KR20180081991A - 3차원 미세입자 분리소자 및 이를 이용한 입자 분리 방법 - Google Patents

3차원 미세입자 분리소자 및 이를 이용한 입자 분리 방법 Download PDF

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Abstract

3차원 미세입자 분리소자 및 이를 이용한 입자 분리 방법을 제공한다. 3차원 미세입자 분리 소자는 양 측단부에 각각 위치하고, 층의 내부를 관통하는 제1 주입구 및 제1 배출구를 구비하는 덮개층, 덮개층의 하부에 위치하고, 제1 주입구 및 제1 배출구와 각각 대응되는 제2 주입구 및 제2 배출구, 제2 주입구와 제2 배출구 사이에 위치하고, 구불구불한 구조를 갖는 주입유로 및 주입유로의 바닥을 관통하는 복수개의 입자포획부들을 구비하는 입자분리층 및 입자분리층의 하부에 위치하고, 입자포획부들의 하부를 연결하는 배출유로를 구비하는 베이스층을 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 수평방향으로는 현탁액이 흐르는 유로와, 수직방향으로는 목표입자를 포획하는 입자포획부를 구비하는 미세입자 분리소자를 제공함으로써, 목표입자의 개별 포획율을 향상시키고, 입자의 변형 또는 손상을 최소화하여 수거 시 목표입자의 순도를 높일 수 있다. 또한, 유체의 흐름 방향을 조절함으로써, 보다 용이한 목표입자 수거 방법을 제공할 수 있다.

Description

3차원 미세입자 분리소자 및 이를 이용한 입자 분리 방법{Three-dimensional microparticle separator and method of separating particles using it}
본 발명은 유체 소자에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 미세입자 분리소자에 관한 것이다.
미세유체 소자는 다양한 크기의 미세 입자를 포함한 분산액을 크기별로 분류하거나 포획하기 위한 소자를 의미한다. 이러한 미세유체 소자는 다양하고 잠재적 용례로 인해 최근 들어 연구자들로부터 점점 더 많은 관심을 끌고 있으며, 예를 들어, 미세 유기 및 무기 입자 분류, 미세 유체 내의 오염물 분리, 혈액 세포 분류, 혈중 암세포 등과 같은 희귀 세포 분리 또는 액상 생체검사(liquid biopsy) 등에 사용될 것으로 전망되고 있다.
일 예로, 미세유체 소자는 복잡한 생물화학적 반응을 수행하여 중요한 화학적 정보 및 생물학적 정보를 획득할 수 있다. 특히, 미세유체 소자는 시료 및 시약의 요구량을 줄이고, 반응의 응답시간을 짧게 하고, 그리고 처분을 위한 생물학적 위험 폐기물의 양을 감소시키는 등 많은 이점을 갖는다.
기존에 이미 미세유체 소자의 구조에 있어서, 막(membrane)필터나 미세 공정으로 만들어진 필터를 이용하여 현탁액에서 특정 크기 이상의 미세 입자를 포획하거나 분리하는 기술들이 상용화 되어왔다.
그러나, 이러한 미세유체 소자의 포획-방출 시스템(trap and release system)은 미세입자가 포획된 후 포획 구간으로의 유체 흐름이 완전히 막히지 않아, 하나의 포획 구간에 여러 개의 미세 입자가 포획되는 현상이 발생한다. 이는 결국 목표 입자의 개별 포획 효율을 저하시키고, 소자 내 동작이 원활하지 못하여 처리량을 감소시키는 결과를 초래한다.
또한, 종래의 미세유체 소자의 경우, 목표입자의 포획과 수거 및 분석 과정이 모두 별도의 공정으로 진행되어 공정 시간이 길어지고, 공정 과정이 복잡해지는 문제점이 있다. 이에 따라, 도중에 목표입자가 유실되거나, 다른 포획 구간에 잡히게 되는 목표입자 수거의 한계가 존재한다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0038201호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 현탁액 내 목표입자의 개별 포획율이 향상되고, 포획된 입자의 수거가 용이한 미세입자 분리소자를 제공하는 데 있다.
또한, 입자의 변형 또는 손상을 최소화하여 수거되는 목표입자의 순도가 증가된 미세입자 분리소자를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 3차원 미세입자 분리소자를 제공한다. 상기 3차원 미세입자 분리소자는, 양 측단부에 각각 위치하고, 층의 내부를 관통하는 제1 주입구 및 제1 배출구를 구비하는 덮개층, 상기 덮개층의 하부에 위치하고, 상기 제1 주입구 및 제1 배출구와 각각 대응되는 제2 주입구 및 제2 배출구; 상기 제2 주입구와 제2 배출구 사이에 위치하고, 구불구불한 구조를 갖는 주입유로; 및 상기 주입유로의 바닥을 관통하는 복수개의 입자포획부들을 구비하는 입자분리층; 및 상기 입자분리층의 하부에 위치하고, 상기 입자포획부들의 하부를 연결하는 배출유로를 구비하는 베이스층을 포함할 수 있다.
상기 주입유로의 일측 단부는 상기 제2 주입구와 연결되고, 상기 입자분리층은, 상기 주입유로의 타측 단부와 연결된 연결구를 더 구비하되, 상기 연결구는 상기 입자분리층을 관통하여 형성된 것일 수 있다. 상기 입자분리층에서, 상기 제2 주입구, 상기 연결구, 상기 제2 배출구 및 상기 입자포획부들은, 일직선 상에 배치된 것일 수 있다.
상기 입자포획부는, 목표입자를 포획하는 포획홀과, 상기 포획홀의 바닥을 관통하되, 상기 포획홀의 폭보다 좁은 폭을 갖는 배출홀을 포함하는 것일 수 있다. 상기 포획홀의 폭은 상기 목표입자의 평균 직경보다는 크고, 상기 배출홀의 폭은 상기 목표입자의 평균 직경보다는 작은 것일 수 있다. 상기 포획홀은 원기둥 또는 반구 형태일 수 있다. 상기 포획홀의 내부의 일측에 검지기가 부착되는 것일 수 있다.
상기 배출유로는 직선의 형상의 유로이고, 상기 배출유로의 일측 단부는 상기 제2 배출구와, 상기 배출유로의 타측 단부는 상기 주입유로 및 상기 제2 주입구가 연결된 지점과 각각 위치적으로 대응되는 것일 수 있다. 상기 배출홀, 연결구 및 제2 배출구의 하부는, 상기 배출유로와 연결된 것일 수 있다.
상기 배출유로는, 제1 높이를 갖는 제1 배출홈과 상기 제1 높이보다 큰 제2 높이를 갖는 제2 배출홈을 갖고, 상기 제1 배출홈은 상기 배출유로의 타측 단부에서부터 상기 연결구가 시작되는 지점까지 형성되고, 상기 제2 배출홈은 상기 연결구가 시작되는 지점부터 상기 배출유로의 일측 단부까지 형성되는 것일 수 있다. 상기 제1 배출홈은, 상기 배출유로의 바닥면에서부터 형성된 둑과 상기 입자분리층 사이의 틈이고, 상기 둑의 너비는 상기 배출유로의 폭 보다는 좁고, 상기 배출홀의 폭보다는 넓게 형성되는 것일 수 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 3차원 미세입자 분리소자 제조방법을 제공한다. 상기 3차원 미세입자 분리소자 제조방법은, 3차원 미세입자 분리 소자를 제공하는 단계, 상기 제1 주입구로 목표입자 및 잔여입자를 포함하는 현탁액이 주입되는 단계 및 상기 목표입자는 상기 포획부에서 포획되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 목표입자보다 크기가 큰 잔여입자는, 상기 주입유로를 따라 흐르다 상기 연결구를 지나 상기 배출유로로 배출되고, 상기 목표입자보다 크기가 작은 잔여입자는, 상기 배출홀을 통과하여 상기 배출유로로 배출되는 것일 수 있다. 상기 배출유로의 역방향으로의 흐름은, 상기 포획홀에 포획된 목표입자를 상기 주입유로로 수거되도록 하는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 수평방향으로는 현탁액이 흐르는 유로와, 수직방향으로는 목표입자를 포획하는 입자포획부를 구비하는 미세입자 분리소자를 제공함으로써, 목표입자의 개별 포획율을 향상시키고, 입자의 변형 또는 손상을 최소화하여 수거 시 목표입자의 순도를 높일 수 있다.
또한, 유체의 흐름 방향을 조절함으로써, 보다 용이한 목표입자 수거 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 분리소자를 나타낸 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I'를 따라 취해진 사시도이다.
도 3은 도 1의 A-A'를 따라 취해진 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 분리소자를 나타낸 분해사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I'를 따라 취한 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 덮개층(300), 상기 덮개층(300)의 하부에 위치하는 입자분리층(200), 상기 입자분리층(200)의 하부에 위치하는 베이스층(100)을 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 덮개층(300), 입자분리층(200) 및 베이스층(100)은 모두 평상(plate shape)의 구조를 가질 수 있으며, 전술된 바와 같은 위치대로 적층된 구조일 수 있다.
상기 덮개층(300)은 상기 미세입자 분리소자의 외부 표면층일 수 있으며, 상기 덮개층(300)의 양 측단부에 각각 위치하고, 상기 덮개층(300)을 관통하는 제1 주입구(301)와 제1 배출구(305)를 구비할 수 있다. 즉, 상기 미세입자 분리소자의 외부 표면에는 하나의 주입구와 하나의 배출구만을 갖는 형상을 나타낼 수 있다.
상기 입자분리층(200)은 양 측단부에 각각 위치하는 제2 주입구(201) 및 제2 배출구(205)와, 상기 제2 주입구(201) 및 제2 배출구(205) 사이에 위치하고, 상기 입자분리층(200) 내에 홈을 내어 형성된 주입유로(202)를 구비하며, 상기 주입유로(202)의 하부에 연결되어 형성된 입자포획부(203)를 구비할 수 있다. 상기 주입유로(202)의 높이는 상기 입자분리층(200)의 두께보다 낮을 수 있다.
상기 제2 배출구(205)는 상기 입자분리층(200)을 관통하고, 상기 덮개층(300)의 제1 배출구(305)와 위치적으로 대응되어 형성될 수 있다. 상기 제2 주입구(201)는 상기 주입유로(202)를 형성하는 홈의 높이와 동일한 높이의 홈으로 형성되고, 상기 덮개층(200)의 제1 주입구(301)와 위치적으로 대응되어 형성될 수 있다.
상기 주입유로(202)의 일측 단부는 상기 제2 주입구(201)와 연결될 수 있으며, 상기 주입유로(202)의 타측 단부는 연결구(204)와 연결될 수 있다. 즉, 상기 연결구(204)는 상기 제2 배출구(205)와는 이격 배치되며, 상기 제2 배출구(205)는 상기 연결구(204)보다도 상기 입자분리층(200)에서 더 외곽방향으로 배치될 수 있다. 상기 연결구(204)는 상기 입자분리층(200)을 관통하여 형성될 수 있다.
상기 주입유로(202)는 상기 제2 주입구(201)에서 상기 연결구(204) 방향으로 구불구불한 형상, 즉, 지그재그 형상으로 배치되되, 하나의 관으로 연결되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 주입유로(202)는, 상기 제2 주입구(201)에서 상기 제2 배출구(205)까지 연결하는 가상의 선이 있다고 가정하였을 때, 상기 주입유로(202)는 상기 가상의 선을 가로지르면서 다수 번 왕복하여 배치될 수 있다. 더 구체적으로, 상기 주입유로(202)는 상기 가상의 선과 십자 형태를 이루며 다수 번 왕복되어 배치되되, 상기 주입유로의 중앙부(202')들이 상기 가상의 선과 각각 대응되어 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 입자분리층(200)의 두께는 10㎛ 내지 50㎛일 수 있으며, 상기 주입유로(202)의 높이는 15㎛ 내지 40㎛, 구체적으로 20㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 또한, 상기 주입유로(202)의 폭(너비)은 15㎛ 내지 40㎛, 구체적으로 20㎛ 내지 30㎛일 수 있다.
상기 입자분리층(200)은 상기 주입유로의 중앙부(202')들의 하부를 관통하는 입자포획부(203)를 더 구비할 수 있다. 상기 입자포획부(203)는, 입자를 포획하는 포획홀(203a)과, 상기 포획홀(203a)의 하부와 연결되고, 상기 포획홀(202a)의 폭보다 좁은 폭을 갖는 배출홀(203b)을 포함할 수 있다.
다시 말해서, 상기 입자포획부(203), 구체적으로 상기 포획홀(203a)은 상기 주입유로의 중앙부(202')의 하부에 연결되고, 상기 주입유로의 중앙부(202')에서 상기 포획홀(203a)을 지나 상기 배출홀(203b)까지 상기 입자분리층(200)을 관통하여 연결될 수 있다.
이에 따라, 상기 입자포획부(203)에는 상기 포획홀(203a)의 폭보다는 작고, 상기 배출홀(203b)의 폭보다는 큰 목표입자들이 포획될 수 있으며, 상기 목표입자 보다 크기가 작은 잔여입자들은 상기 배출홀(203b)을 통하여 배출될 수 있다. 상기 목표입자의 포획 및 분리 방법에 대하여는 후술되는 도 3을 통하여, 보다 구체적으로 서술하기로 한다.
상기 베이스층(100)은 상기 입자포획부(203), 구체적으로 상기 배출홀들(203b), 상기 연결구(204) 및 상기 제2 배출구(205)의 하부를 서로 연결하는 배출유로(102)를 구비할 수 있다.
구체적으로, 상기 배출유로(102)는 일정 높이의 홈을 가지는 직선의 형상이고, 상기 배출유로(102)의 일측 단부는 상기 입자분리층(200)의 상기 제2 배출구(205)와 대응되고, 상기 배출유로(102)의 타측 단부는, 상기 입자분리층(200)의 상기 제2 주입구(201)와 상기 주입유로(202)가 연결되는 지점에 대응되어 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수개의 입자포획부(203)들의 하부, 구체적으로, 상기 배출홀(203b)들의 하부와, 상기 연결구(204) 및 상기 제2 배출구(205)의 하부는 모두 직선형상의 하나의 배출유로(102)와 연결될 수 있다.
다시 말해서, 상기 주입유로의 중앙부(202'), 입자포획부(203) 및 배출유로(102)는 수직으로 모두 연결될 수 있으며, 상기 연결구(204) 및 상기 제2 배출구(205) 또한, 수직으로 연결될 수 있다. 상기 배출유로의 길이는 30㎛ 내지 10000㎛일 수 있다. 상기 배출유로의 폭은 40㎛ 내지 120㎛ 일 수 있다.
구체적으로, 상기 배출유로(102)는 제1 높이(Hb)를 갖는 제1 배출홈(103)과, 상기 제1 높이(Hb)보다 큰 제2 높이(Ha)를 갖는 제2 배출홈(104)을 가질 수 있다. 상기 제1 배출홈(103)은 상기 배출유로(102)의 일측 단부에서부터 상기 연결구(204)가 시작되는 지점까지 대응되어 형성될 수 있으며, 상기 제2 배출홈(104)은 상기 연결구(204)가 시작되는 지점부터 상기 배출유로(102)의 타측 단부까지 형성될 수 있다.
상기 제1 배출홈(103)은 상기 배출유로(102)의 바닥면에서부터 형성된 둑(105)에 의하여 형성된 틈일 수 있다. 다시 말해서, 상기 제1 배출홈(103)은 상기 둑(105)과 상기 입자분리층(200) 사이의 매우 좁은 틈을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 높이(Hb), 즉, 상기 제1 배출홈(103)의 깊이는, 1μm 내지 30μm, 일 예로, 5μm일 수 있다. 상기 둑(105)의 너비는 상기 배출유로(102)의 폭 보다는 좁고, 상기 배출홀(203b)의 폭 보다는 조금 넓게 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 둑(105)의 너비는 30μm일 수 있다.
상기 둑(105)은 목표입자, 구체적으로, 세포, 혈구 등과 같이 변형이 쉬운 목표입자(400)가 상기 포획홀(203a)에 포획되었을 때, 포획 후에도 변형 등에 의하여 상기 배출홀(203b)로 상기 목표입자(400)가 유실되는 현상을 방지하는 효과를 발휘할 수 있다. 이와 동시에, 상기 배출홀(203b) 및 상기 둑(105) 사이의 틈, 즉, 상기 제1 배출홈(103)과, 상기 배출유로(102) 내의 상기 둑(102)이 형성되지 않은 부분의 틈으로는, 상기 목표입자(400)보다 크기가 작은 잔여입자 및 이를 포함하는 현탁액이 빠져나갈 수 있도록 할 수 있다.
상기 제2 높이(Ha), 즉, 상기 제2 배출홈(104)의 깊이는 15㎛ 내지 40㎛일 수 있다. 상기 제1 높이(Hb)와 상기 제2 높이(Ha)의 차이는 1㎛ 내지 39㎛일 수 있다. 이때, 상기 제1 높이(Hb)와 상기 제2 높이(Ha)의 차이는, 상기 제2 배출구(205)로 주입된 유체의 흐름(y 방향)이 상기 제2 배출홈(104)에 도달하였을 때, 상기 연결구(204) 방향으로의 유체의 압력(y'방향)과, 상기 제1 배출홈(103)으로의 유체의 압력(x'방향)의 차가 크지 않아서, 이 두 방향으로의 유체 흐름이 동시에 형성할 수 있도록 할 수 있다. 이러한 유체의 흐름들은 목표입자 및 잔여입자를 보다 용이하게 수거할 수 있도록 한다. 상기 입자들의 수거방법에 대하여는 보다 자세히 후술하기로 한다.
이하, 목표입자의 분리 및 수거방법을 설명하기로 한다. 상기 제1 주입구(301)에 현탁액을 주입하면, 상기 제2 주입구(201)를 지나 상기 주입유로(202)를 따라 흐르면서, 상기 현탁액 내의 목표입자(400)는 상기 입자포획부(203), 구체적으로, 포획홀(203a)에 포획될 수 있다. 이때, 상기 현탁액의 흐름 중 주입유로(202)를 따라 흐르는 유체(현탁액)(x 방향)의 저항은 상기 포획홀(203a)로 흐르는 유체(y 방향)의 저항보다 더 클 수 있다. 이에 따라, 상기 현탁액의 흐름이 상기 포획홀(203a)을 만나면, 상기 포획홀(203a) 내에 목표입자(400)가 포획될 때까지 상기 주입유로(202)보다는 주로 상기 포획홀(203)내로 상기 목표입자(400)보다 작은 입자들을 포함한 현탁액이 흐를 수 있다.
상기 목표입자(400)가 상기 포획홀(203a)에 포획된 후에는, 상기 목표입자(400)보다 큰 잔여입자들과 더불어서 현탁액은 주입유로를 따라 흐를 수 있다. 이후, 현탁액이 다시 포획홀(203a)을 만나면, 위의 과정을 되풀이할 수 있다. 따라서, 모든 포획홀(203a)에 목표입자가 차례로 포획될 수 있다.
상기 포획홀(203a)에 포획되지 못한 상기 목표입자(400)보다 크기가 큰 잔여입자들은 상기 연결구(204)를 지나 상기 제2 배출홈(104)으로 배출될 수 있다. 상기 목표입자(400)보다 크기가 작은 잔여입자들 및 이를 포함하는 현탁액은 상기 배출홀(202b)을 지나 배출유로(102)를 따라 흐르고, 제2 배출홈(104)으로 배출될 수 있다.
상기 제2 배출홈(104)으로 배출된 목표입자 외의 잔여입자들을 수거하는 방법으로는, 상기 제1 주입구(301)에 버퍼액 등을 흘려주면 제2 주입구(201)를 통과하여 주입유로(202)의 흐름(x 방향)을 따라 흐르다가, 상기 연결구(204), 제2 배출홈(104)을 지나 상기 제2 배출구(205)로 함께 배출될 수 있다.
상기 현탁액은 유기 입자, 무기 입자 또는 이들의 조합을 포함하는 유체일 수 있으며, 예컨대, 상기 현탁액은 혈액 또는 오염물일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일 예로, 상기 현탁액은 혈액일 수 있다. 상기 목표입자는 유기 입자 또는 무기 입자일 수 있다. 예컨대, 상기 목표입자는 세포, 구체적으로는 혈중 암세포일 수 있다.
도 3은 도 1의 A-A'를 따라 취해진 단면도이다.
도 3과, 도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 현탁액이 상기 주입유로(202)를 따라 흐르면(x 방향), 상기 현탁액 내의 입자들 중, 목표입자(400)는 입자포획부(203), 구체적으로는 포획홀(203a)에 포획될 수 있다. 이때, 상기 포획홀(203a)의 폭(W)은 상기 목표입자(400)의 평균 직경보다는 크며, 상기 포획홀(203a)의 하부에 연결된 배출홀(203b)의 폭(W')은 상기 목표입자(400)의 평균 직경보다는 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 목표입자(400)만이 상기 포획홀(203a)에 개별 포획될 수 있다.
이때, 상기 둑(105)은 상기 목표입자(400)가 상기 포획홀(203a)에 포획된 후에 가해지는 현탁액의 유압으로 인해 상기 포획홀(203a)의 하부 방향으로 빠져나가거나, 특히, 세포와 같이 변형성이 큰 입자들의 경우 현탁액의 유압으로 인해 입자에 손상을 입는 것을 방지하는 효과를 발휘할 수 있다.
예를 들어, 상기 포획홀(203a)의 폭(W)은 15㎛ 내지 40㎛, 구체적으로는 30㎛일 수 있다. 상기 포획홀(203a)의 높이(H)는 6㎛ 내지 30㎛, 구체적으로는 50㎛일 수 있다. 상기 포획홀(203a)의 종횡비(aspect ratio), 즉, 상기 포획홀(203a)의 폭(W)에 대한 높이(H)의 비는, 상기 목표입자(400)가 상기 포획홀(203a)에 포획된 후에 다시 상기 주입유로(202)로 유실되는 것을 방지하도록 설정될 수 있다. 일 예로, 상기 포획홀(203a)의 폭(W)에 대한 높이(H)의 비는 1 이상일 수 있다. 이 경우, 상기 목표입자(400)가 상기 포획홀(203a) 내에 포획된 후, 상기 주입유로(202) 내로 노출되지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 목표입자(400) 위를 지나는 유체의 흐름에 의해 상기 목표입자(400)가 손상되거나, 유체의 흐름으로 빨려들어가지 않을 수 있다.
상기 배출홀(203b)의 폭(W')은 목표입자(400)가 빠져나가지 못하면서도 목표입자(400)보다 평균직경이 작은 입자들이 배출될 수 있는 크기로 설정될 수 있다. 일 예로, 상기 배출홀(203b)의 폭(W')은 1㎛ 내지 20㎛, 구체적으로는 8㎛일 수 있다.
상기 포획홀(203a)은 원기둥 또는 반구 형상일 수 있으며, 구체적으로는 반구 형상을 가질 수 있다. 상기 배출홀(203b)은 원기둥 형상일 수 있다. 상기 원기둥 형상의 배출홀(203b)은 상기 포획홀(203a)에 목표입자가 포획되었을 때, 상기 배출홀(203b) 내부 공간에는 더 이상 현탁액이 흐를 틈이 없도록 하여, 다른 입자가 중복 포획되지 않도록 하는 효과를 발휘할 수 있다.
상기 포획홀(203a)의 하부에는 검지기, 예를 들어, 센서, 전극 등이 부착될 수 있다. 이에 따라, 상기 목표입자의 포획과 동시에 실시간으로 계수 또는 분석이 가능하도록 하여, 입자의 분류, 포획, 수거 및 분석까지의 소요시간을 줄일 수 있으며, 특히, 시간이 지속됨에 따라 생존성의 문제를 갖는 세포와 같은 입자의 경우, 공정시간의 단축에 의하여 큰 이점을 가질 수 있다.
한편, 상기 주입유로(202)는 상기 제2 주입구(201)에서 상기 연결구(204)까지 중도에 단절됨 없는 하나의 관으로 형성됨으로써, 상기 포획홀(203a)에 입자가 포획된 후에도 상기 현탁액이 계속해서 원활히 흐를 수 있어, 상기 주입유로(202) 내부 또는 상기 포획홀(203a)에서의 현탁액 또는 목표입자 이외의 입자들에 의한 막힘 현상을 줄일 수 있다. 이에 따라, 목표입자의 처리량을 증가시키는 효과를 발휘할 수 있다.
도 2만을 다시 참조하면, 상기 포획홀(203a)에 목표입자(400)들이 각각 개별 포획된 후에는, 상기 배출유로(102)에서 역방향(x'방향)으로 버퍼액 등과 같은 유체를 흘려주어, 상기 개별 포획된 목표입자(400)들을 수거할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 배출구(305)에 버퍼액을 흘려주면, 상기 버퍼액은 제2 배출구(205)를 통하여 흐르면서(y 방향) 상기 제2 배출홈(104)에 도달할 수 있다. 상기 제2 배출홈(104)에 도달한 상기 버퍼액은, 상기 연결구(204) 방향(y'방향)으로 흐름과 동시에, 상기 제1 배출홈(103) 방향(x'방향)으로 흐를 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 배출홈(103) 방향(x'방향)으로 흐르는 상기 버퍼액의 압력에 의해 상기 포획홀(203a)에 포획되어 있던 목표입자(400)들이 상기 주입유로(202), 구체적으로는 상기 포획홀(203a)의 상부와 접하는 주입유로(202) 내부로 다시 올라올 수 있다. 이에 따라, 상기 연결구(204)에 도달된 버퍼액과 함께 상기 주입유로(202) 내로(x'방향) 흐르면서 제2 주입구(201)를 지나 제1 주입구(301)로 배출될 수 있다. 이때, 상기 제1 주입구(301)에 흡입기 등을 사용하여, 상기 버퍼액의 역방향의 흐름을 보다 원활히 하여 목표입자(400)의 수거율을 높일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 분리소자는, 기존의 미세유체 소자와 같이 목표입자들을 수거하는 별도의 단계를 거치지 않고도, 단순히 유체의 흐름 방향만을 조절하여 상기 목표입자(400)들을 보다 용이한 방법으로 수거할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 베이스층 102: 배출유로
103: 제1 배출홈 104: 제2 배출홈
105: 둑
200: 입자분리층 201: 제2 주입구
202: 주입유로 202': 주입유로의 중앙부
203: 입자포획부 203a: 포획홀
203b: 배출홀 204: 연결구
205: 제2 배출구
300: 덮개층 301: 제1 주입구
305: 제1 배출구 400: 목표입자
W: 포획홀의 폭 H: 포획홀의 높이
W': 배출홀의 폭 Hb: 제1 배출홈의 깊이
Ha: 제2 배출홈의 깊이
x 방향: (평행한)유체의 흐름
x'방향: (평행한)유체의 역방향 흐름
y 방향: (수직한)유체의 흐름
y'방향: (수직한)유체의 역방향 흐름

Claims (14)

  1. 양 측단부에 각각 위치하고, 층의 내부를 관통하는 제1 주입구 및 제1 배출구를 구비하는 덮개층;
    상기 덮개층의 하부에 위치하고,
    상기 제1 주입구 및 제1 배출구와 각각 대응되는 제2 주입구 및 제2 배출구; 상기 제2 주입구와 제2 배출구 사이에 위치하고, 구불구불한 구조를 갖는 주입유로; 및 상기 주입유로의 바닥을 관통하는 복수개의 입자포획부들을 구비하는 입자분리층; 및
    상기 입자분리층의 하부에 위치하고, 상기 입자포획부들의 하부를 연결하는 배출유로를 구비하는 베이스층을 포함하는, 3차원 미세입자 분리소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주입유로의 일측 단부는 상기 제2 주입구와 연결되고,
    상기 입자분리층은, 상기 주입유로의 타측 단부와 연결된 연결구를 더 구비하되, 상기 연결구는 상기 입자분리층을 관통하여 형성된 것인, 3차원 미세입자 분리소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 입자분리층에서,
    상기 제2 주입구, 상기 연결구, 상기 제2 배출구 및 상기 입자포획부들은, 일직선 상에 배치된 것인, 3차원 미세입자 분리소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 입자포획부는, 목표입자를 포획하는 포획홀과, 상기 포획홀의 바닥을 관통하되, 상기 포획홀의 폭보다 좁은 폭을 갖는 배출홀을 포함하는 것인, 3차원 미세입자 분리소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 포획홀의 폭은 상기 목표입자의 평균 직경보다는 크고, 상기 배출홀의 폭은 상기 목표입자의 평균 직경보다는 작은 것인, 3차원 미세입자 분리소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 포획홀은 원기둥 또는 반구 형태인, 3차원 미세입자 분리소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 포획홀의 내부의 일측에 검지기가 부착되는 것인, 3차원 미세입자 분리소자.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 배출유로는 직선의 형상의 유로이고,
    상기 배출유로의 일측 단부는 상기 제2 배출구와, 상기 배출유로의 타측 단부는 상기 주입유로 및 상기 제2 주입구가 연결된 지점과 각각 위치적으로 대응되는 것인, 3차원 미세입자 분리소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배출홀, 연결구 및 제2 배출구의 하부는, 상기 배출유로와 연결된 것인 3차원 미세입자 분리소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배출유로는, 제1 높이를 갖는 제1 배출홈과 상기 제1 높이보다 큰 제2 높이를 갖는 제2 배출홈을 갖고,
    상기 제1 배출홈은 상기 배출유로의 타측 단부에서부터 상기 연결구가 시작되는 지점까지 형성되고,
    상기 제2 배출홈은 상기 연결구가 시작되는 지점부터 상기 배출유로의 일측 단부까지 형성되는 것인, 3차원 미세입자 분리소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 배출홈은,
    상기 배출유로의 바닥면에서부터 형성된 둑과 상기 입자분리층 사이의 틈이고,
    상기 둑의 너비는 상기 배출유로의 폭 보다는 좁고, 상기 배출홀의 폭보다는 넓게 형성되는 것인, 3차원 미세입자 분리소자.
  12. 제1항에 의한 3차원 미세입자 분리 소자를 제공하는 단계,
    상기 제1 주입구로 목표입자 및 잔여입자를 포함하는 현탁액이 주입되는 단계; 및
    상기 목표입자는 상기 포획부에서 포획되는 단계를 포함하는, 입자 분리 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 목표입자보다 크기가 큰 잔여입자는, 상기 주입유로를 따라 흐르다 상기 연결구를 지나 상기 배출유로로 배출되고,
    상기 목표입자보다 크기가 작은 잔여입자는, 상기 배출홀을 통과하여 상기 배출유로로 배출되는 것인 입자 분리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 배출유로의 역방향으로의 흐름은, 상기 포획홀에 포획된 목표입자를 상기 주입유로로 수거되도록 하는 것인 입자 분리 방법.
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