KR20150016043A - 미세유동장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

개시된 발명의 일 측면은 미세유동구조물의 격벽에 다공성 멤브레인을 배치함으로써 벤트를 형성하지 않고서도 미세유동구조물 내의 공기를 빼내어 유체의 이동을 원활하게 할 수 있는 미세유동장치 및 그 제조방법을 제공한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 미세유동구조물이 형성된 미세유동장치는 위아래에서 상호 고정되어 상기 미세유동구조물을 형성하는 상부 기판과 하부 기판; 및 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 배치되어 상기 상부 기판과 상기 하부 기판을 고정시키고 상기 미세유동구조물 내의 공기를 흡수하는 소수성을 갖는 다공성 레이어(hydrophobic porous layer);를 포함한다.

Description

미세유동장치 및 그 제조방법{MICROFLUIDIC DEVICE AND PRODUCING METHOD FOR THE SAME}
개시된 발명은 샘플의 검사에 사용되는 미세유동장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
근래에 소량의 혈액, 소변 등의 샘플을 분석하여 특정 질병을 진단하거나 특정 성분의 유무를 파악하기 위해 미세유동구조물을 이용한 검사장치의 기술이 발전하고 있다.
미세유동구조물을 이용한 검사장치를 미세유동장치라 하는바, 미세유동장치에는 샘플이나 시료를 수용하는 복수의 챔버와 복수의 챔버를 연결하는 채널 등의 미세유동구조물이 마련된다.
기존에는 미세유동구조물 내에서 샘플이나 시료를 원활하게 이동시키기 위해 챔버나 채널에 외기와 연통되는 벤트(vent)를 형성하여 미세유동구조물 내의 공기를 배출시킨다. 따라서, 미세유동구조물들이 집적되어 있는 소형의 미세유동장치 내의 많은 공간을 벤트가 차지하게 되어 설계 자유도를 제약할 수 있다.
또한, 검사가 완료된 미세유동장치가 폐기되지 않은 경우, 모세관 현상에 의해 미세유동장치 내의 잔여물이 벤트를 통해 외부로 누출되어 위생상 문제가 될 수 있고 감염성 샘플을 검사한 경우에는 감염의 위험까지 발생할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면은 미세유동구조물의 격벽에 다공성 멤브레인을 배치함으로써 벤트를 형성하지 않고서도 미세유동구조물 내의 공기를 빼내어 유체의 이동을 원활하게 할 수 있는 미세유동장치 및 그 제조방법을 제공한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 미세유동구조물이 형성된 미세유동장치는 위아래에서 상호 고정되어 상기 미세유동구조물을 형성하는 상부 기판과 하부 기판; 및 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 배치되어 상기 상부 기판과 상기 하부 기판을 고정시키고 상기 미세유동구조물 내의 공기를 흡수하는 소수성을 갖는 다공성 레이어(hydrophobic porous layer);를 포함한다.
상기 소수성을 갖는 다공성 레이어는 , 소수성을 갖는 다공성 멤브레인; 상기 소수성을 갖는 다공성 멤브레인의 상부에 배치되어 상기 소수성을 갖는 다공성 멤브레인과 상기 상부 기판을 접착시키는 상부 접착 레이어; 및 상기 소수성을 갖는 다공성 멤브레인의 하부에 배치되어 상기 소수성을 갖는 다공성 멤브레인과 상기 하부 기판을 접착시키는 하부 접착 레이어를 포함할 수 있다.
상기 소수성을 갖는 다공성 레이어는, 소수성을 갖는 다공성 접착 레이어인 것으로 할 수 있다.
상기 소수성을 갖는 다공성 멤브레인은, 소수성 처리된 다공성 멤브레인인 것으로 할 수 있다.
상기 소수성을 갖는 다공성 접착 레이어는, 소수성 처리된 다공성 접착제로 이루어질 수 있다.
상기 소수성을 갖는 다공성 접착 레이어는, 폼테이프(foam tape)인 것으로 할 수 있다.
상기 다공성 멤브레인은, 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에틸렌(PE), 폴리술폰(PS), 폴리아릴술폰(PASF), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, Polyethylene Naphthalate), 폴리이미드(PI, Polyimide) 및 셀룰로즈아세테이트(CA)를 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 다공성 멤브레인은, 0.3μm 내지 50μm 의 기공 크기를 가질 수 있다.
상기 다공성 멤브레인은, 실리콘 계열(-Si-), 불소 계열(-F) 및 두 물질의 화합물 계열(-Si-F-)의 올리고머 또는 폴리머로 코팅될 수 있다.
상기 소수성을 갖는 다공성 멤브레인은, 90도 이상, 170도 이하의 접촉각을 가질 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 미세유동구조물이 형성된 미세유동장치의 제조방법은, 상기 미세유동구조물을 형성하는 상부 기판과 하부 기판을 마련하고; 상기 미세유동구조물 내의 공기를 흡수하는 소수성을 갖는 다공성 레이어(hydrophobic porous layer)를 마련하고; 상기 소수성을 갖는 다공성 레이어를 이용하여 상기 상부 기판과 상기 하부 기판을 고정시키는 것을 포함할 수 잇다.
상기 소수성을 갖는 다공성 레이어는 , 소수성을 갖는 다공성 멤브레인; 상기 소수성을 갖는 다공성 멤브레인의 상부에 배치되어 상기 소수성을 갖는 다공성 멤브레인과 상기 상부 기판을 접착시키는 상부 접착 레이어; 및 상기 소수성을 갖는 다공성 멤브레인의 하부에 배치되어 상기 소수성을 갖는 다공성 멤브레인과 상기 하부 기판을 접착시키는 하부 접착 레이어를 포함할 수 있다.
상기 소수성을 갖는 다공성 레이어는, 소수성을 갖는 다공성 접착 레이어인 것으로 할 수 있다.
상기 소수성을 갖는 다공성 레이어를 마련하는 것은, 상기 다공성 멤브레인에 소수성 처리를 하는 것을 포함할 수 있다.
상기 소수성을 갖는 다공성 레이어를 마련하는 것은, 다공성 접착 레이어에 소수성 처리를 하는 것을 포함할 수 있다.
상기 소수성을 갖는 다공성 레이어는, 폼테이프인 것으로 할 수 있다.
상기 미세유동장치의 제조방법은 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 중 적어도 하나에 상기 미세유동구조물에 해당하는 음각 구조물을 새기는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 미세유동장치의 제조방법은 상기 소수성을 갖는 다공성 레이어에 상기 미세유동구조물에 해당하는 부분을 천착하는 것을 더 포함할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 미세유동장치에 의하면, 벤트를 형성하지 않고서도 미세유동구조물 내의 공기를 빼내어 유체의 이동을 원활하게 할 수 있고, 좁은 면적 내의 벤트 형성으로 인한 설계 자유도의 제약과 잔여물의 누출로 인한 위험성 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 벤트가 형성된 종래 미세유동장치의 평면도이다.
도 2는 개시된 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치의 평면도이다.
도 3은 개시된 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치의 플랫폼의 일 부분에 대한 단면도와 그에 대응되는 기판들의 분해 사시도이다.
도 4는 개시된 발명의 다른 실시예에 따른 미세유동장치의 플랫폼의 일 부분에 대한 단면도와 그에 대응되는 기판들의 분해 사시도이다.
도 5는 개시된 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세유동장치의 플랫폼의 일 부분에 대한 단면도와 그에 대응되는 기판들의 분해 사시도이다.
도 6은 개시된 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세유동장치의 플랫폼의 일 부분에 대한 단면도와 그에 대응되는 기판들의 분해 사시도이다.
도 7은 개시된 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세유동장치의 플랫폼의 일 부분에 대한 단면도와 그에 대응되는 기판들의 분해 사시도이다.
도 8은 개시된 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세유동장치의 플랫폼의 일 부분에 대한 단면도와 그에 대응되는 기판들의 분해 사시도이다.
도 9는 개시된 발명의 일 측면에 따른 미세유동장치를 이용하여 검사를 수행하는 검사장치의 외관도이다.
도 10은 개시된 발명의 일 측면에 따른 미세유동장치의 제조방법에 관한 순서도이다.
이하, 개시된 발명의 일 측면에 따른 미세유동장치 및 그 제조방법에 관한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 벤트가 형성된 종래 미세유동장치의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 미세유동장치(10)는 회전 가능한 형상의 플랫폼(11)과 플랫폼(11)에 형성된 미세유동구조물들로 이루어질 수 있다. 미세유동구조물은 샘플이나 시약 등의 물질을 수용하는 복수의 챔버와 이들 챔버를 연결하는 채널을 포함한다.
도 1의 예시에 따르면, 플랫폼(11)에는 샘플을 주입하는 주입구(11a), 주입구(11a)를 통해 주입된 샘플을 수용하였다가 다른 챔버들로 공급하는 샘플 공급 챔버(12), 시약을 수용하는 시약 챔버(19), 시약과 샘플의 반응이 일어나는 복수의 반응 챔버(14), 샘플 공급 챔버(12)에 수용된 샘플을 복수의 반응 챔버(14)로 분배하는 분배 채널(13), 분배 채널(13)로부터 각각의 반응 챔버(14)로 분기되는 분기 채널(15), 샘플 공급 챔버(12)와 시약 챔버(19)의 출구에 마련되는 밸브(17,18)와 같은 미세유동구조물이 형성될 수 있다.
샘플 공급 챔버(12)에 수용된 샘플을 반응 챔버(14)로 공급하기 위해 밸브(17)를 개방하고 플랫폼(11)을 회전시키면, 샘플이 분배 채널(13)을 따라 이동하는바, 이 때 분배 채널(13)에는 샘플과 함께 주입된 공기가 채워져 있기 때문에 이 공기를 분배 채널(13)로부터 빼내지 않으면 샘플의 이동이 원활히 이루어지지 않는다.
따라서, 분배 채널(13)의 끝부분에 벤트(16)를 형성하여 분배 채널(13) 내의 공기가 외부로 배출될 수 있도록 한다. 샘플은 원심력에 의해 이동하기 때문에 그 이동 방향이 플랫폼(11)의 외주 방향 즉, 회전 중심(C)으로부터 멀어지는 방향이다. 따라서, 벤트(16)는 샘플이나 시약 등의 유체의 수위보다 회전 중심(C)과 더 가까운 위치에 형성된다.
도 1의 예시에서는 설명의 편의를 위해 미세유동구조물들을 간소화하여 도시하였으나, 많은 미세유동구조물들이 집적화되어 있는 소형의 미세유동장치에서는 면적이 좁은 내주 부위에 벤트(16)를 형성함으로 인해 설계 자유도가 제약될 수 있다.
또한, 감염성 샘플을 검사한 경우에는 폐기되지 않은 미세유동장치(10)의 벤트(16)를 통해 반응 잔여물이 흘러나올 경우 사용자나 그 밖에 미세유동장치(10)와 접촉하는 사람이 감염될 수 있는 위험성도 따른다.
따라서, 개시된 발명의 일 측면은 벤트를 형성하지 않고서도 미세유동구조물 내의 공기를 채널이나 챔버로부터 배출시킬 수 있는 미세유동장치를 제공한다. 이하 개시된 발명의 일 측면에 따른 미세유동장치의 다양한 실시예들을 설명하도록 한다.
도 2는 개시된 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치의 평면도이다.
미세유동구조물은 미세유동장치(100)의 내부에 형성되나, 당해 실시예 에서는 미세유동장치(100)가 투명한 재질로 이루어지는 것으로 가정하여 도 2에 도시된 바와 같이 미세유동장치(100)를 위에서 내려다보면 그 내부에 형성된 미세유동구조물들을 볼 수 있는 것으로 한다.
미세유동장치(100)는 플랫폼(110)과 플랫폼(110) 상에 형성되는 미세유동구조물들을 포함한다.
플랫폼(110)은 성형이 용이하고 그 표면이 생물학적으로 비활성인 물질로 이루어질 수 있는바, 아크릴(PMMA), 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리카보네이트(PC), 폴리플로필렌(PP), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리에틸렌(PE) 등의 플라스틱 소재, 유리, 운모, 실리카, 실리콘 웨이퍼 등의 다양한 물질로 만들어질 수 있다.
상기 물질들은 플랫폼(100) 특히, 후술할 상부 기판과 하부 기판의 재료로 사용될 수 있는 물질의 예시에 불과하며, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 화학적, 생물학적 안정성 및 기계적 가공성을 가지는 소재이면 어느 것이든 플랫폼(110)의 재료가 될 수 있고, 미세유동장치(100) 내의 검사 결과를 광학적으로 분석하는 경우에는 플랫폼(110)이 광학적 투명성을 더 갖는 것으로 할 수 있다.
미세유동장치(100)는 회전에 의한 원심력을 이용하여 미세유동구조물 내의 물질을 이동시킬 수 있다. 도 2의 실시예에서는 원판 형상의 디스크형 플랫폼(110)을 도시하였으나, 개시된 발명의 실시예에 적용되는 플랫폼(110)은 온전한 원판 형상뿐만 아니라 부채꼴 등의 형상일 수도 있고, 회전할 수만 있으면 다각형의 형상도 가능하다.
개시된 발명의 실시예에서 미세유동구조물이란 특정 형태의 구조물을 지칭하는 것이 아니라, 플랫폼(110) 상에 형성된 챔버나 채널과 같은 구조물을 포괄적으로 지칭하며, 필요에 따라 특정 기능을 수행하는 물질까지 포괄적으로 지칭할 수 있는 것으로 한다. 미세유동구조물은 배치 상의 특징이나 수용되는 물질의 종류에 따라 각기 다른 기능을 수행할 수 있다.
미세유동장치(100)에는 검사의 종류와 목적 또는 검사의 개수에 따라 다양한 미세유동구조물들이 형성될 수 있으나, 당해 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 상기 도 1에 도시된 미세유동구조물과 대응되는 미세유동구조물이 형성된 것으로 하여 설명하도록 한다.
도 2를 참조하면, 미세유동장치(100)의 플랫폼(110)에는 샘플을 주입하는 주입구(111a), 주입구(111a)를 통해 주입된 샘플을 수용하였다가 다른 챔버들로 공급하는 샘플 공급 챔버(121), 시약을 수용하는 시약 챔버(128), 시약과 샘플의 반응이 일어나는 복수의 반응 챔버(123), 샘플 공급 챔버(121)에 수용된 샘플을 복수의 반응 챔버(123)로 분배하는 분배 채널(122), 분배 채널(122)로부터 각각의 반응 챔버(123)로 분기되는 분기 채널(124), 샘플 공급 챔버(121)와 시약 챔버(128)의 출구에 마련되는 밸브(126,127)와 같은 미세유동구조물이 형성될 수 있다.
샘플 공급 챔버(121)에 수용된 샘플을 반응 챔버(123)로 공급하기 위해 밸브(126)를 개방하고 플랫폼(110)을 회전시키면, 샘플이 분배 채널(122)을 따라 이동한다. 도 2에 도시된 바와 같이 플랫폼(110)에는 벤트(16)가 형성되어 있지 않으나, 분배 채널(122)에 채워진 공기는 분배 채널(122) 밖으로 배출되어 샘플의 이동이 원활하게 이루어질 수 있다. 이를 위해 플랫폼(110)은 아래 도 3에 도시된 바와 같은 구조를 갖는다.
도 3은 개시된 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치의 플랫폼의 일 부분에 대한 단면도와 그에 대응되는 기판들의 분해 사시도이다. 여기서, 단면도는 분배 채널(122)을 샘플 또는 시약이 이동하는 방향에서 바라본 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 플랫폼(110)은 상부 기판(111), 하부 기판(113) 및 이들 기판 사이에 배치되는 중간 레이어(112)를 포함한다.
플랫폼(110)에 미세유동구조물을 형성하는 방식으로는 상부 기판 또는 하부 기판에 미세유동구조물에 해당하는 음각 구조물을 새기는 방식, 중간 레이어에 미세유동구조물에 해당하는 부분을 천착(穿鑿)하고 상부 기판과 하부 기판으로 위아래를 덮는 방식 등이 있으나, 당해 실시예에서는 후자의 방식을 채용하는 것으로 한다. 따라서, 중간 레이어(112)에 챔버(121,123,128)나 채널(122,124)에 대응되는 부분이 천착되어 있고, 중간 레이어(112)의 두께는 챔버나 채널의 크기에 따라 적절하게 조절할 수 있다.
상부 기판(111)과 하부 기판(113)은 중간 레이어(112)의 위아래에 고정되어 폐쇄된 공간을 형성한다. 따라서, 미세유동구조물은 상부 기판(111)과 하부 기판(113)이 위아래에서 고정되었을 때 완성될 수 있다. 다만, 외부로부터의 샘플 주입을 위한 주입구(111a)는 상부 기판(111)에 형성된다.
상기 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 미세유동장치(100)의 플랫폼(110)에는 벤트(16)가 형성되어 있지 않으나 분배 채널(122)에 채워진 공기를 분배 채널(122) 밖으로 배출시킬 수 있고, 분배 채널(122) 뿐만 아니라 샘플 공급 챔버(121), 시약 챔버(128) 또는 반응 챔버(123)에 채워진 공기 역시 상기 챔버들 밖으로 배출시킬 수 있다.
이를 위해, 중간 레이어(112)는 다공성(porous) 레이어로 구현할 수 있는바, 중간 레이어(112)가 다공성 레이어로 구현되면 챔버나 채널에 채워진 공기가 다공성 레이어로 흡수되면서 챔버나 채널 외부로 배출된다. 따라서, 벤트가 없어도 샘플이나 시약의 이동이 원활하게 이루어질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 다공성 레이어(112)는 다공성 멤브레인(112b), 다공성 멤브레인(112b)의 상부에 배치되어 다공성 멤브레인(112b)과 상부 기판(111)을 접착시키는 상부 접착 레이어(112a), 및 다공성 멤브레인(112b)의 하부에 배치되어 다공성 멤브레인(112b)과 하부 기판(113)을 접착시키는 하부 접착 레이어(112c)를 포함할 수 있다. 여기서, 상부 접착 레이어(112a)와 하부 접착 레이어(112c)는 양면 접착성을 갖도록 하여 다공성 레이어(112)와 상부 기판(111) 및 하부 기판(113)을 접착시킨다.
다공성 멤브레인(112b)의 기공 크기는 0.3μm 내지 50μm 의 범위를 가질 수 있다.
그리고, 다공성 멤브레인(112b)은 소수성(hydrophobic)을 갖는다. 따라서, 액체인 샘플이나 시약은 다공성 레이어(112)로 흡수되지 않고 정상 경로 즉, 채널(122,124)을 따라 이동할 수 있다.
소수성을 갖는 다공성 멤브레인(112b)은 멤브레인 자체가 소수성 물질로 이루어진 것일 수도 있고, 친수성을 갖는 물질에 소수성 처리를 한 것일 수도 있고, 또는 약소수성을 갖는 물질에 소수성 처리를 한 것일 수도 있다.
구체적인 예로서, 다공성 멤브레인(112b)은 이불소화비닐(PVDF), 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE) 등과 같은 소수성 물질로 이루어질 수 있다.
또는, 친수성 물질 또는 약소수성 물질로 이루어진 다공성 멤브레인을 실리콘 계열(-Si-), 불소 계열(-F) 및 두 물질의 화합물 계열(-Si-F-)의 올리고머 또는 폴리머로 코팅함으로써 소수성 처리를 할 수도 있고, 소수성 처리를 함에 있어서 플라즈마를 이용할 수도 있다.
다공성 멤브레인(112b)이 소수성 처리가 되는 경우에는 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에틸렌(PE), 폴리술폰(PS), 폴리아릴술폰(PASF), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, Polyethylene Naphthalate), 폴리이미드(PI, Polyimide) 및 셀룰로즈아세테이트(CA) 등의 물질을 다공성으로 제작하여 소수성 처리를 할 수 있다.
소수성을 갖는 다공성 레이어(112)는 90 내지 170도의 접촉각을 가질 수 있다. 접촉각은 액적이 수평 고체 표면 위에 놓여 일정한 렌즈 모양을 유지하는 방울이 되는 경우 고체의 표면과 액체의 표면이 이루는 각도를 의미한다. 접촉각이 90도보다 큰 경우에는 액체가 고체 표면 위에서 방울의 형태를 유지하여 고체의 표면을 적시지 않는 것으로 볼 수 있다.
개시된 발명의 실시예에 따른 소수성을 갖는 다공성 레이어(112)는 그 구성 물질 또는 그 처리 방법이 상기 예시에 한정되는 것은 아니며, 소수성과 다공성을 갖기만 하면 다공성 레이어(112)가 될 수 있다.
도 4는 개시된 발명의 다른 실시예에 따른 미세유동장치의 플랫폼의 일 부분에 대한 단면도와 그에 대응되는 기판들의 분해 사시도이다. 여기서, 단면도는 분배 채널(222)을 샘플 또는 시약이 이동하는 방향에서 바라본 단면도이다.
개시된 발명의 다른 실시예에 따른 미세유동장치(200)의 플랫폼(210)은 전술한 실시예에서의 플랫폼(110)과 마찬가지로, 상부 기판(211), 하부 기판(213) 및 이들 기판 사이에 배치되는 중간 레이어(222)를 포함한다. 그리고, 플랫폼(210)에 형성되는 주입구(211a), 샘플 공급 챔버(221), 시약 챔버(228), 분배 채널(222), 분기 채널(224) 및 반응 챔버(223)에 관한 설명은 전술한 실시예에서와 같다.
중간 레이어(212)는 소수성을 갖는 다공성 레이어로 구현되고, 소수성을 갖는 다공성 레이어(212) 자체가 양면 접착성을 띄어 양면 테이프로서 기능할 수 있다. 따라서, 소수성을 갖는 다공성 레이어(212) 외에 별도의 접착 레이어가 필요하지 않으며, 소수성을 갖는 다공성 레이어(212)가 상부 기판(211)과 하부 기판(213) 사이에 배치되어 상부 기판(211)과 하부 기판(213)을 고정 즉, 접착시킬 수 있다.
소수성을 갖는 다공성 레이어(212)는 폼 테이프(foam tape)로 구현될 수 있다.
도 5는 개시된 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세유동장치의 플랫폼의 일 부분에 대한 단면도와 그에 대응되는 기판들의 분해 사시도이다. 여기서, 단면도는 분배 채널(322)을 샘플 또는 시약이 이동하는 방향에서 바라본 단면도이다.
개시된 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세유동장치(300)의 플랫폼(310)은 상부 기판(311), 하부 기판(313) 및 이들 기판 사이에 배치되는 중간 레이어(312)를 포함한다.
전술한 두 실시예에서는 중간 레이어(112,212)에 미세유동구조물과 대응되는 부분이 천착되고 상부 기판(111,211)과 하부 기판(113,213)은 중간 레이어(112,212)를 위아래에서 덮어 폐쇄된 공간을 형성하는 역할을 하였으나, 당해 실시예에 따른 미세유동장치(300)에서는 하부 기판(313)의 상부면 즉, 상부 기판(311)과 마주보는 면에 미세유동구조물에 해당하는 음각 구조물이 새겨지고 상부 기판(311)이 하부 기판(313)을 덮으면 폐쇄된 구조물이 완성될 수 있다. 여기서, 하부 기판(313)의 미세유동구조물에 해당하는 부분은 천착되는 것 즉, 뚫리는 것이 아니므로 하부 기판(313)의 하부면은 막혀 있다.
그리고, 상부 기판(311)과 하부 기판(313) 사이에는 소수성을 갖는 다공성 레이어(312)가 배치되어 상부 기판(311)과 하부 기판(313)을 고정시킨다. 필요에 따라, 소수성을 갖는 다공성 레이어(312)는 도 5에 도시된 바와 같이 미세유동구조물에 대응되는 부분만 천착된 형상을 할 수도 있으나, 개시된 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 미세유동구조물에 대응되는 영역의 둘레를 소수성을 갖는 다공성 레이어(312)가 둘러싸는 구조이면 된다.
한편, 중간 레이어에 해당하는 소수성을 갖는 다공성 레이어(312)는 소수성을 갖는 다공성 멤브레인(312b)과 소수성을 갖는 다공성 멤브레인(312b)의 위아래에 각각 배치되어 소수성을 갖는 다공성 멤브레인(312b)을 상부 기판(311) 및 하부 기판(313)과 각각 접착시키는 상부 접착 레이어(312a) 및 하부 접착 레이어(312c)를 포함한다.
접착 레이어(312a,312c)와 소수성을 갖는 다공성 멤브레인(312b)에 관한 설명은 상기 도 3의 실시예에서 접착 레이어(112a,112c)와 소수성을 갖는 다공성 멤브레인(112b)에 대해 설명한 바와 같다.
도 6은 개시된 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세유동장치의 플랫폼의 일 부분에 대한 단면도와 그에 대응되는 기판들의 분해 사시도이다. 여기서, 단면도는 분배 채널(422)을 샘플 또는 시약이 이동하는 방향에서 바라본 단면도이다.
도 6을 참조하면, 당해 실시예에 따른 미세유동장치(400)의 플랫폼(410)도 상기 도 5의 실시예와 마찬가지로, 상부 기판(411), 미세유동구조물에 해당하는 구조물이 새겨진 하부 기판(413) 및 이들 기판 사이에 배치되는 소수성을 갖는 다공성 레이어(422)를 포함한다.
그리고, 플랫폼(410)에 형성되는 주입구(411a), 샘플 공급 챔버(421), 시약 챔버(428), 분배 채널(422), 분기 채널(424) 및 반응 챔버(423)에 관한 설명은 전술한 실시예에서와 같다.
여기서, 소수성을 갖는 다공성 레이어(412)는 그 자체가 접착성을 띄어 테이프로서 기능할 수 있다. 따라서, 소수성을 갖는 다공성 레이어(412) 외에 별도의 접착 레이어가 필요하지 않으며, 소수성을 갖는 다공성 레이어(412)가 상부 기판(411)과 하부 기판(413) 사이에 배치되어 상부 기판(411)과 하부 기판(413)을 고정 즉, 접착시킬 수 있다.
소수성을 갖는 다공성 레이어(412)는 폼 테이프(foam tape)로 구현될 수 있다.
도 7은 개시된 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세유동장치의 플랫폼의 일 부분에 대한 단면도와 그에 대응되는 기판들의 분해 사시도이다. 여기서, 단면도는 분배 채널(522)을 샘플 또는 시약이 이동하는 방향에서 바라본 단면도이다.
도 7을 참조하면, 당해 실시예에 따른 미세유동장치(500)의 플랫폼(510)은 상부 기판(511), 하부 기판(513) 및 이들 기판 사이에 배치되는 소수성을 갖는 다공성 레이어(512)를 포함한다.
전술한 도 5 및 도 6의 실시예에서는 하부 기판(313,413)에 미세유동구조물에 해당하는 음각 구조물을 새기는 것으로 하였으나, 당해 실시예에 따른 미세유동장치(500)에서는 상부 기판(511)과 하부 기판(513)의 서로 마주보는 면에 각각 미세유동구조물에 해당하는 음각 구조물을 새겨지고 상부 기판(511)과 하부 기판(513)이 소수성을 갖는 다공성 레이어(512)에 의해 위아래에서 상호 고정되면 미세유동구조물이 완성될 수 있다.
상부 기판(511)과 하부 기판(513)의 미세유동구조물에 대응되는 부분은 천착되는 것이 아니므로 상부 기판(511)의 상부면과 하부 기판(513)의 하부면은 막혀 있는 것이나, 설명의 편의를 위하여 상부 기판(511)이 투명한 재질로 이루어진 것으로 가정하여 도시하였다.
소수성을 갖는 다공성 레이어(512)는 도 7에 도시된 바와 같이 미세유동구조물에 대응되는 부분만 천착된 형상을 할 수도 있으나, 개시된 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 미세유동구조물에 대응되는 영역의 둘레를 소수성을 갖는 다공성 레이어(512)가 둘러싸는 구조이면 된다.
한편, 소수성을 갖는 다공성 레이어(512)는 소수성을 갖는 다공성 멤브레인(512b)과 소수성을 갖는 다공성 멤브레인(512b)의 위아래에 각각 배치되어 소수성을 갖는 다공성 멤브레인(512b)을 상부 기판(511) 및 하부 기판(513)과 각각 접착시키는 상부 접착 레이어(512a) 및 하부 접착 레이어(512c)를 포함한다.
접착 레이어(512a,512c)와 소수성을 갖는 다공성 멤브레인(512b)에 관한 설명은 상기 도 3의 실시예에서 접착 레이어(112a,112c)와 소수성을 갖는 다공성 멤브레인(112b)에 대해 설명한 바와 같다.
도 8은 개시된 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세유동장치의 플랫폼의 일 부분에 대한 단면도와 그에 대응되는 기판들의 분해 사시도이다. 여기서 단면도는 분배 채널(622)을 샘플 또는 시약이 이동하는 방향에서 바라본 단면도이다.
도 8을 참조하면, 당해 실시예에 따른 미세유동장치(600)의 플랫폼(610)도 상기 도 7의 실시예와 마찬가지로, 미세유동구조물에 해당하는 구조물이 새겨진 상부 기판(611)과 하부 기판(613) 및 이들 기판 사이에 배치되는 소수성을 갖는 다공성 레이어(622)를 포함한다.
그리고, 플랫폼(610)에 형성되는 주입구(611a), 샘플 공급 챔버(621), 시약 챔버(628), 분배 채널(622), 분기 채널(624) 및 반응 챔버(623)에 관한 설명은 전술한 실시예에서와 같다.
여기서, 소수성을 갖는 다공성 레이어(612)는 그 자체가 접착성을 띄어 테이프로서 기능할 수 있다. 따라서, 소수성을 갖는 다공성 레이어(612) 외에 별도의 접착 레이어가 필요하지 않으며, 소수성을 갖는 다공성 레이어(612)가 상부 기판(611)과 하부 기판(613) 사이에 배치되어 상부 기판(611)과 하부 기판(613)을 고정 즉, 접착시킬 수 있다.
소수성을 갖는 다공성 레이어(612)는 폼 테이프(foam tape)로 구현될 수 있다.
도 9는 개시된 발명의 일 측면에 따른 미세유동장치를 이용하여 검사를 수행하는 검사장치의 외관도이다.
주입구(111a,211a,311a,411a,511a,611a)를 통해 샘플이 주입된 미세유동장치(100,200,300,400,500,600; 이하 100 내지 600으로 표시)를, 검사장치(20)에 구비된 트레이(23)에 올려 놓고, 트레이(23)를 검사장치(20)의 본체(21) 내부로 삽입하면 검사장치(20)가 미세유동장치(100 내지 600)를 회전시켜 검사를 수행한다.
미세유동장치(100 내지 600)가 회전하면서 샘플 또는 시약이 원심력에 의해 이동하고, 미세유동장치(100 내지 600)의 플랫폼에 포함된 소수성을 갖는 다공성 레이어가 챔버나 채널과 같은 미세유동구조물 내의 공기를 흡수함으로써 벤트가 없어도 샘플이나 시약 등이 원활하게 이동할 수 있다.
검사가 완료되면 디스플레이부(25)에 검사 결과가 표시되고, 검사가 완료된 미세유동장치(100 내지 600)가 폐기되지 않은 경우에도 반응 잔여물이 외부로 누출되지 않는다.
이하 개시된 발명의 일 측면에 따른 미세유동장치의 제조방법에 관한 실시예를 설명한다.
도 10은 개시된 발명의 일 측면에 따른 미세유동장치의 제조방법에 관한 순서도이다.
도 10을 참조하면, 상부 기판과 하부 기판을 마련한다(711). 여기서, 상부 기판과 하부 기판은 미세유동장치의 플랫폼에 포함되는 것으로서, 성형이 용이하고 그 표면이 생물학적으로 비활성인 물질로 이루어질 수 있다. 상부 기판 및 하부 기판 중 적어도 하나에 챔버나 채널과 같은 미세유동구조물에 해당하는 구조물을 새길 수도 있고, 상부 기판에만 샘플 주입을 위한 주입구를 새길 수도 있다.
미세유동구조물 내의 공기를 흡수하는 소수성을 갖는 다공성 레이어를 마련한다(712). 소수성을 갖는 다공성 레이어는 소수성을 갖는 다공성 멤브레인의 상부에 상부 접착 레이어를 접착시키고 하부에는 하부 접착 레이어를 접착시킴으로써 제조할 수 있다. 상부 접착 레이어와 하부 접착 레이어는 양면 접착성을 갖는다.
소수성을 갖는 다공성 멤브레인은 그 자체로 소수성을 갖는 물질로 제조할 수도 있고, 친수성 또는 약소수성을 갖는 물질에 소수성을 처리를 함으로써 제조할 수도 있다.
구체적인 예로서, 다공성 멤브레인은 이불소화비닐(PVDF), 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE) 등과 같은 소수성 물질로 이루어질 수 있다.
또는, 친수성 물질 또는 약소수성 물질로 이루어진 다공성 멤브레인을 실리콘 계열(-Si-), 불소 계열(-F) 및 두 물질의 화합물 계열(-Si-F-)의 올리고머 또는 폴리머로 코팅함으로써 소수성 처리를 할 수도 있고, 소수성 처리를 함에 있어서 플라즈마를 이용할 수도 있다.
다공성 멤브레인이 소수성 처리가 되는 경우에는 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에틸렌(PE), 폴리술폰(PS), 폴리아릴술폰(PASF), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, Polyethylene Naphthalate), 폴리이미드(PI, Polyimide) 및 셀룰로즈아세테이트(CA) 등의 물질을 다공성으로 제작하여 소수성 처리를 할 수 있다.
소수성을 갖는 다공성 레이어는 90 내지 170도의 접촉각을 가질 수 있다.
또는, 소수성을 갖는 다공성 레이어 자체를 양면 접착성을 띄는 물질로 제조하여 별도의 접착 레이어 없이 구현하는 것도 가능하다. 이 경우, 소수성을 갖는 다공성 레이어는 폼 테이프일 수 있다.
소수성을 갖는 다공성 레이어의 미세유동구조물에 대응되는 부분을 천착할 수 있는바, 상부 기판과 하부 기판에 미세유동구조물에 대응되는 구조물을 새기지 않은 경우에는 소수성을 갖는 다공성 레이어에 천착된 부분이 미세유동구조물이 된다.
소수성을 갖는 다공성 레이어를 이용하여 상부 기판과 하부 기판을 고정한다(713). 즉, 상부 기판과 하부 기판 사이에 소수성을 갖는 다공성 레이어를 배치시킨다. 소수성을 갖는 다공성 레이어는 위아래에 상부 접착 레이어와 하부 접착 레이어가 접착되어 있거나 그 자체로 양면 접착성을 띄므로, 소수성을 갖는 다공성 레이어의 상부에는 상부 기판이 접착되고 하부에는 하부 기판이 접착된다. 소수성을 갖는 다공성 레이어에 의해 상부 기판과 하부 기판이 고정됨으로써 챔버나 채널과 같은 미세유동구조물이 형성될 수 있다.
도 10의 순서도에 따라 제조되는 미세유동장치는 전술한 도 3 내지 도 8의 실시예에 따른 미세유동장치 중 하나일 수 있다.
전술한 실시예에 따른 미세유동장치에 의하면, 벤트 없이도 미세유동구조물 내의 공기를 배출하여 샘플이나 시약 등의 이동을 원활하게 할 수 있으며, 미세유동장치에 벤트가 형성되지 않으므로 좁은 면적 내의 벤트 형성으로 인한 설계 자유도의 제약과 잔여물의 누출로 인한 위험성 문제를 해결할 수 있다.
100,200,300,400,500,600 : 미세유동장치
110,210,310,410,510,610 : 플랫폼
111,211,311,411,511,611 : 상부 기판
112,212,312,412,512,612 : 중간 레이어(소수성을 갖는 다공성 레이어)
113,213,313,413,513,613 : 하부 기판

Claims (18)

  1. 미세유동구조물이 형성된 미세유동장치에 있어서,
    위아래에서 상호 고정되어 상기 미세유동구조물을 형성하는 상부 기판과 하부 기판; 및
    상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 배치되어 상기 상부 기판과 상기 하부 기판을 고정시키고 상기 미세유동구조물 내의 공기를 흡수하는 소수성을 갖는 다공성 레이어(hydrophobic porous layer);를 포함하는 미세유동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소수성을 갖는 다공성 레이어는 ,
    소수성을 갖는 다공성 멤브레인;
    상기 소수성을 갖는 다공성 멤브레인의 상부에 배치되어 상기 소수성을 갖는 다공성 멤브레인과 상기 상부 기판을 접착시키는 상부 접착 레이어; 및
    상기 소수성을 갖는 다공성 멤브레인의 하부에 배치되어 상기 소수성을 갖는 다공성 멤브레인과 상기 하부 기판을 접착시키는 하부 접착 레이어를 포함하는 미세유동장치 .
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 소수성을 갖는 다공성 레이어는,
    소수성을 갖는 다공성 접착 레이어인 것으로 하는 미세유동장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 소수성을 갖는 다공성 멤브레인은,
    소수성 처리된 다공성 멤브레인인 것으로 하는 미세유동장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 소수성을 갖는 다공성 접착 레이어는,
    소수성 처리된 다공성 접착제로 이루어지는 미세유동장치 .
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 소수성을 갖는 다공성 접착 레이어는,
    폼테이프(foam tape)인 것으로 하는 미세유동장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은,
    폴리카보네이트(PC), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에틸렌(PE), 폴리술폰(PS), 폴리아릴술폰(PASF), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, Polyethylene Naphthalate), 폴리이미드(PI, Polyimide) 및 셀룰로즈아세테이트(CA)를 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나로 이루어지는 미세유동장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은,
    0.3μm 내지 50μm 의 기공 크기를 갖는 미세유동장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은,
    실리콘 계열(-Si-), 불소 계열(-F) 및 상기 실리콘 및 불소의 화합물 계열(-Si-F-)의 올리고머 또는 폴리머로 코팅되는 미세유동장치.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 소수성을 갖는 다공성 멤브레인은,
    90도 이상, 170도 이하의 접촉각을 갖는 미세유동장치.
  11. 미세유동구조물이 형성된 미세유동장치의 제조방법에 있어서,
    상기 미세유동구조물을 형성하는 상부 기판과 하부 기판을 마련하고;
    상기 미세유동구조물 내의 공기를 흡수하는 소수성을 갖는 다공성 레이어(hydrophobic porous layer)를 마련하고;
    상기 소수성을 갖는 다공성 레이어를 이용하여 상기 상부 기판과 상기 하부 기판을 고정시키는 것을 포함하는 미세유동장치의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 소수성을 갖는 다공성 레이어는 ,
    소수성을 갖는 다공성 멤브레인;
    상기 소수성을 갖는 다공성 멤브레인의 상부에 배치되어 상기 소수성을 갖는 다공성 멤브레인과 상기 상부 기판을 접착시키는 상부 접착 레이어; 및
    상기 소수성을 갖는 다공성 멤브레인의 하부에 배치되어 상기 소수성을 갖는 다공성 멤브레인과 상기 하부 기판을 접착시키는 하부 접착 레이어를 포함하는 미세유동장치의 제조방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 소수성을 갖는 다공성 레이어는,
    소수성을 갖는 다공성 접착 레이어인 것으로 하는 미세유동장치의 제조방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 소수성을 갖는 다공성 레이어를 마련하는 것은,
    상기 다공성 멤브레인에 소수성 처리를 하는 것을 포함하는 미세유동장치의 제조방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 소수성을 갖는 다공성 레이어를 마련하는 것은,
    다공성 접착 레이어에 소수성 처리를 하는 것을 포함하는 미세유동장치의 제조방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 소수성을 갖는 다공성 레이어는,
    폼테이프인 것으로 하는 미세유동장치의 제조방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 중 적어도 하나에 상기 미세유동구조물에 해당하는 음각 구조물을 새기는 것을 더 포함하는 미세유동장치의 제조방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 소수성을 갖는 다공성 레이어에 상기 미세유동구조물에 해당하는 부분을 천착하는 것을 더 포함하는 미세유동장치의 제조방법.
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