KR20130114498A - A control method of meniscus using microstructures - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A fluid meniscus control method using a micro structure is provided to be able to efficiently control the fluid meniscus shape as the fluid movement is generated according to the capillary force, and the fluid movement distance is lengthened. CONSTITUTION: A fluid meniscus control method using a micro structure is characterized in that multiple micro structures (122) are installed in a micro channel (121) with a constant interval in a diagnosis device (1) based on microfluidics consisting of a sample inlet (111) and the micro channel. The micro structure is characterized in being symmetrically installed on the width central line of the micro channel. The micro structure is characterized in being installed on the width central line of the micro channel. The micro structure is characterized in being installed in a zig-zag alignment. The micro structure is characterized in being installed in a hemispherical shape on the micro channel wall.

Description

마이크로구조물을 이용한 유체 메니스커스 제어 방법 { A control method of Meniscus using microstructures }A control method of meniscus using microstructures}

진단 키트의 마이크로 채널 내에서 모세관 흐름에 의한 유체 메니스커스를 제어하기 위한 방법에 관한 것으로서, 특히 진단 키트의 마이크로 채널 내에 마이크로구조물을 배치하여 유체 메니스커스를 제어하기 위한 마이크로구조물을 이용한 유체 메니스커스 제어 방법에 관한 것이다.A method for controlling a fluid meniscus by capillary flow in a microchannel of a diagnostic kit, in particular a fluid meniscus using a microstructure for controlling a fluid meniscus by placing a microstructure within a microchannel of a diagnostic kit. It relates to a varnish control method.

최근 삶의 질이 향상됨에 따라 고령화 인구의 급속한 증가와 이에 따른 의료시스템의 과부하, 의료비용 증가가 수반되어, 저비용으로 향상된 의료서비스에 대한 요구가 증가되고 있다.Recently, as the quality of life improves, there is a rapid increase in the aging population, the overload of the medical system, and the increase in medical expenses, thereby increasing the demand for improved medical services at low cost.

이러한 요구에 따라 개인의 지속적인 질병에 대한 모니터링이 가능하고 시간과 장소에 제약이 덜 받을 수 있는 간단한 현장 진단 검사 기기들이 급속히 발전하고 있다.In response to these demands, simple on-site diagnostic test devices are being developed rapidly that can continuously monitor an individual's disease and are less constrained in time and place.

이러한 현장 진단 검사 기기에 사용되는 진단 소자는 대부분이 다공성 멤브레인 기반으로 멤브레인에 항체를 건조 흡착시켜 고정하고 혈액 또는 혈장을 주입시켜 질병을 진단하게 되는데, 진단 소자의 민감도 및 정확도는 투입되는 혈액 유동에 크게 영향을 받는다.Most of the diagnostic devices used in the field diagnostic test device are dried and adsorbed on the membrane to fix the membrane and inject blood or plasma to diagnose the disease, and the sensitivity and accuracy of the diagnostic device are determined by the flow of blood. It is greatly affected.

이러한 혈액의 유동은 일반적으로 얇은 모세관의 마이크로 채널을 통하여 흐르게 되고 이때 마이크로 채널의 단면적 저항 등에 의해서 불규칙적이며 불균일한 이동 패턴을 보이게 되거나 마이크로 채널의 양쪽 벽면에서 유체의 속도와 마이므로 채널 중심에서의 유체 속도 차이에 의한 유체 메니스커스 형상인 오목한 형상을 갖게 된다.This flow of blood generally flows through the microchannel of thin capillary tube, which shows irregular and uneven movement pattern due to the cross-sectional resistance of the microchannel or the fluid at the center of the channel because it is the same as the velocity of the fluid on both walls of the microchannel. It has a concave shape that is a fluid meniscus shape due to the speed difference.

이러한 마이크로 채널에 흐르는 유체의 메니스커스 형상은 마이크로 채널 표면의 표면에너지와 크게 관련이 있으며, 모세관력을 이용한 유체의 흐름에 있어서 친수성 성질이 클수록 메니스커스는 더욱더 오목한 형상을 가진다.The meniscus shape of the fluid flowing in the microchannel is largely related to the surface energy of the surface of the microchannel, and the greater the hydrophilic property of the fluid flow using capillary force, the more concave the meniscus is.

오목한 메니스커스 형상과 불규칙적이며 불균일한 이동 패턴은 항원/항체 반응 시간에 차이가 발생되어 정확한 진단을 하는데 어려움이 발생된다.Concave meniscus shapes and irregular and non-uniform migration patterns cause differences in antigen / antibody reaction times resulting in difficulty in accurate diagnosis.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 한국특허 10-2007-73659호에서는 마이크로 채널에 내벽에 마이크로 채널보다 더 깊게 함몰된 확장부들 두었고, 한국특허 10-2007-73657호에서는 극소 유체시료에서도 반응할 수 있도록 종이필터 및 다공성 멤브레인을 사용하지 않고 마이크로 채널의 구조만으로도 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있도록 하였으며, 한국등록특허 878229호에서는 시료의 반응시간을 확대하기 위하여 유체속도를 지연시킬 수 있는 구조를 제시하고 있다In order to solve this problem, Korean Patent No. 10-2007-73659 has an extension part recessed deeper than the micro channel in the inner wall of the micro channel, and in Korean Patent No. 10-2007-73657, the paper filter can react even in a very fluid sample. And it is possible to effectively remove the noise by only the structure of the micro-channel without using a porous membrane, Korea Patent No. 878229 proposes a structure that can delay the fluid velocity to increase the reaction time of the sample

그러나, 이러한 선행기술로도 유체 메니스커스 형상을 효율적으로 제어하는 기술은 찾아볼 수 없으므로 여전히 정확한 진단을 하는데 어려움이 있다.However, even with this prior art, there is no technique for efficiently controlling the shape of the fluid meniscus, and thus there is still a difficulty in making an accurate diagnosis.

위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 일정한 유체 메니스커스를 생성하여 항원/항체의 반응 시간 차이를 줄여 진단의 정확성을 높일 수 있도록 화학적 처리 없이 마이크로 구조 배열과 위치만을 이용함으로써 추가 공정과 비용없이 메니스커스를 제어함으로써 보다 정밀하고 민감도 영향을 적게 받는 진단 소자를 개발하고자 한다.In order to solve the above problems, it is possible to create a constant fluid meniscus to reduce the reaction time difference of the antigen / antibody so that the accuracy of diagnosis can be improved. By controlling the varnish, we want to develop a more precise and less susceptible diagnostic device.

상기의 과제를 달성하기 위해서, 시료 투입구와 마이크로 채널로 이루어진 마이크로플루딕 기반의 진단 소자에서 마이크로 채널에는 다수의 마이크로 구조물이 일정 간극을 가지고 설치된다.In order to achieve the above object, in the microfluidic based diagnostic device consisting of a sample inlet and a microchannel, a plurality of microstructures are installed at a predetermined gap in the microchannel.

또한, 마이크로 구조물은 마이크로 채널의 폭 중심에서 대칭적으로 지그재그 모양으로 설치되고, 마이크로채널의 벽까지 확장되어 벽에서는 반구형으로 설치된다.In addition, the microstructures are installed symmetrically in a zigzag shape at the center of the width of the microchannels, and extend to the walls of the microchannels so as to be hemispherical in the walls.

본 발명에 따른 마이크로 구조물이 설치된 마이크로 채널에서는 마이크로 구조물에 의해 발생되는 모세관력에 따라 유체의 이동이 발생되고 유체 이동 거리가 길어짐으로써 마이크로 채널과 수직인 메니스커스가 발생됨으로써 유체 메니스커스 형상을 효율적으로 제어가 가능해 졌다.In the microchannel in which the microstructures according to the present invention are installed, the movement of the fluid is generated according to the capillary force generated by the microstructure, and the fluid movement distance is increased, thereby generating a meniscus perpendicular to the microchannel. Efficient control is possible.

또한, 이러한 유체 메니스커스 형상에 대한 제어를 통하여 항원/항체 반응 시간 차이를 줄일 수 있어 보다 정확한 진단이 가능하다.In addition, the control of the fluid meniscus shape can reduce the antigen / antibody reaction time difference to enable a more accurate diagnosis.

도 1은 본 발명에 따른 진단 소자
도 2는 도 1의 A-A 단면
도 3은 마이크로 구조물이 설치된 경우의 유체 메니스커스 해석 결과1 is a diagnostic device according to the present invention
2 is a cross-sectional view taken along AA of FIG.
3 is a fluid meniscus analysis results when the microstructure is installed

이하 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the technical configuration of the present invention according to the accompanying drawings in detail.

본 발명은 시료 투입구와 마이크로 채널로 이루어진 마이크로플루딕 기반의 진단 소자에 있어서, 마이크로 채널에는 다수의 마이크로 구조물이 일정 간극을 가지고 설치되는 것을 특징으로 한다.The present invention is a microfluidic-based diagnostic device consisting of a sample inlet and a micro channel, characterized in that a plurality of microstructures are installed in the micro channel with a predetermined gap.

또한, 마이크로 구조물은 마이크로 채널의 폭 중심에서 대칭적으로 지그재그 모양으로 설치되고, 폭 방향으로 마이크로채널의 벽까지 확장되어 벽에서는 반구형으로 설치됨을 특징으로 한다.In addition, the microstructures are symmetrically installed in a zigzag shape at the center of the width of the microchannel, and extends to the wall of the microchannel in the width direction and is characterized in that the hemispherical shape is installed at the wall.

도 1 및 도2에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 다수의 마이크로 구조물(122)이 일정 간극을 가지고 마이크로 채널(121)에 설치되어 있다.1 and 2, in the present invention, a plurality of microstructures 122 are provided in the microchannel 121 with a predetermined gap.

즉, 시료 투입구(111)와 마이크로 채널(121)을 가진 마이크로플루딕 기반의 진단 소자(1)는 일반적으로 마이크로 채널을 갖는 하판(12)과 PDMS(polydimethylsiloxane)의 상판(11)을 서로 접합하여 제작한다.That is, the microfluidic based diagnostic device 1 having the sample inlet 111 and the microchannel 121 is generally bonded to the lower plate 12 having the microchannel and the upper plate 11 of the PDMS (polydimethylsiloxane). To make.

PDMS(polydimethylsiloxane)는 상대적으로 넓은 영역의 기질에 안정적으로 점착할 수가 있어, 평탄하지 않은 기질에 대해서도 동일하게 만족할 수 있다는 장점과 빛에 대한 투명성을 어느정도 가지고 있다.PDMS (polydimethylsiloxane) has the advantage of being able to stably adhere to a relatively large area of the substrate, the same can be satisfied even for a non-flat substrate and has some transparency to light.

또한, 계면 자유 에너지가 낮아서 PDMS로 다른 폴리머를 몰딩(molding)할 때 접착이 잘 일어나지 않아 성형 가공성이 좋을 뿐아니라, 등방성(isotropic)이고, 내구성이 매우 강한 탄성중합체(elastomer)이므로, 몰딩한 PDMS 마스터로 수십번, 수백번을 사용해도 무방하기 때문에 진단 소자의 재료로 널리 사용된다.In addition, since the interfacial energy is low, adhesion does not occur well when molding other polymers with PDMS, and thus the molding processability is good, and since the isotropic and extremely durable elastomer, the molded PDMS Since it can be used dozens or hundreds of times as a master, it is widely used as a material for diagnostic devices.

이러한 PDMS를 이용한 진단 소자의 제작은 당 기술분야에서는 이미 널리 공지된 기술이므로 여기서는 구체적인 설명을 생략한다.Fabrication of the diagnostic device using the PDMS is already well known in the art, and thus a detailed description thereof will be omitted.

이렇게 제작된 진단 소자는 시료 투입구로 시료가 투입되면 마이크로 채널 부위의 상판과 하판 사이의 좁은 틈에서 발생되는 모세관 현상에 의해서 시료가 빨려들어가게 되어 유체 유동이 발생되고, 마이크로 채녈의 벽면과 상,하면의 표면 장력에 의해서 유체의 메니스커스가 발생하게 된다.In this case, when the sample is inserted into the sample inlet, the sample is sucked by the capillary phenomenon generated in the narrow gap between the upper plate and the lower plate of the microchannel region, and the fluid flow is generated. Meniscus of the fluid is generated by the surface tension of the.

즉, 도 3의 해석 결과와 같이 마이크로 구조물이 없는 곳에서는 표면 장력의 영향으로 오목한 형태로 유체의 메니스커스가 발생되어 흐르다가 마이크로 구조물에 접촉하면서 흐르는 유체와 마이크로 구조물과의 접촉력에 의해서 유체의 메니스커스가 변화된다.That is, as shown in the analysis result of FIG. 3, in the absence of the microstructure, the meniscus of the fluid is generated in a concave form under the influence of the surface tension, and then flows into contact with the microstructure. The meniscus is changed.

도 3은 이러한 유체의 메니스커스 변화를 마이크로 구조물의 설치 형태의 변화 즉, 바둑판 배열과 지그재그 배열 그리고 마이크로 채널의 벽까지 확장 여부 등에 따라 유체의 메니스커스가 어떻게 변화되고 있는지를 보여주고 있다.FIG. 3 shows how the meniscus of the fluid is changed according to the change of the installation structure of the microstructure, that is, whether it extends to the checkerboard arrangement, the zigzag arrangement, and the wall of the microchannel.

유체의 메니스커스의 변화는 마이크로 구조물이 바둑판 보다는 지그재그로 설치되고 마이크로 채널 벽까지 반구형으로 설치될 때 가장 이상적으로 수직한 모양을 가지게 된다.The change in the meniscus of the fluid is most ideally vertical when the microstructures are zigzag rather than checkerboard and hemispherical to the microchannel walls.

도 3의 일 실시예에서 보여주듯이 가장 이상적인 수직한 모양을 가지는 유체늬 메니스커스는 마이크로 채녈의 폭 방향 중심선을 따라 마이크로 구조물이 설치되고 이 중심선을 기준으로 대칭으로 지그재그로 마이크로 채널 벽까지 마이크로 구조물이 설치되며, 마이크로 채널 벽에서는 반구형으로 형성된다.As shown in the embodiment of FIG. 3, the fluid meniscus having the most ideal vertical shape has microstructures installed along the width center line of the microchannel and the microstructures are zigzag symmetrically with respect to the center line. It is installed, hemispherical on the microchannel wall.

이때 마이크로 채널에 설치되는 이상적인 마이크로 구조물은 원기둥 형태로 지름은 40 내지 50 마이크론이며, 길이 방향의 마이크로 구조물의 중심 사이 간격은 지름의 3배 내지 4배이고, 폭 방향의 마이크로 구조물의 중심 사이 간격은 지름의 2.5배 내지 3.5배가 된다.At this time, the ideal microstructures to be installed in the microchannels have a cylindrical shape with a diameter of 40 to 50 microns, the spacing between the centers of the microstructures in the longitudinal direction is three to four times the diameter, and the spacing between the centers of the microstructures in the width direction is the diameter. 2.5 times to 3.5 times.

한편, 마이크로 구조물은 마이크로 채널 전체 또는 필요 범위에 한하여 형성될 수 있을 뿐아니라, 마이크로 구조물의 간극과 크기도 필요에 따라 영역별로 구분하여 조절하여 설치할 수 있다.On the other hand, the microstructures may be formed not only in the entire microchannel or in the required range, but also the gaps and sizes of the microstructures may be adjusted and installed according to regions as necessary.

또한, 앞의 실시 예에서는 마이크로 구조물의 형태를 원기둥으로 설명하고 있으나 육각형 또는 팔각형과 같은 다각형의 형태 또는 타원의 형태 등 그 모양도 얼마든지 변화시킬 수 있다.In addition, in the above embodiment, the shape of the microstructure is described as a cylinder, but the shape of the polygon, such as the hexagon or the octagon, or the shape of the ellipse, may be changed.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation and that those skilled in the art will recognize that various modifications and equivalent arrangements may be made therein. It will be possible.

따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

1 진단 소자
11 상판 12 하판
111 시료투입구
121 마이크로 채널
122 마이크로 구조물1 diagnostic element
11 tops 12 bottoms
111 Sample entrance
121 microchannels
122 microstructures

Claims (5)

시료 투입구와 마이크로 채널로 이루어진 마이크로플루딕 기반의 진단소자에 있어서,
마이크로 채널에는 다수의 마이크로 구조물이 일정 간극을 가지고 설치된 것을 특징으로 하는 마이크로구조물을 이용한 유체 메니스커스 제어 방법.
In the microfluidic diagnostic device consisting of a sample inlet and a micro channel,
The micro-channel fluid meniscus control method using a microstructure, characterized in that a plurality of microstructures are installed with a predetermined gap.
제1항에 있어서,
상기 마이크로 구조물은 마이크로 채널의 폭 중심선에서 대칭적으로 설치된 것을 특징으로 하는 마이크로구조물을 이용한 유체 메니스커스 제어 방법.
The method of claim 1,
The microstructure is a fluid meniscus control method using a microstructure, characterized in that installed in the width centerline of the microchannel symmetrically.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 마이크로 구조물은 마이크로 채널 폭 중심선에 설치된 것을 특징으로 하는 마이크로구조물을 이용한 유체 메니스커스 제어 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
The microstructure is a fluid meniscus control method using a microstructure, characterized in that installed in the microchannel width centerline.
제1항에 있어서,
상기 마이크로 구조물은 지그재그 배열로 설치된 것을 특징으로 하는 마이크로구조물을 이용한 유체 메니스커스 제어 방법.
The method of claim 1,
The microstructure is a fluid meniscus control method using a microstructure, characterized in that installed in a zigzag arrangement.
제1항에 있어서,
상기 마이크로 구조물은 마이크로 채널 벽에 반구 모양으로 설치된 것을 특징으로 하는 마이크로구조물을 이용한 유체 메니스커스 제어 방법.The method of claim 1,
The microstructure is a fluid meniscus control method using a microstructure, characterized in that installed in the hemispherical shape on the microchannel wall.
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