KR20210068088A - 미세 유체 칩 시스템 및 액적 제조 방법 - Google Patents

미세 유체 칩 시스템 및 액적 제조 방법 Download PDF

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Abstract

액적을 생성하는 미세 유체 칩 시스템으로서, 상기 미세 유체 칩 시스템은 액적을 생성하는 액적 생성 장치; 상기 액적 생성 장치를 위해 액적을 생성하는 동력을 제공하는 동력 발생 장치; 상기 액적 생성 장치에서 흐르는 액적을 수집하기 위한 수집병; 상기 액적 생성 장치, 상기 동력 발생 장치 및 상기 수집병을 연결하는데 사용되는 연결 장치; 및 상기 액적 생성 장치, 상기 동력 발생 장치 및 상기 수집병을 고정하는데 사용되는 제조 플랫폼,을 포함한다. 본 발명은 액적 제조 방법도 제공한다.

Description

미세 유체 칩 시스템 및 액적 제조 방법
본 발명은 단세포 시퀀싱 분야, 특히 미세 유체 칩 시스템 및 액적 제조 방법에 관한 것이다.
단세포 유전체학 분야는 최근 몇 년 동안 빠르게 발전하여 미생물 군집의 생태적 다양성과 인간 암의 유전체를 포함하여 복잡한 생물학적 시스템에 대한 많은 중요한 단서를 밝혀 냈다.
종래 기술에서 단세포 시퀀싱은 종종 미세 유체 칩 기술을 기반으로 수행되며, 미세 유체 칩 기술을 기반하여 부설 설비인 단세포 샘플 제조 플랫폼을 통해 액적 샘플을 제조할 필요가 있다. 이러한 플랫폼은 액적 샘플의 제조를 잘 수행할 수 있고 자동화할 수 있지만 이러한 플랫폼의 구조는 유동 및 액적 생성을 위한 동력으로 최소 3개의 펌프뿐만 아니라 펌프와 협력하는 기타 장치 또는 시스템도 포함하여 비교적 복잡하다. 이러한 플랫폼은 세 시약의 동일한 흐름을 보장하기 위해 펌프간에 동기화 작동되어야 한다. 그렇지 않으면 액적 형성에 영향을 미치거나 액적의 균일성에 영향을 미치기에, 액적 생성 장치의 압력 강하, 연속상 및 분산상의 유속, 액적 생성 빈도가의 예측 가능성, 프로그래밍 가능성 및 재현성이 높지 않다.
또한, 종래 기술의 단세포 샘플 제조 플랫폼은 부피가 크고 휴대가 불편하며 환경 요구 사항이 높다.
이를 고려하여 본 발명은 상술한 문제점을 해결할 수 있는 미세 유체 칩 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 전술한 문제점을 해결할 수 있는 액적 제조 방법도 제공한다.
액적을 생성하는 미세 유체 칩 시스템으로서, 상기 미세 유체 칩 시스템은 상기 액적을 생성하는 액적 생성 장치; 상기 액적 생성 장치를 위해 상기 액적을 생성하는 동력을 제공하는 동력 발생 장치; 상기 액적 생성 장치에서 흐르는 상기 액적을 수집하기 위한 수집병; 상기 액적 생성 장치, 상기 동력 발생 장치 및 상기 수집병을 연결하는데 사용되는 연결 장치; 및 상기 액적 생성 장치, 상기 동력 발생 장치 및 상기 수집병을 고정하는데 사용되는 제조 플랫폼,을 포함한다.
또한, 상기 액적 생성 장치는 칩 본체를 포함하고, 상기 칩 본체에는 연속상 입구 및 분산상 입구가 형성되어 있고, 상기 연속상 및 상기 분산상은 상기 연속상 입구 및 상기 분산상 입구로부터 상기 칩 본체로 들어간다.
또한, 상기 미세 유체 칩 시스템은 연속상 저장소 및 분산상 저장소를 더 포함하고, 상기 연속상 저장소 및 상기 분산상 저장소는 각각 상기 칩 본체에 고정되거나 상기 칩 본체 외부에 형성된다.
또한, 상기 제조 플랫폼은 베이스와 상기 베이스에 형성된 액적 생성 장치 슬롯 및 동력 발생 장치 슬롯을 포함하고, 상기 액적 생성 장치 및 상기 동력 발생 장치는 순차적으로 상기 액적 생성 장치 슬롯 및 상기 동력 발생 장치 슬롯에 수용된다.
또한, 상기 베이스는 제1부분 및 상기 제1부분에 연결된 제2부분을 포함하고, 상기 제1부분은 상기 제2부분보다 낮고, 상기 액적 생성 장치 슬롯은 상기 제1부분에 형성되고, 상기 동력 발생 장치 슬롯은 상기 제2부분에 형성된다.
또한, 상기 수집병은 상기 액적 생성 장치의 외부에 위치하고 상기 베이스에는 수집병 슬롯이 형성되고 상기 수집병은 상기 수집병 슬롯에 수용되어 고정된다.
또한, 상기 수집병은 상기 칩 본체에 수용 고정되고, 상기 칩 본체는 상기 액적 생성 장치 슬롯에 수용 고정된다.
또한, 상기 미세 유체 칩 시스템은 적어도 하나의 진동 장치를 더 포함하고, 상기 진동 장치는 상기 액적 생성 장치 슬롯에 배치되고 상기 분산상 입구에 대응되며, 상기 진동 장치는 상기 분산상에 진동을 인가하는데 사용된다.
또한, 상기 미세 유체 칩 시스템은 적어도 하나의 진동 장치를 더 포함하고, 상기 진동 장치는 상기 칩 본체에 배치되고 상기 분산상 입구에 대응되며, 상기 진동 장치는 상기 분산상에 진동을 인가하는데 사용된다.
또한, 상기 동력 발생 장치는 조작부와 상기 조작부의 끝에 형성된 제1 제한 부재를 포함하고, 상기 제조 플랫폼은 제1 제한 슬롯을 더 포함하고, 상기 제1 제한 슬롯은 상기 제1 제한 부재를 수용 고정하여, 상기 조작부를 미리 정해진 위치에 유지하도록 한다.
또한, 상기 동력 발생 장치는 주사 장치이다.
또한, 상기 동력 발생 장치는 부압 발생 장치이고, 상기 부압 발생 장치는 상기 연결 장치를 통해 상기 수집병과 밀폐 연결된다.
또한, 상기 제조 플랫폼은 고정 좌석과 상기 고정 좌석에 가역적으로 연결된 먼지 커버를 더 포함하고, 상기 먼지 커버는 상기 액적 생성 장치의 일측에 위치하며, 상기 먼지 커버는 상기 액적 생성 장치에 먼지가 들어가는 것을 방지하기 위해 사용된다.
또한, 상기 동력 발생 장치는 정압 발생 장치이고, 상기 정압 발생 장치는 상기 연결 장치를 통해 상기 연속상 입구와 상기 분산상 입구에 각각 밀폐 연결된다.
상기와 같은 미세 유체 칩 시스템을 이용하여 구현된 액적의 제조 방법은, 피펫（Pipette）을 통해 일정량의 연속상과 분산상을 각각 측정하여 취하고, 측정된 상기 연속상은 상기 연속상 입구에 도입되고 측정된 상기 분산상은 상기 분산상 입구에 도입되는 단계; 및 동력 발생 장치가 작동되어 수집병, 연결 장치 및 칩 본체 내에 압력 차가 발생하여, 압력 차로 인해 상기 분산상과 상기 연속상이 수렴(합류)되어 액적 형태로 상기 수집병으로 흐르는 단계를 포함한다.
또한, 상기 동력 발생 장치를 작동하기 전에, 상기 방법은 적어도 하나의 진동 장치를 사용하여 상기 분산상에 진동을 인가하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에서 제공하는 미세 유체 칩 시스템에서, 먼저 1) 미세 유체 칩 시스템에 의해 생성 된 액적의 안정성을 보장하기 위해 액적 생성 장치, 동력 발생 장치 및 수집병을 제조 플랫폼에 고정한다. 2) 액적 생성 장치의 액적 출구에 단일 동력원을 인가하여 액적 생성 장치에 진공을 형성하여 세포액, 마이크로 비즈 용액 및 유상이 액적 생성 장치에서 동기적으로 흐르게 하고, 비교적 높은 통량을 가지며, 생성된 액적 크기는 균일성이 비교적 좋다. 3) 또한 주사 장치를 단일 동력원으로 사용하고 이상 기체 법칙 P1V1 = P2V2에 따라 주사 장치 작동부의 앞뒤 위치를 제어하고 베이스의 제1 제한 슬롯을 사용하여 주사 장치의 제1 제한 부재를 미리 정해진 위치에 유지하여 진공 상태를 유지하고, 비용이 저렴하고 작동하기 쉽다. 4) 동력 발생 장치의 압력은 시약의 주입 및 흐름에 따라 변하며, 시약이 수집 장치에 채워지고, 동력 발생 장치의 압력 변화도 이상 기체 법칙을 따른다. 5) 액적 생성 장치의 압력 강하, 모든 연속상 및 분산상의 유속, 액적의 크기와 생성 빈도는 모두 예측 가능하고 프로그래밍 가능하며 재현 가능하다; 6) 상기 미세 유체 칩 시스템은 크기가 작고 자체 조립이 가능하기에, 미세 유체 칩 시스템은 사용 환경에 대한 요구 사항이 적고 사용하기 편리하며 대규모로 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의해 제공되는 미세 유체 칩 시스템의 개략 입체도이다.
도 2는 도 1에 도시 된 미세 유체 칩의 칩 본체 내부 구조의 개략도이다.
도 3은 도 1에 도시 된 미세 유체 칩 시스템에서 미세 유체 칩, 수집병 및 동력 발생 장치의 개략도이며, 동력 발생 장치 및 칩 본체(도 2에 도시된 III-III 선을 따른 단면도)는 단면 상태에 있다.
도 4는 도 3에 표시된 미세 유체 칩의 제1 저장소에 유상을 넣고, 제2 저장소에 세포액을 넣고, 제3 저장소에 마이크로 비즈 용액을 넣은 후의 개략도이다.
도 5는 도 4에 도시된 미세 유체 칩 시스템에서 동력 발생 장치를 진공으로 만든 후의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의해 제공되는 진동 장치를 포함하는 미세 유체 칩 시스템의 개략도이다.
도 7은 본 발명에 의해 제공되는 미세 유체 칩 시스템에 의해 생성된 액적(마이크로 비즈 및 세포를 포함하지 않음)의 개략도이다.
도 8은 본 발명에 의해 제공되는 미세 유체 칩 시스템에 의해 생성된 액적(마이크로 비즈 및 세포를 포함)의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 의해 제공되는 칩 본체의 내부 구조의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 의해 제공되는 칩 본체의 내부 구조의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 의해 제공되는 미세 유체 칩, 수집병 및 동력 발생 장치의 연결 관계 개략도이며, 동력 발생 장치 및 칩 본체는 단면 상태에 있다.
도 12은 본 발명의 제5 실시예에 의해 제공되는 미세 유체 칩, 수집병 및 동력 발생 장치의 연결 관계 개략도이며, 동력 발생 장치 및 칩 본체는 단면 상태에 있다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 의해 제공되는 미세 유체 칩, 수집병 및 동력 발생 장치의 연결 관계 개략도이며, 동력 발생 장치 및 칩 본체는 단면 상태에 있다.
도 14은 본 발명의 제7 실시예에 의해 제공되는 미세 유체 칩, 수집병 및 동력 발생 장치의 연결 관계 개략도이며, 동력 발생 장치 및 칩 본체는 단면 상태에 있다.
도 15은 본 발명의 제8 실시예에 의해 제공되는 미세 유체 칩, 수집병 및 동력 발생 장치의 연결 관계 개략도이며, 동력 발생 장치 및 칩 본체는 단면 상태에 있다.
도 16은 본 발명의 제9 실시예에 의해 제공되는 미세 유체 칩, 수집병 및 동력 발생 장치의 연결 관계 개략도이며, 동력 발생 장치 및 칩 본체는 단면 상태에 있다.
도 17은 본 발명의 제10 실시예에 의해 제공되는 미세 유체 칩, 수집병 및 동력 발생 장치의 연결 관계 개략도이며, 동력 발생 장치 및 칩 본체는 단면 상태에 있다.
도 18은 본 발명의 제11 실시예에 의해 제공되는 제조 플랫폼의 개략 입체도이다.
도 19는 도 18에 도시된 제조 플랫폼의 다른 상태의 개략 입체도이다.
도 20은 진동 장치없이 미세 유체 칩 시스템을 사용하여 액적을 제조하는 흐름도이다.
도 21은 진동 장치가 있는 미세 유체 칩 시스템을 사용하여 액적을 제조하는 흐름도이다.
이하, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서, 본 출원에 대하여 상기 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명이 의도 한 목적을 달성하기 위해 채택한 기술적 수단 및 효과를 더 설명하기 위해, 첨부 된 도면 1-21을 참조하여, 본 출원에서 제공하는 미세 유체 칩 시스템 및 액적 제조 방법의 구체적인 실시예, 구조, 특징 및 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예는 미세 유체 칩 시스템(100)을 제공하고, 상기 미세 유체 칩 시스템(100)은 액적(200)을 제조하는데 사용된다.
도 1을 참조하면, 미세 유체 칩 시스템(100)은 제조 플랫폼(10), 액적 생성 장치(20), 수집병(30), 연결 장치(40) 및 동력 발생 장치(50)를 포함한다. 여기서, 제조 플랫폼(10)은 액적 생성 장치(20), 수집병(30), 연결 장치(40) 및 동력 발생 장치(50)를 고정하는 데 사용되며, 상기 액적 생성 장치(20)는 액적(200)을 생성하는데 사용되고, 상기 수집병(30)은 상기 액적 생성 장치(20)에서 흘러 나온 상기 액적(200)을 모으는데 사용되며, 상기 연결 장치(40)는 상기 액적 생성 장치(20)와 상기 수집병(30)을 연결하고 및/또는 상기 액적 생성 장치(20)와 상기 동력 발생 장치(50)를 연결하며 및/또는 상기 동력 발생 장치(50)와 상기 수집병(30)을 연결하는데 사용된다. 그 중 "고정"은 두 가지 상황, 즉 하나는 상기 액적 생성 장치(20), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50)가 상기 제조 플랫폼(10)에서 분리 될 수 없는 상황, 다른 하나는 상기 액적 생성 장치(20), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50)가 상기 제조 플랫폼(10)으로부터 분리 될 수 있는 상황을 포함한다. 본 실시예에서, 상기 액적 생성 장치(20), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50)는 상기 제조 플랫폼(10)으로부터 분리될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 액적 생성 장치(20), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50)는 모두 제조 플랫폼(10)에 고정된다. 상기 연결 장치(40)는 상기 액적 생성 장치(20)와 상기 수집병(30)을 연결하고, 상기 수집병(30)과 상기 동력 발생 장치(50)를 연결한다. 구체적으로, 상기 제조 플랫폼(10)은 베이스(11), 베이스(11)에 개설된 액적 생성 장치 슬롯(12), 수집병 슬롯(13) 및 동력 발생 장치 슬롯(14)을 포함한다. 상기 액적 생성 장치(20), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50)는 상기 액적 생성 장치 슬롯(12), 수집병 슬롯(13) 및 동력 발생 장치 슬롯(14)에 순차적으로 수용되고 고정된다.
다른 실시예에서, 상기 액적 생성 장치(20), 수집병(30) 및 전력 생성 장치(50)는 또한 다른 방식으로 상기 베이스(11)에 배치되거나 장착 될 수 있음을 이해할 수 있다. 예를 들어 베이스(11)에 버클 또는 잠금 장치를 설치하여, 버클 또는 잠금을 통해 상기 액적 생성 장치(20), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50)를 베이스(11)에 고정한다.
구체적으로, 상기 베이스(11)는 제1표면(111), 제1표면(111)에 대향하는 제2표면(112), 제1표면(111) 및 제2표면(112)에 연결된 제1측면(113), 및 제1측면(113)에 대향하는 제2측면(114)을 포함한다. 여기서, 상기 액적 생성 장치 슬롯(12) 및 동력 발생 장치 슬롯(14)은 모두 제1표면(111) 및 제1측면(113)으로부터 각각 제2표면(112) 및 제2측면(114)을 향해 함몰되어 형성되고, 상기 수집병 슬롯(13)은 제1표면(111)으로부터 제2표면(112)을 향해 함몰되어 형성된다. 구체적으로, 상기 액적 생성 장치 슬롯(12) 및 동력 발생 장치 슬롯(14)은 모두 제1표면(111) 및 제1측면(113)을 관통하고, 상기 수집병 슬롯(13)은 제1표면(111)만을 관통한다.
다른 실시예에서, 상기 액적 생성 장치 슬롯(12) 및 동력 발생 장치 슬롯(14) 모두는 제1표면(111)만을 관통한다.
상기 제조 플랫폼(10)은 3D 프린팅 방법에 의해 제조될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 본 실시예에서, 상기 제조 플랫폼(10)은 3D 프린팅 방식으로 제조되며, 그 비용이 저렴하고 실제 필요에 따라 크기를 조정할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 동력 발생 장치 슬롯(14)은 제1 수용부(141) 및 제2 수용부(142)를 포함한다. 여기서, 상기 제1 수용부(141)는 동력 발생 장치(50)의 본체부(51) (도 1 및 이하 내용을 참조)를 수용하는데 사용되고, 상기 제2 수용부(142)는 동력 발생 장치(50)의 작동부(52)를 수용하는데 사용된다(도 1 및 이하 내용을 참조).
상기 제조 플랫폼(10)은 제1 제한 슬롯(15) 및 제2 제한 슬롯(18)을 더 포함한다. 제1 제한 슬롯(15)은 상기 동력 발생 장치(50)의 제1 제한 부재(54)를 수용 및 고정하여 (도 1 및 이하 내용을 참조), 상기 작동부(52)를 미리 정해진 위치에 유지하게 한다. 상기 제2 제한 슬롯(18)은 상기 동력 발생 장치 슬롯(14)과 연통하며 상기 동력 발생 장치(50)의 제2 제한 부재(55)를 수용하고 고정하는데 사용된다 (도 1 및 이하 내용을 참조).
본 실시예에서, 상기 제1 제한 슬롯(15)은 상기 제1표면(111) 및 제1측면(113)으로부터 각각 제2표면(112) 및 제2측면(114)을 향해 함몰되어 형성된 홈이다. 다른 실시예에서, 상기 제1측면(113)이 제1 제한 슬롯(15)의 제한 기능으로서 작용하거나, 또는 제1 제한 슬롯(15)이 상기 제1표면(111)만을 관통하고 제1측면(113)은 관통하지 않는 홈일 수도 있다.
여기서, 상기 액적 생성 장치(20)는 칩 본체(21)를 포함한다. 상기 칩 본체(21)에는 연속상 입구와 분산상 입구가 개설되어 있고, 상기 칩 본체(21)내부에는 연속상 진입 통로, 분산상 진입 통로 및 수렴 통로가 개설되어 있으며, 상기 연속상 입구는 상기 연속상 진입 통로와 연통하고, 상기 분산상 진입 통로은 상기 분산상 진입 통로와 연통하며, 상기 연속상 진입 통로와 상기 분산상 진입 통로는 서로 교차하며, 상기 수렴 통로의 일단과 연통되어 있다. 연속상은 상기 연속상 입구에서 상기 연속상 진입 통로로 들어가고, 분산상은 상기 분산상 입구에서 상기 분산상 진입 통로로 들어가며, 상기 연속상과 상기 분산상은 상기 연속상 진입 통로와 분산상 진입 통로의 교차로에서 수렴되어 상기 수렴 통로로 흐른다.
여기서, 상기 연속상은 유상 등일 수 있고, 분산상은 세포액, 마이크로 비즈 용액, 물 등일 수 있다. 본 실시예에서, 상기 연속상은 유상이고, 상기 분산상은 세포액 및 마이크로 비즈 용액이다.
구체적으로, 본 실시예에서, 상기 칩 본체(21)는 제3표면(211) 및 제3표면(211)에 대향하는 제4표면(212)을 포함한다. 유상 입구(213) (연속상 입구), 세포액 입구(214) (분산상 입구), 마이크로 비즈 용액 입구(215) (분산상 입구) 및 액적 출구(216)는 각각 제3표면(211)에서 제4표면(212)을 향해 함몰되어 있다. 상기 유상 입구(213), 세포액 입구(214), 마이크로 비즈 용액 입구(215) 및 액적 출구(216)는 제3표면(211)만을 관통한다. 다른 실시예에서, 상기 액적 출구(216)는 또한 제3표면(211)과 제4표면(212)을 연결하는 측면 중 하나에 제공될 수 있음을 이해할 수 있다.
여기서, 유상 진입 통로(217) (연속상 진입 통로), 세포액 진입 통로(218) (분산상 진입 통로) 및 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219) (분산상 진입 통로)도 상기 칩 본체(21)내에 형성되어 있다. 여기서, 상기 유상 입구(213)는 상기 유상 진입 통로(217)를 통해 상기 액적 출구(216)와 연통하고, 상기 세포액 입구(214)는 상기 세포액 진입 통로(218)를 통해 상기 액적 출구(216)와 연통하며, 상기 마이크로 비즈 용액 입구(215)는 상기 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219)를 통해 상기 액적 출구 (216)와 연통한다.
여기서, 상기 칩 본체(21) 내에는 또한 수렴 통로(210)가 형성되고, 상기 유상 진입 통로(217), 세포액 진입 통로(218) 및 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219)가 상기 수렴 통로(210)의 일단에서 합류하고 상기 수렴 통로(210)의 타단은 상기 액적 출구(216)와 밀봉 연통한다.
본 실시예에서, 상기 칩 본체(21)내에는 또한 두 개의 유상 진입 통로(217), 두 개의 세포액 진입 통로(218) 및 하나의 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219)가 형성된다. 구체적으로, 두 개의 상기 유상 진입 통로(217)는 상기 세포액 입구(214) 및 두 개의 세포액 진입 통로(218) 주위에 배치되고, 두 개의 상기 세포액 진입 통로(218)는 상기 마이크로 비즈 용액 입구(215) 및 상기 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219) 주위에 배치된다. 상기 유상 진입 통로(217), 상기 세포액 진입 통로(218) 및 상기 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219)가 수렴하기 전에, 두 개의 상기 유상 진입 통로(217) 및 두 개의 상기 세포액 진입 통로(218)는 상기 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219)의 양측에 대칭되게 분포된다.
본 실시예에서, 상기 유상 입구(213), 세포액 입구(214) 및 마이크로 비즈 용액 입구(215)는 동일한 직선 상에 분포된다.
본 실시예에서, 상기 유상 입구(213), 세포액 입구(214), 마이크로 비즈 용액 입구(215) 및 액적 출구(216)는 동일한 직선 상에 분포되지 않는다.
여기서, 상기 미세 유체 칩 시스템(100)은 또한 연속상 저장소 및 분산상 저장소를 포함할 수 있고, 상기 연속상 저장소는 상기 연속상 입구와 연통하고, 상기 분산상 저장소는 상기 분산상 입구가 연통된다. 여기서, 상기 연속상 저장소 및 상기 분산상 저장소는 상기 칩 본체(21)에 위치하거나 상기 칩 본체(21)의 외부에 위치 할 수 있다.
구체적으로, 도 3을 참조하면, 본 실시예에서, 상기 미세 유체 칩 시스템(100)은 제1 저장소(22) (연속상 저장소), 제2 저장소(23) (분산상 저장소) 및 제3 저장소(24) (분산상 저장소)를 더 포함한다. 상기 제1 저장소(22)는 유상 입구(213)와 연통하고, 상기 제2 저장소(23)는 세포액 입구(214)와 연통하며, 상기 제3 저장소(24)는 상기 마이크로 비즈 용액 입구(215)와 연통한다.
본 실시예에서, 상기 제1 저장소(22), 제2 저장소(23) 및 제3 저장소(24)는 상기 칩 본체(21) 상에 위치된다. 구체적으로, 상기 칩 본체(21)와 상기 제1 저장소(22), 제2 저장소(23) 및 제3 저장소(24)는 일체로 형성된다. 다른 실시예에서, 상기 제1 저장소(22), 제2 저장소(23) 및 제3 저장소(24)는 또한 상기 유상 입구(213), 세포액 입구(214) 및 마이크로 비즈 용액 입구에 직접 플러그될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1 저장소(22)는 유상(80)을 일시적으로 저장하기 위해 사용된다. 상기 제1 저장소(22)의 저장 부피는 100 마이크로 리터, 200 마이크로 리터, 500 마이크로 리터 및 1 밀리리터일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
본 실시예에서, 상기 제2 저장소(23)는 세포액(60)을 일시적으로 저장하기 위해 사용된다. 상기 제2 저장소(23)의 저장 부피는 100 마이크로 리터, 200 마이크로 리터, 500 마이크로 리터 및 1 밀리리터일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
본 실시예에서, 상기 제3 저장소(24)는 마이크로 비즈 용액(70)을 일시적으로 저장하기 위해 사용된다. 상기 제3 저장소(24)의 저장 부피는 100 마이크로 리터, 200 마이크로 리터, 500 마이크로 리터 및 1 밀리리터일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
여기서, 상기 마이크로 비즈 용액(70)은 폴리스티렌 마이크로 비즈 용액, 수지 마이크로 비즈 용액, 자기 비즈 용액 중 하나일 수 있다.
여기서, 상기 제1 저장소(22), 제2 저장소(23) 및 제3 저장소(24)에는 모두 개구(미도시)가 형성되어 있으며, 상기 유상(80), 세포액(60) 및 마이크로 비즈 용액(70)이 용이하게 상기 제1 저장소(22), 제2 저장소(23) 및 제3 저장소(24)로 이송되도록 한다.
여기서, 상기 제1 저장소(22), 제2 저장소(23) 및 제3 저장소(24)에서 상기 유상(80), 세포액(60) 및 마이크로 비즈 용액(70)의 부피비는 2 : 1 : 1일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 본 실시예에서, 상기 세포액(60)은 200 마이크로 리터이고, 상기 마이크로 비즈 용액(70)은 200 마이크로 리터이고, 상기 유상 (80)은 400 마이크로 리터이다.
다른 실시예에서, 상기 액적 생성 장치(20)는 상기 제1 저장소(22), 제2 저장소(23) 및 제3 저장소(24)를 포함하지 않을 수 있다. 이때, 상기 유상 (80)은 상기 유상 입구(213)에 직접 가입될 수 있고, 상기 세포액(60)은 상기 세포액 입구(214)에 직접 가입될 수 있으며, 상기 마이크로 비즈 용액(70)은 상기 마이크로 비즈 용액 입구(215)에 직접 가입될 수 있다.
여기서, 상기 수집병(30)은 액적(200)을 수집하기 위해 사용된다. 상기 수집병(30)은 커버(31)를 포함하고, 상기 커버(31)에는 두 개의 홀(미도시)이 형성되어 있다. 상기 커버(31)와 수집병(30)의 본체는 분리 가능하게 연결되거나 분리되지 않는다.
여기서, 상기 수집병(30)의 부피는 1ml 또는 5ml일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 본 실시예에서, 상기 수집병(30)의 부피는 1ml이다.
본 실시예에서, 상기 연결 장치(40)는 제1 연결관(41) 및 제2 연결관(42)를 포함한다. 상기 제1 연결관(41)의 일단은 상기 동력 발생 장치(50)에 연통되고 타단은 상기 수집병(30)에 연통되며, 상기 제2 연결관(42)의 일단은 상기 칩 본체(21)에 연결되고 또한 상기 액적 출구(216)와 연통되며, 타단은 상기 수집병(30)과 연통된다.
구체적으로, 본 실시예에서, 상기 제2 연결관(42)의 일단은 제3표면(211)에 연결되고, 타단은 상기 수집병(30)의 커버(31)의 홀에 연결되고 상기 수집병과 연통되어 있다. 상기 제1 연결관(41)의 일단은 상기 동력 발생 장치(50)에 연결되고, 타단은 상기 커버(31)의 다른 홀에 연결되어 상기 수집병(30)과 연통된다.
본 실시예에서, 상기 제1 연결관(41) 및 제2 연결관(42)은 모두 10cm 길이의 호스이다.
여기서, 상기 동력 발생 장치(50)는 상기 액적 생성 장치(20)에 동력을 제공하여 액적(200)을 생성하는데 사용되며, 제1 저장소(22), 제2 저장소(23) 및 제3 저장소(24)에 위치한 유상(80), 세포액(60) 및 마이크로 비즈 용액(70)이 각각 액적 생성 장치(20)의 유상 진입 통로(217), 세포액 진입 통로(218) 및 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219) 내에서 흐르게 하고, 다음 상기 수렴 통로(210)에서 합류하여 액적(200)을 형성하며, 상기 액적(200)은 상기 액적 출구(216)로부터 흘러나와 상기 수집병(30)으로 흘러 들어간다.
본 실시예에서, 상기 동력 발생 장치(50)는 부압 발생 장치이다. 상기 동력 발생 장치(50)는 본체부(51), 조작부(52) 및 기체 수출입단(53)을 포함한다. 여기서, 상기 본체부(51)는 수용 공간(511)을 포함하고, 상기 조작부(52)의 일단은 수용 공간(511)에 수용되고, 타단은 상기 본체부(51)로부터 돌출된다. 상기 수용 공간(511)에 수용된 상기 조작부(52)의 일단은 수용 공간(511)의 내벽에 밀착된다. 상기 본체부(51)의 외측에 위치한 상기 조작부(52)의 일단이 외력을 받아 상기 조작부(52)를 작동 시키면, 상기 조작부(52)는 상기 수용 공간(511) 내에서 슬라이딩 한다. 상기 기체 수출입단(53)은 상기 본체부(51)의 노출된 상기 작동부(52)로부터 멀어지는 일단에 고정되고 상기 수용 공간(511)과 연통한다. 상기 제2 연결관(42)의 수집병(30)에서 멀어지는 일단은 상기 기체 수출입단(53)에 연결된다.
구체적으로, 본 실시예에서, 상기 동력 발생 장치(50)는 주사 장치이다.
본 실시예에서, 상기 동력 발생 장치(50)는 제1 제한 부재(54) 및 제2 제한 부재(55)를 더 포함하고, 상기 제1 제한 부재(54)는 상기 작동부(52) 상에서 상기 본체부(51)로부터 외부에 노출된 일단에 배치된다. 상기 제1 제한 부재(54)는 상기 제1 제한 슬롯(15)과 협력하여 상기 작동부(52)를 고정 위치로 끌어 당겨 상기 동력 발생 장치(50)의 내부를 진공으로 유지한다. 상기 제2 제한 부재(55)는 상기 본체부(51)에 고정되고, 상기 제2 제한 부재(55)는 상기 제2 제한 슬롯(18)과 연합하여 상기 조작부(52)를 당길 때 상기 본체부(51)의 이동을 제한한다.
상기 조작부(52)가 외력의 작용에 의해 이동하면 그 위에 위치하는 상기 제1 제한 부재(54)가 이동되어 상기 제1 제한 슬롯(15)의 위치에 제한될 때, 상기 제2 연결관(42), 수집병(30), 제1 연결관(41) 및 칩 본체(21)의 상기 액적 출구(216), 수렴 통로(210), 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219), 세포액 진입 통로(218), 유상 진입 통로(217)는 초기 부피 V1에서 부피 V2로 증가하고, 이상 기체 상태 방정식 P1V1 = P2V2에 따라, P1 및 P2는 각각 초기 부피 V1 및 부피 V2에 해당하는 압력이고, 이때, 상기 제2 연결관(42), 수집병(30), 제1 연결관(41) 및 칩 본체(21)의 상기 액적 출구(216), 수렴 통로(210), 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219), 세포액 진입 통로(218), 유상 진입 통로(217), 제1 저장소(22), 제2 저장소(23) 및 제3 저장소(24)의 압력은 대기압보다 낮고, 그에 따른 압력 차이로 인해 상기 액적 생성 장치(20)의 상기 분산상과 상기 연속상이 액적 형태로 수집병(30) 내로 흐르게 된다.
여기서, 상기 동력 발생 장치(50)의 동력은 다음과 같은 방식으로 생성할 수 있다. 1) 상기 칩 본체(21)에 연결되기 전에 밀폐된 용기에서 미리 생성한다. 2) 펌프에 의해 상기 동력 발생 장치(50)를 구동하여 생성한다. 3) 주사기 (또는 유사한 장치)의 플런저를 당기거나 밀어 생성한다.
일부 실시예에서, 상기 미세 유체 칩 시스템(100)은 상기 제3 저장소 및/또는 제2 저장소에 대응하는 적어도 하나의 진동 장치를 더 포함할 수 있으며, 상기 마이크로 비즈 용액(70) 및/또는 세포액(60)에 진동을 가하는데 사용된다.
여기서, 도 6을 참조하면, 상기 미세 유체 칩 시스템(100)은 적어도 하나의 진동 장치를 더 포함하고, 상기 진동 장치는 분산상에 진동을 인가하기 위해 사용된다.
구체적으로, 본 실시예에서, 상기 미세 유체 칩 시스템(100)은 제1 진동 장치(25) 및 제2 진동 장치(26)를 더 포함한다. 상기 제1 진동 장치(25) 및 제2 진동 장치(26)는 상기 액적 생성 장치 슬롯(12)에 고정되고 각각 상기 세포액 입구(214) 및 마이크로 비즈 용액 입구(215)에 대응한다.
여기서, 상기 제1 진동 장치(25) 및 제2 진동 장치(26)는 모두 세라믹 진동판일 수 있다.
여기서, 상기 제1 진동 장치(25) 및 제2 진동 장치(26)는 작동 된 후 진동을 발생시키고, 진동이 상기 세포액(60) 및 상기 마이크로 비즈 용액(70)에 가해져 상기 세포액(60) 및 마이크로 비즈 용액이 실험 과정에서 일으키는 세포 또는 마이크로 비즈의 침강 문제를 효과적으로 개선하여, 상기 세포액(60)과 마이크로 비즈 용액(70) 농도의 일관성을 보장할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 제1 진동 장치(25) 및 제2 진동 장치(26)는 또한 칩 본체(21)에 위치할 수 있다. 예를 들어, 제1 진동 장치(25) 및 제2 진동 장치(26)는 상기 칩 본체(21)의 제4표면(212)에 위치하고, 상기 세포액 입구(214) 및 마이크로 비즈 용액 입구(215)에 대응하거나, 또는 칩 본체(21)의 제3표면(211) 및 제4표면(212)을 연결하는 측벽에 위치하고 세포액 입구(214) 및 마이크로 비즈 용액 입구(215) 위치에 대응한다. 상기 제1 진동 장치(25)와 상기 제2 진동 장치(26)가 작동하여 발생하는 진동 에너지를 상기 세포액(60)과 마이크로 비즈 용액(70)에 인가하면 세포액(60)과 마이크로 비즈 용액(70)의 세포 또는 마이크로 비즈의 침강 문제를 개선할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 미세 유체 칩 시스템(100)은 하나의 진동 장치, 예를 들어 제2 진동 장치(26)만을 포함할 수 있고, 상기 제2 진동 장치(26)는 상기 액적 생성 장치 슬롯(12)에 고정될 수 있으며, 마이크로 비즈 용액 입구에 대응한다. 제2 진동 장치(26)는 또한 칩 본체(21)의 제4표면(212)에 고정될 수 있고 상기 마이크로 비즈 용액 입구(215)에 대응한다. 따라서, 실험 과정에서 마이크로 비즈 용액(70)에 의한 마이크로 비즈 침강 문제를 효과적으로 개선할 수 있어, 상기 마이크로 비즈 용액(70)의 농도의 일관성을 확보할 수 있다.
다른 실시예에서, 미세 유체 칩 시스템(100)은 세포액 입구(214) 및 마이크로 비즈 용액 입구(215)에 동시에 대응하여 동시에 설치된 하나의 진동 장치를 포함하며, 동시에 세포액(60) 및 마이크로 비즈 용액(70)에 진동을 인가한다.
상기 동력 발생 장치(50)에 동력이 인가되면, 상기 동력 발생 장치(50) 내부에 진공이 형성되고, 진공에 의해 상기 분산상과 연속상이 상기 칩 본체(10) 내에서 흐르게 되고, 주사 장치를 동력 발생 장치로 채용하기에 간단한 동작으로 진공을 생성할 수 있다. 시약(분산상 및 연속상)이 상기 칩 본체 내에 흐르기 시작하면 상기 동력 발생 장치의 공기가 정압 또는 부압 시스템에서 팽창 또는 압축되어 칩 입구(연속상 입구 및 분산상 입구) 및 출구(액적 출구)의 압력 강하가 감소하여 상기 시약의 유속이 점차적으로 느려지고 상기 시약의 유속이 변하면 액적 크기가 변화한다. 따라서, 상기 칩 본체(10)의 압력 강하, 상기 분산상 및 연속상의 유속, 액적의 크기 및 생성 빈도는 모두 예측 가능하고 프로그램 가능하며 재현 가능하다.
도 7을 참조하면, 도 7은 본 발명에 의해 제공되는 미세 유체 칩 시스템에 의해 생성된 액적(마이크로 비즈 및 세포를 포함하지 않음)의 개략도이다. 도 7을 통해 본 발명에서 제공하는 미세 유체 칩 시스템(100)에 의해 생성 된 액적의 크기의 변화가 적고 균일성이 더 우수함을 알 수 있다. 본 실시예에서, 상기 액적의 크기는 55.7um이고, 상기 액적의 크기 변화는 2%이다.
도 8을 참조하면, 도 8은 본 발명에 의해 제공되는 미세 유체 칩 시스템(100)에 의해 생성된 액적(마이크로 비즈 및 세포를 포함)의 개략도이다. 도 8을 통해 본 발명에 의해 제공되는 미세 유체 칩 시스템은 상기 마이크로 비즈와 세포를 상기 유상 내에 캡슐화할 수 있음을 알 수 있다.
도 9를 참조하면, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 의해 제공되는 칩 본체 (110)의 내부 구조의 개략도이다. 상기 칩 본체(110)의 내부 구조는 본 발명의 제1 실시예에서 제공하는 상기 칩 본체(21)의 내부 구조와 기본적으로 동일하며, 유일한 차이점은 상기 칩 본체(110)에는 두 개의 유상 진입 통로(217), 하나의 세포액 진입 통로(218) 및 두 개의 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219)가 형성되어 있다. 구체적으로, 두 개의 상기 유상 진입 통로(217)는 상기 마이크로 비즈 용액 입구(215) 및 두 개의 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219) 주위에 배치되고, 두 개의 상기 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219)는 상기 세포액 입구(214) 및 하나의 상기 세포액 진입 통로(218) 주위에 배치된다. 상기 유상 진입 통로(217), 상기 세포액 진입 통로(218) 및 상기 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219)가 수렴하기 전에, 두 개의 상기 유상 진입 통로(217) 및 두 개의 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219)는 상기 세포액 진입 통로(218)의 양측에 대칭되게 분포된다.
본 실시예에서, 상기 유상 입구(213), 세포액 입구(214), 마이크로 비즈 용액 입구(215) 및 액적 출구(216)는 동일한 직선 상에 분포된다.
도 10을 참조하면, 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 의해 제공되는 칩 본체(120)의 내부 구조의 개략도이다. 상기 칩 본체(120)의 내부 구조는 본 발명의 제1 실시예에서 제공하는 상기 칩 본체(21)의 내부 구조와 기본적으로 동일하며, 유일한 차이점은 상기 칩 본체(120)내에는 두 개의 유상 진입 통로(217), 하나의 세포액 진입 통로(218) 및 하나의 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219)가 형성되어 있다. 구체적으로, 두 개의 상기 유상 진입 통로(217)는 상기 마이크로 비즈 용액 입구(215), 하나의 상기 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219), 상기 세포액 입구(214) 및 하나의 상기 세포액 진입 통로(218) 주위에 배치된다. 하나의 상기 세포액 진입 통로(218) 및 하나의 상기 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219)는 대칭되게 분포되고, 두 개의 상기 유상 진입 통로(217)는 하나의 상기 세포액 진입 통로(218) 및 하나의 상기 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219)의 양측에 분포된다.
본 실시예에서, 상기 유상 입구(213)와 상기 액적 출구(216)는 동일한 직선상에 분포되며, 상기 유상 입구(213), 세포액 입구(214), 마이크로 비즈 용액 입구(215) 및 액적 출구(216)는 동일한 직선 상에 분포되지 않는다.
도 11을 참조하면, 도 11은 본 발명의 제4 실시예에 의해 제공되는 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50)의 연결 관계 개략도이며, 동력 발생 장치(50)는 단면 상태에 있다. 본 실시예에서, 상기 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50)의 연결 관계는 기본적으로 도 3에 도시된 상기 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50) 간의 연결 관계와 동일하며, 유일한 차이점은 상기 제1 저장소(22), 제2 저장소(23) 및 3 저장소(24)가 상기 칩 본체(21)의 외부에 형성되고, 제3 연결관(43)과 제4 연결관(44) 및 제5 연결관(45)은 각각 상기 유상 입구(213), 세포액 입구(214) 및 마이크로 비즈 용액 입구(215)와 밀봉 연통한다.
도 12를 참조하면, 도 12는 본 발명의 제5 실시예에 의해 제공되는 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50)의 연결 관계 개략도이며, 동력 발생 장치(50)는 단면 상태에 있다. 본 실시예에서, 상기 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50)의 연결 관계는 기본적으로 도 9에 도시된 상기 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50) 간의 연결 관계와 동일하며, 유일한 차이점은 상기 액적 생성 장치(20)는 상기 칩 본체(21)에 형성된 돌출부(27)를 더 포함하고, 상기 수집병(30)은 상기 돌출부(27)에 배치되고, 상기 수렴 통로(210)는 상기 수집병(30)과 밀봉 연통되고, 상기 수집병(30)은 상기 제1 연결관(41)을 통해 상기 동력 발생 장치(50)와 밀봉 연통된다.
도 13을 참조하면, 도 13은 본 발명의 제6 실시예에 의해 제공되는 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50)의 연결 관계 개략도이며, 동력 발생 장치(50)는 단면 상태에 있다. 본 실시예에서, 상기 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50)의 연결 관계는 기본적으로 도 12에 도시된 상기 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50) 간의 연결 관계와 동일하며, 유일한 차이점은 상기 제1 저장소(22), 제2 저장소(23) 및 제3 저장소(24)는 상기 칩 본체(21)에 형성되고, 제1 저장소(22)는 유상 입구(213)와 밀봉 연통하고, 제2 저장소(23)는 세포액 입구(214)와 밀봉 연통하며, 제3 저장소(24)는 상기 마이크로 비즈 용액 입구(215)와 밀봉 연통한다.
도 14를 참조하면, 도 14는 본 발명의 제7 실시예에 의해 제공되는 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50)의 연결 관계 개략도이며, 동력 발생 장치(50)는 단면 상태에 있다. 본 실시예에서, 상기 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50)의 연결 관계는 기본적으로 도 3에 도시된 상기 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50) 간의 연결 관계와 동일하며, 유일한 차이점은 상기 동력 발생 장치(50)는 정압 발생 장치이다. 구체적으로, 상기 동력 발생 장치(50)는 주사 장치이다. 상기 동력 발생 장치(50)는 상기 제1 연결관(41)을 통하여 각각 상기 제1 저장소(22), 제2 저장소(23) 및 제3 저장소(24)에 연통된다. 본 실시예에서, 상기 제1 연결관(41)은 다중 조인트 분기 연결관이다. 구체적으로, 상기 제1 연결관(41)은 주 연결부(411), 제1 분기 연결부(412), 제2 분기 연결부(413) 및 제3 분기 연결부(414)를 포함하고, 상기 주 연결부(411)의 일단은 상기 동력 발생 장치 (50)의 기체 수출입단(53)에 연결되어 밀봉 연통되며, 상기 주 연결부(411)의 타단은 각각 상기 제1 분기 연결부(412) 및 제2 분기 연결부(413) 및 제3 분기 연결부(414)에 연결되어 밀봉 연통된다.
물론, 본 실시예의 구조는 도 9 및 도 10에 도시 된 칩 본체의 구조에도 적용 가능하다.
도 15를 참조하면, 도 15는 본 발명의 제8 실시예에 의해 제공되는 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50)의 연결 관계 개략도이며, 동력 발생 장치(50)는 단면 상태에 있다. 본 실시예에서, 상기 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50)의 연결 관계는 기본적으로 도 14에 도시된 상기 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50) 간의 연결 관계와 동일하며, 유일한 차이점은 상기 제1 저장소(22), 제2 저장소(23) 및 3 저장소(24)가 상기 칩 본체(21)의 외부에 형성되고, 제3 연결관(43)과 제4 연결관(44) 및 제5 연결관(45)은 각각 상기 유상 입구(213), 세포액 입구(214) 및 마이크로 비즈 용액 입구(215)와 밀봉 연통한다.
도16을 참조하면, 도 16은 본 발명의 제9 실시예에 의해 제공되는 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50)의 연결 관계 개략도이며, 동력 발생 장치(50)는 단면 상태에 있다. 본 실시예에서, 상기 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50)의 연결 관계는 기본적으로 도 15에 도시된 상기 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50) 간의 연결 관계와 동일하며, 유일한 차이점은 상기 액적 생성 장치(20)는 상기 칩 본체(21)에 형성된 돌출부(27)를 더 포함하고, 상기 수집병(30)은 상기 돌출부(27)에 배치되고, 상기 수렴 통로(210)는 상기 수집병(30)과 밀봉 연통된다.
도 17을 참조하면, 도 17은 본 발명의 제10 실시예에 의해 제공되는 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50)의 연결 관계 개략도이며, 동력 발생 장치(50)는 단면 상태에 있다. 본 실시예에서, 상기 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50)의 연결 관계는 기본적으로 도 16에 도시 된 상기 칩 본체(21), 수집병(30) 및 동력 발생 장치(50) 간의 연결 관계와 동일하며, 유일한 차이점은 상기 제1 저장소(22), 제2 저장소(23) 및 제3 저장소(24)는 상기 칩 본체(21)에 형성되고, 제1 저장소(22)는 유상 입구(213)와 밀봉 연통하고, 제2 저장소(23)는 세포액 입구(214)와 밀봉 연통하며, 제3 저장소(24)는 상기 마이크로 비즈 용액 입구(215)와 밀봉 연통한다.
도 18-19를 참조하면, 도 18-19는 본 발명의 제11 실시예에 의해 제공되는 제조 플랫폼(101)의 개략 입체도이다. 본 실시예에서, 상기 제조 플랫폼(101)의 구조는 제1 실시예의 상기 제조 플랫폼(10)의 구조와 비슷하며, 유일한 차이점은 상기 동력 발생 장치가 부압 발생 장치일 경우, 상기 제조 플랫폼(101)의 상기 베이스(11)는 제1부분(115) 및 상기 제1부분(115)에 연결된 제2부분(116)을 포함하고, 상기 제1부분(115)은 상기 제2부분(116)보다 낮고, 상기 액적 생성 장치 슬롯(12)은 상기 제1부분(115)에 형성되고, 상기 동력 발생 장치 슬롯(14)은 상기 제2부분(116)에 형성된다. 다른 실시예에서, 상기 액적 생성 장치 슬롯(12)은 생략될 수 있고, 상기 액적 생성 장치(20)는 상기 제1부분 (115)에 직접 고정될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 수집병 슬롯(13)은 또한 제2부분(116) 상에 형성된다. 물론, 상기 수집병(30)이 상기 칩 본체(21)에 형성되는 경우, 상기 수집병 슬롯(13)은 상기 제2부분(116)에 배치되지 않는다. 상기 제조 플랫폼(101)은 상기 제1부분(115)에 고정된 고정 좌석(16) 및 고정 좌석(16)에 가역적으로 연결된 먼지 커버(17)를 더 포함한다. 상기 먼지 커버(17)는 상기 칩 본체(21)의 일측에 위치하며, 상기 먼지 커버(17)는 상기 칩 본체(21)에 먼지가 들어가는 것을 방지하기 위해 사용된다. 구체적으로, 상기 먼지 커버(17)는 상기 연속상 입구 및/또는 분산상 입구 위에 위치하거나, 또는 연속상 저장소 및/또는 분산상 저장소 위에 위치한다.
도 20-21을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예는 액적을 제조하는 방법을 제공하며, 상기 제조 방법은 전술한 미세 유체 칩 시스템(100) 또는 유사한 시스템과 결합하여 수행할 수 있으며, 상기 제조 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
단계 S801에서, 피펫（Pipette）을 통해 일정량의 연속상과 분산상을 각각 측정하여 취하고, 측정된 상기 연속상은 상기 연속상 입구에 도입되고 측정 된 상기 분산상은 상기 분산상 입구에 도입된다.
구체적으로, 본 실시예에서 단계 S801은 다음과 같이 표현될 수 있다. 피펫을 사용하여 각각 일정량의 유상(80), 세포액(60) 및 마이크로 비즈 용액(70)을 측정하고, 측정 된 유상(80)은 미세 유체 칩 시스템(100)의 유상 입구(213)로 도입되고, 측정 된 세포액(60)은 세포액 입구(214)로 도입되고, 측정된 마이크로 비즈 용액(70)은 마이크로 비즈 용액 입구(215)로 도입된다.
상기 미세 유체 칩 시스템(100)이 연속상 저장소와 분산상 저장소를 더 포함하는 경우, 상기 단계 S801은 다음과 같이 표현될 수도 있다. 피펫을 사용하여 각각 일정량의 연속상과 분산상을 측정하고, 측정된 상기 연속상은 상기 연속상 저장소에 도입되고, 측정된 상기 분산상은 상기 분산상 저장소에 도입된다.
구체적으로, 본 실시예에서, 상기 미세 유체 칩 시스템(100)은 제1 저장소(22), 제2 저장소(23) 및 제3 저장소(24)를 더 포함한다. 따라서, 단계 S801은 구체적으로 다음을 같다. 피펫을 사용하여 각각 일정량의 유상(80), 세포액(60) 및 마이크로 비즈 용액(70)을 측정하고, 측정 된 유상(80)을 제1 저장소(22)에 도입하고, 측정 된 세포액(60)를 제2 저장소(23)에 도입하며, 측정 된 마이크로 비즈 용액(70)은 제3 저장소(24)에 도입한다. 상기 유상(80)은 제1 저장소(22)를 통해 상기 유상 입구(213)로 도입되고, 상기 세포액(60)은 상기 제2 저장소(23)를 통해 상기 세포액 입구(214)로 도입되며, 상기 마이크로 비즈 용액(70)은 상기 제3 저장소(24)를 통해 상기 마이크로 비즈 용액 입구(215)로 도입된다.
본 실시예에서, 상기 세포액(60)은 200 마이크로 리터이고, 상기 마이크로 비즈 용액(70)은 200 마이크로 리터이고, 상기 유상(80)은 400 마이크로 리터이다.
여기서, 상기 세포액(60), 마이크로 비즈 용액(70) 및 유상(80)을 첨가하는 순서는 먼저 세포액(60)을 첨가 한 다음 마이크로 비즈 용액(70)을 첨가하고 마지막으로 유상(80)을 첨가하는 순서일 수 있다. 또는 먼저 마이크로 비즈 용액(70)을 첨가한 다음 세포액(60)을 첨가하고 마지막으로 유상(80)을 첨가하는 순수일 수 있다. 또는 동시에 상기 세포액(60), 마이크로 비즈 용액(70) 및 유상(80)을 추가하는 것도 가능하다.
단계 S802에서 동력 발생 장치(50)가 작동되어 수집병(30), 연결 장치(40), 칩 본체(21)의 압력과 대기압 사이의 압력 차를 형성하며, 압력 차로 인해 상기 분산상과 상기 연속상이 수렴되어 액적 형태로 수집병(30)으로 흐른다.
구체적으로, 단계 S802는 다음과 같을 수 있다. 동력 발생 장치(50)를 작동하여, 수집병(30), 제2 연결관(42) 및 칩 본체(21) 내의 액적 출구(216), 수렴 통로(210), 적어도 하나의 분산상 진입 통로, 상기 분산상 입구 및 연속상 입구내의 압력과 대기압 사이에 압력 차가 형성되어, 압력 차로 인해 연속상과 분산상이 수렴 통로(210)를 향해 흐르도록 하고, 수렴 통로(210)에서 합류하여 액적(200)을 형성하고, 액적(200)은 압력 차의 작용하에, 액적 출구(216) 및 제2 연결관(42)을 통해 수집병(30)으로 흐른다.
본 실시예에서, 단계 S802는 다음과 같이 표현될 수 있다. 상기 동력 발생 장치(50)를 작동하여, 수집병(30), 제2 연결관(42) 및 칩 본체(21)내의 액적 출구(216), 수렴 통로(210), 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219), 세포액 진입 통로(218) 및 유상 진입 통로(217), 상기 마이크로 비즈 용액 입구(215), 세포액 입구(214) 및 유상 입구(213) 내의 압력과 대기압 사이에 압력 차를 형성하고, 압력 차는 세포액(60), 마이크로 비즈 용액(70) 및 유상(80)을 수렴 통로(210)로 흐르게 하고, 수렴 통로(210)에서 합류되어 액적(200)을 형성하며, 액적(200)은 압력 차의 작용하에 액적 출구(216)와 제2 연결관(42)을 통해 수집병(30)으로 흐른다.
본 실시예에서, 상기 미세 유체 칩 시스템(100)의 액적 생성 장치(20)는 상기 제1 저장소(22), 제2 저장소(23) 및 제3 저장소(24)를 더 포함한다. 따라서, 단계 S802는 다음과 같을 수 있다. 동력 발생 장치(50)를 작동하고, 수집병(30), 제2 연결관(42), 칩 본체(21)의 액적 출구(216), 수렴 통로(210), 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219), 세포액 진입 통로(218) 및 유상 진입 통로(217), 상기 제3 저장소(24), 제2 저장소(23) 및 제1 저장소(22) 내의 압력과 대기압 사이에 압력 차가 형성되며, 압력 차는 세포액(60), 마이크로 비즈 용액(70) 및 유상(80)이 수렴 통로(210)로 흐르게 하고 수렴 통로(210)에서 합류하여 액적(200)을 형성하며, 액적(200)은 압력 차의 작용하에 액적 출구(216) 및 제2 연결관(42)을 통해 수집병(30)으로 흘러 들어간다.
본 실시예에서 상기 동력 발생 장치(50)는 부압 발생 장치이므로, 단계 S802는 구체적으로 다음과 같다. 상기 동력 발생 장치(50)를 작동하여 수집병(30), 제2 연결관(42) 및 칩 본체 내의 액적 출구(216), 마이크로 비즈 용액 진입 통로(219), 세포액 진입 통로(218), 유상 진입 통로(217) 내에 부압을 발생시켜 상기 부압은 세포액(60), 마이크로 비즈 용액(70) 및 유상(80)을 수렴 통로(210)로 흐르게 하고, 수렴 통로(210)에서 합류하여 액적(200)을 형성하고, 액적(200)은 압력 차의 작용하에 액적 출구(216) 및 제2 연결관(42)을 통해 수집병(30)으로 흘러 들어간다.
또한, 부압을 발생시키는 구체적인 동작은 다음과 같다. 동력 발생 장치(50)의 작동부(52)를 미리 설정된 위치로 당기고 베이스(11) 상의 제1 제한 슬롯(15)을 사용하여 제1 제한 부재(54)를 고정한다.
다른 실시예에서, 동력 발생 장치(50)는 정압 발생 장치이기 때문에, 단계 S802는 구체적으로 다음과 같다. 상기 동력 발생 장치(50)를 작동하여, 칩 본체(21) 내의 분산상 진입 통로, 연속상 진입 통로, 액체 출구(216) 및 수집병(30) 내에 정압을 발생시켜, 상기 정압은 분산상과 연속상이 수렴 통로(210)를 향해 흐르게 하고, 수렴 통로(210)에서 합류하여 액적(200)을 형성하고, 액적(200)은 또한 상기 정압의 작용하에 액적 출구(216)를 통해 수집병(30)으로 흘러 들어간다.
도 19를 참조하면, 다른 실시예에서, 제조 방법은 동력 발생 장치(50)를 작동하기 전에 단계 S900을 더 포함할 수 있다. 제1 진동 장치(25) 및 제2 진동 장치(26)를 사용하여 상기 마이크로 비즈 용액(70) 및 세포액(60)에 진동을 인가한다. 예를 들어, 베이스(11) 상에 설치된 상기 제1 진동 장치(25) 및 상기 제2 진동 장치(26)의 전원 스위치(미도시)를 켜고, 상기 제1 진동 장치(25) 및 제2 진동 장치(26)는 진동을 시작하여 상기 마이크로 비즈 용액(70) 및 세포액(60)에 진동을 인가한다.
미세 유체 칩 시스템(100)이 하나의 진동 장치만을 포함 할 수 있기 때문에, 다른 실시예에서, 단계 S900은 또한 다음과 같이 표현될 수 있음을 이해할 수 있다. 적어도 하나의 진동 장치를 사용하여, 상기 마이크로 비즈 용액(70) 및/또는 세포액(60)에 진동을 인가한다.
다른 실시예에서, 단계 S900은 또한 다음과 같이 표현될 수 있다. 제1 진동 장치(25) 및 제2 진동 장치를 사용하여 상기 분산상에 진동을 인가한다. 예를 들어, 베이스(11) 상에 설치된 상기 제1 진동 장치(25) 및 상기 제2 진동 장치(26)의 전원 스위치(미도시)를 켜고, 상기 제1 진동 장치(25) 및 제2 진동 장치(26)는 진동을 시작하여 상기 분산상에 진동을 인가한다.
본 발명에서 제공하는 미세 유체 칩 시스템에서, 먼저 1) 미세 유체 칩 시스템에 의해 생성 된 액적의 안정성을 보장하기 위해 액적 생성 장치, 동력 발생 장치 및 수집병을 제조 플랫폼에 고정한다. 2) 액적 생성 장치의 액적 출구에 단일 동력원을 인가하여 액적 생성 장치에 진공을 형성하여 세포액, 마이크로 비즈 용액 및 유상이 액적 생성 장치에서 동기적으로 흐르게 하고, 비교적 높은 통량을 가지며, 생성된 액적 크기는 균일성이 비교적 좋다. 3) 또한 주사 장치를 단일 동력원으로 사용하고 이상 기체 법칙 P1V1 = P2V2에 따라 주사 장치 작동부의 앞뒤 위치를 제어하고 베이스의 제1 제한 슬롯을 사용하여 주사 장치의 제1 제한 부재를 미리 정해진 위치에 유지하여 진공 상태를 유지하고, 비용이 저렴하고 작동하기 쉽다. 4) 동력 발생 장치의 압력은 시약의 주입 및 흐름에 따라 변하며, 시약이 수집 장치에 채워지고, 동력 발생 장치의 압력 변화도 이상 기체 법칙을 따른다. 5) 액적 생성 장치의 압력 강하, 모든 연속상 및 분산상의 유속, 액적의 크기와 생성 빈도는 모두 예측 가능하고 프로그래밍 가능하며 재현 가능하다; 6) 미세 유체 칩 시스템에 배치된 진동 장치는 실험 중 세포액 및/또는 마이크로 비즈 용액에서 생성 된 세포 및/또는 마이크로 비즈의 침강 문제를 효과적으로 개선하여 세포액 및/또는 마이크로 비즈 용액 농도의 일관성을 보장할 수 있다.
또한, 본 발명에서 제공하는 미세 유체 칩 시스템은 2 분 내에 250,000 개의 액적을 생성할 수 있으며, 이는 10,000 개의 단세포 표적 생성물을 얻을 수 있음을 의미한다. 즉, 하나의 액적에는 하나의 자기 비즈와 하나의 세포가 포함된다. 또한 실제수요에 따라 액적 생성 시간을 조절하여 시약 표적 산출물의 양을 조절할 수 있다.
전체 미세 유체 칩 시스템의 부피는 애플회사에서 생산하는 ipad mini 크기에 불과하며 사용자는 사용 공간을 크게 확장할 수 있다.
상술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시예일뿐이며, 어떠한 형태로든 본 발명을 제한하지 않는다. 본 발명의 바람직한 실시예가 위에 공개되어 있지만 본 발명을 제한하려는 의도는 없으며, 해당 전업에 익숙한 사람이라면 누구나 본 발명의 기술 솔루션의 범위를 벗어나지 않고 위에 공개된 기술 내용을 사용하여 일부 변경하거나 동일하게 수정하는 등 효과의 실시방식을 취할 수 있지만, 본 발명의 기술적 솔루션 내용을 벗어나지 않는 한, 본 발명의 기술적 본질에 기초하여 상기 실시예에 대한 임의의 간단한 수정, 동등한 변경 및 수정은 여전히 본 발명의 기술적 솔루션의 범위 내에 있다.
100 : 미세 유체 칩 시스템 10,101 : 제조 플랫폼
11 : 베이스 111 : 제1표면
112 : 제2표면 113 : 제1측면
114 : 제2측면 115 : 제1부분
116 : 제2부분 12 : 액적 생성 장치 슬롯
13 : 수집병 슬롯 14 : 동력 발생 장치 슬롯
141 : 제1 수용부 142 : 제2 수용부
15 : 제1 제한 슬롯 16 : 고정 좌석
17 : 먼지 커버 18 : 제2 제한 슬롯
20 : 액적 생성 장치 21,110,120 : 칩 본체
211 : 제3표면 212 : 제4표면
213 : 유상 입구 214 : 세포액 입구
215 : 마이크로 비즈 용액 입구 216 : 액적 출구
217 : 유상 진입 통로 218 : 세포액 진입 통로
219 : 마이크로 비즈 용액 진입 통로
210 : 수렴 통로 22 : 제1 저장소
23 : 제2 저장소 24 : 제3 저장소
25 : 제1 진동 장치 26 : 제2 진동 장치
30 : 수집병 31 : 커버
40 : 연결 장치 41 : 제1 연결관
42 : 제2 연결관 50 : 동력 발생 장치
51 : 본체부 511 : 수용 공간
52 : 조작부 53 : 기체 수출입단
54 : 제1 제한 부재 55 : 제2 제한 부재
60 : 세포액 70 : 마이크로 비즈 용액
80 : 유상 200 : 액적
43 : 제3 연결관 44 : 제4 연결관
45 : 제5 연결관 27 : 돌출부

Claims (16)

  1. 액적을 생성하는 미세 유체 칩 시스템으로서, 상기 미세 유체 칩 시스템은,
    액적을 생성하는 액적 생성 장치;
    상기 액적 생성 장치를 위해 액적을 생성하는 동력을 제공하는 동력 발생 장치;
    상기 액적 생성 장치에서 흐르는 액적을 수집하기 위한 수집병;
    상기 액적 생성 장치, 상기 동력 발생 장치 및 상기 수집병을 연결하는 데 사용되는 연결 장치; 및
    상기 액적 생성 장치, 상기 동력 발생 장치 및 상기 수집병을 고정하는데 사용되는 제조 플랫폼,을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 유체 칩 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액적 생성 장치는 칩 본체를 포함하고, 상기 칩 본체에는 연속상 입구 및 분산상 입구가 형성되어 있고, 연속상 및 분산상은 상기 연속상 입구 및 상기 분산상 입구로부터 상기 칩 본체로 들어가는 것을 특징으로 하는 미세 유체 칩 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 미세 유체 칩 시스템은 연속상 저장소 및 분산상 저장소를 더 포함하고, 상기 연속상 저장소 및 상기 분산상 저장소는 각각 상기 칩 본체에 고정되거나 상기 칩 본체 외부에 형성되는 것을 특징으로 하는 미세 유체 칩 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제조 플랫폼은 베이스 및 상기 베이스에 형성된 액적 생성 장치 슬롯 및 동력 발생 장치 슬롯을 포함하고, 상기 액적 생성 장치 및 상기 동력 발생 장치는 순차적으로 상기 액적 생성 장치 슬롯 및 상기 동력 발생 장치 슬롯에 수용되는 것을 특징으로 하는 미세 유체 칩 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 베이스는 제1부분 및 상기 제1부분에 연결된 제2부분을 포함하고, 상기 제1부분은 상기 제2부분보다 낮고, 상기 액적 생성 장치 슬롯은 상기 제1부분에 형성되고, 상기 동력 발생 장치 슬롯은 상기 제2부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 미세 유체 칩 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 수집병은 상기 액적 생성 장치의 외부에 위치하고 상기 베이스에는 수집병 슬롯이 형성되고 상기 수집병은 상기 수집병 슬롯에 수용되어 고정되는 것을 특징으로 하는 미세 유체 칩 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 수집병은 상기 칩 본체에 수용 고정되고, 상기 칩 본체는 상기 액적 생성 장치 슬롯에 수용 고정되는 것을 특징으로 하는 미세 유체 칩 시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 미세 유체 칩 시스템은 적어도 하나의 진동 장치를 더 포함하고, 상기 진동 장치는 상기 액적 생성 장치 슬롯에 배치되고 상기 분산상 입구에 대응되며, 상기 진동 장치는 상기 분산상에 진동을 인가하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 미세 유체 칩 시스템.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 미세 유체 칩 시스템은 적어도 하나의 진동 장치를 더 포함하고, 상기 진동 장치는 상기 칩 본체에 배치되고 상기 분산상 입구에 대응되며, 상기 진동 장치는 상기 분산상에 진동을 인가하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 미세 유체 칩 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 동력 발생 장치는 조작부와 상기 조작부의 끝에 형성된 제1 제한 부재를 포함하고, 상기 제조 플랫폼은 제1 제한 슬롯을 더 포함하고, 상기 제1 제한 슬롯은 상기 제1 제한 부재를 수용 고정하여, 상기 조작부를 미리 정해진 위치에 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 미세 유체 칩 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 동력 발생 장치는 주사 장치인 것을 특징으로 하는 미세 유체 칩 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동력 발생 장치는 부압 발생 장치이고, 상기 부압 발생 장치는 상기 연결 장치를 통해 상기 수집병과 밀폐 연결하는 것을 특징으로 하는 미세 유체 칩 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제조 플랫폼은 고정 좌석과 상기 고정 좌석에 가역적으로 연결된 먼지 커버를 더 포함하고, 상기 먼지 커버는 상기 액적 생성 장치의 일측에 위치하며, 상기 먼지 커버는 상기 액적 생성 장치에 먼지가 들어가는 것을 방지하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 미세 유체 칩 시스템.
  14. 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동력 발생 장치는 정압 발생 장치이고, 상기 정압 발생 장치는 상기 연결 장치를 통해 상기 연속상 입구와 상기 분산상 입구에 각각 밀폐 연결하는 것을 특징으로 하는 미세 유체 칩 시스템.
  15. 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 미세 유체 칩 시스템을 사용하여 구현된 액적의 제조 방법으로서,
    피펫을 통해 일정량의 연속상과 분산상을 각각 측정하고, 측정된 상기 연속상은 연속상 입구에 도입되고 측정된 상기 분산상은 분산상 입구에 도입하는 단계; 및
    동력 발생 장치를 작동하여, 수집병, 연결 장치 및 칩 본체 내에 압력 차를 형성하고, 압력 차로 인해 상기 분산상과 상기 연속상이 수렴되어 액적 형태로 상기 수집병으로 흐르는 단계,를 포함하는 것을 특징으로 하는 액적의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 동력 발생 장치를 작동하기 전에, 적어도 하나의 진동 장치를 사용하여 상기 분산상에 진동을 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액적의 제조 방법.
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