KR20160081379A - Apparatus for separating and concentrating particle and method for using this - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a device to separate and concentrate particles which has a simple structure using an ion permeation layer and is able to easily separate particles; and method to separate, concentrate, and discharge particles. According to the present invention, the device to separate and concentrate particles comprises: a first channel; a second channel parallel with the first channel; the ion permeation layer installed between the first channel and the second channel, providing a transmission path of ions; a third channel connected to a side of the second channel; and a plurality of valves formed in at least a part of the second channel and the third channel, controlling a movement of a fluid passing through the second channel and the third channel. The device to separate and concentrate particles applies an electric field passing through the second channel, the ion permeation layer, and the first channel; thereby generating an ion concentration polarization (ICP) phenomenon at a part adjacent to the second channel and the ion permeation layer, and a particle separated from the fluid. Moreover, the particle is able to be moved by a plurality of valves.

Description

입자분리농축장치 및 이를 이용한 입자분리농축 및 토출방법{Apparatus for separating and concentrating particle and method for using this}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a particle separation and concentration apparatus and a method for concentrating and discharging particles using the same.

본 발명은 입자분리농축장치 및 이를 이용한 입자분리농축 및 토출방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 이온투과막층을 구비한 마이크로 채널 디바이스를 이용하여 입자를 분리하는 입자분리농축장치 및 이를 이용한 입자분리농축 및 토출방법에 관한 것이다.The present invention relates to a particle separation and concentration apparatus and a particle separation and concentration method using the same, and more particularly, to a particle separation and concentration apparatus for separating particles using a microchannel device having an ion- And a discharging method.

입자상 물질은 다양한 형태와 경로를 통해 인체와 지구환경에 큰 영향을 주고 있다. 관련 산업의 발전과 환경에 대한 관심의 증대에 따라 그 중요성도 점차 부각되고 있다. 생명 유체 내에서의 생체정보를 획득할 수 있는 다양한 분자를 측정하는 것에서부터, 공기 중에 분포하는 저농도의 환경물질을 발견하는 것까지 우리에게 영향을 끼치는 분자들은 그 크기와 농도가 다양하다. 이를 효율적으로 측정하고 분석하기 위해서 다양한 센서 및 반응기들이 개발되어왔다.Particulate matter has a great influence on the human body and the global environment through various forms and paths. Its importance is also increasing with the development of related industries and the growing interest in the environment. Molecules that affect us, ranging from measuring various molecules that can acquire biometric information in living fluids to finding low concentrations of environmental substances in air, vary in size and concentration. Various sensors and reactors have been developed to efficiently measure and analyze these.

이러한 센서 및 반응기들은 특정 농도 범위 내에서 다른 물질과 분리되어 있는 상태에서 구동될 수 있게 설계되어 있다. 상기 센서 및 반응기들은 입자 및 분자를 원하는 수준으로 분리 및 농축하는 전처리 과정을 통해 안정적인 분석이 이루어질 수 있게 된다. 상기 전처리 과정은 주로 물질의 크기와 밀도, 전하량에 따라 분리하고 물질의 농도를 측정 가능한 농도 범위내로 농축하는 과정을 포함한다. 상기 전처리 과정은 일정 수준 이상의 고급 장비와 숙련된 인력을 필요로 한다.These sensors and reactors are designed to be driven in a state of being separated from other materials within a certain concentration range. The sensor and the reactors can be stably analyzed through a pretreatment process of separating and concentrating the particles and molecules to a desired level. The pretreatment process mainly includes a process of separating the substance according to the size, density and charge amount of the substance and concentrating the concentration of the substance to a measurable concentration range. The preprocessing process requires more advanced equipment and skilled manpower than a certain level.

또한, 분리과정은 일반적으로 물질의 이동도의 차이에 따른 일시적인 분리이다. 높은 분리도를 유지하기 위해 작업시간을 최소한으로 하여 분산 및 확산을 최소화하며, 분리된 분자들을 고립시켜야 하는 과정이 뒤따른다. 이는 공정에 따라 시간이 흐를수록 분산 및 확산이 진행되기 때문이며, 이를 보완해주기 위해 분리 이전에 농도를 높여 분리 이후에도 필요 이상의 농도를 유지할 수 있도록 하는 방법들이 제안되고 있다.In addition, the separation process is generally a temporary separation due to the difference in the mobility of the material. In order to maintain a high degree of separation, there is a minimum process time, minimizing dispersion and diffusion, and isolating the separated molecules. This is because dispersing and spreading proceeds with time according to the process. To compensate for this, methods for increasing the concentration before separation and maintaining the concentration more than necessary after separation are proposed.

그러나 상기 센서 및 반응기들은 단순히 분리입경보다 큰 입자와 작은 입자를 분리하여 농축하는 용도로 많이 사용되고 있으며, 특정 크기의 입자를 분리하고 농축하기 위해서 여러 장치들을 연결하여 다단 형태로 쓰고 있지만, 이러한 형태는 구성이 복잡하고 입자의 분리 및 농축하는 시간이 증가한다는 문제점이 있다.However, the sensors and reactors are widely used for simply separating and concentrating particles larger than the separation particle size and concentrating them. In order to separate and concentrate particles of a specific size, various devices are connected to form a multi-stage configuration. There is a problem that the composition is complicated and the time for separating and concentrating the particles increases.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 이온투과막층을 이용하여 구조가 간단하고 용이하게 입자를 분리할 수 있는 입자분리농축장치 및 이를 이용한 입자분리농축 및 토출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a particle separation and concentration apparatus for separating particles easily and easily using an ion- The purpose is to provide. However, these problems are illustrative and do not limit the scope of the present invention.

본 발명의 일 관점에 따르면, 입자분리농축장치가 제공된다. 상기 입자분리농축장치는 제 1 채널; 상기 제 1 채널과 나란하게 배치된 제 2 채널; 상기 제 1 채널과 상기 제 2 채널 사이에 개재되어 이온의 전달경로를 제공하는 이온투과막층; 상기 제 2 채널의 측면과 연결된 제 3 채널; 및 상기 제 2 채널 및 상기 제 3 채널의 적어도 일부에 형성되어 상기 제 2 채널 및 상기 제 3 채널을 통과하는 유체의 이동을 제어할 수 있는 복수개의 밸브;를 포함하고, 상기 제 2 채널, 상기 이온투과막층 및 상기 제 1 채널을 관통하는 전기장을 인가하여 상기 제 2 채널 및 상기 이온투과막층에 인접한 부위에 이온농도분극(ICP;Ion Concentration Polarization) 현상이 발생함으로써 상기 유체로부터 입자가 분리되고, 상기 복수개의 밸브에 의해 상기 입자가 이동될 수 있다.According to one aspect of the present invention, a particle separation concentrating apparatus is provided. Said particle separation and concentration apparatus comprising: a first channel; A second channel disposed in parallel with the first channel; An ion-permeable membrane layer interposed between the first channel and the second channel to provide a path for transferring ions; A third channel connected to a side of the second channel; And a plurality of valves formed on at least a portion of the second channel and the third channel to control movement of fluid passing through the second channel and the third channel, An ion permeable membrane layer and an electric field passing through the first channel are applied to cause ion concentration polarization (ICP) phenomenon at a portion adjacent to the second channel and the ion permeable membrane layer, thereby separating particles from the fluid, The particles can be moved by the plurality of valves.

상기 복수개의 밸브는 제 1 밸브, 제 2 밸브, 제 3 밸브 및 제 4 밸브를 포함하고, 상기 제 1 밸브는 상기 제 3 채널의 제 1 영역을 가압하여 상기 제 2 채널 내부의 상기 유체가 상기 이온농도분극 현상에 의해 상기 입자들이 분리농축시키는 동안 상기 제 3 채널로의 확산을 방지하며, 상기 제 2 밸브 및 상기 제 4 밸브는 상기 제 2 채널의 연장방향으로 제 2 영역의 전단 및 후단에 각각 배치시켜 분리농축된 상기 입자들을 고립시키고, 상기 제 3 밸브는 상기 제 2 채널의 상기 제 2 영역을 가압하여 상기 제 3 채널을 통해 고립된 상기 입자들을 분리저장조로 토출시킬 수 있다.Wherein the plurality of valves includes a first valve, a second valve, a third valve, and a fourth valve, the first valve pressurizing a first region of the third channel such that the fluid within the second channel Wherein the second valve and the fourth valve prevent diffusion to the third channel during separation and concentration of the particles by ion concentration polarization, and the second valve and the fourth valve are located at the front end and the rear end of the second region in the extending direction of the second channel And the third valve presses the second region of the second channel to discharge the particles isolated through the third channel to the separation reservoir.

상기 제 1 채널은 전기적으로 평형을 이루도록 접지될 수 있다.The first channel may be grounded to be electrically balanced.

상기 제 2 채널 및 상기 제 3 채널의 중간에 단면적이 축소 및 확대되는 병목구간이 반복적으로 형성된 몸체를 포함할 수 있다.And a bottleneck section in which the cross-sectional area is reduced and enlarged in the middle of the second channel and the third channel is repeatedly formed.

상기 몸체는 직선유관, 원형유관, 삼각형유관 및 사각형유관 중 적어도 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.The body may have a shape of at least one of a linear oil pipe, a circular oil pipe, a triangular oil pipe and a rectangular oil pipe.

상기 복수개의 밸브는 신축성을 가지는 미세유관으로서 공압밸브 및 압력펌프가 연결될 수 있다.The plurality of valves may be connected to a pneumatic valve and a pressure pump as micro oil pipes having elasticity.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 입자분리농축 및 토출방법이 제공된다. 상기 입자분리농축 및 토출방법은 상술한 입자분리농축장치의 상기 제 2 채널의 일단에 유체를 공급하는 단계; 상기 제 2 채널에 전기장을 인가하여, 상기 제 2 채널과 이온투과막층 사이의 분기점에 인접한 부위에 상기 이온농도분극(ICP;Ion Concentration Polarization) 현상이 발생함으로써 이온공핍영역(ion depletion zone)이 형성되어 상기 유체로부터 상기 입자가 분리되는 단계; 상기 제 1 밸브가 상기 제 3 채널의 제 1 영역을 가압하는 동안 상기 이온농도분극에 의해 상기 입자가 상기 제 2 채널의 제 2 영역 및 상기 제 2 영역과 인접한 영역에서 제 1 입자 및 제 2 입자로 분리농축되는 단계; 상기 제 2 밸브 및 상기 제 4 밸브를 닫아 상기 제 1 입자를 상기 제 2 영역에 고립시키는 단계; 및 상기 제 3 밸브에 의해 상기 제 2 채널의 상기 제 2 영역을 가압하고, 상기 제 1 밸브를 열어 상기 제 1 입자를 상기 분리저장조로 토출시키고, 상기 제 2 입자는 상기 제 2 채널의 타단을 통해서 외부로 배출되거나 상기 입자분리농축장치 내에서 순환되는 단계;를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a particle separation and concentration method. Wherein the particle separation and concentration method comprises the steps of: supplying fluid to one end of the second channel of the particle separation and concentration apparatus described above; An ion depletion zone is formed by applying an electric field to the second channel and causing the ion concentration polarization (ICP) phenomenon to occur at a position adjacent to a branch point between the second channel and the ion permeable film layer Separating the particles from the fluid; Wherein the ion concentration polarization causes the particles to flow in the second region of the second channel and in the region adjacent to the second region while the first valve presses the first region of the third channel, ≪ / RTI > Closing the second valve and the fourth valve to isolate the first particles in the second region; And a third valve for pressurizing the second region of the second channel to open the first valve to discharge the first particles to the separation reservoir and the second particle to discharge the other end of the second channel And circulating in the particle separation and concentration apparatus.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이온투과막층을 구비한 미세 채널 디바이스를 사용함으로써 구조가 간단하며, 저전력으로 입자를 분리농축할 수 있으므로, 경제적으로 유리한 입자분리농축장치 및 이를 이용한 입자분리농축 및 토출방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention as described above, since a fine channel device having an ion-permeable membrane layer is used, the structure is simple and the particles can be separately concentrated with low power, It is possible to realize a method of concentrating and using the particle separation used. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온농도분극 현상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자분리농축장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 (b)에 도시된 입자분리농축장치의 결합구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 (a)에 도시된 C1-C2를 따라 절단한 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자분리농축장치의 작동순서에 따라 밸브의 개폐를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자분리농축장치의 몸체의 다양한 실험예들을 개략적으로 도시한 도면이다.
FIG. 1 is a view schematically showing ion concentration polarization according to an embodiment of the present invention. FIG.
2 is a schematic view of a particle separation and concentration apparatus according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 is a view schematically showing a coupling structure of the particle separation and concentration apparatus shown in Fig. 2 (b).
Fig. 4 is a view schematically showing a cross section cut along C1-C2 shown in Fig. 2 (a).
FIG. 5 is a view schematically showing opening and closing of a valve according to an operation sequence of a particle separation and concentration apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.
6 is a schematic view illustrating various experimental examples of the body of the particle separation and concentration apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, Is provided to fully inform the user. Also, for convenience of explanation, the components may be exaggerated or reduced in size.

명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접합하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.It is to be understood that throughout the specification, when an element such as a film, region or substrate is referred to as being "on", "connected to", "laminated" or "coupled to" another element, It is to be understood that elements may be directly "on", "connected", "laminated" or "coupled" to another element, or there may be other elements intervening therebetween. On the other hand, when one element is referred to as being "directly on", "directly connected", or "directly coupled" to another element, it is interpreted that there are no other components intervening therebetween do. Like numbers refer to like elements. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items.

본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.Although the terms first, second, etc. are used herein to describe various elements, components, regions, layers and / or portions, these members, components, regions, layers and / It is obvious that no. These terms are only used to distinguish one member, component, region, layer or section from another region, layer or section. Thus, a first member, component, region, layer or section described below may refer to a second member, component, region, layer or section without departing from the teachings of the present invention.

또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.Also, relative terms such as "top" or "above" and "under" or "below" can be used herein to describe the relationship of certain elements to other elements as illustrated in the Figures. Relative terms are intended to include different orientations of the device in addition to those depicted in the Figures. For example, in the figures the elements are turned over so that the elements depicted as being on the top surface of the other elements are oriented on the bottom surface of the other elements. Thus, the example "top" may include both "under" and "top" directions depending on the particular orientation of the figure. If the elements are oriented in different directions (rotated 90 degrees with respect to the other direction), the relative descriptions used herein can be interpreted accordingly.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" include singular forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, " comprise "and / or" comprising "when used herein should be interpreted as specifying the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements, and / And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, elements, elements, and / or groups.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings schematically showing ideal embodiments of the present invention. In the figures, for example, variations in the shape shown may be expected, depending on manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention should not be construed as limited to the particular shapes of the regions illustrated herein, but should include, for example, changes in shape resulting from manufacturing.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온농도분극 현상을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 1 is a view schematically showing ion concentration polarization according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온농도분극 현상은 다음과 같다. 이온투과막층(500)을 구비하는 미세채널(200a) 내에 유체를 공급하고, 미세채널(200a)의 양단에 전기장을 인가하면, 이온농도분극(ICP;Ion Concentration Polarization) 현상이 일어나면서 이온투과막층(500) 근처에는 높은 전기장과 낮은 전기장이 특정적으로 분포하게 된다.Referring to FIG. 1, ion concentration polarization phenomenon according to an embodiment of the present invention is as follows. When a fluid is supplied into the microchannel 200a having the ion-permeable membrane layer 500 and an electric field is applied to both ends of the microchannel 200a, ion concentration polarization (ICP) A high electric field and a low electric field are locally distributed in the vicinity of the substrate 500.

즉, 이온투과막층(500) 부근의 공핍층(Depletion Zone)에서는 낮은 이온 농도와 높은 전기장이, 외곽에서는 상대적으로 적은 전기장이 분포한다. 이 때, 전기장 하에서 분자 및 하전 입자들은 전기삼투에 의한 힘(Fdrag)과 전기영동으로 인한 힘(FEP)을 모두 받게 된다.That is, in the depletion zone near the ion-permeable membrane layer 500, a low ion concentration and a high electric field are distributed, while a relatively small electric field is distributed at the outer periphery. At this time, under the electric field, the molecules and charged particles receive both F drag due to electroosmosis and F EP due to electrophoresis.

입자의 크기와 전하량에 따라 그 힘이 평형을 이루는 지점은 모두 다르며, 평형을 이루는 영역(EP1, EP2)에서는 미세채널(200a) 내의 모든 입자는 농축이 된다. 이 때, 평형을 이루는 영역(EP1, EP2)은 분자의 크기와 전하량에 따라 달라질 수 있다.The points of equilibrium of the forces are different depending on the particle size and the amount of charge. In the equilibrium regions (EP1 and EP2), all the particles in the microchannel 200a are concentrated. At this time, the equilibrium regions EP1 and EP2 may vary depending on the size of the molecules and the amount of charge.

여기서, 이온농도분극 현상은 나노막을 갖는 구조 주변에서 관찰되는 전기화학 전달 현상 중의 하나이다. 상기 나노막은 이온투과막층(500)으로 이해될 수 있다. 전기 이중층의 두께가 상기 나노막의 크기와 비슷하다고 가정할 때, 상기 나노막 내부에서 전기 이중층이 겹침으로써 단일 이온 투과성을 보인다. 나노투과막의 벽면 전하와 같은 전하를 갖는 이온들은 확산과 표류력에 의해 상기 나노막을 통과하지 못하고 벽면 전화와 반대 전하를 갖는 이온들만이 통과하게 되면서, 상기 나노막 경계면에서는 이온들의 공핍과 과다 현상이 나타난다.Here, the ion concentration polarization phenomenon is one of electrochemical transfer phenomena observed around the structure having the nanofilm. The nanofibers can be understood as an ion-permeable membrane layer 500. Assuming that the thickness of the electric double layer is similar to that of the nanofilm, the electric double layer overlaps the inside of the nanofilm to show a single ion permeability. Ions having the same charge as the wall surface charge of the nanofiltration membrane can not pass through the nanofiltration membrane due to diffusion and drifting force, and ions having opposite charge to that of the wall surface telephone can pass through, so that depletion and excessive ionization appear.

상기 나노막을 통과하지 못한 이온들 사이에서는 강한 전기적인 반발력이 작용하여 양이온과 음이온 모두 영향을 받게 되고, 이에 따라 이온 농도 구배 현상이 나타난다. 이 때, 전하를 띠고 있는 입자나 세포, 액적들도 이온 농도 공핍층 경계면에서 이온들의 전기적 반발력에 영향을 받아 상기 나노막 주변에서 밀려나게 된다.A strong electrical repulsive force acts between the ions which have not passed through the nanofibers, so that both the positive ions and the negative ions are affected, and thus the ion concentration gradient occurs. At this time, charged particles, cells, and droplets are also affected by the electrical repulsive force of the ions at the interface of the ion concentration depletion layer and are pushed around the nanofibers.

또한, 대부분의 물질은 전해질과 접촉시 물질 표면에 일정 수준의 전하와 전위를 띠고 있으며, 이에 따라 수용액 상에서는 채널 내부는 양전하와 음전하가 일정한 분포를 갖게 되지만 채널 표면 근처에서는 표면 전위와 반대 극성 이온이 모이게 된다. 이런 표면전하와 그로 인한 반대 극성의 이온이 전기장 하에서 이동을 하면서 유체 및 입자의 흐름을 만들어내는 현상을 전기수력현상이라 한다. 이때 전기삼투로 인한 힘(Fdrag)은 채널 내부의 유체의 흐름에 의한 힘이며, 전기영동으로 인한 힘(FEP)은 채널 내부의 입자의 이동도에 따라 상이해지는 힘이다.In addition, most of the materials have a certain charge and potential on the surface of the material when they are in contact with the electrolyte. Thus, in the aqueous solution, a positive charge and a negative charge are distributed within the channel, Gathered. This phenomenon of surface electric charge and the resultant opposite polarity of ions moving in the electric field and creating fluid and particle flow is called electrohydraulic phenomenon. In this case, the force due to electroosmosis (F drag ) is a force due to the flow of fluid inside the channel, and the force (F EP ) due to electrophoresis is a force that varies according to the mobility of particles inside the channel.

즉, 임의의 전하를 띤 용액이 미세채널(200a) 내에 공급되고, 미세채널(200a)의 양단에 전압을 인가하게 되면, 이온농도 구배로 인한 이온농도분극 현상에 의한 힘에 의해 특정 전하를 가진 물질이 이온농도분극 현상에 의해 이온공핍영역(ICP Zone)의 경계면에서 밀려날 수 있다. 이 때, 상기 물질은 전기삼투에 의한 힘(Fdrag)과 전기영동으로 인한 힘(FEP)에 의해 전기적으로 평형을 이룰 수 있다. 각 물질의 분자량의 크기 및 전하량에 따라 평형을 이루는 지점은 각각 다를 수 있다.That is, when an arbitrary charged solution is supplied into the microchannel 200a and a voltage is applied to both ends of the microchannel 200a, a force due to ion concentration polarization due to an ion concentration gradient causes a specific charge The material can be pushed away from the interface of the ICP Zone by ion concentration polarization. At this time, the material can be electrically balanced by a force (F drag ) by electroosmosis and a force (F EP ) by electrophoresis. The points of equilibrium may be different depending on the molecular weight of each substance and the amount of charge.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자분리농축장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 (b)에 도시된 입자분리농축장치의 결합구조를 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 2 is a schematic view of a particle separation and concentration apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a view schematically showing a coupling structure of the particle separation and concentration apparatus shown in FIG. 2 (b).

먼저, 도 2의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자분리농축장치(1000)는 제 1 채널(100), 제 1 채널(100)과 나란하게 배치된 제 2 채널(200), 제 1 채널(100)과 제 2 채널(200) 사이에 개재되어 이온의 전달경로를 제공하는 이온투과막층(500), 제 2 채널(200)의 측면과 연결된 제 3 채널(300) 및 제 2 채널(200) 및 제 3 채널(300)의 적어도 일부에 형성되어 제 2 채널(200) 및 제 3 채널(300)을 통과하는 유체의 이동을 제어할 수 있는 복수개의 밸브(410, 420, 430, 440)를 포함할 수 있다. 제 1 채널(100)은 전기적으로 평형을 이루도록 접지될 수 있다. 여기서, 상기 유체는 예를 들어, 임의의 전하를 띤 용액으로 이해될 수 있다.Referring to FIG. 2A, a particle separation apparatus 1000 according to an embodiment of the present invention includes a first channel 100, a second channel 100 disposed in parallel with the first channel 100, An ion transmission membrane layer 500 interposed between the first channel 100 and the second channel 200 to provide a path for ions to pass through and a third channel 300 connected to a side surface of the second channel 200, And a plurality of valves (410, 410) formed in at least a portion of the second channel (200) and the third channel (300) to control movement of fluid passing through the second channel (200) 420, 430, 440). The first channel 100 may be grounded to be electrically balanced. Here, the fluid can be understood as, for example, an arbitrary charged solution.

복수개의 밸브(410, 420, 430, 440)는 제 1 밸브(410), 제 2 밸브(420), 제 3 밸브(430) 및 제 4 밸브(440)를 포함할 수 있다. 제 1 밸브(410)는 제 3 채널(300)의 제 1 영역을 가압하는 동안 이온농도분극으로 제 2 채널(200) 내부의 입자를 분리농축시키며, 분리농축된 상기 입자를 제 2 밸브(420) 및 제 4 밸브(440)는 제 2 채널(200)의 연장방향으로 제 2 영역의 전단 및 후단에 각각 배치시켜 고립시키고, 제 3 밸브(430)는 제 2 채널(200)의 상기 제 2 영역을 가압하여 제 3 채널(300)을 통해 분리저장조로 토출시킬 수 있다. 여기서, 상기 제 2 영역은 제 2 채널(200)과 제 3 채널(300)이 서로 연결된 영역을 뜻하며, 상기 제 1 영역은 제 3 채널(300)에 위치하며, 상기 제 2 영역과 인접한 영역을 뜻한다. 여기서, 복수개의 밸브(410, 420, 430, 440)에 대한 상세한 설명은 도 4를 참조하여 후술한다.The plurality of valves 410, 420, 430 and 440 may include a first valve 410, a second valve 420, a third valve 430 and a fourth valve 440. The first valve 410 separates and concentrates the particles within the second channel 200 with ion concentration polarization while pressurizing the first region of the third channel 300, And the fourth valve 440 are arranged and isolated at the front end and the rear end of the second region in the extension direction of the second channel 200 and the third valve 430 isolates and isolates the second And the third channel 300 can be discharged to the separation and storage tank. Here, the second region refers to a region where the second channel 200 and the third channel 300 are connected to each other. The first region is located in the third channel 300, and the region adjacent to the second region 300 It means. Here, a detailed description of the plurality of valves 410, 420, 430, and 440 will be described later with reference to FIG.

또한, 제 2 채널(200) 및 제 3 채널(300)의 중간에 단면적이 축소 및 확대되는 병목구간이 반복적으로 형성된 몸체(250)를 포함할 수 있다. 몸체(250)는 다양한 형상의 병목형태를 가질 수 있다. 몸체(250)의 다양한 형상은 예를 들어, 상면에서 바라봤을 때, 직선유관, 원형유관, 삼각형유관 및 사각형 유관 중 적어도 어느 하나의 형상을 가질 수 있다. 상기 병목구간을 구비하는 몸체(250)에 대한 상세한 설명은 도 5를 참조하여 후술한다.In addition, the body 250 may include a bottleneck section in which a bottleneck section is repeatedly formed in the middle of the second channel 200 and the third channel 300. The body 250 may have various shapes of bottlenecks. The various shapes of the body 250 may have a shape of at least one of a linear oil pipe, a circular oil pipe, a triangular oil pipe, and a rectangular oil pipe when viewed from the upper surface, for example. A detailed description of the body 250 having the bottleneck section will be given later with reference to FIG.

한편, 도 2의 (b) 및 도 3의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 입자분리농축장치(1000)를 제조할 수 있다. 입자분리농축장치(1000)는 상층부(1000a)와 하층부(1000b)를 포함할 수 있다. 먼저, 상층부(1000a)를 살펴보면, 선택적으로 압력을 가하여 하층부(1000b)에 위치한 유관을 막을 수 있는 구조로 이루어진 복수개의 밸브를 구비할 수 있다. 상기 복수개의 밸브에 의해 유관의 고립 및 분리농축된 입자의 토출이 이루어질 수 있다.On the other hand, referring to FIG. 2 (b) and FIGS. 3 (a) to 3 (c), a particle separation and concentration apparatus 1000 can be manufactured. The particle separation and concentration apparatus 1000 may include an upper layer portion 1000a and a lower layer portion 1000b. First, the upper layer portion 1000a may include a plurality of valves having a structure capable of selectively closing the oil holes in the lower layer portion 1000b by applying pressure. And the discharge of concentrated and isolated particles of the oil canals can be achieved by the plurality of valves.

또한, 하층부(1000b)를 살펴보면, 전기장을 인가하기 위한 전극이 제 2 채널(200)의 양단에 위치하고, 제 2 채널(200)에는 유체가 들어 있다. 제 2 채널(200)과 나란하게 제 1 채널(100)이 배치되어 있으며, 제 1 채널(100)과 제 2 채널(200) 사이에 나노구조체로 이온투과막층(500)이 형성되어 제 1 채널(100)과 제 2 채널(200)이 연결될 수 있다. 제 1 채널(100)은 이온투과막층(500)을 통해 전류가 흐를 수 있게 접지되어 있다. 제 1 채널(100)은 제 2 채널(200) 내에 구비된 상기 유체와 다른 농도의 버퍼용액으로 차있을 수 있다. 이를 통해 전기장을 조절할 수 있다.In the lower layer portion 1000b, an electrode for applying an electric field is located at both ends of the second channel 200, and a fluid is contained in the second channel 200. The first channel 100 is disposed in parallel with the second channel 200 and the ion permeable film layer 500 is formed as a nano structure between the first channel 100 and the second channel 200, The first channel 100 and the second channel 200 may be connected. The first channel 100 is grounded so that current can flow through the ion-permeable membrane layer 500. The first channel (100) may be filled with a buffer solution of a different concentration than the fluid provided in the second channel (200). This allows the electric field to be adjusted.

또한, 제 2 채널(200)은 반복성 있는 사각형 구조가 자리 잡고 있으나, 전도성 액체의 종류 및 분리농축 속도 등에 따라 다양한 형상으로 설계가능하다. 제 2 채널(200)의 중간에 제 3 채널(300)이 연결되어 상기 전도성 액체가 분리 농축된 시료가 토출되는 토출구가 구비될 수 있다.In addition, although the second channel 200 has a repeating rectangular structure, it can be designed in various shapes depending on the kind of the conductive liquid, the concentration concentration of separation, and the like. And a discharge port through which the third channel 300 is connected to the middle of the second channel 200 to discharge the sample in which the conductive liquid is separated and concentrated.

도 4는 도 2의 (a)에 도시된 C1-C2를 따라 절단한 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.Fig. 4 is a view schematically showing a cross section cut along C1-C2 shown in Fig. 2 (a).

도 4의 (a) 및 (b)를 참조하면, 도면에 도시되지는 않았지만, 복수개의 밸브(410, 420, 430, 440)는 신축성을 가지는 미세채널로서 공압밸브 및 압력펌프가 연결될 수 있다. 크기와 전하량에 따라 분리 농축된 물질들은 공압밸브를 통해 미세채널 내에서 고립되어 확산과 분산을 최소화한 상태에서 토출구를 통해 분사 및 분석될 수 있다.4A and 4B, although not shown in the drawings, the plurality of valves 410, 420, 430, and 440 may be connected to a pneumatic valve and a pressure pump as microchannels having elasticity. Depending on size and charge, the separated and concentrated materials can be isolated and analyzed in the microchannel through the pneumatic valve to be injected and analyzed through the outlet with minimal diffusion and dispersion.

예를 들면, 도 4의 (a)에 도시된 제 1 밸브(410)는 기판(10) 상에 액상의 샘플(20)이 위치할 수 있다. 이 때, 미세채널을 이루고 있는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsolixane, 이하 PDMS(30))는 신축성을 갖고 있는 투명 재질로서, 작은 구조물을 안정적으로 모사할 수 있는 특성을 갖는다.For example, the first valve 410 shown in Fig. 4 (a) may be placed on the substrate 10 with a liquid sample 20 thereon. At this time, polydimethylsiloxane (PDMS 30) constituting a microchannel is a transparent material having stretchability, and has a characteristic capable of stably simulating a small structure.

도 4의 (b)와 같이, 제 1 밸브(410)가 작동할 때, 즉, 공압밸브(제 1 밸브, 410)가 동작하면, 압력(△P)이 가변됨에 따라 미세채널을 구성하는 PDMS(30)가 샘플(20)을 가압하여 미세채널을 고립시킬 수 있다.4 (b), when the first valve 410 is operated, that is, when the pneumatic valve (first valve) 410 is operated, as the pressure AP changes, the PDMS The microchannel 30 can pressurize the sample 20 to isolate the microchannel.

즉, 상기 공압밸브(410)는 첫째, 이온농도분극현상이 안정적으로 일어날 수 있도록 외부의 공기와 차단하는 기능을 수행할 수 있다. 둘째, 고농도의 시료가 전기장이 걸려있지 않은 미세채널 내에서 확산이나 분산이 일어나지 않도록 효과적으로 고립시키는 기능을 수행할 수 있다. 마지막으로, 고립된 시료가 외부로 토출될 수 있게 압력을 가하는 기능을 수행할 수 있다.That is, the pneumatic valve 410 can function to shut off the external air so that the ion concentration polarization phenomenon can occur stably. Secondly, it is possible to effectively isolate a high-concentration sample from diffusion and dispersion in a microchannel in which no electric field is applied. Finally, it is possible to perform the function of applying pressure so that the isolated sample can be discharged to the outside.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 상술한 기술적 사상을 적용한 실험예를 설명한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예에 의해서 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, an experimental example to which the technical idea described above is applied will be described in order to facilitate understanding of the present invention. It should be understood, however, that the following examples are for the purpose of promoting understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

[실험예][Experimental Example]

도 2의 (b)를 참조하여 상술한 입자분리농축장치(1000)의 몸체(250)의 다양한 형상에 따른 작동을 확인하기 위하여 두 개의 다른 고분자인 설퍼로다민 B(Sulforhodamine B;SRB) 염료와 알렉사(Alexa 488) 염료를 전기장 하에 노출시켰다. 입자분리농축장치(1000)에서 파란색 영역은 입자의 분리 농축 및 토출이 일어나는 영역이며, 빨간색 영역은 농축된 입자의 고립 및 상기 입자를 토출시키는 역할을 수행하는 공압밸브의 영역이다.In order to confirm the operation according to various shapes of the body 250 of the particle separation and concentration apparatus 1000 described above with reference to FIG. 2 (b), two different polymers, Sulforhodamine B (SRB) dye and The Alexa 488 dye was exposed under an electric field. In the particle separation and concentration apparatus 1000, the blue region is a region where the separation and concentration of the particles occurs, and the red region is a region of the pneumatic valve that serves to isolate the concentrated particles and to discharge the particles.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자분리농축장치의 작동순서에 따라 밸브의 개폐를 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 5 is a view schematically showing opening and closing of a valve according to an operation sequence of a particle separation and concentration apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 입자분리농축방법은 도 2의 (a) 및 (b)를 참조하여 상술한 입자분리농축장치(1000)의 제 2 채널(200)의 일단에 유체를 공급하는 단계, 제 2 채널(200)의 양단에 전기장을 인가하여, 제 2 채널(200)과 이온투과막층(500) 사이의 분기점에 인접한 부위에 이온농도분극(ICP;Ion Concentration Polarization) 현상이 발생함으로써 이온공핍영역(ion depletion zone)이 형성(도 1에 도시된 ICP Zone)되어 상기 입자가 분리되는 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, a method of concentrating particles according to an embodiment of the present invention includes the steps of (a) and (b) And applying an electric field to both ends of the second channel 200 to apply ion concentration polarization (ICP) to a portion adjacent to the bifurcation between the second channel 200 and the ion-permeable membrane layer 500, ) Phenomenon may occur to form an ion depletion zone (ICP Zone shown in FIG. 1) to separate the particles.

여기서, 도 5의 (a), (b), (c)는 입자분리농축장치의 밸브들이 개폐되는 순서대로 도시된 사진이고, 도 5의 (d), (e), (f)는 입자분리농축장치의 각 채널에서 잉크가 분리되는 현상을 분석한 사진이다. 여기서, 도 5의 (d), (e), (f)에 나타난 잉크의 영역은 이해를 쉽게 하기 위하여 도 5의 (a), (b), (c)에 도시된 각 채널(200, 300)의 몸체(250) 중 각 밸브(410, 420, 430)의 위치와 매칭시켜 도시한 것이며, 제 4 밸브(440)가 위치한 곳의 몸체(250)는 생략되어 있다.5 (a), 5 (b) and 5 (c) are photographs in the order in which the valves of the particle separation and concentration apparatus are opened and closed, This is an analysis of the phenomenon in which ink is separated from each channel of the concentrating apparatus. 5 (a), 5 (b), and 5 (c), the areas of the ink shown in FIGS. 5 (d) And the body 250 where the fourth valve 440 is located is omitted in the figure.

도 5의 (a) 및 (d)를 참조하면, 제 1 밸브(410)가 제 3 채널(300)의 제 1 영역을 가압하여 상기 입자가 제 2 채널(200)의 제 2 영역 및 상기 제 2 영역과 인접한 영역에서 제 1 입자 및 제 2 입자로 분리농축되는 단계를 포함할 수 있다.5 (a) and 5 (d), a first valve 410 presses a first region of a third channel 300 so that the particles flow into a second region of the second channel 200, And separating the first and second particles in the region adjacent to the first and second regions.

도 5의 (b) 및 (e)를 참조하면, 제 2 밸브(420) 및 제 4 밸브(440)를 닫아 상기 제 1 입자를 상기 제 2 영역에 고립시키는 단계 및 제 3 밸브(430)에 의해 제 2 채널(200)의 상기 제 2 영역을 가압하고, 제 1 밸브(410)를 열어 상기 제 1 입자를 상기 분리저장조로 토출시키는 단계를 더 포함할 수 있다.5 (b) and 5 (e), the second valve 420 and the fourth valve 440 are closed to isolate the first particles in the second region, The second region of the second channel 200 may be pressurized and the first valve 410 may be opened to discharge the first particles to the separation reservoir.

반면에, 도 5의 (c) 및 (f)를 참조하면, 상기 제 2 입자는 제 2 채널(200)의 타단을 통해서 외부로 배출되거나 입자분리농축장치(1000) 내에서 순환되는 단계를 더 포함할 수도 있다.5 (c) and 5 (f), the second particle is discharged to the outside through the other end of the second channel 200 or circulated in the particle separation and concentration apparatus 1000 .

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자분리농축장치의 몸체의 다양한 실시예들을 개략적으로 도시한 도면이다.Figure 6 is a schematic illustration of various embodiments of the body of the particle separation and concentration apparatus according to one embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자분리농축장치의 몸체(250)의 다양한 실시예들로서, 도 6의 (a)는 직선유관으로 형성된 몸체(250)에서의 분리농축이며, 도 6의 (b)는 직선유관으로 형성된 몸체(250)와 삼각형유관으로 형성된 몸체(250)가 결합되었을 경우의 분리농축이고, 도 6의 (c)는 반복하는 사각형 유관으로 형성된 몸체(250)에서의 분리농축이다. 설퍼로다민 B 염료와 알렉사 염료를 분리 농축하는 유관의 형태는 자유로우며, 이를 통해 전기장의 비율을 효율적으로 조절할 수 있다. 또, 다양한 유관 안에서 이온농도분극 현상 이후에 분리 되는 것을 확인할 수 있다. 이 때, 유관의 형태는 직선형, 원형, 삼각형 및 사각형 모두 분리농축이 되는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 6, in various embodiments of the body 250 of the particle separation and concentration apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 (a) is a separation concentrate in a body 250 formed as a straight tube, 6 (b) is a plan view of the body 250 formed with a rectangular oil pipe, and FIG. 6 (c) is a cross- . Sulfur Rhodamine B is free to separate and concentrate the dyes and Alexa dyes, so that the ratio of the electric field can be efficiently controlled. In addition, it can be confirmed that the ions are separated after ion polarization polarization in various oil pipes. At this time, it was confirmed that the shape of the oil pipe was separately concentrated in a linear shape, a circular shape, a triangle shape, and a square shape.

즉, 베르누이의 원리에 따라 넓은 영역의 사각형 구조에서는 직선형에 비해 유속이 급격하게 느려지며, 급격히 확장 또는 급격히 수축하는 구조에서의 전기장의 집중 효과로 인해 넓은 영역의 사각형 구조에 위치한 입자들의 원치 않는 유출을 최소화할 수 있으므로 이온농도분극에 의한 농축된 입자의 위치를 미리 정할 수 있다. 또 공압밸브 층의 구조에 따라 유동층을 막아주는 역할을 할 수 있기 때문에, 반복되는 사각형 구조를 통하여 효율적인 분리농축 및 고립을 할 수 있게 하였다.In other words, according to Bernoulli's principle, the quadrangular structure of a large area is sharply slower than that of a linear one, and the concentrated effect of the electric field in the structure of rapidly expanding or shrinking rapidly causes the undesired outflow Can be minimized, so that the position of the concentrated particles by ion concentration polarization can be determined in advance. In addition, since it can block the fluidized bed according to the structure of the pneumatic valve layer, it can efficiently separate and concentrate and isolate through the repeated rectangular structure.

상술한 바와 같이, 종래에는 고농도의 샘플을 분리하는 작업을 수행하여 농도가 낮아지거나, 농축과정에 있어서 고온의 열, 또는 시간을 필요로하여 분자의 반응성에 영향을 줄 가능성이 존재하였다.As described above, conventionally, there has been a possibility that concentration is lowered by separating a sample having a high concentration, or heat or time is required at the time of concentration to affect the reactivity of the molecule.

또한, 종래에는 분리과정에서 매트릭스(matrix) 역할을 하는 겔(gel)을 필요로 하거나, 농축과정에 있어서 다른 농도의 버퍼(buffer)를 필요로 하였으나, 본 방식은 추가적인 물질을 필요로 하지 않고, 수용액상의 이온분리현상의 결과로 나타난 이온 농도 및 전기장의 분포를 이용하여 분리농축이 동시에 일어난다. 따라서 겔 등의 매트릭스에서 분리하고 추출하는 과정이 불필요하다.Further, in the prior art, a gel which functions as a matrix is required in the separation process, or a buffer having a different concentration is required in the concentration process. However, this method does not require any additional substance, Separation and concentration occur simultaneously by using ion concentration and electric field distribution as a result of ion separation phenomenon in aqueous solution. Therefore, a process of separating and extracting from a matrix such as gel is unnecessary.

또한, 이렇게 분리가 된 특정 전하량을 띤 특정 크기의 고분자는 밸브를 통해 선택적으로 장치 외부로 토출될 수 있으며, 구조에 따라 장치 내부에서 후처리를 하거나 사용화된 장비와 연계하여 활용 및 분석을 수행할 수 있다.In addition, the thus-separated polymer of a specific size having a specific charge amount can be selectively discharged outside the apparatus through the valve. Depending on the structure, the polymer may be post-treated in the apparatus or utilized and analyzed in connection with the used apparatus can do.

종래의 이온농도분극현상을 이용한 농축기는 농축의 기능을 수행할 뿐, 분리 기능을 수행하지 않았다. 일부, 분리현상이 관측된 적은 있으나, 이를 안정적으로 생성하고 추출할 수 있는 기능은 없었다. 또, 이온농도분극현상 및 기타 다른 구조물에 의지하지 않는 농축 방법들은 전기장 혹은 기타 구동 원리가 제거되었을 때, 높은 농도구배로 인해 큰 확산 및 분산하기 때문에 농도가 낮아지는 단점이 있었다.Conventionally, the concentrator using the ion concentration polarization phenomenon performs the concentration function but does not perform the separation function. Although some separation phenomena were observed, there was no function to stably generate and extract them. Concentration methods that do not rely on ion concentration polarization and other structures have the disadvantage that when the electric field or other driving principle is removed, the concentration is lowered because of the large diffusion and dispersion due to the high concentration gradient.

본 발명의 일 실시예에 의한 입자분리농축장치는 직선의 유관 대신에 반복적인 사각형 구조를 통해 시료의 유동을 안정화하고, 공압밸브를 통해 고농도 시료를 확산이나 분산을 억제한 상태에서 고립시킬 수 있다. 또, 분리된 분자 및 입자들이 충분히 추가적인 공정을 거칠 수 있도록 토출하는 기능을 통합적으로 수행할 수 있다.The particle separation and concentration apparatus according to an embodiment of the present invention can stabilize the flow of the sample through a repetitive quadrangular structure instead of the straight pipe and isolate the high concentration sample through the pneumatic valve while suppressing diffusion or dispersion . In addition, it is possible to integrally perform the function of discharging the separated molecules and particles so that they can undergo sufficiently additional processing.

한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 입자분리농축장치는 무혈청 태아 DNA(Cell-Free Fetal DNA) 등을 이용한 분석의 전처리 단계로 산모의 DNA와 태아의 DNA를 분리, 농축하여 토출하는 기술로 활용 가능하다. 임신 초기에 태아의 유전병 유무를 진단할 수 있는 가능성을 열 수 있다.Meanwhile, the particle separation and concentration apparatus according to one embodiment of the present invention is a technique of separating and concentrating DNA of a mother and DNA of a fetus by pre-processing step of analysis using cell-free fetal DNA or the like Available. It is possible to diagnose the fetal genetic condition early in pregnancy.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 입자분리농축장치는 전기영동(free solution electrophoresis)의 새로운 방식으로 활용할 수 있다. 기존의 DNA를 길이별로 분리하는 기술은 약 15억불의 큰 시장을 갖고 있으나, 겔과 기기의 최적화를 제외한 근본적인 방식은 큰 변화를 갖고 있지 않았다. 그러나 현재와 같은 방식은 분리와 농축이 동시에 이루어지기 때문에 더 빠르게, 고효율로 이루어질 수 있다.In addition, the particle separation and concentration apparatus according to an embodiment of the present invention can be utilized as a new method of electrophoresis (free solution electrophoresis). The technology to separate existing DNA by length has a big market of about $ 1.5 billion, but the fundamental way of excluding the gel and the device optimization did not change much. However, the present method can be performed more quickly and with high efficiency because separation and concentration are simultaneously performed.

따라서 본 발명의 일 실시예에 의한 입자분리농축장치를 통해 농축을 하게 되면, 현재 ppm 또는 ppb 수준에서 측정가능한 여러 환경 물질의 농도를 수백배에서 수천배 이하로 낮출 수 있다.Accordingly, when the concentration is performed through the particle separation and concentration apparatus according to one embodiment of the present invention, the concentrations of various environmental substances that can be measured at the ppm or ppb level can be reduced to several hundreds to several thousand times.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100 : 제 1 채널
200 : 제 2 채널
250 : 몸체
300 : 제 3 채널
410 : 제 1 밸브
420 : 제 2 밸브
430 : 제 3 밸브
440 : 제 4 밸브
500 : 이온투과막층
1000a : 상층부
1000b : 하층부
1000 : 입자분리농축장치
100: 1st channel
200: Second channel
250: Body
300: Third channel
410: first valve
420: second valve
430: third valve
440: fourth valve
500: ion-permeable membrane layer
1000a: Upper layer
1000b:
1000: particle separation and concentration apparatus

Claims (7)

제 1 채널;
상기 제 1 채널과 나란하게 배치된 제 2 채널;
상기 제 1 채널과 상기 제 2 채널 사이에 개재되어 이온의 전달경로를 제공하는 이온투과막층;
상기 제 2 채널의 측면과 연결된 제 3 채널; 및
상기 제 2 채널 및 상기 제 3 채널의 적어도 일부에 형성되어 상기 제 2 채널 및 상기 제 3 채널을 통과하는 유체의 이동을 제어할 수 있는 복수개의 밸브;
를 포함하고,
상기 제 2 채널, 상기 이온투과막층 및 상기 제 1 채널을 관통하는 전기장을 인가하여 상기 제 2 채널 및 상기 이온투과막층에 인접한 부위에 이온농도분극(ICP;Ion Concentration Polarization) 현상이 발생함으로써 상기 유체로부터 입자가 분리되고, 상기 복수개의 밸브에 의해 상기 입자가 이동될 수 있는,
입자분리농축장치.
A first channel;
A second channel disposed in parallel with the first channel;
An ion-permeable membrane layer interposed between the first channel and the second channel to provide a path for transferring ions;
A third channel connected to a side of the second channel; And
A plurality of valves formed in at least a portion of the second channel and the third channel to control movement of fluid passing through the second channel and the third channel;
Lt; / RTI >
An ion permeable film layer and an electric field passing through the first channel are applied to generate ion concentration polarization (ICP) phenomenon in a portion adjacent to the second channel and the ion permeable film layer, And the particles can be moved by the plurality of valves,
Particle separation concentrator.
제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 밸브는 제 1 밸브, 제 2 밸브, 제 3 밸브 및 제 4 밸브를 포함하고,
상기 제 1 밸브는 상기 제 3 채널의 제 1 영역을 가압하여 상기 제 2 채널 내부의 상기 유체가 상기 이온농도분극 현상에 의해 상기 입자들이 분리농축시키는 동안 상기 제 3 채널로의 확산을 방지하며, 상기 제 2 밸브 및 상기 제 4 밸브는 상기 제 2 채널의 연장방향으로 제 2 영역의 전단 및 후단에 각각 배치시켜 분리농축된 상기 입자들을 고립시키고, 상기 제 3 밸브는 상기 제 2 채널의 상기 제 2 영역을 가압하여 상기 제 3 채널을 통해 고립된 상기 입자들을 분리저장조로 토출시키는, 입자분리농축장치.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of valves includes a first valve, a second valve, a third valve, and a fourth valve,
Wherein the first valve presses a first region of the third channel to prevent diffusion of the fluid within the second channel to the third channel while the particles separate and concentrate by the ion concentration polarization phenomenon, The second valve and the fourth valve are disposed at the front end and the rear end of the second region in the extending direction of the second channel to isolate the separated and enriched particles, 2 region is pressed to discharge the particles isolated through the third channel to the separation and storage tank.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 채널은 전기적으로 평형을 이루도록 접지된, 입자분리농축장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first channel is grounded to be electrically balanced.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 채널 및 상기 제 3 채널의 중간에 단면적이 축소 및 확대되는 병목구간이 반복적으로 형성된 몸체를 포함하는, 입자분리농축장치.
The method according to claim 1,
And a bottleneck section in which the cross-sectional area is reduced and enlarged in the middle of the second channel and the third channel is repeatedly formed.
제 4 항에 있어서,
상기 몸체는 직선유관, 원형유관, 삼각형유관 및 사각형유관 중 적어도 어느 하나의 형상을 가지는, 입자분리농축장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the body has a shape of at least one of a linear oil pipe, a circular oil pipe, a triangular oil pipe, and a rectangular oil pipe.
제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 밸브는 신축성을 가지는 미세유관으로서 공압밸브 및 압력펌프가 연결된, 입자분리농축장치.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of valves are connected to a pneumatic valve and a pressure pump as microtubules having elasticity.
제 1 항 내지 제 6 항 중 적어도 어느 한 항에 의한 상기 입자분리농축장치의 상기 제 2 채널의 일단에 상기 유체를 공급하는 단계;
상기 제 2 채널에 전기장을 인가하여, 상기 제 2 채널과 이온투과막층 사이의 분기점에 인접한 부위에 상기 이온농도분극(ICP;Ion Concentration Polarization) 현상이 발생함으로써 이온공핍영역(ion depletion zone)이 형성되어 상기 유체로부터 상기 입자가 분리되는 단계;
상기 제 1 밸브가 상기 제 3 채널의 제 1 영역을 가압하는 동안 상기 이온농도분극에 의해 상기 입자가 상기 제 2 채널의 제 2 영역 및 상기 제 2 영역과 인접한 영역에서 제 1 입자 및 제 2 입자로 분리농축되는 단계;
상기 제 2 밸브 및 상기 제 4 밸브를 닫아 상기 제 1 입자를 상기 제 2 영역에 고립시키는 단계; 및
상기 제 3 밸브에 의해 상기 제 2 채널의 상기 제 2 영역을 가압하고, 상기 제 1 밸브를 열어 상기 제 1 입자를 상기 분리저장조로 토출시키고, 상기 제 2 입자는 상기 제 2 채널의 타단을 통해서 외부로 배출되거나 상기 입자분리농축장치 내에서 순환되는 단계;
를 포함하는,
입자분리농축 및 토출방법.
Supplying the fluid to one end of the second channel of the particle separation and concentration apparatus according to any one of claims 1 to 6;
An ion depletion zone is formed by applying an electric field to the second channel and causing the ion concentration polarization (ICP) phenomenon to occur at a position adjacent to a branch point between the second channel and the ion permeable film layer Separating the particles from the fluid;
Wherein the ion concentration polarization causes the particles to flow in the second region of the second channel and in the region adjacent to the second region while the first valve presses the first region of the third channel, ≪ / RTI >
Closing the second valve and the fourth valve to isolate the first particles in the second region; And
The second valve is opened by the third valve to discharge the first particle to the separation reservoir by opening the first valve and the second particle is discharged through the other end of the second channel Circulating in the particle separation and concentration apparatus;
/ RTI >
Particle separation and concentration method.
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