KR20210019167A

KR20210019167A - 모듈형 유체 칩

Info

Publication number: KR20210019167A
Application number: KR1020190097961A
Authority: KR
Inventors: 이태재; 이석재; 이문근; 배남호; 이경균; 박유민
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2019-08-12
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2021-02-22
Also published as: WO2021029454A1; KR102346313B1

Abstract

한 개의 유체 칩을 이용하여 다양한 용량의 액체 정량이 가능하고, 이를 통해 비용을 절감할 수 있는 모듈형 유체 칩을 개시한다.
모듈형 유체 칩은 복수개의 챔버를 포함하는 코어, 및 코어에 결합되고, 복수개의 챔버 중 적어도 하나와 연결되거나, 복수개의 챔버 중 적어도 둘 이상을 연결하도록 구성되는 적어도 하나의 유로를 포함하는 커버를 포함한다.

Description

모듈형 유체 칩{MODULAR MICRO-FLUIDIC CHIP}

본 발명은 모듈형 유체 칩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체를 정량 가능하고, 다른 모듈형 유체 칩과 연결 가능한 모듈형 유체 칩에 관한 것이다.

기존의 진단 기법의 단점을 극복하기 위해 랩온어칩(Lab-on-a-chip, LOC) 기술이 각광을 받고 있다. 랩온어칩 기술은 NT, IT, BT의 융합기술의 대표적인 예로 MEMS나 NEMS와 같은 기술을 이용하여 시료의 희석, 혼합, 반응, 분리, 정량 등 시료의 모든 전처리 및 분석 단계를 하나의 칩 위에서 수행하도록 하는 기술을 말한다.

이와 같은, 랩온어칩 기술이 적용된 미세유체 장치(microfluidic devices)는 반응채널을 흐르는 유체 시료의 유동 혹은 반응채널에 공급된 유체 시료와 시약의 반응을 분석 및 진단함은 물론, 유체 시료의 제어와 관련된 여러 단계의 처리 및 조작을 하나의 칩에서 수행할 수 있도록 유리, 실리콘 또는 플라스틱으로 된 수 ㎠ 크기의 소형의 칩 상에 분석에 필요한 다수의 유닛이 구비된 형태로 제작된다.

구체적으로, 미세유체 장치는 소량의 유체를 가두어 둘 수 있는 챔버, 유체가 흐를 수 있는 반응채널, 유체의 흐름을 조절할 수 있는 밸브, 그리고 유체를 받아 소정의 기능을 수행할 수 있는 여러 가지 기능성 유닛 등을 포함하여 구성된다.

그러나, 종래의 미세유체 장치는 실험 목적에 따라 다수의 미세유체 장치와 연관된 기능을 가지도록 제작되므로, 하나의 기능에 문제가 생기거나 변동사항이 생겨도 장치 전체를 새로 제작해야만 하고, 이로 인해 제조비용이 증가함은 물론, 관리가 용이하지 못한 문제점이 있었다.

또한, 종래의 미세유체 장치는 미리 설정된 하나의 정량값으로만 액체의 정량이 가능하도록 제작됨에 따라, 한 개의 미세유체 장치를 통해 다양한 용량의 액체 정량이 불가능한 문제점이 있었다.

아울러, 다양한 용량의 액체 정량을 수행하기 위하여 정량값이 다르게 적용된 복수개의 미세유체 장치를 별도 구비해야만 함에 따라, 비용이 증가하게되는 문제점이 있었다.

등록특허공보 제10-1780429호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 한 개의 유체 칩을 이용하여 다양한 용량의 액체 정량이 가능하고, 이를 통해 비용을 절감할 수 있는 모듈형 유체 칩을 제공하는 것이다.

또한, 독립적으로 미리 설정된 기능을 수행할 수 있고, 다른 모듈형 유체 칩과 선택적으로 연결되어 하나의 유체 시스템을 구현할 수 있는 모듈형 유체 칩을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 유체 칩은 복수개의 챔버를 포함하는 코어; 및 상기 코어에 결합되고, 상기 복수개의 챔버 중 적어도 하나와 연결되거나, 상기 복수개의 챔버 중 적어도 둘 이상을 연결하도록 구성되는 적어도 하나의 유로를 포함하는 커버;를 포함한다.

상기 코어는, 상기 복수개의 챔버로부터 이격된 위치에 마련되어 상기 적어도 하나의 유로와 연결 가능한 제1 채널; 및 상기 복수개의 챔버 중 적어도 어느 하나에 연결되어 상기 적어도 하나의 유로와 연결 가능한 제2 채널;을 더 포함할 수 있다.

각 챔버의 저장용량은 상기 각 챔버와 연결되는 채널의 저장용량이 반영된 값을 나타낼 수 있다.

상기 제1 채널 및 상기 제2 채널은 상기 복수개의 챔버에 비하여 더 작은 부피로 마련될 수 있다.

상기 코어는, 3D 프린팅을 통하여 일체형으로 제작되거나, 사출성형을 통하여 결합 및 분리 가능한 복수개의 모듈형태로 제작될 수 있다.

상기 적어도 하나의 유로는 저장용량이 큰 순서대로 유체가 충진될 수 있도록 상기 복수개의 챔버를 서로 연결할 수 있다.

상기 커버는 상기 코어의 외면에 탈착 가능한 필름 형태로 마련될 수 있다.

상기 커버는, 상기 코어의 외면에 탈착 가능하고, 내측에 상기 적어도 하나의 유로가 마련되는 제1 커버부재; 및 상기 제1 커버부재의 외면에 부착되고, 상기 적어도 하나의 유로에 충진된 유체가 외부공간으로 유출되는 것을 방지하도록 구성되는 제2 커버부재;를 포함할 수 있다.

상기 커버는, 상기 적어도 하나의 유로와 연결되는 복수개의 챔버 중 처음으로 유체가 충진될 제1 챔버와 연결되고, 유체가 주입되는 유체주입구; 및 상기 적어도 하나의 유로와 연결되는 복수개의 챔버 중 마지막으로 유체가 충진될 제2 챔버와 연결되고, 상기 복수개의 챔버에 유체가 충진될 경우 상기 복수개의 챔버 내의 공기가 배출되는 공기배출구;를 포함할 수 있다.

상기 공기배출구에 설치되고, 유체로부터 기포를 제거 가능한 에어필터;를 더 포함할 수 있다.

상기 에어필터는 친수성(hydrophilic) 유체로부터 기포를 제거 가능한 소수성(hydrophobic) 소재로 마련될 수 있다.

상기 에어필터는, 폴리테트라 플루오로에틸렌(Polytetrafluore ethylene, PTFE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephtalate, PET), 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소수성 소재로 마련될 수 있다.

상기 에어필터는 소수성 유체로부터 기포를 제거 가능한 친수성 소재로 마련될 수 있다.

상기 에어필터는 친수성 유체 및 소수성 유체가 혼합된 혼합유체로부터 기포를 제거할 수 있도록 일면에 소수성 소재가 마련되고, 타 면에 친수성 소재가 마련될 수 있다.

유체를 감지하고, 이를 전기적 신호로 발생시키는 유체감지센서; 및 상기 전기적 신호의 유무에 따라 상기 유체주입구를 개폐하도록 구성되는 개폐밸브;를 더 포함할 수 있다.

상기 커버는, 상기 유체주입구와 상기 제1 챔버를 서로 연결하고, 상기 유체주입구를 통해 주입된 유체를 상기 제1 챔버로 안내하는 제1 연결채널; 상기 제1 연결채널로부터 분기되어 외부공간과 상기 제1 챔버를 서로 연결하고, 상기 제1 챔버를 통과하여 내측으로 유입된 유체를 상기 외부공간으로 안내하는 제2 연결채널; 상기 공기배출구와 상기 제2 챔버를 서로 연결하고, 상기 제2 챔버에 충진되는 유체를 상기 공기배출구로 안내하는 제3 연결채널; 및 상기 제3 연결채널로부터 분기되어 상기 외부공간과 상기 제2 챔버를 서로 연결하고, 외부로부터 주입된 공기를 상기 제2 챔버로 안내하는 제4 연결채널;을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 칩은 적어도 하나의 챔버를 가지는 코어; 및 상기 코어에 결합되고 상기 적어도 하나의 챔버와 연결되도록 구성되는 적어도 하나의 유로를 가지는 베이스;를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모듈형 유체 칩은 적어도 하나의 챔버를 가지는 코어셀 및 솔리드 형태로 마련되는 더미셀을 포함하는 코어; 및 상기 코어셀에 결합되고, 상기 적어도 하나의 챔버와 연결되도록 구성되는 적어도 하나의 유로를 포함하는 커버;를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 코어에 마련되는 복수개의 챔버를 코어의 외면에 탈착 가능한 커버를 이용하여 설정된 정량값에 따라 적어도 하나 또는 둘 이상 연결함으로써, 다양한 저장공간을 생성할 수 있고, 이를 통해 한 개의 유체 칩을 통해 다양한 용량의 액체 정량이 가능할 수 있다.

또한, 한 개의 유체 칩을 통해 다양한 용량의 액체 정량이 가능함에 따라, 비용을 절감할 수 있다.

또한, 유체 칩을 모듈 형태로 형성함으로써, 독립적으로 미리 설정된 기능을 수행하거나, 다른 모듈형 유체 칩과 연결되어 다양한 기능이 복합적으로 적용된 하나의 유체 시스템을 구현할 수 있다.

또한, 유체 시스템에 적용될 경우, 특정 부분이 변형 또는 파손될 경우에도 해당 부분의 모듈형 유체 칩만을 교체 가능하여 관리가 용이하고, 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모듈형 유체 칩을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 모듈형 유체 칩을 나타낸 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모듈형 유체 칩에 유체가 충진되는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 모듈형 유체 칩을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 모듈형 유체 칩을 나타낸 사시도이다.
도 6은 유로와 연결되는 챔버의 단부 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 모듈형 유체 칩을 나타낸 평면도이다.
도 8은 도 7의 Ⅷ - Ⅷ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 모듈형 유체 칩을 나타낸 평면도이다.
도 10은 도 9의 X - X선을 따라 절개한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 모듈형 유체 칩을 나타낸 사시도이다.
도 12는 도 11의 분해 사시도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서, 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고, "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모듈형 유체 칩을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 모듈형 유체 칩을 나타낸 분해사시도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모듈형 유체 칩에 유체가 충진되는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 모듈형 유체 칩(100)(이하 ‘모듈형 유체 칩(100)’이라 함)은 유체를 정량할 수 있고, 다른 모듈형 유체 칩(미도시)에 선택적으로 연결 가능한 모듈 형태로 마련된다.

모듈형 유체 칩(100)은 다른 기능을 수행하는 모듈형 유체 칩(미도시)과 연결되어, 다양한 구조의 유체 유동 시스템(미도시)을 구현한다. 예시적으로, 모듈형 유체 칩(100)은 다른 모듈형 유체 칩들과 수평방향 및 수직방향으로 연결되어 하나의 유체 유동 시스템을 구현할 수 있다.

모듈형 유체 칩(100)과 다른 모듈형 유체 칩을 통해 구현된 유체 유동 시스템은 체액, 혈액, 타액, 피부세포를 포함하는 액체 시료 등과 같은 유체로부터 샘플 채취, 샘플 파쇄, 채취된 샘플로부터 유전자 또는 단백질 등과 같은 물질 추출, 필터링, 믹싱, 저장, 밸브, RT-PCR 등을 포함하는 중합효소연쇄반응 등을 이용한 증폭, 항원항체반응, 친화크로마토그래피(Affinity Chromatography) 및 전기적 센싱, 전기화학적 센싱, 캐패시터형 전기적 센싱, 형광물질을 포함하거나 포함하지 않는 광학적 센싱 등의 분석/검출 과정을 수행할 수 있다. 그러나, 모듈형 유체 칩(100)을 통해 구현된 유체 유동 시스템은 반드시 상기한 기능으로 한정되는 것은 아니며, 유체 분석 및 진단을 위한 다양한 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 유체 유동 시스템은 유체가 진입하여, 유체 내 세포가 파쇄되고, 필터링된 후, 유전자가 증폭되고, 증폭된 유전자에 형광물질이 부착되어 관찰되도록 하는 일련의 처리가 가능하도록 구성될 수 있다.

또한, 유체 유동 시스템은 또 다른 유체 유동 시스템(미도시)과의 연결을 통하여 팩토리온어칩(Factory-on-a-chip) 기술을 구현할 수 있다. 이를 통해 복수의 유체 유동 시스템을 통해서 서로 다른 유체에 관한 분석 및 진단을 동시에 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 유체와 관련된 모든 실험(예컨대, 화학반응 및 물질합성 등)을 동시에 수행할 수 있다.

모듈형 유체 칩(100)은 코어(110) 및 커버(120)를 포함한다.

코어(110)는 3D 프린팅을 통하여 일체형으로 제작되거나, 사출성형을 통하여 결합 및 분리 가능한 복수개의 모듈형태로 마련될 수 있다. 그러나, 코어 (110)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, MEMS, CNC가공, 임프린팅(imprinting), 고분자 캐스팅 등과 같은 다양한 기술을 이용하여 제작될 수 있다.

코어(110)는 외부에서 내부에 흐르는 유체의 유동을 육안으로 확인 할 수 있도록 전체가 투명도를 가지거나, 일부가 투명도를 가지도록 형성될 수 있다. 예시적으로, 코어(110)는 유리 등과 같은 비결정질(amorphous) 물질, 나무, 고분자 수지, 금속 및 엘라스토머 중 적어도 어느 하나로 형성되거나, 이들의 조합을 통하여 형성될 수 있다. 그러나, 코어(110)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 재질로 형성될 수 있다.

코어(110)는 개별적으로 미리 설정된 저장용량을 갖는 복수개의 챔버(111)를 포함한다.

복수개의 챔버(111)는 내부에 충진된 유체를 수직방향으로 안내할 수 있도록 수직방향의 길이가 내경보다 더 큰 값을 가지는 구멍의 형태로 형성될 수 있다.

복수개의 챔버(111)는 가장 큰 저장용량을 가지는 제1 챔버(111a), 가장 작은 저장용량을 가지는 제2 챔버(111b) 및 제1 챔버(111a)의 저장용량과 제2 챔버(111c)의 저장용량 사이의 저장용량 값을 가지는 제3 챔버(111c)를 포함할 수 있다.

예시적으로, 제1 챔버(111a)는 10μL(마이크로리터)의 저장용량을 가지고, 제2 챔버(111b)는 2μL의 저장용량을 가지며, 제3 챔버(111c)는 5μL의 저장용량을 가질 수 있다. 그러나, 제1 챔버(111a), 제2 챔버(111b) 및 제3 챔버(111c)의 저장용량은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 값으로 변경되어 적용될 수 있다.

제1 챔버(111a), 제2 챔버(111b) 및 제3 챔버(111c)는 코어(110) 내에 각각 복수개로 마련될 수 있다.

본 실시예에서는 복수개의 챔버(111)가 모두 여섯 개로 구성되어 있으나, 복수개의 챔버(111)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이보다 더 적거나, 더 많은 수의 챔버들로 구성될 수 있다.

제1 챔버(111a), 제2 챔버(111b) 및 제3 챔버(111c)는 동일한 내경의 크기를 가질 수 있다. 그리고, 제1 챔버(111a)는 제2 챔버(111b) 및 제3 챔버(111c)에 비하여 가장 긴 수직방향의 길이를 가지며, 제3 챔버(111c)는 제2 챔버(111b)에 비하여 더 긴 수직방향의 길이를 가질 수 있다.

코어(110)는 복수개의 챔버(111)와 연결되는 복수개의 채널(112)을 더 포함할 수 있다.

복수개의 채널(112)은 내부에 충진된 유체를 수직방향으로 안내할 수 있도록 수직방향의 길이가 내경보다 더 큰 값을 가지는 구멍의 형태로 형성될 수 있다.

복수개의 채널(112)은 복수개의 챔버(111) 중 어느 하나와 간접적으로 연결되는 제1 채널(112a)과, 복수개의 챔버(111) 중 어느 하나와 직접적으로 연결되는 제2 채널(112b)을 포함할 수 있다.

제1 채널(112a)은 코어(110) 내에서 복수개의 챔버(111)로부터 이격된 위치에 마련되고, 후술할 커버(120)에 마련된 적어도 하나의 유로(120a)와 연결되어 복수개의 챔버(111) 중 어느 하나에 연결될 수 있다.

일 예로, 제1 채널(112a)은 제1 챔버(111a)와 동일한 길이를 가지며, 커버(120)에 마련된 유로(120a)를 통하여 제1 챔버(111a)에 간접적으로 연결될 수 있다.

제2 채널(112b)은 복수개의 챔버(111) 중 적어도 어느 하나에 직접적으로 연결될 수 있다.

일 예로, 제2 채널(112b)은 제1 채널(112a)에 비하여 더 짧은 길이를 가지며, 제2 챔버(111b)와 직접적으로 연결되거나, 제3 챔버(111c)와 직접적으로 연결될 수 있다. 제2 챔버(111b)에 연결되는 제2 채널(112b)은 제1 챔버(111a)의 길이와 제2 챔버(111b)의 길이의 차이와 동일한 길이를 가질 수 있다. 그리고, 제3 챔버(111c)에 연결되는 제2 채널(112b)은 제1 챔버(111a)의 길이와 제3 챔버(111c)의 길이의 차이와 동일한 길이를 가질 수 있다.

각 챔버(제1 챔버(111a), 제2 챔버(111b), 제3 챔버(111c))의 저장용량은 각 챔버(제1 챔버(111a), 제2 챔버(111b), 제3 챔버(111c))와 연결되는 채널(제1 채널(112a), 제2 채널(112b))의 저장용량이 반영된 값을 나타낼 수 있다.

예를 들어, 도 1의 경우, 제1 챔버(111a)의 저장용량은 제1 챔버(111a) 및 제1 챔버(111a)와 연결된 제1 채널(112a)의 저장용량이 반영된 값을 나타낼 수 있다. 그리고, 제2 챔버(111b)의 저장용량은 제2 챔버(111b) 및 제2 챔버(111b)와 연결된 제1 채널(112a) 및 제2 채널(112b)의 저장용량이 반영된 값을 나타내며, 제3 챔버(111c)의 저장용량은 제3 챔버(111c)및 제3 챔버(111c)와 연결된 제1 채널(112a) 및 제2 채널(112b)의 저장용량이 반영된 값을 나타낼 수 있다.

이에 따라, 모듈형 유체 칩(100)에 유체가 주입될 경우, 복수개의 채널(112)에 충진되는 유체에 의한 정량오차가 제거될 수 있다.

또한, 복수개의 채널(112) 및 적어도 하나의 유로(120a)는 복수개의 챔버(111)에 비하여 더 작은 부피로 마련될 수 있다. 이를 통해, 정량오차를 최소화할 수 있다.

복수개의 채널(112) 및 적어도 하나의 유로(120a)는 동일한 내경의 크기를 가질 수 있다.

이를 통해, 유체의 흐름 시 코어(110)와 커버(120) 사이에 유체의 압력이 높아지거나 유체의 흐름이 불안정한 현상을 예방할 수 있다.

즉, 복수개의 채널(112) 및 적어도 하나의 유로(120a)가 서로 대응되는 형상 및 크기를 가지고 유체의 이동 경로를 형성하는 것은, 유체가 하나의 모듈에서 다른 모듈로 이동될 때 예측 가능한 유속을 가질 수 있게 한다. 종래의 일부 미세 유체 유동 장치들에서는 튜브를 통해서 유체를 이송시킨다. 튜브를 이용하는 미세 유체 유동 장치의 경우, 튜브와 장치가 연결되는 부분에서 채널의 너비에 차이가 생기거나 채널에 공간이 생겨 유체에 볼텍스를 일으킬 수 있다. 이러한 볼텍스는 유속의 급격한 변화를 일으킬 뿐만 아니라 액적의 형상을 변형시킬 수 있다. 또는, 유체 내의 물질들에 물리적 충격을 주거나 물질의 이동을 방해할 수 있다. 따라서, 복수개의 채널(112) 및 적어도 하나의 유로(120a)가 서로 대응되는 형상 및 크기를 가지고 유체의 이동 경로를 형성하는 것은 단순히 모듈들 간의 연결을 보장하는 기능에 더하여 유체의 안정적인 유속과 물질의 안정적인 이동을 가능하게 한다.

일 예로, 복수개의 채널(112) 및 적어도 하나의 유로(120a)는 단면이 원형, 또는 다각형 또는 타원 형상으로 형성될 수 있다. 그러나, 상기 내경의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 크기 및 형상으로 변경되어 적용될 수 있다.

도 6을 참조하면, 유로(120a)와 연결되는 챔버(111)의 단부(p1)는 유로(120a)를 향하여 내경의 크기가 점차 좁아지는 구조로 형성될 수 있다. 예시적으로, 유로(120a)에 접하는 챔버(111)의 개구부는 유로(120a)와 동일한 내경의 크기를 가질 수 있다.

이를 통해, 유체의 유동 시 공기가 코어(110) 내에 잔류하는 것을 방지할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 커버(120)는 코어(110)에 결합되고, 적어도 하나의 유로(120a)를 포함한다.

적어도 하나의 유로(120a)는 미리 설정된 정량값에 따라 적어도 하나의 챔버(111)와 연결되고, 내부에 흐르는 유체를 수평방향으로 안내한다.

더 자세하게는, 커버(120)에 마련된 적어도 하나의 유로(120a)는, 챔버의 저장용량이 미리 설정된 정량값과 일치되도록, 복수개의 챔버(111) 중 적어도 하나와 연결되거나, 복수개의 챔버(111) 중 적어도 둘 이상을 연결하도록 구성된다.

일 예로, 정량값이 10μL로 설정될 경우, 커버(120)에 마련된 적어도 하나의 유로(120a)는 10μL의 저장용량을 가지는 제1 챔버(111a)와 연결될 수 있다. 보다 자세하게는, 정량값이 10μL로 설정될 경우, 적어도 하나의 유로(120a)는 10μL의 저장용량을 가지는 제1 챔버(111a) 및 제1 챔버(111a)의 일 측에 마련된 제1 채널(112a)을 서로 연결할 수 있다.

다른 예로, 정량값이 19μL로 설정될 경우, 커버(120)에 마련된 적어도 하나의 유로(120a)는 도 1에 도시된 바와 같이 10μL의 저장용량을 가지는 제1 챔버(111a), 5μL의 저장용량을 가지는 제3 챔버(111c), 그리고 개별적으로 2μL의 저장용량을 가지는 복수개의 제2 챔버(111b)를 서로 연결할 수 있다. 보다 자세하게는, 정량값이 19μL로 설정될 경우, 적어도 하나의 유로(120a)는, 제1 챔버(111a)의 일 측에 마련된 제1 채널(112a)과 제1 챔버(111a), 제1 챔버(111a)와 제3 챔버(111c)의 일 측에 마련된 제1 채널(112a), 제3 챔버(111c)의 일 측에 마련된 제1 채널(112a)과 제3 챔버(111c), 제3 챔버(111c)에 직접적으로 연결된 제2 채널(112b)과 제2 챔버(111b)의 일 측에 마련된 제1 채널(112a), 제2 챔버(111b)의 일 측에 마련된 제1 채널(112a)과 제2 챔버(111b), 제2 챔버(111b) 에 직접적으로 연결된 제2 채널(112b)과 또 다른 제2 챔버(111b)의 일 측에 마련된 제1 채널(112a), 및 또 다른 제2 챔버(111b)의 일 측에 마련된 제1 채널(112a)과 또 다른 제2 챔버(111b)를 서로 연결할 수 있다.

즉, 본 모듈형 유체 칩(100)은 코어(110)에 부착되는 커버(120)의 교체가 가능하고, 커버(120)에 마련되는 유로(120a)가 복수개의 챔버(111) 중 적어도 하나와 연결되거나, 복수개의 챔버(111) 중 적어도 둘 이상을 연결하도록 구성됨에 따라, 다양한 용량으로 유체의 정량을 수행할 수 있다.

적어도 하나의 유로(120a)는 챔버들의 저장용량의 합이 미리 설정된 정량값에 대응되도록 복수개의 챔버(111) 중 적어도 둘 이상을 서로 연결하되, 저장용량이 큰 순서대로 유체가 충진될 수 있도록 챔버들을 서로 연결할 수 있다.

일 예로, 도 3을 참조하면, 적어도 하나의 유로(120a)는 모듈형 유체 칩(100)으로 주입된 유체가 가장 큰 저장용량을 가지는 제1 챔버(111a), 다음으로 큰 저장용량을 가지는 제3 챔버(111c) 및 가장 작은 저장용량을 가지는 제2 챔버(111b)의 순으로 충진될 수 있도록, 제1 챔버(111a), 제2 챔버(111b) 및 제3 챔버(111c)를 서로 연결할 수 있다. 이를 통해, 유체가 충진되는 챔버(111)가 최소화될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 커버(120)는 코어(110)의 상면 및 하면에 각각 결합되고, 코어(110)의 외면에 탈착 가능한 필름 형태로 마련될 수 있다.

커버(120)는 제1 커버부재(121) 및 제2 커버부재(122)를 포함할 수 있다.

제1 커버부재(121)는 코어(110)의 외면에 탈착 가능할 수 있다. 그리고, 제1 커버부재(121) 의 내측에는 적어도 하나의 유로(120a)가 마련될 수 있다.

예시적으로, 제1 커버부재(121)의 일면 및 타면에는 접착층(미도시)이 마련될 수 있다. 이를 통해, 제1 커버부재(121)의 일면은 코어(110)의 외면에 탈착 가능하고, 제1 커버부재(121)의 타면은 후술할 제2 커버부재(122)와 결합될 수 있다. 그리고, 제1 커버부재(121)는 투명 또는 불투명한 재질로 형성될 수 있다.

제2 커버부재(122)는 제1 커버부재(121)의 외형에 대응되는 형상으로 형성되어, 접착층(미도시)이 마련된 제1 커버부재(121)의 외면에 부착될 수 있다. 이를 통해, 제2 커버부재(122)는 적어도 하나의 유로(120a)에 충진되는 유체가 외부공간으로 유출되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.

예시적으로, 제2 커버부재(122)는 투명한 재질로 형성될 수 있다.

또한, 커버(120)는 유체주입구(123) 및 공기배출구(124)를 더 포함할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 유체주입구(123)는 제1 커버부재(121) 및 제2 커버부재(122)를 관통하여 형성될 수 있다. 그리고, 유체주입구(123)는 적어도 하나의 유로(120a)와 연결되는 복수개의 챔버(111) 중 처음으로 유체가 충진될 제1 챔버(111a)와 연결될 수 있다. 또한, 유체주입구(123)는 다른 모듈형 유체 칩(미도시) 혹은 별도의 유체주입장치(미도시) 등과 연결될 수 있다. 이를 통해 유체주입구(123)에는 다른 모듈형 유체 칩(미도시) 혹은 별도의 유체주입장치(미도시)로부터 배출된 유체가 주입될 수 있다.

공기배출구(124)는 제1 커버부재(121) 및 제2 커버부재(122)를 관통하여 형성될 수 있다. 그리고, 공기배출구(124)는 적어도 하나의 유로(120a)와 연결되는 복수개의 챔버(111) 중 마지막으로 유체가 충진될 제2 챔버(111b)와 연결되어 챔버에 흐르는 유체의 유동을 가능하게 한다. 또한, 공기배출구(124)는 복수개의 챔버(111)에 유체가 충진될 경우, 일방향으로 이동되는 챔버 내부의 공기를 외부로 배출시킬 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 모듈형 유체 칩(200)에 대하여 설명한다.

참고로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 모듈형 유체 칩(200)을 설명하기 위한 각 구성에 대해서는 설명의 편의상 본 발명의 제1 실시예에 따른 모듈형 유체 칩(100)을 설명하면서 사용한 도면부호를 동일하게 사용하고, 동일하거나 중복된 설명은 생략하기로 한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 모듈형 유체 칩을 나타낸 사시도이다.

도 4a를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 모듈형 유체 칩(200)(이하 ‘모듈형 유체 칩(200)’이라 함)은 내부에 충진되는 유체로부터 기포를 제거하도록 구성된다.

모듈형 유체 칩(200)은 공기배출구(124)에 설치되고, 유체로부터 기포를 제거 가능한 에어필터(150)를 더 포함할 수 있다.

에어필터(150)는 커버(120)의 외면에 부착 가능한 필름 형태로 형성되고, 공기배출구(124)를 가리도록 커버(120)의 외면에 부착될 수 있다.

에어필터(150)는 복수개의 챔버(111)에 충진되는 유체로부터 기포만을 통과시키도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 코어(110)로 주입된 유체는 일방향으로 이동하며 복수개의 챔버(111)를 순차적으로 모두 충진시킨 후, 공기배출구(124)에 설치된 에어필터(150)에 가로막혀 자동적으로 유동이 제한될 수 있다.

일 실시예로, 에어필터(150)는 친수성(hydrophilic) 유체로부터 기포를 제거 가능한 소수성(hydrophobic) 소재로 마련되거나, 표면에 소수성 물질이 코팅된 섬유조직의 형태로 마련될 수 있다. 예시적으로, 에어필터(150)는 폴리테트라 플루오로에틸렌(Polytetrafluore ethylene, PTFE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephtalate, PET), 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소수성 소재로 마련될 수 있다.

다른 실시예로, 에어필터(150)는 소수성 유체로부터 기포를 제거 가능한 친수성 소재로 마련되거나, 표면에 친수성 물질이 코팅된 섬유조직의 형태로 마련될 수 있다.

또 다른 실시예로, 에어필터(150)는 친수성 유체 및 소수성 유체가 혼합된 혼합유체로부터 기포를 제거할 수 있도록 일면에 소수성 소재가 마련되고, 타 면에 친수성 소재가 마련되는 2중 필터의 형태로 마련될 수 있다.

또한, 모듈형 유체 칩(200)은 특정위치에서 챔버(111)에 충진되는 유체를 감지하고, 유체가 감지될 경우 유체의 유입을 차단하여 코어(110)로 주입된 유체의 유동을 제한하도록 구성된다.

도 4b를 참조하면, 모듈형 유체 칩(200)은 유체를 감지하고, 이를 전기적 신호로 발생시키는 유체감지센서(160)와, 유체감지센서(160)의 신호 발생 유무에 따라 유체주입구(123)를 개폐하도록 구성되는 개폐밸브(170)를 더 포함할 수 있다.

도 4b에서는 유체감지센서(160)가 복수개로 마련되어 각 챔버(111a, 111b, 111c)에 설치되는 것으로 도시되어 있으나, 유체감지센서(160)는 이에 한정되는 것은 아니며, 코어(110)에 마련되는 챔버의 수량 또는 미리 설정된 유체의 유동경로에 따라 적어도 하나 이상 마련될 수 있다.

또한, 챔버(111)에 설치되는 유체감지센서(160)는 마지막으로 유체가 충진되는 위치에 배치될 수 있다.

즉, 유체감지센서(160)는 선택된 챔버에 유체가 정량으로 충진된 상태를 감지할 수 있도록, 선택된 챔버에서 유체가 마지막으로 충진되는 위치에 배치될 수 있다.

예시적으로, 제1 챔버(111a)에 충진되는 유체를 감지하는 제1 유체감지센서(160a)는 유로(120a)와 연결되는 제1 챔버(111a)의 상단부에 배치되고, 제2 챔버(111b)에 충진되는 유체를 감지하는 제2 유체감지센서(160b)는 제2 챔버(111b)에 마련되어 유로(120a)와 연결되는 제2 채널(112b)의 상단부에 배치되며, 제3 챔버(111c)에 충진되는 유체를 감지하는 제3 유체감지센서(160c)는 제3 챔버(111c)에 마련되어 유로(120a)와 연결되는 제2 채널(112b)의 상단부에 배치될 수 있다.

한편, 복수개의 유체감지센서(160a, 160b, 160c)는 별도의 제어장치(미도시)와 전기적으로 연결되고, 제어장치(미도시)를 통하여 선택적으로 제어될 수 있다. 따라서, 복수개의 유체감지센서(160a, 160b, 160c)는 유체와의 접촉 시, 모두 전기적 신호를 생성하여 제어장치(미도시)로 전송하거나, 선택된 일부만 전기적 신호를 생성하여 제어장치(미도시)로 전송할 수 있다.

또한, 각 유체감지센서(160a, 160b, 160c)는 코어(110)의 내면에 부착 가능하도록 플렉서블(flexible)한 필름 형태의 전극으로 마련될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변경될 수 있다.

개폐밸브(170)는 제어장치(미도시)와 전기적으로 연결되고, 제어장치(미도시)로부터 전송되는 제어신호에 따라 유체주입구(123)를 개폐할 수 있다.

구체적으로, 개폐밸브(170)는 제어장치(미도시)로부터 제어신호가 전송되지 않은 경우 유체의 유입이 가능하도록 유체주입구(123)를 개방하고, 제어장치(미도시)에 유체감지센서(160)로부터 유체의 감지를 알리는 전기적 신호가 전송되어 제어장치(미도시)로부터 제어신호가 전송될 경우 유체의 유입이 차단되도록 유체주입구(123)를 페쇄할 수 있다.

예시적으로, 개폐밸브(170)는 유체주입구(123)와 연결되는 제1 채널(112a)의 상단부에 설치되며, 직경이 1mm 이하인 제1 채널(112a)의 내측에 설치될 수 있도록 마이크로 밸브로 적용될수 있다.

상기와 같이, 본 모듈형 유체 칩(200)은 유체감지센서(160)가 챔버에 유체가 정량으로 충진된 상태를 감지하고, 개폐밸브(170)가 유체감지센서(160)의 신호 발생 유무에 따라 유체의 주입이 이루어지는 유체주입구(123)를 개폐함으로써, 유체가 설정된 양만큼 충진될 경우 자동적으로 유체의 유입을 차단하여 유체의 유동을 제한할 수 있다.이하에서는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 모듈형 유체 칩(300)에 대하여 설명한다.

참고로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 모듈형 유체 칩(300)을 설명하기 위한 각 구성에 대해서는 설명의 편의상 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 모듈형 유체 칩(100, 200)을 설명하면서 사용한 도면부호를 동일하게 사용하고, 동일하거나 중복된 설명은 생략하기로 한다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 모듈형 유체 칩을 나타낸 사시도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 모듈형 유체 칩(300)(이하 ‘모듈형 유체 칩(300)’이라 함)은 복수개의 챔버(111)에 충진되어 정량된 유체를 회수하도록 구성된다.

모듈형 유체 칩(200)은 커버(120)에 마련되고, 유체의 주입 및 배출이 가능하고, 공기의 주입 및 배출이 가능한 복수개의 연결채널(125)을 더 포함할 수 있다.

복수개의 연결채널(125)은 제1 연결채널(125a), 제2 연결채널(125b), 제3 연결채널(125c) 및 제4 연결채널(125d)을 포함할 수 있다.

제1 연결채널(125a)은 유체주입구(123)와 제1 챔버(111a)를 서로 연결하고, 유체주입구(123)를 통해 주입된 유체를 제1 챔버(111a)로 안내할 수 있다.

제2 연결채널(125b)은 제1 연결채널(125a)로부터 분기되어 외부공간과 제1 챔버(111a)를 서로 연결하고, 제4 연결채널(125d)을 통해 주입된 공기로 인해 제1 챔버(111a)를 통과하여 내측으로 유입된 유체를 외부공간으로 안내할 수 있다.

예시적으로, 제1 챔버(111a)와 연결된 제1 연결채널(125a) 및 제2 연결채널(125b)은 제1 챔버(111a)와 직접적으로 연결되거나, 유로(120a)를 통해 제1 챔버(111a)와 연결된 제1 채널(112a)을 통해 제1 챔버(111a)와 간접적으로 연결될 수 있다.

제3 연결채널(125c)은 공기배출구(124)와 제2 챔버(111b)를 서로 연결하고, 제2 챔버(111b)에 충진되는 유체를 에어필터(150)가 설치된 공기배출구(124) 측으로 안내할 수 있다.

제4 연결채널(125d)은 제3 연결채널(125c)로부터 분기되어 외부공간과 제2 챔버(111b)를 서로 연결하고, 외부로부터 주입된 공기를 제2 챔버(111b)로 안내할 수 있다.

예시적으로, 제2 챔버(111b)와 연결된 제3 연결채널(125c) 및 제4 연결채널(125d)은 제2 챔버(111b)와 직접적으로 연결되거나, 제2 챔버(111b)에 마련된 제2 채널(112b)을 통해 제2 챔버(111b)와 간접적으로 연결될 수 있다.

따라서, 유체주입구(123)를 통하여 주입된 유체는 제1 연결채널(125a)을 통하여 제1 챔버(111a)로 유입된 후, 순차적으로 제1 챔버(111a), 제3 챔버(111c) 및 제2 챔버(111b)에 충진되어 정량될 수 있다. 이때, 제2 연결채널(125b) 및 제4 연결채널(125d)은 각 채널의 단부에 부착되는 별도의 부재를 통하여 폐쇄된 상태를 유지하게 된다. 그리고, 유체와 함께 일 방향으로 이동중인 챔버(111)내의 공기는 제3 연결채널(125c)로 유입된 후 제3 연결채널(125c)의 단부에 배치된 에어필터(150)를 통해 외부공간으로 배출되고, 제3 연결채널(125c)로 유입된 유체는 제3 연결채널(125c)을 충진시킨 후, 단부에 배치된 에어필터(150)에 지지되어 유동이 제한될 수 있다.

또한, 제4 연결채널(125d)로 공기가 주입될 경우, 복수개의 챔버(111)에 저장된 정량된 유체는 유체가 주입된 방향과 반대되는 방향으로 유동하게 된다. 이를 통해 각 챔버(111a, 111b, 111c)에 저장된 유체는 충진된 순서와 반대되는 순서대로 제2 연결채널(125b)을 통하여 외부공간으로 배출되고, 이에 따라 정량된 유체를 외부에서 온전히 회수할 수 있다. 이때, 제1 연결채널(125a)은 단부에 부착되는 별도의 부재를 통하여 폐쇄된 상태로 유지하게 된다. 그리고, 제3 연결채널(125c)은, 제4 연결채널(125d)로 주입되는 공기에 가압되어 제3 연결채널(125c)에 잔류하고 있는 유체를 통해, 공기의 주입이 멈출 때까지 지속적으로 폐쇄된 상태를 유지하게 된다.

이하에서는, 본 발명의 제4 실시예에 따른 모듈형 유체 칩(400)에 대하여 설명한다.

참고로, 본 발명의 제4 실시예에 따른 모듈형 유체 칩(400)을 설명하기 위한 각 구성에 대해서는 설명의 편의상 본 발명의 제1 실시예 내지 제3 실시예에 따른 모듈형 유체 칩(100, 200, 300)을 설명하면서 사용한 도면부호를 동일하게 사용하고, 동일하거나 중복된 설명은 생략하기로 한다.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 모듈형 유체 칩을 나타낸 평면도이고, 도 8은 도 7의 Ⅷ- Ⅷ선을 따라 절개한 단면도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 모듈형 유체 칩(400)은 코어(110), 커버(120), 하우징(130) 및 연결체(140)를 포함한다.

코어(110)는 복수개의 챔버(111)와 연결되고, 유체를 수직방향으로 안내하는 복수개의 채널(112)을 더 포함할 수 있다.

제1 채널(112a)은 코어(110) 내에서 복수개의 챔버(111)로부터 이격된 위치에 마련되고, 후술할 커버(120)에 마련된 적어도 하나의 유로(120a)를 통하여 복수개의 챔버(111) 중 어느 하나에 연결될 수 있다.

제2 채널(112b)은 복수개의 챔버(111) 중 적어도 어느 하나에 직접적으로 연결되고, 커버(120)에 마련된 적어도 하나의 유로(120a)를 통하여 복수개의 챔버(111) 중 어느 하나에 연결될 수 있다.

또한, 코어(110)는 하우징(130)에 결합되는 연결체(140)의 유로와 연통 가능한 제3 채널(112c)을 더 포함할 수 있다.

제3 채널(112c)은 코어(110)가 하우징(130)에 결합될 경우, 연결체(140)의 유로와 연통되어 연결체(140)를 통해 내부로 유입된 유체를 수평방향으로 안내하는 부분과, 유체를 수평방향으로 안내하는 부분으로부터 연장되어 유체를 수직방향으로 안내하는 부분을 포함할 수 있다.

제3 채널(112c)은 코어(110)에 복수개로 마련될 수 있다.

커버(120)는 코어(110)에 탈착 가능하게 결합되고, 유체를 수평방향으로 안내하는 적어도 하나의 유로(120a)를 포함한다.

적어도 하나의 유로(120a)는, 챔버의 저장용량이 미리 설정된 정량값과 일치되도록, 복수개의 챔버(111) 중 적어도 하나와 연결되거나, 복수개의 챔버(111) 중 적어도 둘 이상을 연결하도록 구성된다.

커버(120)는 코어(110)의 상면과 하면에 각각 탈착 가능하게 결합될 수 있다.

코어(110)의 상면과 하면에 탈착 가능하게 결합되는 각 커버(120)는 코어(110)의 외면에 탈착 가능하게 결합되고, 적어도 하나의 유로(120a)를 포함하는 제1 커버부재(121) 및 제1 커버부재(121)의 외면에 탈착 가능하게 결합되는 제2 커버부재(122)를 포함할 수 있다.

또한, 커버(120)는 공기배출구(124)를 더 포함할 수 있다.

공기배출구(124)는 복수개의 챔버(111) 중 어느 하나 혹은 복수개의 채널(112) 중 어느 하나와 연통 가능하도록 제1 커버부재(121) 및 제2 커버부재(122)를 관통하여 형성될 수 있다.

하우징(130)은 내부에 수용공간이 형성된 프레임 구조로 형성되어 코어(110)를 내측에 수용하도록 구성된다.

하우징(130)은 코어(110)의 하면을 지지하는 제1 파트(131)와, 제1 파트(131)의 상측에 결합되어 코어(110)의 외면을 지지하는 제2 파트(132)로 구성될 수 있다.

제1 파트(131)와 제2 파트(132)는 연결체(140)의 외면을 지지하는 복수개의 지지홈(130a)을 포함할 수 있다.

복수개의 지지홈(130a)은 제1 파트(131)와 제2 파트(132)에 각각 마련되고, 상호 대향 배치될 수 있다. 따라서, 제1 파트(131)와 제2 파트(132)가 결합될 경우 제1 파트(131)와 제2 파트(132) 사이에 수용된 연결체(140)는 상호 대향 배치된 복수개의 지지홈(130a)을 통해 지지되어 안정적으로 고정될 수 있다.

제1 파트(131)와 제2 파트(132)는 자성을 통하여 상호 결합될 수 있다.

예시적으로, 제1 파트(131)와 제2 파트(132)의 결합 시 제1 파트(131)와 제2 파트(132)가 접촉되는 부위에는 자성체(미도시)가 마련될 수 있다. 그러나, 제1 파트(131)와 제2 파트(132)는 반드시 자성체를 통해서만 결합되는 것은 아니며, 다양한 방식을 통하여 상호 결합될 수 있다.

하우징(130)은 본 모듈형 유체 칩(400)을 다른 모듈형 유체 칩(미도시)에 다양한 방향 및 다양한 각도로 연결시키는 결합부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

예시적으로, 결합부는 하우징(130)의 외면에 마련되는 적어도 하나의 돌기와, 적어도 하나의 수용홈을 포함할 수 있다.

적어도 하나의 돌기와, 적어도 하나의 수용홈은 서로 대응되는 형상으로 형성되고, 하우징(130)의 둘레를 따라 교대로 배열될 수 있다.

연결체(140)는 하우징(130)에 수용되어 지지되고, 내부에 유로가 구비된 튜브 형태로 형성되어 코어(110)의 제3 채널(112c)과 연결될 수 있다.

따라서, 본 모듈형 유체 칩(400)이 다른 모듈형 유체 칩(미도시)과 연결될 경우, 연결체(140)는 본 모듈형 유체 칩(400)의 코어(110)와 다른 모듈형 유체 칩의 코어(미도시)를 서로 연통시킬 수 있다.

연결체(140)는 탄성체 소재로 형성되고, 타 물체에 접촉 시 접촉부위에 계면을 형성할 수 있다. 예시적으로, 연결체(140)는 엘라스토머(elastomer) 소재로 형성될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 제5 실시예에 따른 모듈형 유체 칩(500)에 대하여 설명한다.

참고로, 본 발명의 제5 실시예에 따른 모듈형 유체 칩(500)을 설명하기 위한 각 구성에 대해서는 설명의 편의상 본 발명의 제1 실시예 내지 제4 실시예에 따른 모듈형 유체 칩(100, 200, 300, 400)을 설명하면서 사용한 도면부호를 동일하게 사용하고, 동일하거나 중복된 설명은 생략하기로 한다.

도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 모듈형 유체 칩을 나타낸 평면도이고, 도 10은 도 9의 X - X선을 따라 절개한 단면도이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 모듈형 유체 칩(500)은 코어(110), 커버(120), 하우징(130) 및 연결체(140)를 포함한다.

코어(110)는 적어도 하나의 코어셀(110a)과 적어도 하나의 더미셀(110b)을 포함한다.

적어도 하나의 코어셀(110a)과 적어도 하나의 더미셀(110b)은 동일한 크기로 형성될 수 있다. 그리고, 코어셀(110a)과 더미셀(110b)은 각각 코어(110) 전체 크기의 1/n의 크기로 형성될 수 있다. 예시적으로, 본 실시예에서는 코어셀(110a)과 더미셀(110b)이 각각 코어(110) 전체 크기의 1/6의 크기로 형성되고, 하우징(130)에 네 개의 코어셀(110a)과 두 개의 더미셀(110b)이 결합된 상태로 도시되어 있으나, 코어셀(110a)과 더미셀(110b)의 크기 및 수량은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 크기 및 수량으로 변경될 수 있다.

따라서, 하나의 코어(110)는 적어도 하나의 코어셀(110a)과 적어도 하나의 더미셀(110b)의 조합을 통해 이루어지거나, 복수개의 코어셀(110a)들의 조합을 통해 이루어질 수 있다.

적어도 하나의 코어셀(110a)은 미리 설정된 저장용량을 갖는 챔버(111) 및 챔버(111)의 일 측에 마련되고, 챔버(111)와 함께 내부로 유입된 유체를 수직방향으로 안내하는 채널(112)을 포함할 수 있다.

적어도 하나의 더미셀(110b)은 내측에 유체가 저장될 수 없는 솔리드 형태로 마련되고, 하우징(130)에 결합될 경우 복수개의 코어셀(110a)들을 지지하여 복수개의 코어셀(110a)들을 정렬시킬 수 있다.

이를 통해, 설정된 유체의 정량값에 따라 코어(110)를 신규 제작하지 않고, 챔버(111) 및 채널(112)을 포함하는 코어셀(110a)과, 솔리드 형태의 더미셀(110b)을 조합하여 하우징(130)에 설치함으로써, 데드볼륨(dead volume)을 제거하고, 제조비용을 절감할 수 있다.

각 코어셀(110a)에 마련된 채널(112)은 후술할 커버(120)에 마련된 적어도 하나의 유로(120a)를 통하여 다른 챔버(111)와 연결될 수 있고, 각 코어셀(110a)에 마련된 챔버(111)의 저장용량은 챔버(111)와 연결되는 채널(112)의 저장용량이 반영된 값을 나타낼 수 있다.

채널(112)은 챔버(111)와 간접적으로 연결되는 제1 채널(112a)과, 챔버(111) 와 직접적으로 연결되는 제2 채널(112b)을 포함할 수 있다.

제1 채널(112a)은 코어셀(110a) 내에서 복수개의 챔버(111)로부터 이격된 위치에 마련되고, 커버(120)에 마련된 유로(120a)를 통하여 챔버(111) 에 연결될 수 있다.

제2 채널(112b)은 챔버(111)에 직접적으로 연결되고, 커버(120)에 마련된 적어도 하나의 유로(120a)를 통하여 다른 코어셀(110a)에 마련된 챔버(111)에 연결될 수 있다.

또한, 코어셀(110a)은 하우징(130)에 결합되는 연결체(140)의 유로와 연통 가능한 제3 채널(112c)을 더 포함할 수 있다.

제3 채널(112c)은 코어셀(110a)이 하우징(130)에 결합될 경우, 연결체(140)의 유로와 연통되어 연결체(140)를 통해 내부로 유입된 유체를 수평방향으로 안내하는 부분과, 유체를 수평방향으로 안내하는 부분으로부터 연장되어 유체를 수직방향으로 안내하는 부분을 포함할 수 있다.

커버(120)는 코어셀(110a)에 탈착 가능하게 결합되고, 유체를 수직 및 수평방향으로 안내하는 적어도 하나의 유로(120a)를 포함한다.

적어도 하나의 유로(120a)는, 복수개의 코어셀(110a)을 서로 연결하도록 구성된다.

커버(120)는 코어셀(110a)의 상면과 하면에 각각 탈착 가능하게 결합될 수 있다.

코어셀(110a)의 상면과 하면에 탈착 가능하게 결합되는 각 커버(120)는, 코어셀(110a)의 외면에 탈착 가능하게 결합되고, 챔버(111) 및 채널(112)과 연결되어 유체를 수직방향으로 안내하는 적어도 하나의 제1 유로(120a1)를 포함하는 제3 커버부재(126), 제3 커버부재(126)의 외면에 탈착 가능하게 결합되고, 적어도 하나의 제1 유로(120a1)와 연결되어 유체를 수평방향으로 안내하는 적어도 하나의 제2 유로(120a2)를 포함하는 제1 커버부재(121) 및 제1 커버부재(121)의 외면에 탈착 가능하게 결합되는 제2 커버부재(122)를 포함할 수 있다.또한, 커버(120)는 공기배출구(124)를 더 포함할 수 있다.

하우징(130)은 내부에 수용공간이 형성된 프레임 구조로 형성되어 적어도 하나의 코어셀(110a)과 적어도 하나의 더미셀(110b)를 내측에 수용하도록 구성된다.

하우징(130)은 코어(110)의 하면을 지지하는 제1 파트(131)와, 제1 파트(131)의 상측에 결합되어 코어(110)의 외면을 지지하는 제2 파트(132)로 구성될 수 있다. 제1 파트(131)와 제2 파트(132)는 연결체(140)의 외면을 지지하는 복수개의 지지홈(130a)을 포함할 수 있다.

하우징(130)은 본 모듈형 유체 칩(500)을 다른 모듈형 유체 칩(미도시)에 다양한 방향 및 다양한 각도로 연결시키는 결합부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

결합부는 하우징(130)의 외면에 마련되는 적어도 하나의 돌기와, 적어도 하나의 수용홈을 포함할 수 있다.

따라서, 본 모듈형 유체 칩(500)이 다른 모듈형 유체 칩(미도시)과 연결될 경우, 연결체(140)는 본 모듈형 유체 칩(500)의 코어(110)와 다른 모듈형 유체 칩의 코어(미도시)를 서로 연통시킬 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 제6 실시예에 따른 모듈형 유체 칩(600)에 대하여 설명한다.

참고로, 본 발명의 제6 실시예에 따른 모듈형 유체 칩(600)을 설명하기 위한 각 구성에 대해서는 설명의 편의상 본 발명의 제1 실시예 내지 제5 실시예에 따른 모듈형 유체 칩(100, 200, 300, 400, 500)을 설명하면서 사용한 도면부호를 동일하게 사용하고, 동일하거나 중복된 설명은 생략하기로 한다.

도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 모듈형 유체 칩을 나타낸 사시도이고, 도 12는 도 11의 분해 사시도이다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 모듈형 유체 칩(600)은 적어도 하나의 코어(110) 및 적어도 하나의 코어(110)가 결합되는 베이스(120)를 포함한다.

코어(110)는 개별적으로 미리 설정된 저장용량을 갖는 적어도 하나의 챔버(111)와 적어도 하나의 챔버(111)와 연결되는 적어도 하나의 채널(112)을 가진다.

코어(110)는 베이스(120)에 탈착 가능한 모듈 형태로 형성된다.

따라서, 코어(110)는 설정되는 정량값에 따라 베이스(120)에 적어도 하나 이상 결합될 수 있고, 이를 통해, 코어(110)를 신규 제작하지 않음으로써, 제조비용을 절감할 수 있다.

도면에는 도시되지 않았으나, 코어(110)에는 공기배출구(미도시)가 더 마련될 수 있다.

베이스(120)는 코어(110)에 결합되고 적어도 하나의 챔버(111)와 연결되도록 구성되는 적어도 하나의 유로(120a)를 가진다. 적어도 하나의 유로(120a)는 내부로 유입된 유체를 수평방향으로 안내할 수 있다.

예시적으로, 베이스(120)의 상면에는 코어(110)의 단부가 삽입되는 결합홈(120b)이 마련될 수 있다. 이를 통해, 결합홈(120b)에 결합된 코어(110)는 베이스(120)의 상면에 보다 안정적으로 고정된 상태를 유지할 수 있다. 또한, 베이스(120)는 후술할 하우징(130)의 내측에 수용되는 기판의 형태로 마련될 수 있다.

또한, 본 모듈형 유체 칩(600)은 하우징(130) 및 연결체(140)를 더 포함할 수 있다.

하우징(130)은 내부에 수용공간이 형성된 프레임 구조로 형성되어 베이스(120)를 내측에 수용할 수 있다.

하우징(130)은 베이스(120)의 하면을 지지하는 제1 파트(131)와, 제1 파트(131)의 상측에 결합되는 제2 파트(132)로 구성될 수 있다.

하우징(130)은 본 모듈형 유체 칩(600)을 다른 모듈형 유체 칩(미도시)에 다양한 방향 및 다양한 각도로 연결시키는 결합부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

연결체(140)는 하우징(130)에 수용되어 지지되고, 내부에 유로가 구비된 튜브 형태로 형성되어 베이스(120)의 유로(120a)와 연결될 수 있다.

따라서, 본 모듈형 유체 칩(600)이 다른 모듈형 유체 칩(미도시)과 연결될 경우, 연결체(140)는 본 모듈형 유체 칩(600)과 다른 모듈형 유체 칩을 서로 연통시킬 수 있다.

연결체(140)는 탄성체 소재로 형성되고, 타 물체에 접촉 시 접촉부위에 계면을 형성할 수 있다. 예시적으로, 연결체(140)는 엘라스토머(elastomer) 소재로 형성될 수 있다. 이처럼 본 발명의 실시예에 따르면, 코어(110)에 마련되는 복수개의 챔버(111)를 코어(110)의 외면에 탈착 가능한 커버(120)를 이용하여 설정된 정량값에 따라 적어도 하나 또는 둘 이상 연결함으로써, 다양한 저장공간을 생성할 수 있고, 이를 통해 한 개의 유체 칩을 통해 다양한 용량의 액체 정량이 가능할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

100, 200, 300, 400, 500, 600. 모듈형 유체 칩
110. 코어
110a. 코어셀
110b. 더미셀
111. 챔버
111a. 제1 챔버
111b. 제2 챔버
111c. 제3 챔버
112. 채널
112a. 제1 채널
112b. 제2 채널
112c. 제3 채널
120. 커버, 베이스
120a. 유로
120a1. 제1 유로
120a2. 제2 유로
120b. 결합홈
121. 제1 커버부재
122. 제2 커버부재
123. 유체주입구
124. 공기배출구
125. 연결채널
125a. 제1 연결채널
125b. 제2 연결채널
125c. 제3 연결채널
125d. 제4 연결채널
126. 제3 커버부재
130. 하우징
130a. 지지홈
131. 제1 파트
132. 제2 파트
140. 연결체
150. 에어필터
160. 유체감지센서
170. 개폐밸브

Claims

모듈형 유체 칩으로서,
복수개의 챔버를 포함하는 코어; 및
상기 코어에 결합되고, 상기 복수개의 챔버 중 적어도 하나와 연결되거나, 상기 복수개의 챔버 중 적어도 둘 이상을 연결하도록 구성되는 적어도 하나의 유로를 포함하는 커버;
를 포함하는 모듈형 유체 칩.
제1항에 있어서,
상기 코어는,
상기 복수개의 챔버로부터 이격된 위치에 마련되어 상기 적어도 하나의 유로와 연결 가능한 제1 채널; 및
상기 복수개의 챔버 중 적어도 어느 하나에 연결되어 상기 적어도 하나의 유로와 연결 가능한 제2 채널;
을 더 포함하는 모듈형 유체 칩.
제2항에 있어서,각 챔버의 저장용량은 상기 각 챔버와 연결되는 채널의 저장용량이 반영된 값을 나타내는 모듈형 유체 칩.
제2항에 있어서,
상기 제1 채널 및 상기 제2 채널은 상기 복수개의 챔버에 비하여 더 작은 부피로 마련되는 모듈형 유체 칩.
제1항에 있어서,
상기 코어는, 3D 프린팅을 통하여 일체형으로 제작되거나, 사출성형을 통하여 결합 및 분리 가능한 복수개의 모듈형태로 제작되는 모듈형 유체 칩.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 유로는 저장용량이 큰 순서대로 유체가 충진될 수 있도록 상기 복수개의 챔버를 서로 연결하는 모듈형 유체 칩.
제1항에 있어서,
상기 커버는 상기 코어의 외면에 탈착 가능한 필름 형태로 마련되는 모듈형 유체 칩.
제7항에 있어서,
상기 커버는,
상기 코어의 외면에 탈착 가능하고, 내측에 상기 적어도 하나의 유로가 마련되는 제1 커버부재; 및
상기 제1 커버부재의 외면에 부착되고, 상기 적어도 하나의 유로에 충진된 유체가 외부공간으로 유출되는 것을 방지하도록 구성되는 제2 커버부재;
를 포함하는 모듈형 유체 칩.
제1항에 있어서,
상기 커버는,
상기 적어도 하나의 유로와 연결되는 복수개의 챔버 중 처음으로 유체가 충진될 제1 챔버와 연결되고, 유체가 주입되는 유체주입구; 및
상기 적어도 하나의 유로와 연결되는 복수개의 챔버 중 마지막으로 유체가 충진될 제2 챔버와 연결되고, 상기 복수개의 챔버에 유체가 충진될 경우 상기 복수개의 챔버 내의 공기가 배출되는 공기배출구;
를 포함하는 모듈형 유체 칩.
제9항에 있어서,
상기 공기배출구에 설치되고, 유체로부터 기포를 제거 가능한 에어필터;를 더 포함하는 모듈형 유체 칩.
제10항에 있어서,
상기 에어필터는 친수성(hydrophilic) 유체로부터 기포를 제거 가능한 소수성(hydrophobic) 소재로 마련되는 모듈형 유체 칩.
제11항에 있어서,
상기 에어필터는, 폴리테트라 플루오로에틸렌(Polytetrafluore ethylene, PTFE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephtalate, PET), 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소수성 소재로 마련되는 모듈형 유체 칩.
제10항에 있어서,
상기 에어필터는 소수성 유체로부터 기포를 제거 가능한 친수성 소재로 마련되는 모듈형 유체 칩.
제10항에 있어서,
상기 에어필터는 친수성 유체 및 소수성 유체가 혼합된 혼합유체로부터 기포를 제거할 수 있도록 일면에 소수성 소재가 마련되고, 타 면에 친수성 소재가 마련되는 모듈형 유체 칩.
제9항에 있어서,
유체를 감지하고, 이를 전기적 신호로 발생시키는 유체감지센서; 및
상기 전기적 신호의 유무에 따라 상기 유체주입구를 개폐하도록 구성되는 개폐밸브;
를 더 포함하는 모듈형 유체 칩.
제10항에 있어서,
상기 커버는,
상기 유체주입구와 상기 제1 챔버를 서로 연결하고, 상기 유체주입구를 통해 주입된 유체를 상기 제1 챔버로 안내하는 제1 연결채널;
상기 제1 연결채널로부터 분기되어 외부공간과 상기 제1 챔버를 서로 연결하고, 상기 제1 챔버를 통과하여 내측으로 유입된 유체를 상기 외부공간으로 안내하는 제2 연결채널;
상기 공기배출구와 상기 제2 챔버를 서로 연결하고, 상기 제2 챔버에 충진되는 유체를 상기 공기배출구로 안내하는 제3 연결채널; 및
상기 제3 연결채널로부터 분기되어 상기 외부공간과 상기 제2 챔버를 서로 연결하고, 외부로부터 주입된 공기를 상기 제2 챔버로 안내하는 제4 연결채널;
을 포함하는 모듈형 유체 칩.
모듈형 유체 칩으로서,
적어도 하나의 챔버를 가지는 코어; 및
상기 코어에 결합되고 상기 적어도 하나의 챔버와 연결되도록 구성되는 적어도 하나의 유로를 가지는 베이스;
를 포함하는 모듈형 유체 칩.
모듈형 유체 칩으로서,
적어도 하나의 챔버를 가지는 코어셀 및 솔리드 형태로 마련되는 더미셀을 포함하는 코어; 및
상기 코어셀에 결합되고, 상기 적어도 하나의 챔버와 연결되도록 구성되는 적어도 하나의 유로를 포함하는 커버;
를 포함하는 모듈형 유체 칩.