제1연결부(320)는 테이퍼 구조로 형성될 수 있으며, 유입구(310)로부터 채널부(330) 방향으로 점점 넓어지는 구조로 형성될 수 있다. 채널부(330)의 너비(W)는 채널부(330)의 길이(L)보다 클 수 있다. 예를 들어, 채널부(330)의 너비(W)와 길이(L)의 비는 3:1 이상일 수 있다. 또한, 채널부(330)의 너비(W)와 길이(L)의 비는 3:1 이상 100:1 이하일 수 있다. 더 구체적으로, 채널부(330)의 너비(W)와 길이(L)의 비는 3:1 이상 50:1 이하, 3:1 이상 30:1 이하일 수 있다. 채널부(330)의 너비(W)가 그 길이(L)의 큰 경우, 유체의 최대 속도나 채널부(330)에 가해지는 최대 압력이 감소될 수 있다.
상기 적어도 하나의 유체 저항부(360, 365)는 제1 및 제2유체 저항부(360, 365)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2유체 저항부(360, 365)는 유입구(310)와 배출구(350) 사이에 마련될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제1유체 저항부(360)는 유입구(310) 근처에 마련되고, 제2유체 저항부(365)는 배출구(350) 근처에 마련될 수 있다. 그리고, 상기 반응부(370)가 제1 및 제2유체 저항부(360, 365) 사이에 마련될 수 있다.
제1유체 저항부(360)의 모양은 도 9에 도시된 바와 같이, 유선형일 수 있으며, 제2유체 저항부(365)의 모양은 마름모가 아닌 사각형일 수 있다. 하지만, 제1 및 제2유체 저항부(360, 365)의 모양은 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2유체 저항부(360, 365)의 모양은 마름모, 삼각형 등의 다각형일 수 있으며, 또한, 원형, 타원형, 부채꼴 또는 상기 모양들을 조합한 형태 등일 수 있다.
제1 및 제2유체 저항부(360, 365)는 유입구(310)로 유입된 유체의 속도와 유선(stream line)의 분포 등을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2유체 저항부(360, 365)는 채널부(330) 더 구체적으로 반응부(370)를 흐르는 유체를 저지하여, 유체의 속도를 감소시킬 수 있으며, 반응부(370)에서의 유체의 속도를 일정한 범위 내에서 유지되게 할 수 있다. 또한, 제1 및 제2유체 저항부(360, 365)는 유선이 채널부(330) 더 구체적으로, 반응부(370)에서 고르게 분포하게 할 수 있으며, 각 유선의 길이가 비슷하게 할 수 있다.
상기 반응부(370)는 채널부(330) 내에 마련될 수 있으며, 상기 유체에 포함된 표적 물질과 생물학적 또는 화학적 반응을 할 수 있다. 반응부(370)는 제1 및 제2유체 저항부(360, 365) 사이에 마련될 수 있다. 반응부(370)는 표적 물질과 반응할 수 있는 복수 개의 생체 분자를 포함할 수 있으며, 상기 복수 개의 생체 분자는 반응부(370)에 2차원의 어레이 형태로 배열될 수 있다. 또한, 상기 복수 개의 생체 분자는 DNA, RNA, 앱타머(aptamer), 항원(antigen), 항체(antibody) 또는 단백질 등을 포함할 수 있다.
배출구(350)는 채널부(330)와 연결되어, 표적 물질이 걸러지고 남은 유체가 배출되는 출구이다. 채널부(330)와 배출구(350) 사이에는 제2연결부(340)가 더 마련될 수 있다. 제2연결부(340)는 테이퍼 구조로 형성될 수 있으며, 채널부(330)로부터 배출구(350) 방향으로 점점 좁아지는 구조로 형성될 수 있다.
개시된 바이오칩(300)은 유입구(310)와 배출구(350) 사이에 제1 및 제2유체 저항부(360, 365)를 구비하여, 유체의 속도와 유선의 분포 등을 제어할 수 있다. 즉, 개시된 바이오칩(300)은 채널부(330) 더 구체적으로, 반응부(370)를 흐르는 유체의 속도를 감소시키거나, 반응부(370)에서의 유체의 속도를 일정한 범위 내에서 유지할 수 있다. 또한, 개시된 바이오칩(300)은 반응부(370) 내의 유선의 밀도를 일정한 범위 내에서 유지할 수 있다. 따라서, 개시된 바이오칩(300)은 반응부(370)의 전체 영역에서 균일한 반응을 일으킬 수 있으며, 반응 효율과 반응 재현성을 향상시킬 수 있다.
도 10a는 개시된 바이오칩에 포함된 반응부(371)의 개략적인 평면도이고, 도 10b는 상기 반응부(371)의 개략적인 단면도이다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 반응부(371)는 기판(373)과 기판(373) 상에 마련되며, 표적 물질과 반응할 수 있는 복수 개의 생체 분자(375)를 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 생체 분자(375)는 기판(373) 상에 2차원의 어레이 형태로 배열될 수 있다. 또한, 상기 복수 개의 생체 분자(375)는 핵산, 당 또는 단백질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 생체 분자(375)는 DNA, RNA, 앱타머(aptamer), 항원(antigen), 항체(antibody), 효소(enzyme), 효소 기질(enzyme substrate), 효소 저해제(enzyme inhibitor), 수용체(receptor) 또는 수용체 리간드(receptor ligand) 등을 포함할 수 있다.
이러한 본 발명인 유체 제어 장치, 이를 포함하는 필터 및 바이오칩은 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 의해 정해져야 할 것이다.
100: 유체 제어 장치 200: 필터
300: 바이오칩 110, 210, 310: 유입구
120, 220, 320: 제1연결부 130, 230, 330: 채널부
140, 240, 340: 제2연결부 150, 250, 350: 배출구
160, 260, 360, 365: 유체 저항부
270: 필터부 370: 반응부

Claims (21)

  1. 유체가 유입되는 유입구;
    상기 유입구와 연결된 채널부;
    상기 채널부와 연결되고, 상기 유체가 배출되는 배출구; 및
    상기 유입구와 상기 배출구 사이에 마련된 적어도 하나의 유체 저항부;를 포함하는 유체 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 저항부는 마름모, 삼각형, 사각형, 원형, 타원형, 부채꼴 또는 유선형으로 형성된 유체 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입구와 상기 채널부를 연결하고, 테이퍼 구조로 형성된 제1연결부; 및
    상기 채널부와 상기 배출구를 연결하고, 테이퍼 구조로 형성된 제2연결부;를 더 포함하는 유체 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널부의 너비(W)와 길이(L)의 비(ratio)는 3:1 이상 100:1 이하인 유체 제어 장치.
  5. 표적 물질을 포함하는 유체가 유입되는 유입구;
    상기 유입구와 연결된 채널부;
    상기 채널부 내에 마련되고, 상기 표적 물질을 필터링하는 필터부;
    상기 채널부와 연결되고, 상기 유체가 배출되는 배출구; 및
    상기 유입구와 상기 배출구 사이에 마련된 적어도 하나의 유체 저항부;를 포함하는 필터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유체 저항부는 상기 유입구와 상기 필터부 사이와 상기 필터부와 상기 배출구 사이 중 적어도 한 곳에 마련되는 필터.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 유체 저항부는 마름모, 삼각형, 사각형, 원형, 타원형, 부채꼴 또는 유선형으로 형성된 필터.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 유입구와 상기 채널부를 연결하고, 테이퍼 구조로 형성된 제1연결부; 및
    상기 채널부와 상기 배출구를 연결하고, 테이퍼 구조로 형성된 제2연결부;를 더 포함하는 필터.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 채널부의 너비(W)와 길이(L)의 비(ratio)는 3:1 이상 100:1 이하인 필터.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 필터부는 복수 개의 필터 유닛을 포함하는 필터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 필터 유닛은
    제1측 방향으로 돌출되어 마련된 복수 개의 돌출부를 구비하는 제1부분; 및
    상기 제1부분과 마주보고 이격되어 배치되며, 상기 제1부분을 향하여 돌출되고 상기 제1부분의 상기 복수 개의 돌출부와 서로 대응하도록 마련된 복수 개의 돌출부를 구비하는 제2부분;을 포함하는 필터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 필터 유닛은 상기 제1 및 제2부분 사이에 마련되는 제3부분을 더 포함하며, 상기 제1 및 제3부분 사이에 제1유체 배출 채널이 형성되고, 상기 제2 및 제3부분 사이에 제2유체 배출 채널이 형성된 필터.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 필터부는 상기 필터 유닛을 포함하는 복수 개의 필터 열을 구비하는 필터.
  14. 표적 물질을 포함하는 유체가 유입되는 유입구;
    상기 유입구와 연결된 채널부;
    상기 채널부 내에 마련되고, 상기 표적 물질과 반응하는 반응부;
    상기 채널부와 연결되고, 상기 유체가 배출되는 배출구; 및
    상기 유입구와 상기 배출구 사이에 마련된 적어도 하나의 유체 저항부;를 포함하는 바이오칩.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유체 저항부는 상기 유입구와 상기 반응부 사이와 상기 반응부와 상기 배출구 사이 중 적어도 한 곳에 마련되는 바이오칩.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 유체 저항부는 마름모, 삼각형, 사각형, 원형, 타원형, 부채꼴 또는 유선형으로 형성된 바이오칩.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 유입구와 상기 채널부를 연결하고, 테이퍼 구조로 형성된 제1연결부; 및
    상기 채널부와 상기 배출구를 연결하고, 테이퍼 구조로 형성된 제2연결부;를 더 포함하는 바이오칩.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 채널부의 너비(W)와 길이(L)의 비(ratio)는 3:1 이상 100:1 이하인 바이오칩.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 반응부는 상기 표적 물질과 반응할 수 있는 복수 개의 생체 분자를 포함하는 바이오칩.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수 개의 생체 분자는 2차원의 어레이 형태로 배열된 바이오칩.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수 개의 생체 분자는 핵산, 당 또는 단백질을 포함하는 바이오칩.
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