KR20190070635A

KR20190070635A - 버블 유입 방지용 시료주입 장치

Info

Publication number: KR20190070635A
Application number: KR1020170171352A
Authority: KR
Inventors: 한기호; 조형석
Original assignee: 인제대학교 산학협력단
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2019-06-21
Also published as: KR102039230B1

Abstract

본 발명은 버블 유입 방지용 시료주입 장치에 관한 것으로서, 시료가 주입되는 시료 주입구, 상기 시료 주입구에서 메인 채널을 연결하는 시료주입 채널을 포함하는 미세유체 채널이 형성되는 상부 패널과, 상기 미세유체 채널의 어느 일부에 형성되어 유체 내 포함된 버블을 붙잡아 둘 수 있는 버블 유입 방지수단과, 상기 미세유체 채널의 하면에 부착되어 상기 미세유체 채널을 통과하는 유체에 포함된 버블을 제거하기 위한 다공성 박막과, 상기 상부 패널 및 상기 다공성 박막의 하면에 접촉하며, 상기 다공성 박막을 통하여 빠져나오는 버블을 외부로 배출하기 위한 통로가 구비되는 하부 패널과, 상기 다공성 박막이 부착된 미세유체 채널이 상기 하부 패널과 진공상태로 부착되도록 상기 상부 패널과 하부 패널을 진공 흡착하기 위한 진공흡착수단을 포함함으로써, 마이크로 플루이딕 기술 기반의 센서, 분리, 측정, 세포 배양, 분석 등의 디바이스들의 유체 채널 내에 발생하는 버블을 제거하여 채널 내에서 유체의 흐름이 방해되거나 유체가 차지해야 할 부피를 버블이 차지하는 것을 방지함으로써, 혈액분석, 세포분리, 측정 등 특정 기능의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

버블 유입 방지용 시료주입 장치{Sample injection device for preventing inflow of bubbles}

본 발명은 버블 유입 방지용 시료주입 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마이크로 플루이딕 기술 기반의 센서, 분리, 측정, 세포 배양, 분석 등의 디바이스들의 유체 채널 내에 발생하는 버블을 제거하여 채널 내에서 유체의 흐름이 방해되거나 유체가 차지해야 할 부피를 버블이 차지하는 것을 방지함으로써, 혈액분석, 세포분리, 측정 등 특정 기능의 효율을 크게 향상시킬 수 있는 버블 유입 방지용 시료주입 장치에 관한 것이다.

최근, 생명공학분야에서는 미세유체 채널을 포함하는 미세유체 소자 (microfluidics chip)를 이용한 실험 및 분석기술에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

특히, 시료 중 원하는 성분만을 분석하거나, 혼합물에서 특정 성분만을 정제하기 위한 분리 기술은 시료의 전처리 과정에서 매우 중요하다. 특히, 미세 유로, 혼합기, 펌프, 벨브 등을 단일 칩에 집적화하여 소량의 시료를 고속, 고효율로 처리하고자 하는 개념인 랩온어칩(Lab-on-a-chip)에서도 정제 및 분리와 같은 시료 준비 과정은 하위 분석 과정에 앞서 선행되어야 할 핵심 기술이다.

또한, 생물학 또는 의학적 분석에 있어 중요한 세포에 기반한 임상진단(Cell-based diagnostics)은 혈액 분석, 세포 연구, 미생물 분석, 그리고 조직 이식으로 이루어진다. 생명공학 분야와 관련해서 많은 관심을 가지는 부분으로 혈액관련 연구가 있다. 인체 내 혈관에서의 혈액유동에 대한 해석이나 측정분야가 있고 혈액의 분리와 혈액분석을 통한 검사방법의 개발 등에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다.

혈액은 크게 적혈구(Red blood cell), 백혈구(White blood cell), 혈소판(Blood platelet), 혈장(Blood plasma)으로 구성되는데, 많은 경우 적혈구나 백혈구와 같은 세포를 별도로 분리하여 배양한 후 검사할 수 있다.

그러나, 통상 마이크로 플루이딕 기술 기반의 센서, 분리, 측정, 세포 배양, 분석 등의 디바이스들은 필연적으로 불필요한 미세 버블(fine bubble)이 채널(channel) 내부에 생기는 문제점이 있다. 이러한 미세 버블들은 채널 내부를 막게 되고 유체의 흐름을 방해하거나 유체가 차지해야 할 부피를 차지함으로 분석, 분리, 측정 등 특정 기능의 효율을 저하시킨다.

이를 방지하기 위해, 기존에는 디바이스의 작동 전 에탄올, 메탄올 등과 같은 물질을 채널 내부에 주입하여 채워 놓은 후, 주입 할 샘플 및 버퍼용액 등을 작업자의 손으로 정교한 처리 과정을 통해 미세 버블을 최대한 생기지 않게 한 후 디바이스에 주입하는 방법을 사용하기도 하였다.

그러나, 이는 미세유체 채널 내부를 친수성으로 바꾸는 시약을 처리하는 번거로운 과정이 필요하고, 정교한 처리 과정을 통하더라도 샘플 및 버퍼용액 내부에 존재하는 초미세 버블은 제거할 수 없으며, 이것은 유체의 흐름에 따라 채널 내부로 들어오게 되어 디바이스 작동에 치명적인 영향을 미치게 되는 문제점을 그대로 갖고 있었다.

또한, 기존에는 샘플을 주입하기 전, 유체 내 버블을 제거하는 장치를 거친 후 디바이스에 주입하는 방식으로 버블을 제거하기도 하였으나, 이는 미세 버블을 제거하기 위한 별도의 장비가 부수적으로 필요한 단점이 있었다.

이에, 샘플 및 버퍼용액 내부에 존재하는 초미세 버블까지 제거할 수 있으면서도 별도의 장비 없이 디바이스 자체로 유체 내 버블을 제거함으로써, 디바이스가 특정 목적을 위해 작동함과 동시에 버블이 제거되는 형태의 장치가 요구되는 상황이며, 본 출원인은 이에 대한 연구를 거듭한 결과, 본 발명을 완성하게 되었다.

대한민국공개특허 제2013-0002784호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 마이크로 플루이딕 기술 기반의 센서, 분리, 측정, 세포 배양, 분석 등의 디바이스들의 유체 채널 내에 발생하는 미세 버블을 제거하여, 채널 내에서 유체의 흐름이 방해되거나 유체가 차지해야 할 부피를 미세 버블이 차지하는 것을 방지함으로써, 분석, 분리, 측정 등 특정 기능의 효율을 크게 향상시킬 수 있는 버블 유입 방지용 시료주입 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 디바이스 자체로 유체 내 버블을 제거하여, 유체 내 버블 제거 및 디바이스의 구동이 동시에 가능하므로, 버블을 제거하기 위한 별도의 장치가 불필요한 버블 유입 방지용 시료주입 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 시료가 주입되는 시료 주입구, 상기 시료 주입구에서 메인 채널을 연결하는 시료주입 채널을 포함하는 미세유체 채널이 형성되는 상부 패널과, 상기 미세유체 채널의 어느 일부에 형성되어 유체 내 포함된 버블을 붙잡아 둘 수 있는 버블 유입 방지수단과, 상기 미세유체 채널의 하면에 부착되어 상기 미세유체 채널을 통과하는 유체에 포함된 버블을 제거하기 위한 다공성 박막과, 상기 상부 패널 및 상기 다공성 박막의 하면에 접촉하며, 상기 다공성 박막을 통하여 빠져나오는 버블을 외부로 배출하기 위한 통로가 구비되는 하부 패널과, 상기 다공성 박막이 부착된 미세유체 채널이 상기 하부 패널과 진공상태로 부착되도록 상기 상부 패널과 하부 패널을 진공 흡착하기 위한 진공흡착수단을 포함하는 버블 유입 방지용 시료주입 장치가 제공된다.

상기 버블 유입 방지수단은 상기 시료주입 채널 내부에 형성되어 상기 시료 내 포함된 버블이 상기 메인 채널로 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 버블을 붙잡아 둘 수 있는 기둥을 포함할 수 있다.

또한, 상기 버블 유입 방지수단은 상기 기둥이 형성된 시료주입 채널의 전방에 형성되어 상기 시료가 우회하여 상기 메인 채널로 유입될 수 있도록 하는 바이패스 채널을 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 바이패스 채널은 상기 기둥이 형성된 상기 시료주입 채널의 전방과 후방을 연결하도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 기둥은 상기 시료주입 채널의 폭방향 또는 유체흐름방향으로 복수개가 형성되고, 상기 기둥들 사이의 틈에 의해 시료의 흐름은 가능하면서도 버블은 기둥에 의해 붙잡히는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 기둥은 상기 바이패스 채널이 시작되는 지점에도 설치될 수 있다. 이 경우, 버블이 바이패스 채널로 유입되는 것을 방지할 수 있게 된다.

본 발명에서, 상기 바이패스 채널은 시료의 방향을 상기 바이패스 채널로 유도하기 위해 일정한 곡률의 곡면부로 형성될 수 있다.

또한, 상기 바이패스 채널은 상기 시료주입 채널에 병렬로 다수개가 형성될 수 있다.

한편, 상기 미세유체 채널은 버퍼용액이 주입되는 버퍼용액 주입구, 상기 버퍼용액 주입구에서 메인 채널을 연결하는 버퍼용액 채널을 더 포함하며, 상기 기둥은 상기 버퍼용액 채널 내부에 형성되고, 상기 기둥이 형성된 버퍼용액 채널의 전방에는 상기 버퍼용액이 우회하여 상기 메인 채널로 유입될 수 있는 바이패스 채널이 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 다공성 박막을 통하여 빠져나오는 미세 버블을 외부로 배출하기 위한 통로가 마련되도록 상기 하부 패널의 표면 위에는 일정한 간격으로 형성되는 패턴들이 돌출형성될 수 있다.

이 경우, 상기 패턴들은 상기 하부 패널 표면 위에 일체로 형성되거나, 패터닝된 박막을 부착하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 다공성 박막은 상기 미세유체 채널을 흐르는 유체는 통과시키지 않으면서 유체 내 포함된 미세 버블만 통과되어 상기 하부 패널 측으로 나오도록 소수성을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 다공성 박막은 소수성 재질로 이루어지거나 상기 다공성 박막 표면에 소수성 물질의 처리를 통해 소수성을 갖도록 할 수 있다.

이를 위해, 상기 다공성 박막의 재질은 폴리디메틸실록산(PDMS; polydimethyl siloxane), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene Terephthalate), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 폴리메타크릴산 메틸(PMMA; Poly(methyl methacrylate)), 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리스티렌 (polystyrene), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate), 고분자 플라스틱, 유리, 종이 및 세라믹 중 적어도 어느 하나 이상의 선택된 재질을 포함할 수 있다.

한편, 상기 진공흡착수단은 상기 상부 패널의 하면에 형성되는 진공홈과, 상기 진공홈과 연통되어 상기 다공성 박막이 부착된 미세유체 채널이 상기 하부 패널과 진공상태로 부착되도록 상기 진공홈에 진공을 인가하는 진공흡입홀을 포함할 수 있다.

상기 진공홈은 상기 미세유체 채널 및 상기 다공성 박막의 주변을 감싸는 형태로 형성되고, 상기 진공흡입홀은 상기 상부 패널의 상면 또는 측면에 연통되도록 형성될 수 있다.

이와 같은 본 발명에서는 마이크로 플루이딕 기술 기반의 센서, 분리, 측정, 세포 배양, 분석 등의 디바이스들의 유체 채널 내에 발생하는 미세 버블을 제거하여, 채널 내에서 유체의 흐름이 방해되거나 유체가 차지해야 할 부피를 미세 버블이 차지하는 것을 방지함으로써, 혈액 분석, 세포 연구, 미생물 분석 등 생명공학 분야와 관련한 기능의 효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 디바이스 자체로 유체 내 버블을 제거하여, 유체 내 버블 제거 및 디바이스의 구동이 동시에 가능하므로, 버블을 제거하기 위한 별도의 장치가 불필요하여 종래의 기술에 비해 비용적인 측면에서 매우 유리한 장점이 있다.

또한, 유체 내 버블을 제거하는 구조가 간단하여 제작 및 양산이 용이하므로, 다양한 기술에서 범용적으로 사용이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 버블 유입 방지용 시료주입 장치의 일실시예를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 일실시예의 결합 사시도이다.
도 3은 도 2에서의 A-A' 단면을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 미세유체 채널이 형성된 상부 패널의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 시료주입 장치의 실제 샘플을 나타내는 사진이다.
도 6은 도 5에 나타낸 실제 샘플을 이용하여 세포를 분리하는 모습을 나타내는 사진이다.
도 7은 본 발명에서 다공성 박막의 두께에 따라 미세 버블이 없어지는 속도를 나타내는 그래프이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 버블 유입 방지용 시료주입 장치의 일실시예를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 일실시예의 결합 사시도이고, 도 3은 도 2에서의 A-A' 단면을 나타내는 단면도이다.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명의 시료주입 장치는 크게 상부 패널(100), 다공성 박막(200) 및 하부 패널(300)을 구비한다.

상기 상부 패널(100)은 유체가 통과하는 미세유체 채널(110)을 포함하는 것으로서, 실리콘 고무(PDMS), 플라스틱 등의 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명에서, 상기 미세유체 채널(110)은 시료가 주입되는 시료 주입구(140), 버퍼용액이 주입되는 버퍼용액 주입구(150), 메인 채널(160), 상기 시료 중 원하는 세포가 분리되어 배출되는 제1 배출구(170), 나머지 용액이 배출되는 제2 배출구(180)를 포함하는 것으로, 본 발명에서는 시료 중 원하는 성분(세포)만을 분석하거나, 혼합물에서 특정 성분만을 정제하기 위한 분리 기술에 사용되는 미세유체 채널을 일실시예로 제시하여 본 발명의 구성을 설명하나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, 상기 미세유체 채널(110)은 마이크로 플루이딕 기술 기반의 센서, 분리, 측정, 세포 배양, 분석 등의 디바이스에 적용되는 모든 시료주입 장치 내에서의 채널이 포함될 수 있으며, 혈액분석, 세포분리, 측정 등 특정 기능의 효율을 크게 향상시킬 수 있도록 미세유체 채널 내에 발생하는 버블을 제거하는데 본 발명의 특징이 있다.

본 발명의 일실시예로 제시하는 상기 미세유체 채널(110)은 상기 시료 주입구(140)와 버퍼용액 주입구(150)가 각각 한 개씩 구비되며, 상기 시료 주입구(140)와 버퍼용액 주입구(150)를 통해서 흘러들어간 시료와 버퍼용액은 각각 시료주입 채널(142)과 버퍼용액 채널(152)을 통해 메인 채널(160)에 유입되도록 상기 시료주입 채널(142)과 버퍼용액 채널(152)의 후단부가 만나는 지점에서 메인 채널(160)과 연결되는 형태를 갖는다.

또한, 상기 메인 채널(160)의 후단부에는 상기 제1 배출구(170), 제2 배출구(180)와 각각 연결되는 제1 배출채널(172), 제2 배출채널(182)이 연결되어 메인 채널(160)을 통과하면서 분리된 세포 또는 나머지 용액을 각각의 배출구를 통해서 배출하는 형태를 갖는다.

이와 같은 본 발명의 미세유체 채널(110)은 상기 상부 패널(100)의 하면에 소정 깊이로 형성되는 홈 형상으로 이루어진다. 즉, 상기 미세유체 채널(110)을 이루는 시료주입 채널(142), 버퍼용액 채널(152), 메인 채널(160), 제1 배출채널(172) 및 제2 배출채널(182)은 상기 상부 패널(100)의 하면에 소정 깊이의 홈으로 이루어지고, 상기 다공성 박막(200)이 상기 홈의 하면에 부착됨으로써 유체가 흘러갈 수 있는 미세유체 채널(110)이 형성되는 것이다.

한편, 본 발명에서는 상기 미세유체 채널(110)의 어느 일부에 유체 내 포함된 버블을 붙잡아 둘 수 있는 버블 유입 방지수단이 형성된다.

상기 버블 유입 방지수단은 상기 시료주입 채널(142) 내부에 형성되어 상기 시료 내 포함된 버블이 상기 메인 채널(160)로 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 버블을 붙잡아 둘 수 있는 기둥(142a)과, 상기 기둥(142a)이 형성된 시료주입 채널(142)의 전방에 형성되어 상기 시료가 우회하여 상기 메인 채널(160)로 유입될 수 있도록 하는 바이패스 채널(144)을 포함하며, 이에 대해 상세한 설명은 후술하고자 한다.

한편, 본 발명의 다공성 박막(200)은 상기 미세유체 채널(110)을 흐르는 유체는 통과시키지 않으면서 유체 내 포함된 미세 버블만 통과되어 상기 하부 패널(300) 측으로 빠져나오도록 하는 것으로서, 이와 같이 상기 미세유체 채널(110)의 하면에 다공성 박막(200)을 부착함으로써, 상기 미세유체 채널(110)을 흐르는 유체 중 미세 버블이 상기 다공성 박막(200)을 통해 하부 패널(300) 측으로 빠져나와 시료 및 버퍼용액 내부에 존재하는 미세 버블을 제거할 수 있는 것이다.

이를 위해, 상기 다공성 박막(200)은 상기 미세유체 채널(110)을 흐르는 유체는 통과시키지 않으면서 유체 내 포함된 미세 버블만 통과되어 상기 하부 패널(300) 측으로 빠져나오도록 소수성을 갖는 것을 특징으로 한다.

즉, 상기 유체가 미세유체 채널(110)을 흐르면서 상기 다공성 박막(200) 위를 지나갈 때 상기 박막(200)은 소수성이기 때문에 상기 미세유체 채널(110)을 흐르는 유체는 다공성 박막(200)의 기공을 통하여 빠져 나가지 않고 그대로 흐르며, 이에 반해, 유체 내의 미세 버블은 소수성의 다공성 박막(200)의 기공을 통하여 빠져나가는 것이다.

본 발명에서, 상기 다공성 박막(200)은 소수성 재질로 이루어지거나 상기 다공성 박막(200) 표면에 소수성 물질의 처리를 통해 소수성을 갖게 할 수도 있다.

상기 다공성 박막(200)은 유리, 폴리머, 종이 등 다양한 재질의 것이 모두 적용가능하며, 예를 들어, 폴리디메틸실록산(PDMS; polydimethyl siloxane), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene Terephthalate), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 폴리메타크릴산 메틸(PMMA; Poly(methyl methacrylate)), 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리스티렌 (polystyrene), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate), 고분자 플라스틱, 유리, 종이 및 세라믹 중 적어도 어느 하나 이상의 선택된 재질을 포함할 수 있다.

이와 같은 다공성 박막(200)은 주로 폴리머(PET, PI, PP, PMMA 등)에 나노사이즈의 기공이 형성된 필름을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에서는 상기 시료가 미세유체 채널(110)을 통과하는 과정에서 유체 내 포함된 미세 버블을 다공성 박막(200)으로 제거하는 것과 아울러, 미세 버블(200)이 상기 메인 채널(160)로 유입되는 것을 근본적으로 차단하기 위해, 도 4에서 보는 바와 같이, 상기 시료주입 채널(142) 내부에 상기 미세 버블을 붙잡아 둘 수 있는 기둥(142a)을 형성하고, 상기 기둥(142a)이 형성된 시료주입 채널(142)의 전방에는 상기 시료가 우회하여 상기 메인 채널(160)로 유입될 수 있는 바이패스 채널(144)을 형성하는데 또다른 특징이 있다.

여기서, 상기 바이패스 채널(144)은 상기 기둥(142a)이 형성된 상기 시료주입 채널(142)의 전방과 후방을 연결하도록 형성됨으로써, 상기 시료는 시료주입 채널(142)을 통해 메인 채널(160)로 직접 유입되거나 상기 바이패스 채널(144)을 통해 우회하여 상기 메인 채널(160)로 유입될 수도 있는 것이다.

여기서, 상기 기둥(142a)은 상기 시료주입 채널(142)의 폭방향 또는 유체흐름방향으로 복수개가 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 기둥(142a)들 사이에는 소정의 틈이 형성되도록 하여, 상기 기둥(142a)들 사이에 형성된 틈에 의해 시료의 흐름은 가능하면서도 미세 버블은 상기 기둥(142a)을 통과하지 못하게 되어 붙잡히게 되는 것이다.

즉, 상기 메인 채널(160)로 시료가 들어가기 전에 시료주입 채널(142) 내부에 상기 미세 버블을 붙잡아 둘 수 있는 기둥(142a)을 형성함으로써, 버블이 없는 경우에는 시료가 원활하게 시료주입 채널(142)을 통해 메인 채널(160)로 흘러 들어가지만, 버블이 형성되면 시료가 상기 바이패스 채널(144)로 우회하여 메인 채널(160)로 흘러들어 갈 수 있다.

이때 상기 기둥(142a)에 붙잡힌 미세 버블은 상기 다공성 박막(200)을 통해 하부로 빠져나가게 되어 시간이 지나면 없어지게 되고, 이후 시간이 지나 버블이 없어지면 다시 원활하게 샘플이 메인 채널(160)로 흘러들어 갈 수 있다.

또한, 상기 바이패스 채널(144)이 시작되는 지점에도 상기 미세 버블이 바이패스 채널(144)로 유입되는 것을 막기 위해 기둥(144a)이 더 설치될 수 있다. 즉, 유체 내 버블이 상기 시료주입 채널의 기둥(142a)에 가로막힌 경우, 시료와 함께 바이패스 채널(144)로 유입될 수 있으므로, 이를 방지하고자 상기 바이패스 채널(144)이 시작되는 지점에도 기둥(144a)을 더 설치하는 것이다.

이와 같이, 본 발명은 시료주입 채널(142) 및 바이패스 채널(144)에 기둥을 형성하여 상기 메인 채널(160)로의 미세 버블의 유입을 차단할 수 있고, 미세 버블이 다공성 박막(200)을 통해 하부 패널(300)로 빠져나가는 구조를 통해 유체 내에서 버블을 완전히 제거할 수 있게 된다.

또한, 상기 바이패스 채널(144)은 시료의 방향을 상기 바이패스 채널(144)로 유도하기 위해 일정한 곡률의 곡면부로 형성될 수 있다. 즉, 도 4에서 보는 바와 같이, 시료의 유입과 채널 내에서의 원활한 이동을 위해 상기 바이패스 채널(144)은 일정한 곡률을 갖는 곡면부로 형성될 수 있으며, 상기 바이패스 채널(144)의 입구 역시 미세 버블이 기둥(142a)에 붙잡혔을 때 상기 시료가 바이패스 채널(144)로 용이하게 유입되도록 일정한 곡률의 곡면부로 형성될 수도 있는 것이다.

또한, 본 발명의 일실시예에서는 상기 바이패스 채널(144)을 시료주입 채널(142)에 한 개 형성한 것을 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 바이패스 채널(144)은 시료주입 채널(142)에 한 개 이상 다수개가 형성될 수 있다. 이와 같이 바이패스 채널(144)이 시료주입 채널(142)에 다수개가 형성되면 미세 버블이 많이 포함된 시료라고 하더라도 유체 내에서 보다 완벽하게 미세 버블을 제거할 수 있게 된다.

또한, 상기 바이패스 채널(144)은 시료주입 채널(142) 뿐 아니라 상기 메인 채널(160)이나 제1 배출채널(172), 제2 배출채널(182)에도 형성할 수 있다. 즉, 유체 내 버블이 너무 많은 경우에는 시료주입 채널(140)에만 바이패스 채널(144)을 형성하면 버블의 제거에 한계가 있으므로, 상기 바이패스 채널(144)을 상기 메인 채널(160)이나 제1 배출채널(172), 제2 배출채널(182)에 형성하여 유체 내 버블을 보다 완벽하게 제거할 수 있게 된다.

한편, 도면에서는 도시하지 않았지만, 상기 버퍼용액 채널(152) 내부에도 유체 내 포함된 미세 버블이 상기 메인 채널(160)로 유입되는 것을 방지하기 위한 기둥이 형성될 수 있고, 마찬가지로 상기 기둥이 형성된 버퍼용액 채널(152)의 전방에도 상기 버퍼용액이 우회하여 상기 메인 채널(160)로 유입될 수 있는 바이패스 채널이 형성될 수 있다.

한편, 상기 다공성 박막(200)을 통해 밑으로 빠져나오는 미세 버블은 상기 하부 패널(300)의 표면에 접하게 된다.

상기 하부 패널(300)은 상기 상부 패널(100) 및 상기 다공성 박막(200)의 하면에 접촉하도록 설치되며, 상기 다공성 박막(200)이 부착된 미세유체 채널(110)과 진공상태로 부착되어야 하고, 상기 다공성 박막(200)을 통하여 빠져나오는 미세 버블을 외부로 배출하기 위한 통로가 구비되어야 한다.

상기 다공성 박막(200)이 부착된 미세유체 채널(110)과 하부 패널(300)을 진공상태로 부착하기 위해, 본 발명에서는 진공을 인가하는 진공흡착수단을 포함한다.

여기서, 상기 진공흡착수단은 상기 상부 패널(100)의 하면에 형성되는 진공홈(120)과, 상기 진공홈(120)과 연통되어 상기 다공성 박막(200)이 부착된 미세유체 채널(110)이 상기 하부 패널(300)과 진공상태로 부착되도록 상기 진공홈(120)에 진공을 인가하는 진공흡입홀(130)을 포함할 수 있다.

상기 진공홈(120)은 상기 미세유체 채널(110) 및 상기 다공성 박막(200)의 주변을 감싸는 형태로 형성된다. 즉, 도 1에서 보는 바와 같이, 상기 진공홈(120)은 상기 미세유체 채널(110) 및 상기 다공성 박막(200)이 형성되는 영역을 모두 포함하도록 바람직하게는 4각형으로 형성되는 것이 좋다.

상기 진공흡입홀(130)은 양단이 상기 진공홈(120)과 상기 상부 패널(100)의 상면 또는 측면에 연통되도록 형성되며, 외부의 기기에 연결되어 진공을 인가함으로써, 상기 하부 패널(300)과 상부 패널(100) 사이에 공기층을 완전히 제거하여 상기 하부 패널(300)과 상부 패널(100)이 진공 흡착되도록 한다.

본 발명에서는 도 1 내지 도 3을 통해 상기 진공흡입홀(130)이 상부 패널(100)의 상면에 연통되도록 형성된 것을 나타내었으나, 본 발명은 이에 한정하지 않으며, 상기 진공흡입홀(130)이 상기 상부 패널(100)의 측면에 연통되어 외부에서 진공흡입홀(130)을 통해 진공홈(120) 내의 공기를 빨아들일 수 있는 구조로 함도 가능하다.

이와 같은 구조로 인해, 상기 하부 패널(300)과 채널(110) 사이는 상기 진공홈(120)을 통해 탈착이 가능하다. 즉, 상기 진공홈(120)에 진공을 인가하면 상기 하부 패널(300)과 채널(110) 사이가 진공으로 인해 부착되지만, 상기 진공홈(120)에 인가된 진공을 해제하면 상기 하부 패널(300)과 채널(110) 사이가 떨어지게 되어 분리가 가능하다.

한편, 상기 다공성 박막(200)을 통하여 빠져나오는 미세 버블은 하부 패널(300) 위에 모이게 되고, 따라서, 상기 하부 패널(300)에는 미세 버블을 외부로 배출하기 위한 통로가 마련되어야 한다. 이를 위해, 본 발명에서는 상기 하부 패널(300)의 표면 위에 일정한 간격으로 패턴(310)들을 돌출형성한다.

상기 패턴(310)은 상기 하부 패널(300) 표면 위에 수 마이크로미터 사이즈의 높이로 형성되어 상기 다공성 박막(200)과 하부 패널(300) 사이에 수 마이크로미터 사이즈의 공간을 형성하게 되고, 이 공간을 통해 상기 다공성 박막(200)을 통과한 미세 버블이 외부로 원활히 빠져나갈 수 있는 통로가 마련되는 것이다.

상기 패턴(310)들은 상기 하부 패널(300) 표면 위에 일체로 형성되거나, 패터닝된 박막을 부착하여 형성될 수 있다.

상기 패턴(310)들을 상기 하부 패널(300) 표면 위에 일체로 형성하는 방법은 공지의 기술이 적용될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

도 5는 본 발명의 시료주입 장치의 실제 샘플을 나타내는 사진으로서, 미세 유체 채널에 샘플은 왼쪽 위에 형성된 시료 주입구, 버퍼용액은 왼쪽 아래에 형성된 버퍼용액 주입구로 주입된다.

샘플에는 혈액, 분리를 원하는 세포나 입자, 그리고 미세 버블이 흘러 들어온다. 메인 채널로 들어가기 전 두 갈래의 길을 만들고 들어오는 미세 버블을 붙잡을 수 있는 기둥이 채널 내부에 형성되어 있다(사진(b) 참고).

버블이 없을 시 세포는 원활하게 시료주입 채널로 흘러 들어가지만(사진 (c) 참고), 버블이 형성되면 세포는 바이패스 채널로 돌아서 메인 채널로 흘러들어 갈 수 있다(사진 (d) 참고). 기둥에 붙잡힌 버블은 시간이 지나면 없어지기 때문에 다시 원활하게 샘플이 메인 채널로 흘러들어 갈 수 있다.

도 6은 도 5에 나타낸 실제 샘플을 이용하여 세포를 분리하는 모습을 나타내는 사진으로, 도 6에서 (b)는 다공성 박막이 부착된 디바이스에서 세포를 분리하는 모습을 나타내고, (c)는 다공성 박막이 부착되지 않은 디바이스에서 세포를 분리하는 모습을 나타낸다.

이를 참고하면, 다공성 박막이 부착되고, 진공이 걸어진 상태에서 세포를 분리하면 미세 버블이 없이 원활하게 세포가 분리가 되어 원하는 세포 배출구인 outlet#2로 나온다(사진 (b) 참고).

반면, 다공성 박막이 부착되지 않은 디바이스를 사용하는 경우, 채널 내부에 버블이 형성되어 세포가 정상적으로 분리되지 못하고 Outlet#1로 나가버린다(그림 (c) 참고).

또한, 도 7은 본 발명에서 다공성 박막의 두께에 따라 미세 버블이 없어지는 속도를 그래프로 나타낸 것으로, X축은 유체가 채널 내부로 진행될 때 버블이 없어지는데 걸리는 시간을 나타내고, Y축은 유체가 채널 내부로 진행함에 따라 채널 내부에 남는 공기의 부피를 나타낸다.

도 7에서는 미세유체 채널 아래에 다공성 박막의 두께를 6, 10, 15, 20㎛로 각각 다르게 적용하여 얼마나 빨리 채널 내부에 유체가 차는지를 측정하였다.

측정 결과, 두께가 얇은 박막일수록 마이크로 플루이딕 채널 내부에 빨리 유체가 차게 되는 것을 알 수 있었다.

따라서, 상기 유체 내 미세 버블을 빨리 제거하기 위해서는 상기 다공성 박막의 두께를 얇게 하는 것이 바람직하며, 이외에도 상기 유체 내 미세 버블이 빠져나가는 속도는 상기 다공성 박막의 두께, 상기 하부 패널의 패턴의 높이, 상기 진공홈에 인가한 진공의 강도 및 상기 다공성 박막에 형성된 구멍의 크기에 따라 조절할 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

100: 상부 패널 110: 미세유체 채널
120: 진공홈 130: 진공흡입홀
140: 시료 주입구 142: 시료주입 채널
150: 버퍼용액 주입구 152: 버퍼용액 채널
160: 메인 채널 170: 제1 배출구
180: 제2 배출구 200: 다공성 박막
300: 하부 패널 310: 패턴

Claims

시료가 주입되는 시료 주입구, 상기 시료 주입구에서 메인 채널을 연결하는 시료주입 채널을 포함하는 미세유체 채널이 형성되는 상부 패널;
상기 미세유체 채널의 어느 일부에 형성되어 유체 내 포함된 버블을 붙잡아 둘 수 있는 버블 유입 방지수단;
상기 미세유체 채널의 하면에 부착되어 상기 미세유체 채널을 통과하는 유체에 포함된 버블을 제거하기 위한 다공성 박막;
상기 상부 패널 및 상기 다공성 박막의 하면에 접촉하며, 상기 다공성 박막을 통하여 빠져나오는 버블을 외부로 배출하기 위한 통로가 구비되는 하부 패널; 및
상기 다공성 박막이 부착된 미세유체 채널이 상기 하부 패널과 진공상태로 부착되도록 상기 상부 패널과 하부 패널을 진공 흡착하기 위한 진공흡착수단;
을 포함하는 버블 유입 방지용 시료주입 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 버블 유입 방지수단은 상기 시료주입 채널 내부에 형성되어 상기 시료 내 포함된 버블이 상기 메인 채널로 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 버블을 붙잡아 둘 수 있는 기둥을 포함하는 것을 특징으로 하는 버블 유입 방지용 시료주입 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 버블 유입 방지수단은 상기 기둥이 형성된 시료주입 채널의 전방에 형성되어 상기 시료가 우회하여 상기 메인 채널로 유입될 수 있도록 하는 바이패스 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 버블 유입 방지용 시료주입 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 바이패스 채널은 상기 기둥이 형성된 상기 시료주입 채널의 전방과 후방을 연결하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 버블 유입 방지용 시료주입 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 기둥은 상기 시료주입 채널의 폭방향 또는 유체흐름방향으로 복수개가 형성되고, 상기 기둥들 사이의 틈에 의해 시료의 흐름은 가능하면서도 버블은 기둥에 의해 붙잡히는 것을 특징으로 하는 버블 유입 방지용 시료주입 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 기둥은 상기 바이패스 채널이 시작되는 지점에 설치되어 버블이 바이패스 채널로 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 버블 유입 방지용 시료주입 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 바이패스 채널은 시료의 방향을 상기 바이패스 채널로 유도하기 위해 일정한 곡률의 곡면부로 형성되는 것을 특징으로 하는 버블 유입 방지용 시료주입 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 바이패스 채널은 상기 시료주입 채널에 병렬로 다수개가 형성되는 것을 특징으로 하는 버블 유입 방지용 시료주입 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 미세유체 채널은 버퍼용액이 주입되는 버퍼용액 주입구, 상기 버퍼용액 주입구에서 메인 채널을 연결하는 버퍼용액 채널을 더 포함하며,
상기 기둥은 상기 버퍼용액 채널 내부에 형성되고,
상기 기둥이 형성된 버퍼용액 채널의 전방에는 상기 버퍼용액이 우회하여 상기 메인 채널로 유입될 수 있는 바이패스 채널이 형성되는 것을 특징으로 하는 버블 유입 방지용 시료주입 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 다공성 박막을 통하여 빠져나오는 버블을 외부로 배출하기 위한 통로가 마련되도록 상기 하부 패널의 표면 위에는 일정한 간격으로 형성되는 패턴들이 돌출형성되는 것을 특징으로 하는 버블 유입 방지용 시료주입 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 패턴들은 상기 하부 패널 표면 위에 일체로 형성되거나, 패터닝된 박막을 부착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 버블 유입 방지용 시료주입 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 다공성 박막은 상기 미세유체 채널을 흐르는 유체는 통과시키지 않으면서 유체 내 포함된 버블만 통과되어 상기 하부 패널 측으로 나오도록 소수성을 갖는 것을 특징으로 하는 버블 유입 방지용 시료주입 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 다공성 박막은 소수성 재질로 이루어지거나 상기 다공성 박막 표면에 소수성 물질의 처리를 통해 소수성을 갖는 것을 특징으로 하는 버블 유입 방지용 시료주입 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 다공성 박막의 재질은 폴리디메틸실록산(PDMS; polydimethyl siloxane), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene Terephthalate), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 폴리메타크릴산 메틸(PMMA; Poly(methyl methacrylate)), 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리스티렌 (polystyrene), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate), 고분자 플라스틱, 유리, 종이 및 세라믹 중 적어도 어느 하나 이상의 선택된 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 버블 유입 방지용 시료주입 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 진공흡착수단은 상기 상부 패널의 하면에 형성되는 진공홈과,
상기 진공홈과 연통되어 상기 다공성 박막이 부착된 미세유체 채널이 상기 하부 패널과 진공상태로 부착되도록 상기 진공홈에 진공을 인가하는 진공흡입홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 버블 유입 방지용 시료주입 장치.
청구항 15에 있어서,
상기 진공홈은 상기 미세유체 채널 및 상기 다공성 박막의 주변을 감싸는 형태로 형성되고,
상기 진공흡입홀은 상기 상부 패널의 상면 또는 측면에 연통되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 버블 유입 방지용 시료주입 장치.