KR20210082286A - 액상 유체의 정량분주 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 개시 내용의 구체예에서는 디바이스 내부를 위치에 따라 상이한 친수성을 나타내도록 하고, 디바이스에 형성된 홀의 개폐를 제어하는 일련의 간단한 작동에 의하여 액상 유체를 정량 분주할 수 있는 디바이스, 그리고 이를 이용한 정량분주 방법이 기재된다.

Description

액상 유체의 정량분주 디바이스{Microfluidic Devices for Uniformly Dispensing Liquid Fluid}

본 개시 내용은 액상 유체의 정량분주 디바이스에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시 내용은 디바이스 내부를 위치에 따라 상이한 친수성을 나타내도록 하고, 디바이스에 형성된 홀의 개폐를 제어하는 일련의 간단한 작동에 의하여 액상 유체를 정량 분주할 수 있는 디바이스, 그리고 이를 이용한 정량분주 방법에 관한 것이다.

미세유체 방식의 바이오 칩 또는 센서와 같은 미세유체 디바이스는 바이오 진단 등을 비롯한 다양한 분야에서 활용되고 있다. 응용 초기 단계에서는 주로 단일 검출 형태로 적용되었으나, 이후에는 다중검출(multiplexing)을 구현하는 칩 또는 센서가 개발되었고, 최근에는 다중 시료를 다중 검출하는 방식으로 발전하고 있다.

다중 시료 및 다중 검출 방식의 경우, 주입된 시료를 설계된 유로 방향으로 이송하거나, 정하여진 비율로 혼합하거나, 또는 정해진 량만큼 나누어 담는(분주하는) 기능을 구현하는 것이 요구된다.

이와 관련하여, 미세유체 디바이스 내 미세유체의 이송/혼합/분주 등의 흐름 또는 거동을 제어하기 위한 방식은, 크게 (i) 단순 제어 방식(정확한 량 및/또는 비율을 제어하거나, 또는 밸브 또는 액츄에이터를 사용하지 않고 미세유로를 단순하게 분할하거나 병합하여 구현함), (ii) 밸브 제어 방식(솔레노이드 밸브, 공압밸브, 로터리 밸브 등의 기구적인 부품을 사용하여, 열린 유로 및 닫힌 유로를 개별적으로 선택하여 구현함), 및 (iii) 액츄에이터 제어 방식(전기/빛 등 외부 자극에 의하여 상 변화, 물성 변화 등을 발생시켜 열린 유로 및 닫힌 유로를 개별적으로 선택하여 구현함; 예를 들면 미국특허번호 제9,638,66호 등)으로 구분된다.

단순 제어 방식으로 이송/혼합/분주를 제어하는 경우, 복수의 유로를 동시에 채우는 과정에서 일부 유로가 먼저 채워지거나, 또는 일부 유로가 채워지지 않는 경우가 발생하기 때문에 동작 신뢰도가 낮고, 실험자/작업자가 육안으로 미세유체의 흐름을 직접 확인하면서 제어해야 하는 번거로움을 유발한다. 밸브 제어 방식의 경우, 비교적 신뢰성이 높은 방식으로 미세유체용으로 상용화되고 있다. 한편, 액츄에이터 제어 방식의 경우, 아직 연구실 수준의 안정성과 재현성에 머물러 있으며, 상용화 수준까지 도달하지 않은 상태이다.

이와 관련하여, 미세유체 디바이스 내 액상 유체의 이송/혼합/분주 등을 제어하기 위하여 일반적으로 신뢰성 및 정밀성 면에서 양호한 밸브 제어 방식을 채택하고 있으나, 이러한 기구적 부품을 사용하지 않는 단순 제어 방식에 있어서 밸브 제어 방식에 상응하는 수준의 기술이 존재할 경우, 다양한 미세유체 디바이스에 활용 가능할 것으로 예상된다. 특히, 단순 제어 방식은 밸브 방식이나 액츄에이터 방식에 비하여 요구되는 부품 개수를 낮출 수 있어 미세유체 디바이스 내에서 정밀하게 거동을 제어할 수 있다면 한층 바람직할 수 있다.

한편, 미세유체 디바이스는 미세한 크기(대략 200 ㎕ 이하)의 유체를 취급하는데, 미세유체 기술이 고도화됨에 따라 이의 크기 역시 감소하는 경향을 갖는다. 이러한 미세유체를 다중 시료 및 다중 검출 방식에 적용하는 경우, 1차적으로 복수의 반응 챔버 등에 단일 또는 복수의 유체를 균일한 량으로 분주(또는 분배)하는 것이 요구된다. 그러나, 미세유체의 거동은 이동 경로 내 다양한 요인, 구체적으로 액상 유체와 경로 간의 친화성, 공기의 유무 등에 의하여 영향을 받는다. 특히, 복수의 유체 경로 내에 공기가 채워져 있고, 채워진 량이 상이한 경우에는 동일한 압력을 가한다 해도 균일한 량으로 미세유체를 이송시키기 곤란하다. 기존의 미세유체 디바이스(또는 칩)를 이용한 시료(또는 유체)의 정량 분주 기술은 마이크로 피펫 또는 밸브를 기반으로 하고 있기 때문에 디바이스의 구조가 복잡해지고 비용이 증가하는 등의 문제점이 있다.

이처럼, 간단한 방식으로 미세유체 방식으로 복수의 경로를 통하여 액상 유체를 균일하게 정량 분주할 수 있는 기술이 요구된다.

본 개시 내용의 일 구체예에서는 액상 유체 또는 시료의 주입 및/또는 흡입과 같은 기본적인 미세유체 제어기술을 기반으로 하여 디바이스 내 친수성을 조절하거나, 홀을 개폐하는 간단한 조작으로 미세유체를 정량으로 분주할 수 있는 디바이스 및 이를 이용하여 액상 유체를 정량 분주하는 방법을 제공하고자 한다.

본 개시 내용의 제1 측면에 따르면,

액상 유체의 주입구와 연통되어 주된 유체 흐름의 경로를 제공하며, 낮은 소수성의 표면을 제공하는 메인 챔버;

상기 메인 챔버의 길이 또는 종 방향을 따라 소정 간격을 두고 횡 방향으로 연장 형성되고, 낮은 친수성의 표면을 제공하면서 모세관 력을 유도하는 치수 또는 공간을 갖는 복수의 정량 분주 채널;

상기 복수의 정량 분주 채널 각각의 단부에서 액상 유체 흐름의 개폐 조절 가능하도록 구비된 제1 개폐구;

상기 제1 개폐구를 경유하여 복수의 정량 분주 채널 각각에 연통되고, 높은 소수성의 표면을 제공하면서 상기 정량 분주 채널로부터 이송된 액상 유체를 수용하기 위한 챔버 구조물이 구비된 복수의 시료 수용 영역; 및

상기 복수의 시료 수용 영역 각각의 하류 위치에서 액상 유체 흐름의 개폐 조절이 가능하도록 구비된 제2 개폐구;

를 포함하는 액상 유체의 정량 분주 디바이스가 제공된다.

본 개시 내용의 제2 측면에 따르면,

(a) 일 단부 또는 이의 인접 영역에 형성된 시료 주입구, 상기 단부로부터 대향하는 단부 방향으로 간격 d1을 두고 배열된 복수의 제1 홀의 어레이를 포함하는 상부 기판;

(b) (i) 상기 시료 주입구와 연통되면서 시료 주입구를 통하여 주입된 액상 유체의 분주 전 흐름 경로를 제공하는 메인 챔버용 관통 패턴 영역, (ii) 상기 메인 챔버용 관통 패턴 영역의 길이 또는 종 방향을 따라 복수의 제1 홀에 대응하는 간격을 두고 횡 방향으로 연장 형성되는 복수의 정량분주 채널용 관통 패턴 영역, 및 (iii) 상기 정량 분주 채널용 관통 패턴 영역을 따라 복수의 제1 홀의 어레이에 대응되는 지점으로부터 하류(downstream) 방향으로 간격 d3을 두고 형성된 복수의 제3 홀의 어레이를 포함하는 중간 기판; 및

(c) 상기 복수의 제3 홀의 어레이에 대응되는 위치에 복수의 제4 홀의 어레이가 형성되고, 하면(배면) 중 상기 복수의 제4 홀의 어레이에 대응되는 위치에 복수의 챔버 구조물의 어레이가 구비되도록 복수의 시료 수용 영역을 형성하고, 상기 복수의 제4 홀의 어레이를 통하여 중간 기판과 연통되는 하부 기판;

을 포함하며,

여기서, 상기 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판의 조합에 의하여 메인 챔버, 정량분주 채널 및 시료 수용 영역을 각각 형성하고,

상기 메인 챔버는 시료 주입구와 연통되면서 낮은 소수성의 표면이 제공되며,

상기 복수의 정량 분주 채널은 낮은 친수성의 표면을 제공하면서 모세관 력을 제공하는 치수를 갖고,

상기 복수의 시료 수용 영역은 높은 소수성 표면을 제공하며, 그리고

(i) 상기 상부 기판 중 복수의 제1 홀의 어레이로부터 상기 대향하는 단부 방향으로 간격 d2를 두고 배열된 복수의 제2 홀의 어레이가 형성되거나, 또는 (ii) 상기 하부 기판 중 제1 홀의 어레이에 대응되는 위치로부터 상기 대향하는 단부 방향으로 간격 d2를 두고 배열된 복수의 제2 홀의 어레이가 형성되며, 이때 간격 d2는 간격 d3보다 크도록 구성된, 미세유체 기반의 미세유체 방식의 액상 유체의 정량 분주 디바이스가 제공된다.

예시적 구체예에 따르면, 복수의 제1 홀에 대응하는 위치에 복수의 제1 개폐구를 형성하기 위하여, 상기 상부 기판에 복수의 제1 홀 각각에 삽입되는 복수의 에어 필터 어레이를 더 포함할 수 있다.

예시적 구체예에 따르면, 상기 복수의 에어 필터 어레이는 스트립 형태의 테이프에 고정된 형태로 제공될 수 있다.

예시적 구체예에 따르면, 복수의 제2 홀 각각을 착탈 방식으로 개폐하여 제2 개폐구를 형성하기 위하여, 상기 상부 기판 상에 고정 테이프를 더 포함할 수 있다.

예시적 구체예에 따르면, 상기 하부 기판의 하면에 복수의 제6 홀의 어레이가 형성된 스트립 형태의 고정 테이프의 개재 하에 상기 복수의 챔버 구조물의 어레이가 하부 기판에 부착되며, 이때 복수의 제6 홀 각각은 복수의 제4 홀과 대응하여 연통될 수 있다.

본 개시 내용의 제3 면에 따르면,

a) 전술한 액상 유체의 정량 분주 디바이스를 제공하는 단계;

b) 상부 기판 중 복수의 제1 홀을 개방된 상태로 유지하고, 복수의 제2 홀을 폐쇄한 상태에서 시료 주입구를 통하여 액상 유체를 메인 챔버로 도입하고, 모세관 력에 의하여 상기 도입된 액상 유체를 복수의 정량 분주 채널에 각각 충진하는 단계;

c) 상기 복수의 제1 홀을 폐쇄하고, 메인 챔버 내 액상 유체를 배출하는 단계; 및

d) 상기 복수의 제2 홀을 개방한 상태에서 흡입 수단과 연결하여 흡입함으로써 복수의 정량 분주 채널 각각에 충진된 액상 유체를 복수의 시료 수용 영역으로 이송하여 상기 복수의 챔버 구조물 각각에 이송된 액상 유체를 수용하는 단계;

를 포함하는 액상 유체의 정량 분주 방법이 제공된다.

예시적 구체예에 따르면, 상기 단계 c)에서 흡입 수단은 음압 인가 장치로서 시린지 펌프 또는 페리스탈틱 펌프일 수 있다.

예시적 구체예에 따르면, 상기 인가된 음압은 0.1 내지 10 kg/㎠ 범위 내에서 설정될 수 있다.

본 개시 내용의 구체예에 따른 액상 유체의 정량 분주 디바이스는 액상 매질의 주입 및 흡입과 같은 기본적인 미세유체 제어기술을 기반으로 하여 미세유체를 정량으로 분주할 수 있는 장점을 제공한다. 특히, 디바이스 내 친수성을 조절하거나, 홀을 개폐하는 간단한 조작으로 균일하게 유체를 분주할 수 있기 때문에 종래의 단순 제어 방식, 밸브 제어 방식, 액츄에이터 제어 방식에 비하여 간편성 및 정확성 면에서 유리하다. 특히, 신속 정확한 진단 또는 검출이 요구되는 분야, 예를 들면 현장 진단(POC) 등에 있어서 광범위한 상용화가 기대된다.

도 1은 일 구체예에 따른 액상 유체의 정량 분주 디바이스의 작동 원리를 개략적으로 도시하는 도면이고;
도 2a 및 도 2b 각각은 예시적 구체예에 따른 미세유체 기반의 액상 유체의 정량 분주 디바이스의 외관을 도시하는 평면 투영 사시도 및 배면 투영 사시도이고;
도 3은 예시적 구체예에 따른 미세유체 기반의 액상 유체의 정량 분주 디바이스의 분해 상태를 개략적으로 도시하는 도면이고;
도 4a 내지 도 4c는 각각 도 2에서 선 A-A, 선 B-B 및 선 C-C를 따라 액상 유체의 정량 분주 디바이스를 절단한 면을 도시하는 도면이고;
도 5a 내지 도 5c는 각각 실시예에서 제작된 액상 유체의 정량 분주 디바이스의 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판의 설계 도면이고;
도 5d는 실시예에서 제작된 액상 유체의 정량 분주 디바이스의 평면 사진이고; 그리고
도 6a 및 도 6b는 각각 실시예에서 제작된 디바이스를 이용하여 액상 유체를 정량 분주하는 일련의 과정을 보여주는 사진, 그리고 복수의 튜브 형상의 챔버 구조물에 액상 시료가 정량 분주되어 있는 것을 보여주는 사진이다.

본 발명은 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 첨부된 도면은 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 개별 구성에 관한 세부 사항은 후술하는 관련 기재의 구체적 취지에 의하여 적절히 이해될 수 있다.

본 명세서에 있어서 사용된 용어는 하기와 같이 이해될 수 있다.

"채널"은 유체를 함유할 수 있는 캐비티, 오프닝 또는 도관을 의미할 수 있다.

"미세채널"는 적어도 하나의 단면 치수(예를 들면, 폭, 깊이, 높이, 직경 등)이 10 mm 이하인 채널을 의미할 수 있다.

"액상 유체 또는 시료"는 액체 상태의 임의의 유체를 포함하는 개념으로, 각종 액상 시약, 액상의 생물학적 시료(예를 들면, 생물학적 유체) 등일 수 있다. 이때, 액상의 생물학적 유체의 예로서, 뇨, 혈액, 혈장, 혈청, 뇌척수액, 눈물, 점액, 양수 등을 들 수 있다.

"접촉각"은 액체가 서로 혼화되지 않는 물질과 접할 때 형성되는 경계면의 각을 의미할 수 있는 바, 표면에너지가 높을수록 친수성을 나타내는 한편, 낮은 표면에너지는 소수성을 의미한다. 이와 관련하여, 통상적으로 친수성인 경우에는 수접촉각이 80° 이하, 소수성에서는 수접촉각이 80° 이상이며, 120° 이상인 경우에는 초소수성으로 구분될 수 있다.

"낮은 소수성"은, 전형적으로 약 80 내지 100°, 보다 전형적으로 약 85 내지 100°, 특히 전형적으로 약 90 내지 100° 범위의 수접촉각을 나타내는 표면 특성을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.

"낮은 친수성"은, 전형적으로 약 60 내지 80°, 보다 전형적으로 약 60 내지 75°, 특히 전형적으로 약 65 내지 75° 범위의 수접촉각을 나타내는 표면 특성을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.

"높은 소수성"은, 전형적으로 약 100 내지 160°, 보다 전형적으로 약 100 내지 140°, 특히 전형적으로 약 100 내지 120° 범위의 수접촉각을 나타내는 표면 특성을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.

"상에" 및 "위에"라는 표현은 상대적인 위치 개념을 언급하기 위하여 사용되는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 언급된 층에 다른 구성 요소 또는 층이 직접적으로 존재하는 경우뿐만 아니라, 그 사이에 적어도 하나의 다른 층(중간층 또는 개재층)이 존재하거나, 또는 추가 구성 요소가 개재되거나 존재할 수도 있다. 이와 유사하게, "하측에", "하부에" 및 "아래에"라는 표현 및 "사이에"라는 표현 역시 위치에 대한 상대적 개념으로 이해될 수 있을 것이다. 또한, "순차적으로"라는 표현 역시 상대적인 위치 개념으로 이해될 수 있다.

임의의 구성 요소 또는 부재가 다른 구성 요소 또는 부재와 "연결된다" 또는 "연통된다"고 기재되어 있는 경우, 달리 언급되지 않는 한, 상기 다른 구성 요소 또는 부재와 직접 연결 또는 연통되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성 요소 또는 부재의 개재 하에서 연결 또는 연통되어 있는 경우도 포함되는 것으로 이해될 수 있다.

정량 분주 디바이스

도 1은 본 개시 내용의 일 구체예에 따른 액상 유체의 정량 분주 디바이스의 작동 원리를 개략적으로 도시한다.

상기 도면을 참조하면, 정량 분주 디바이스(100)는 크게 메인 챔버(101), 복수의 정량 분주 채널(102) 및 복수의 시료 수용 영역(104)로 구분되며, 시료 수용 영역(104) 내에는 정량 분주된 액상 유체를 수용하기 위한 챔버 구조물(104')이 구비되어 있다. 또한, 개별 정량 분주 채널(102)과 개별 시료 수용 영역(104) 사이에는 제1 개폐구(103)가 구비 또는 개재되어 있어 제1 개폐구의 개방 여부에 따라 정량 분주 채널과 시료 수용 영역이 연통되거나 연통되지 않을 수 있다. 이외에도, 복수의 시료 수용 영역(104) 각각의 단부에는 제2 개폐구(105)가 형성되어 있으며, 개폐 조절이 가능하도록 구성되어 있다.

도시된 구체예에 따르면, 메인 챔버(101)는 액상 유체의 시료 주입구와 연통되어 있으며, 액상 유체의 도입 전에 존재하는 메인 챔버 내부에 존재하는 공기는 공기 배출구를 통하여 빠져 나가도록 구성될 수 있다. 또한, 메인 챔버(101)의 길이 방향 또는 종 방향을 따라 소정 간격을 두고 횡 방향으로 복수의 정량 분주 채널(102)이 연장 또는 분기되어 있다. 이처럼, 메인 챔버(101)는 주입된 액상 유체가 주된 흐름을 형성하고, 이로부터 정량의 액상 유체가 분주될 수 있다.

도시된 구체예에 따르면, 복수의 정량 분주 채널(102) 각각은 액상 유체가 전단의 메인 챔버(101)로부터 후단의 시료 수용 영역(104)으로 별도의 구동력 없이 모세관 현상만으로 이동 가능한 치수(dimension) 또는 공간을 갖도록 구성할 수 있다.

상기 도면을 참조하면, 먼저 제1 개폐구(103)를 개방하는 한편, 제2 개폐구(105)는 폐쇄한 상태에서, 시료 주입구를 통하여 액상 유체를 메인 챔버(101)로 도입한다(도 1a 참조). 이때, 메인 챔버(101)의 표면은 낮은 소수성 표면을 나타내는 반면, 정량 분주 채널(102)은 낮은 친수성을 나타낸다. 상술한 바와 같이, 메인 챔버(101)에 액상 유체가 충진되면, 메인 챔버(101)에 비하여 상대적으로 친수성이 크고 채널 사이즈가 작은 정량 분주 채널(102)에 강한 모세관 력이 유도될 수 있다. 그 결과, 도 1a에 도시된 바와 같이, 액상 유체(또는 시료)가 용이하게 정량 분주 채널로 유입되어 채워질 수 있다. 정량 분주 채널(102)에 액상 유체(또는 시료)가 충진됨에 따라, 채널 내에 존재하는 공기는 개방되어 있는 제1 개폐구(103)를 통하여 배출될 수 있다.

예시적 구체예에 따르면, 메인 챔버(101)로 주입된 액상 유체(또는 시료)의 량이 충분하거나, 그리고/또는 메인 챔버(101)가 충분히 길도록 구성하는 것이 유리할 수 있는 바, 이는 액상 유체를 시료 주입구에서 가까운 정량 분주 채널부터 순차적으로 미세유체 형태로 충진하기 용이하기 때문이다.

이와 같이, 정량 분주 채널(102) 내 액상 유체가 제1 개폐구(103)에 도달하거나, 또는 폐색할 정도로 채워질 경우, 더 이상 채널 내부에 존재하는 공기가 빠져 나가지 않기 때문에 액상 유체(즉, 설계된 바와 같이 정량 분리된 액상 유체)는 더 이상 유입되지 않고, 더욱이 정량 분리된 유체는 시료 수용 영역(104)의 표면(특히, 상면)에 형성된 높은 소수성으로 인하여 더 이상 진행하지 않는다.

복수의 정량 분주 채널(102)이 모두 액상 유체로 채워진 후에는 도 1b에 도시된 바와 같이, 모든 정량 분주 채널(102)의 제1 개폐구(103)를 폐쇄한다. 제1 개폐구(103)가 폐쇄된 상태에서 시료 주입구를 통하여 메인 챔버 내 잔여 액상 유체를 흡입할 경우, 복수의 정량 분주 채널(102) 각각에 채워진 액상 유체(미세유체)는 정량 분주 채널(102)에 그대로 잔류하는 한편, 메인 챔버(101) 내에 존재하는 액상 유체만이 시료 주입구를 통하여 외부로 배출된다. 구체적으로, 정량 분주 채널(102) 내에 존재하는 액상 유체는 제1 개폐구(103) 및 제2 개폐구(105)가 모두 폐쇄되어 있기 때문에 후단 영역은 진공 상태에 있어 정량 분주 채널 내에 채워져 있는 액상 유체를 잡아둘 수 있다. 또한, 정량 분주 채널(102)은 메인 챔버(101)에 비하여 상대적으로 높은 친수성을 나타내어 모세관 력이 발생하기 때문에 메인 챔버(101) 내 액상 유체가 흡입되어 제거될 때, 함께 빠져 나가지 않고 잔류할 수 있는 것이다.

도시된 예에서, 정량 분주 채널 내에 잔류하는 액상 유체는 정량분주 채널의 설계된 사이즈에 따라 동일하게 정량된 상태에 있다.

그 다음, 제2 개폐구(105)를 개방하고, 이를 흡입 수단과 연결하여 흡입함에 따라 정량 분주 채널(102) 내에 분리된 액상 유체(미세유체)가 시료 수용 영역(104)의 챔버 구조물(104')로 일거에 이동하여 수용될 수 있다. 즉, 시료 수용 영역(104)에서, 챔버 구조물(104')의 전단부 및 시료 수용 영역의 상단 면에 형성된 높은 소수성으로 인하여 정량된 액상 유체는 정량 분주 채널(102) 내에 잔류하지 않으면서 챔버 구조물(104')로 이동할 수 있다.

한편, 예시적 구체예에 따른 액상 유체의 정량 분주 디바이스의 외관을 도시하는 평면 투영 사시도 및 배면 투영 사시도를 각각 도 2a 및 도 2b에 도시하였다. 이와 함께, 예시적 구체예에 따른 미세유체 기반의 액상 유체의 정량 분주 디바이스의 개략적인 분해 상태를 도 3에 나타내었다. 또한, 도 2에서 선 A-A, 선 B-B 및 선 C-C를 따라 액상 유체의 정량 분주 디바이스를 절단한 면을 도 4a 내지 도 4c 각각에 나타내었다.

상기 도면을 참조하면, 정량 분주 디바이스(200)는 상부 기판(210), 중간 기판(220) 및 하부 기판(230)이 조합되는 방식으로 구현할 수 있다. 또한, 하부 기판(230)의 하면 또는 배면에는 스트립 형태의 고정 부재, 구체적으로 복수의 홀 어레이(234)가 형성된 고정 테이프(233)가 부착되고, 상기 복수의 홀 어레이에 대응하는 위치에 복수의 챔버 구조물의 어레이(232)가 고정 테이프(233)에 부착되어 있다.

예시적 구체예에 따르면, 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판 각각의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 약 70 내지 1,000 ㎛, 구체적으로 약 100 내지 500 ㎛, 보다 구체적으로 약 150 내지 300 ㎛ 범위일 수 있다. 이때, 3개의 기판 각각의 두께는 상호 동일하거나 상이할 수 있다. 특정 구체예에 따르면, 중간 기판은 필름 형태, 구체적으로 양면 접착 필름 형태로 구성할 수 있다.

또한, 상부 기판(210), 중간 기판(220) 및 하부 기판(230)은 각각 폴리에스테르, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리스틸렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리우레탄, 폴리비닐리덴플루오라이드, 나일론, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐클로라이드(PVC), 사이클릭올레핀 공중합체(COC), 폴리아미드(PA), 폴리(페닐렌 에테르) (PPE), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리에테르 설폰(PES), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 아크릴 계통의 수지로 제작될 수 있다. 이와 관련하여, 상부 기판(210), 중간 기판(220) 및 하부 기판(230)은 서로 동일하거나 또는 상이한 재질일 수 있다(예를 들면, 상기 나열된 재질 중 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판 각각이 동일한 재질일 수도 있고, 2개의 기판 재질은 동일하고 나머지는 상이하거나, 3개의 기판 모두 상이한 재질일 수도 있음), 더 나아가, 동일 또는 동종 플라스틱 재질이라 해도 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판 각각의 개별 물성이 상이할 수 있다.

- 상부 기판(210)

도시된 구체예에 있어서, 상부 기판(210)의 일 단부 또는 이의 인접 영역(도 2 및 도 3에서는 사각 형상의 상부 기판에 있어서 모서리 또는 엣지의 인접 영역)에 시료 주입구(211)가 구비되어 있다. 시료 주입구(211)는 중간 기판(220)에 형성된 메인 챔버용 관통 패턴 영역(221)과 연통되어 액상 유체를 디바이스 내로 이송하기 위한 연결 통로를 제공한다. 이때, 시료 주입구(211)의 직경은, 예를 들면, 약 1 내지 5 mm, 구체적으로 약 1.2 내지 3 mm, 보다 구체적으로 약 1.5 내지 2.5 mm 범위일 수 있으나, 적당한 량의 액상 유체를 도입할 수 있는 한, 상기 범위로 한정되는 것은 아니다. 예시적 구체예에 따르면, 시료 주입구(211)은 상부 기판의 일 단부에 형성될 수 있으며, 택일적으로 일 단부 근처의 영역(예를 들면 약 2 내지 10 mm, 구체적으로 약 3 내지 7 mm 이격된 위치)에 형성될 수도 있다.

또한, 상부 기판(210)에는 시료 주입구(211)와 연통되는 공기 배출구(212)가 형성되어 있다. 이러한 공기 배출구(212)는 도입된 액상 유체에 의하여 메인 챔버에 존재하는 공기가 외부로 용이하게 밀려나가 배출되도록 함으로써 액상 유체가 공기 저항 없이 신속하게 디바이스 내 공간, 즉 메인 챔버로 도입되도록 할 수 있다. 또한, 후속 정량 분주 과정에서 메인 챔버로부터 액상 유체를 흡입하여 제거할 경우, 외부 공기를 도입하기 위한 통로를 제공할 수 있다. 공기 배출구(212)의 사이즈 역시 시료 주입구(211)에서와 동일하거나 상이할 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 시료 주입구(211)와 공기 배출구(212) 간의 거리는, 디바이스 사이즈에 따라 변화 가능하므로 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 약 5 내지 50 mm, 구체적으로 약 7 내지 40 mm, 보다 구체적으로 약 10 내지 30 mm 범위일 수 있다.

도 3을 참조하면, 상부 기판(210)에 있어서, 시료 주입구(211)가 구비된 단부 또는 이의 인접 영역에 대향하는 단부 방향으로 간격 d1을 두고 복수의 제1 홀의 어레이(213)가 구비되어 있다. 이러한 제1 홀의 어레이(213)의 위치는 도 1에 도시된 구체예에서 제1 개폐구의 위치에 대응될 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 간격 d1은 액상 유체의 분주 목표량을 고려하여 정하여질 수 있는 바, 예를 들면 약 10 내지 100 mm, 구체적으로 약 20 내지 70 mm, 보다 구체적으로 약 30 내지 50 mm 범위일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 제1 홀의 어레이 내 복수의 홀 사이의 간격은 중간 기판(220) 내 정량 분주 채널용 관통 패턴 영역 간의 간격 등을 고려하여 정하여질 수 있다. 도시된 구체예에 따르면, 제1 홀의 어레이(213)에 대응하는 위치에 제1 개폐구를 형성하기 위하여 복수의 제1 홀 각각에 복수의 에어 필터 어레이(214)가 삽입되도록 구성될 수 있다. 또한, 복수의 에어 필터 각각은 복수의 제1 홀에 대응하는 사이즈를 가질 수 있다.

예시적 구체예에 따르면, 에어 필터(214)는 액상 유체가 스며들어(젖어) 외부로 빠져 나오지 않도록 수분의 유입 및 배출을 억제할 수 있는 한편, 공기가 비교적 자유롭게 투과할 수 있는 특성을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 에어 필터는 소수성을 갖는 재질이거나 소수성 처리된 재질의 필름일 수 있다. 이와 관련하여, 소수성 처리 시 사용되는 물질로서, 예를 들면 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 등을 예시할 수 있다.

예시적 구체예에 따르면, 에어 필터의 재질은, 예를 들면 폴리에스테르, 폴리올레핀, 천연 섬유(셀룰로오스) 또는 이의 조합일 수 있으며, 이로부터 제조된 부직포일 수 있다. 보다 구체적으로, 섬유가 랜덤 웹, 매트 또는 섬유의 융합 방식에 의하여 기계적으로 얽혀 있는 형태일 수 있다. 상기 예시된 종류 중 폴리에스테르는 수분에 대한 내성이 양호하고, 폴리올레핀, 특히 폴리프로필렌은 본질적으로 소수성을 나타낸다. 이외에도, 전술한 바와 같이, 친수성 재질의 부직포에 소수성 물질을 도포하거나 처리하여 에어 필터용 필름을 제조할 수 있고, 이를 소정 형상 및 사이즈로 절단하여 적용할 수 있다. 또한, 예시적 구체예에 있어서, 에어 필터의 포어 사이즈는, 예를 들면 약 0.05 내지 0.5 ㎛, 구체적으로 약 0.1 내지 0.4 ㎛, 보다 구체적으로 약 0.2 내지 0.3 ㎛ 범위일 수 있으나, 이는 예시적 취지로 이해될 수 있다.

도시된 구체예에 있어서, 제1 개폐구의 개폐 작동의 용이성을 위하여, 각각의 에어 필터가 스트립 형태의 테이프 또는 필름(215)의 일 면에 고정(또는 부착)된 형태로 제공될 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 에어 필터 고정용 테이프 또는 필름(215)은 일면 또는 양면 접착 테이프일 수 있으며, 보다 구체적으로는 양면 접착 테이프일 수 있다. 이러한 에어 필터 고정용 테이프 또는 필름(215)으로서, 예를 들면 감압 접착 테이프, 열 활성 접착 테이프, 화학적 활성 접착 테이프, 광 활성 접착 테이프 등을 예시할 수 있다. 이와 관련하여, 에어 필터 고정용 테이프에 있어서, 복수의 에어 필터 각각에 대응하는 위치에 복수의 제5 홀의 어레이(216)가 구비되어 에어 필터의 공기 입출입을 방해하지 않도록 할 수 있다. 이때, 테이프에 형성되는 복수의 제5 홀 각각은 대응되는 에어 필터에 비하여 작은 사이즈를 가질 수 있다. 예시적 구체예에 있어서, 테이프(215)의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 약 10 내지 1000 ㎛, 구체적으로 약 50 내지 500 ㎛, 보다 구체적으로 약 100 내지 300 ㎛의 범위일 수 있다. 이와 관련하여, 후술하는 바와 같이, 디바이스 내 액상 유체를 흡입하는 경우에는 제5 홀의 어레이(216)를 덮어 공기가 투과되지 않도록 할 필요가 있는 바, 이때 별도의 제5 홀 개폐용 접착 테이프(218)을 부착할 수 있다.

한편, 도시된 구체예에 따르면, 상부 기판(210)의 시료 주입구가 위치하는 측의 단부로부터 대향하는 단부 방향(또는 분주된 액상 유체의 흐름 방향)으로 제1 홀의 어레이(213)로부터 소정 간격, 즉 간격 d2를 두고 복수의 제2 홀의 어레이(217)가 배열될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 홀의 어레이(217)는 도 1에 도시된 구체예와 관련하여 제2 개폐구의 위치에 대응될 수 있다. 일 예로서, 간격 d2는 챔버 구조물(232)의 크기(또는 수용 체적)를 고려하여 정하여질 수 있는 바, 예를 들면 약 5 내지 50 mm, 구체적으로 약 10 내지 30 mm, 보다 구체적으로 약 15 내지 25 mm 범위일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 홀의 어레이(217) 내 각각의 홀은 접착 테이프(219)의 탈부착에 따라 개폐될 수 있다. 이때, 제2 홀의 개폐용 접착 테이프(219)의 경우, 전술한 에어 필터 고정용 테이프(215) 및/또는 제5 홀 개폐용 접착 테이프(218)의 재질과 실질적으로 동일할 수 있으나, 상이한 재질로 구성할 수 있고, 또한 별도의 홀은 형성되지 않을 수 있다. 이외에도, 복수의 제2 홀(217)은 개방 상태에 있는 경우, 이를 통하여 외부 흡입 수단과 연결 가능하도록 구성할 수 있다.

한편, 택일적 구체예에 따르면, 상부 기판(210)에 제2 홀의 어레이(217)가 형성되지 않을 수 있는 바, 이 경우에는 후술하는 하부 기판(230)에 형성될 수 있다. 구체적으로, 전술한 상부 기판(210) 제1 홀의 어레이(213)에 대응되는 하부 기판(230)의 위치(즉, 상부 기판의 간격 d1에 상당하는 하부 기판의 위치)로부터 간격 d2를 두고 복수의 제2 홀의 어레이(217)가 배열될 수 있고, 이때 하부 기판의 하면에 전술한 제2 홀의 개폐용 접착 테이프(219)가 부착될 수 있다.

- 중간 기판(220)

도 2 및 도 3을 참조하면, 중간 기판(220)은 시료 주입구(211)와 연통되어 있고, 이로부터 주입된 액상 유체의 흐름 경로를 경계를 정하는 관통 패턴이 형성되어 있다. 이러한 관통 패턴을 형성하기 위하여, 레이저 컷팅, 컷팅 플로터(플로팅 커터) 가공법, 컷팅 프린팅법, 선반 가공법 등이 적용될 수 있으며, 이들 각각의 기술 원리 및 세부 기술적 사항은 당업계에 알려져 있다.

도시된 구체예에 있어서, 시료 주입구(211)를 통하여 주입된 액상 유체의 분주 전 흐름 경로를 제공하는 메인 챔버용 관통 패턴 영역(221)이 형성되어 있다. 메인 챔버용 관통 패턴 영역(221)은 메인 챔버가 정량 분주되는 액상 유체의 충분한 수용 공간을 제공하고, 횡 방향으로 간격 d1 만큼 형성된 복수의 정량분주 채널의 단부까지 액상 유체를 주입을 할 수 있는 한, 특정 패턴으로 한정되는 것은 아니다. 일 예로서, 도시된 바와 같이 메인 챔버용 관통 패턴 영역(221)은 곡선 주름 패턴 또는 "U"자형 패턴을 갖도록 형성될 수 있고, 다른 예에서는 "Z"자형 또는 "ㄹ"자형 패턴을 갖도록 형성될 수 있다. 이때, 상부 기판(210) 중 시료 주입구(211)는 영역(221)의 일 단부에 연결되는 한편, 공기 배출구(212)는 영역(221)의 타 단부에 연결될 수 있다.

도시된 구체예에 있어서, 메인 챔버용 관통 패턴 영역(221)의 길이 또는 종 방향을 따라 복수의 제1 홀(213)에 대응하는 간격을 두고 횡 방향으로 복수의 정량분주 채널용 관통 패턴 영역(222)이 연장 형성된다. 이때, 정량 분주 채널용 관통 패턴 영역(222)은 모세관 현상을 유도하여 액상 유체가 정량 분주 채널을 모세관 력에 의하여 이동하는데 적합한 치수 등을 갖도록 하는 것이 유리할 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 복수의 정량 분주 채널(222) 각각의 폭은, 예를 들면 약 100 내지 5,000 ㎛, 구체적으로 약 200 내지 3,000 ㎛, 보다 구체적으로 약 500 내지 2,000 ㎛ 범위 내에서 정하여질 수 있다. 이와 관련하여, 중간 기판의 두께 및 폭은 액상 유체가 흐르는 채널을 형성하는 바, 전술한 바와 같이 모세관 현상 또는 모세관 력을 유도할 수 있는 치수를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 정량 분주 채널용 관통 패턴 영역(222)을 따라 복수의 제1 홀의 어레이(213)에 대응되는 중간 기판(220) 내 지점(위치)으로부터 하류(downstream) 방향(또는 분주된 액상 유체의 흐름 방향)으로 간격 d3을 두고 복수의 제3 홀의 어레이(223)가 형성되어 있다. 이와 관련하여, 제3 홀의 어레이(223)는 하부 기판(230)에서 챔버 구조물과의 연통을 위하여 형성되는 복수의 제4 홀의 어레이에 대응되는 위치에 배열되는 바, 이를 통하여 중간 기판(220)의 정량 분주 채널용 관통 패턴 영역(222)과 하부 기판(230)이 연통된다. 예시적 구체예에 따르면, 간격 d3는 챔버 구조물의 형상을 고려하여 정하여질 수 있는 바, 예를 들면 약 3 내지 30 mm, 구체적으로 약 10 내지 30 mm, 보다 구체적으로 약 15 내지 20 mm 범위일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 제3 홀의 어레이(223)가 배치되는 간격 d3는 앞서 상부 기판(210)에 형성된 제2 홀의 어레이(217)의 간격 d2보다 작다는 점을 주목할 필요가 있는 바, 이는 제2 홀의 어레이(217)가 제2 개폐구에 대응되기 때문이다(도 1 참조).

예시적 구체예에 따르면, 중간 기판(220)에 형성된 복수의 제3 홀(223) 각각의 사이즈는 분주된 액상 유체를 수용하는 챔버 구조물의 치수를 고려하여 정하여 질 수 있으며, 예를 들면 약 3 내지 20 mm, 구체적으로 약 5 내지 15 mm, 보다 구체적으로 약 7 내지 10 mm 범위 내일 수 있다.

- 하부 기판(230)

도시된 구체예에 따르면, 전술한 바와 같이, 하부 기판(230)에는 중간 기판(220)에 형성된 복수의 제3 홀 어레이(223)에 대응하는 위치에 복수의 제4 홀의 어레이(231)가 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 제4 홀 각각의 사이즈는 제3 홀의 사이즈와 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다.

도시된 구체예에 따르면, 제4 홀 어레이(231)가 형성된 위치에서 챔버 구조물(232)이 하부 기판(230)의 하면 또는 배면에 고정될 수 있다. 그 결과, 정량 분주 채널을 따라 이송된 액상 유체가 중간 기판의 제3 홀 어레이(223) 및 하부 기판의 제4 홀 어레이(231)를 경유하여 챔버 구조물(232), 구체적으로 튜브형의 챔버 구조물로 이동하여 수용될 수 있다. 도시된 구체예에 따르면, 챔버 구조물(232)은 통상의 유리, 투명성 플라스틱(예를 들면, PET, PP 등)과 같이 육안으로 관찰 가능하도록 투명성 재질을 갖는 것이 유리할 수 있고, 복수의 챔버 구조물 어레이 형태(즉, 복수의 챔버 구조물이 소정 간격을 두고 연속적으로 연결된 스트립 헝태)로 제공될 수 있다.

한편, 도시된 구체예에 있어서, 하부 기판(230)의 하면(또는 배면)에 스트립 형태의 고정 테이프(233)가 복수의 제4 홀 어레이(231)를 덮도록 고정될 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 고정 테이프는 앞서 언급된 에어 필터 고정용 테이프(215) 및/또는 제2 홀 접착 테이프(219)의 재질과 동일하거나 상이할 수 있으며, 전형적으로는 양면 테이프 형태일 수 있다. 이때, 고정 테이프(233)에는 복수의 제4 홀에 대응되는 복수의 제6 홀의 어레이(234)이 형성되고, 복수의 챔버 구조물 어레이(232)가 고정 테이프(233)의 개재 하에 하부 기판(230)의 하면에 부착된 상태에서 정량 분주 채널과 연통될 수 있다. 그 결과, 정량 분주된 액상 유체가 제3 홀 어레이(223) 및 제4 홀 어레이(231)를 거쳐 개별 챔버 구조물(232)의 내부 공간으로 이동할 수 있다.

전술한 고정 테이프는 복수의 챔버 구조물 어레이(232)를 복수의 제4 홀의 어레이와 정합하도록 고정시키는 것이 1차적인 기능인 만큼, 다양하게 변형된 형태로도 적용 가능하다(예를 들면, 테두리 형태로 고정 테이프를 부착하고, 복수의 챔버 구조물 어레이(232)가 테두리 형태의 고정 테이프의 개재 하에 하부 기판의 하면과 부착될 수 있음).

또한, 예시적 구체예에 따르면, 하부 기판의 하면 중 제4 홀(231)의 전단 부위에 불화막 코팅(예를 들면, PTFE 또는 페럴렌 등의 재질)과 같이 소수성 처리를 수행하여 정량 분주 채널로부터 이동하는 액상 유체가 하부 기판의 표면에 잔류함이 없이 보다 효과적으로 챔버 구조물(232) 내부로 완전히 이동할 수 있다.

이외에도, 전술한 바와 같이, 상부 기판(210) 대신에 하부 기판(230)에 제2 홀의 어레이(217)을 형성할 수 있는 바, 이에 관하여는 앞서 기술한 만큼, 생략하기로 한다.

도시된 구체예에 있어서, 상부 기판(210), 중간 기판(220) 및 하부 기판(230)의 조합 또는 적층에 의하여 디바이스(200) 내 메인 챔버, 정량분주 채널 및 시료 수용 영역이 각각 형성된다. 복수의 부재를 조합하는 과정에서 접착제를 사용할 수 있으나, 공정의 신속성 및 편의성을 위하여 해당 부재를 접착 재료(단면 또는 양면 접착 재료), 구체적으로 양면 접착 재료로 구성할 수 있다. 이와 관련하여, 디바이스(200)를 구성하는 복수의 부재(구체적으로 기판)를 상호 부착하기 위하여, 가압 또는 프레싱을 가하여 접착제 또는 접착 재료에 의한 긴밀한 부착을 유도할 수 있다. 예시적으로, 접착제로서 고무계 접착제, 아크릴 수지계 접착제, 실리콘계 접착제, 광학계 접착제, 가열성 접착제 등을 사용할 수 있다. 택일적으로, 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판의 접합 또는 적층을 위하여, 열로 이용하여 융착하는 열 융착법, 초음파를 이용한 융착법, 코로나 방전 또는 플라즈마를 이용하여 결합하는 방법 등을 이용할 수도 있다.

한편, 본 구체예에 따르면, 정량 분주 디바이스(200) 내 메인 챔버, 정량 분주 채널 및 시료 수용 영역 각각의 표면 특성을 변화시키는 방식으로 효과적으로 액상 유체를 정량 분주할 수 있다.

도시된 구체예에 있어서, 메인 챔버의 표면(메인 챔버에 대응되는 상부 기판의 하면 영역 및/또는 하부 기판의 상면 영역, 보다 구체적으로 메인 챔버에 대응되는 상부 기판의 하면 영역)이 낮은 소수성을 갖도록 한다. 또한, 정량 분주 채널 영역의 표면은 낮은 친수성을 갖도록 한다. 이외에도, 시료 수용 영역에서는 높은 소수성 표면을 제공한다.

이와 같이, 정량 분주 디바이스 내에서 메인 챔버, 정량 분주 채널 및 시료 수용 영역 각각에 대한 친수성 또는 소수성의 표면 특성을 조절하기 위하여 당업계에서 알려진 다양한 표면 처리 기술을 적용할 수 있다.

이와 관련하여, 3개의 기판을 고분자 재질로 구성할 경우, 이의 표면은 일반적으로 높은 소수성을 나타내거나 약한 친수성을 나타낼 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 요구되는 디바이스 내 영역 별 친수성 정도를 조절하기 위하여, 부가적으로 표면 처리를 수행할 수 있다. 예를 들면, 정량 분주 채널에서 요구되는 친수성은 메인 챔버 영역 및 시료 수용 영역에 비하여 높은 친수성(즉, 낮은 수접촉각, 예를 들면 약 60 내지 80°)을 나타내도록 상부 기판 및/또는 하부 기판의 소정 영역을 친수화 처리할 수 있다. 이를 위하여, 유기물 및/또는 무기물을 사용할 수 있는 바, 특히 전처리 후 액상 유체에 대하여 실질적으로 반응하지 않는(즉, 비활성인) 표면 처리 물질을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 유기계 표면 처리물은, 예를 들면 아민(amine), 하이드록시(hydroxy), 카르보닐(carbonyl) 또는 에폭시(epoxy) 작용기를 갖는 화합물, 상기 작용기를 갖는 모노머, 다이머 및 폴리머 등으로부터 선택될 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2 이상 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 무기계 표면 처리물은, 예를 들면 금속 또는 비금속, 구체적으로, 금, 은, 규소, 일루미늄, 니켈, 철, 구리, 망간, 실리콘, 티타늄, 크롬 등으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 이의 산화물일 수 있다. 경우에 따라서는 유기계 표면 처리 및 무기계 표면 처리를 조합하되, 유기계 및 무기계 표면처리제를 혼합하거나, 또는 유기계 표면 처리 및 무기계 표면 처리 중 어느 하나를 먼저 수행한 후에 나머지 표면 처리를 수행할 수 있다. 유기물 및/또는 무기물은 열 증착, E-빔 증착, 스퍼터링(sputtering), 화학증기상 증착(CVD), 졸-겔(sol-gel)법, 플라즈마 처리, 액상 화학 처리법, 기상 화학 처리법 등과 같이 당업계에서 알려진 코팅 또는 부착 방식으로 형성될 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 고분자 재질의 표면 상에 형성되는 유기물 및/또는 무기물 코팅층의 두께는, 예를 들면 약 1 내지 500 nm, 구체적으로 약 100 내지 200 nm 범위 내에서 선정될 수 있으나, 이는 예시적인 의미로 이해될 수 있다.

한편, 정량 분주 채널 영역에 비하여 낮은 친수성(즉, 높은 소수성)을 갖는 메인 챔버 영역(약 80 내지 100°의 수접촉각) 및 시료 수용 영역(약 100 내지 160°의 수접촉각)에 있어서, 필요한 경우(특히, 시료 수용 영역)에는 당업계에서 알려진 소수성 처리를 수행할 수 있다. 예를 들면, 기판 표면에 선택적으로 실란화 처리 등을 통하여 탄화수소기 또는 불화탄소기(예를 들면, 옥타불화사이크로부탄)로 관능화함으로써 소수성을 증가시킬 수 있다. 택일적으로, 불화탄소 플라즈마로 처리하려 고분자 재질의 표면에 존재하는 탄소-수소 결합이 탄소-불소 결합으로 전환되거나, CF₂기, CF₃기 및/또는 CF₆기가 표면에 부착되도록 하여 소수성을 증가시킬 수도 있다.

액상 유체의 정량 분주 방법

본 개시 내용의 다른 구체예에 따르면, 전술한 디바이스(200)를 이용하여 액상 유체를 정량 분주하는 방법이 제공된다.

도 2 내지 도 4를 다시 참조하면, 먼저 상부 기판(210)의 제1 홀(213)을 개방하고, 제2 홀(217)에 접착 테이프(219)를 부착하여 제2 홀을 폐쇄한 상태에서 시료 주입구(211)에 액상 유체(또는 시료)를 주입하여 메인 챔버를 채운다. 예시적 구체예에 따르면, 액상 유체의 주입 속도는, 예를 들면 약 10 내지 1,000 ㎕/min, 구체적으로 약 50 내지 700 ㎕/min, 보다 구체적으로 약 100 내지 500 ㎕/min 범위일 수 있으나, 이는 예시적 취지로 이해될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 액상 유체의 도입 전에 메인 챔버 공간에 존재하는 공기는 액상 유체에 의하여 밀리면서 공기 배출구(212)를 통하여 배출된다.

메인 챔버로 도입된 액상 유체는 메인 챔버로부터 횡 방향으로 분기된 복수의 정량 분주 채널로 순차적으로 채워지며, 이때 제1 개폐구 기능을 하는 제1 홀(213)이 개방되어 있기 때문에 앞서 정량 분주 채널 내에 존재하는 공기는 제1 홀(213)을 통하여 배출되는 만큼, 액상 유체는 큰 저항 없이 정량 분주 채널에 채워질 수 있다.

그 다음, 전술한 바와 같이, 접착 테이프(218)를 이용하여 복수의 에어 필터 어레이(214) 고정용 테이프(215)에 형성되어 있는 복수의 제5 홀의 어레이(216)을 모두 폐쇄하고, 시료 주입구(211)에 흡입 수단, 구체적으로 음압 인가 수단 또는 장치를 연결하여 정량 분주 채널에 충진되지 않고 메인 챔버 내에 잔류하는 액상 유체를 디바이스(200) 외부로 배출한다. 이때, 정량 분주 채널이 메인 챔버에 비하여 높은 친수성을 갖고 있고, 정량 분주 채널의 후단이 진공 상태에 있기 때문에 흡입 시 메인 챔버에 잔류하는 액상 유체만이 배출될 수 있다. 다만, 흡입 압력이 지나치게 큰 경우에는 정량 분주 채널 내 유체의 일부가 함께 배출될 위험이 있는 만큼, 흡입 압력은, 예를 들면 약 0.1 내지 10 kg/㎠, 구체적으로 약 0.5 내지 5 kg/㎠, 보다 구체적으로 약 1 내지 3 kg/㎠ 범위 내에서 조절할 수 있으나, 이는 예시적인 취지로 이해될 수 있다. 이러한 음압 인가 수단 또는 장치는 시린지 펌프 또는 페리스탈틱 펌프일 수 있다.

후속적으로, 상부 기판(210)의 제2 홀(217)에 부착된 접착 테이프(219)를 탈착(제거)하여 제2 개폐구가 개방된 상태에 있도록 한다(하부 기판(230)에 제2 홀(217)이 형성된 경우에는 하부 기판의 하면에 부착된 접착 테이프(219)를 탈착함). 이와 같이, 개방된 복수의 제2 홀(217)에 흡입 수단, 구체적으로 음압 인가 장치를 연결하여 흡입하여 정량 분주 채널 내에 충진되어 있는 액상 유체가 중간 기판(220) 내 제3 홀(233), 그리고 하부 기판(230) 내 제4 홀(231)을 거쳐 테이프(233)에 의하여 고정되어 있는 시료 수용 영역 내 챔버 구조물(232)로 이동하여 수용될 수 있도록 한다. 특히, 시료 수용 영역에 대응되는 상부 기판(210)의 표면 부위 및/또는 하부 기판(230)의 챔버 구조물 전단 부위가 높은 소수성을 나타냄에 따라(즉, 흐름 표면에 붙어있지 않음) 정량의 액상 유체가 정량 분주 채널 내에 잔류하지 않고 바로 챔버 구조물(232) 내에 수용될 수 있다.

예시적 구체예에 따르면, 정량 분주된 액상 유체를 시료 수용 영역으로 이송하는데 사용되는 음압 인가 수단 또는 장치는 시린지 펌프 또는 페리스탈틱 펌프일 수 있다. 이때, 흡입에 의하여 시료 수용 영역으로 이동하는 액상 유체의 흐름 속도는, 예를 들면 약 10 내지 1,000 ㎕/min, 구체적으로 약 50 내지 700 ㎕/min, 보다 구체적으로 약 100 내지 500 ㎕/min 범위일 수 있다. 이때, 흡입 압력은, 예를 들면 약 0.1 내지 10 kg/㎠, 구체적으로 약 0.5 내지 5 kg/㎠, 보다 구체적으로 약 1 내지 3 kg/㎠ 범위 내에서 조절할 수 있다.

전술한 바와 같이, 복수의 챔버 구조물(232) 각각에 수용된 액상 유체의 분주량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 약 1 내지 100 ㎕, 구체적으로 약 5 내지 50 ㎕, 보다 구체적으로 약 10 내지 30 ㎕ 범위일 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시하지만, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

미세유체 기반의 정량 분주 디바이스의 제작

도 5a 내지 도 5c 각각에 도시된 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판의 설계 도면에 따라 액상 유체의 정량 분주 디바이스를 자체 제작하였다. 디바이스를 구성하는 부재에 관한 세부 사항은 하기와 같다.

가. 상부 기판(210)

- 재질: PET 수지

- 두께: 100 ㎛

- 폭 및 길이: 각각 100 mm 및 100 mm

나. 에어 필터(214)

- 재질: PTFE 처리된 폴리에스테르계 부직포

- 포어 사이즈: 0.2 ㎛

다. 에어 필터 고정용 테이프(215)

- 재질: PVC 수지계 양면 접착 필름

- 두께: 230 ㎛

- 제5 홀(216)의 사이즈: 2 mm

라. 제5 홀 개폐용 접착 테이프(218) 및 제2 홀 개폐용 접착 테이프(219)

- 재질: PVC 수지계 접착 필름

- 두께: 100 ㎛

마. 중간 기판(220)

- 재질: PVC 수지계 양면 접착 필름

- 두께: 230 ㎛

- 폭 및 길이: 각각 100 mm 및 100 mm

- 중간 기판 내에 형성된 관통 패턴은 설계 프로그램(Autodesk 사의 제품명: AutoCAD LT 2014) 및 플로팅 커터(Graphtec 사의 제품명 FC4600C-50 PRO)를 이용하여 제작하였다.

바. 하부 기판(230)

- 재질: PET 수지

- 두께: 100 ㎛

- 폭 및 길이: 각각 100 mm 및 100 mm

사. 챔버 구조물의 고정 테이프(233)

- 재질: PVC 수지계 양면 접착 필름

- 두께: 230 ㎛

- 제6 홀(234)의 사이즈: 5 mm

아. 챔버 구조물(232)

- 형상: 튜브형

- 재질: 폴리프로필렌(PP)

- 수용 량: 30 ㎕

한편, 메인 챔버, 정량 분주 채널 및 시료 수용 영역 각각의 표면 수접촉각은 82°, 72° 및 102°으로 조절하였는 바, 이를 위하여 추가적으로 표면처리를 수행하지 않았고, 시료 수용 영역에 대응되는 상부 기판의 표면 중 챔버 구조물의 전단 부위에 화학기상증착 방식을 이용하여 불화 코팅 처리하였다.

상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판을 접착시켜 정량 분주 디바이스를 제작하였고, 고정 테이프(233)의 개재 하에 복수의 챔버 구조물 어레이(232)를 하부 기판의 하면에 부착하였다. 또한, 공기 배출구(212)에 에어 필터(반경: 5 mm)를 부착하였다. 제작된 정량 분주 디바이스의 평면 사진을 도 5d에 나타내었다.

실시예 2

실시예 1에 따라 제작된 정량 분주 디바이스를 이용하여 액상 유체를 정량 분주하는 일련의 과정을 도 6a에 나타내었다.

이때, 상부 기판의 시료 주입구를 통하여 액상 유체로서 핵산 용액을 주입하였고(주입 속도: 200 ㎕/min), 액상 유체의 주입을 위하여 주입 장치로서 실린지 펌프를 사용하였다. 그 다음, 복수의 정량 분주 채널 각각에 액상 유체가 채워진 후, 에어 필터가 고정된 테이프(215) 상에 접착 테이프(218)를 부착하여 복수의 제1 홀을 폐쇄하였다. 또한, 흡입 장치로서 실린지 펌프(KD Scientific사)에 의하여 1 kg/㎠의 음압을 인가하여 메인 챔버에 잔류하는 액상 유체를 배출하였다. 후속적으로, 제2 홀 고정 테이프(219)를 제거하고, 제2 홀에 동일한 흡입 장치에 의하여 1 kg/㎠의 음압을 인가하여 분주된 액상 유체를 튜브형 챔버 구조물 내로 이동시켰다. 이와 같이 분주된 액상 유체가 튜브형 챔버 구조물에 수용된 상태를 도 6b에 나타내었다.

도 6a를 참조하면, 버블 현상이 유발됨이 없이 분주된 액상 유체가 개별 챔버 구조물 내부로 원활히 이동하여 수행됨을 확인할 수 있다. 또한, 도 6b를 참조하면, 복수의 챔버 구조물에 실질적으로 동일한 량의 액상 유체가 분주되어 수용되었다(오차 범위 내에 해당됨).

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

100, 200: 정량 분주 디바이스
101: 메인 챔버
102: 정량 분주 채널
103: 제1 개폐구
104: 시료 수용 영역
104': 챔버 구조물
105: 제2 개폐구
210: 상부 기판
211: 시료 주입구
212: 공기 배출구
213: 제1 홀의 어레이
214: 에어 필터 어레이
215: 에어 필터 고정용 테이프 또는 필름
216: 제5 홀의 어레이
217: 제2 홀의 어레이
218: 제5 홀의 개폐용 접착 테이프
219: 제2 홀의 개폐용 접착 테이프
220: 중간 기판
221: 메인 챔버용 관통 패턴 영역
222: 정량분주 채널용 관통 패턴 영역
223: 제3 홀의 어레이
230: 하부 기판
231: 제4 홀의 어레이
232: 챔버 구조물
233: 챔버 구조물 어레이의 고정용 테이프
234: 제6 홀의 어레이

Claims (15)

1. 액상 유체의 주입구와 연통되어 주된 유체 흐름의 경로를 제공하며, 낮은 소수성의 표면을 제공하는 메인 챔버;
   상기 메인 챔버의 길이 또는 종 방향을 따라 소정 간격을 두고 횡 방향으로 연장 형성되고, 낮은 친수성의 표면을 제공하면서 모세관 력을 유도하는 치수 또는 공간을 갖는 복수의 정량 분주 채널;
   상기 복수의 정량 분주 채널 각각의 단부에서 액상 유체 흐름의 개폐 조절 가능하도록 구비된 제1 개폐구;
   상기 제1 개폐구를 경유하여 복수의 정량 분주 채널 각각에 연통되고, 높은 소수성의 표면을 제공하면서 상기 정량 분주 채널로부터 이송된 액상 유체를 수용하기 위한 챔버 구조물이 구비된 복수의 시료 수용 영역; 및
   상기 복수의 시료 수용 영역 각각의 하류 위치에서 액상 유체 흐름의 개폐 조절이 가능하도록 구비된 제2 개폐구;
   를 포함하는 액상 유체의 정량 분주 디바이스.
2. (a) 일 단부 또는 이의 인접 영역에 형성된 시료 주입구, 상기 단부로부터 대향하는 단부 방향으로 간격 d1을 두고 배열된 복수의 제1 홀의 어레이를 포함하는 상부 기판;
   (b) (i) 상기 시료 주입구와 연통되면서 시료 주입구를 통하여 주입된 액상 유체의 분주 전 흐름 경로를 제공하는 메인 챔버용 관통 패턴 영역, (ii) 상기 메인 챔버용 관통 패턴 영역의 길이 또는 종 방향을 따라 복수의 제1 홀에 대응하는 간격을 두고 횡 방향으로 연장 형성되는 복수의 정량분주 채널용 관통 패턴 영역, 및 (iii) 상기 정량 분주 채널용 관통 패턴 영역을 따라 복수의 제1 홀의 어레이에 대응되는 지점으로부터 하류(downstream) 방향으로 간격 d3을 두고 형성된 복수의 제3 홀의 어레이를 포함하는 중간 기판; 및
   (c) 상기 복수의 제3 홀의 어레이에 대응되는 위치에 복수의 제4 홀의 어레이가 형성되고, 하면(배면) 중 상기 복수의 제4 홀의 어레이에 대응되는 위치에 복수의 챔버 구조물의 어레이가 구비되도록 복수의 시료 수용 영역을 형성하고, 상기 복수의 제4 홀의 어레이를 통하여 중간 기판과 연통되는 하부 기판;
   을 포함하며,
   여기서, 상기 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판의 조합에 의하여 메인 챔버, 정량분주 채널 및 시료 수용 영역을 각각 형성하고,
   상기 메인 챔버는 시료 주입구와 연통되면서 낮은 소수성의 표면이 제공되며,
   상기 복수의 정량 분주 채널은 낮은 친수성의 표면을 제공하면서 모세관 력을 제공하는 치수를 갖고,
   상기 복수의 시료 수용 영역은 높은 소수성 표면을 제공하며, 그리고
   (i) 상기 상부 기판 중 복수의 제1 홀의 어레이로부터 상기 대향하는 단부 방향으로 간격 d2를 두고 배열된 복수의 제2 홀의 어레이가 형성되거나, 또는 (ii) 상기 하부 기판 중 제1 홀의 어레이에 대응되는 위치로부터 상기 대향하는 단부 방향으로 간격 d2를 두고 배열된 복수의 제2 홀의 어레이가 형성되며, 이때 간격 d2는 간격 d3보다 크도록 구성된, 미세유체 기반의 미세유체 방식의 액상 유체의 정량 분주 디바이스.
3. 제2항에 있어서, 복수의 제1 홀에 대응하는 위치에 복수의 제1 개폐구를 형성하기 위하여, 상기 상부 기판에 복수의 제1 홀 각각에 삽입되는 복수의 에어 필터 어레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 유체의 정량 분주 디바이스.
4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 에어 필터 어레이는 스트립 형태의 테이프에 고정된 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 액상 유체의 정량 분주 디바이스.
5. 제4항에 있어서, 상기 에어 필터를 고정하기 위한 스트립 형태의 테이프는 복수의 에어 필터 각각에 대응하는 위치에 복수의 제5 홀의 어레이가 구비되며, 이때 복수의 제5 홀 각각은 대응되는 에어 필터에 비하여 작은 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 액상 유체의 정량 분주 디바이스.
6. 제2항에 있어서, 상기 상부 기판은 시료 주입구와 연통되고, 디바이스 내 공기를 배출하기 위한 공기 배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 유체의 정량 분주 디바이스.
7. 제2항에 있어서, 복수의 제2 홀 각각을 착탈 방식으로 개폐하여 제2 개폐구를 형성하기 위하여, 상기 상부 기판 또는 하부 기판에 고정 테이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 유체의 정량 분주 디바이스.
8. 제2항에 있어서, 상기 복수의 제2 홀은 흡입 수단과 연결 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 액상 유체의 정량 분주 디바이스.
9. 제2항에 있어서, 상기 하부 기판의 하면에 복수의 제6 홀의 어레이가 형성된 스트립 형태의 고정 테이프의 개재 하에 상기 복수의 챔버 구조물의 어레이가 하부 기판에 부착되며, 이때 복수의 제6 홀 각각은 복수의 제4 홀과 대응하여 연통되는 것을 특징으로 하는 액상 유체의 정량 분주 디바이스.
10. 제2항에 있어서, 상기 중간 기판의 두께는 70 내지 1,000 ㎛이고, 상기 정량분주 채널용 관통 패턴 영역의 폭은 100 내지 5,000 ㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 액상 유체의 정량 분주 디바이스.
11. 제2항에 있어서, 간격 d1은 10 내지 100 mm, 간격 d2는 5 내지 50 mm, 그리고 간격 d3는 3 내지 30 mm의 범위 내에서 각각 정하여지는 것을 특징으로 하는 액상 유체의 정량 분주 디바이스.
12. 제6항에 있어서, 상기 메인 챔버용 관통 패턴 영역은 "U"자형, "Z"자, 또는 "ㄹ"자 패턴을 갖도록 형성되며, 시료 주입구 및 상기 공기 배출구는 각각 상기 메인 챔버용 관통 패턴 영역의 일 단부 및 타 단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 액상 유체의 정량 분주 디바이스.
13. a) 제2항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 액상 유체의 정량 분주 디바이스를 제공하는 단계;
    b) 상부 기판 중 복수의 제1 홀을 개방된 상태로 유지하고, 복수의 제2 홀을 폐쇄한 상태에서 시료 주입구를 통하여 액상 유체를 메인 챔버로 도입하고, 모세관 력에 의하여 상기 도입된 액상 유체를 복수의 정량 분주 채널에 각각 충진하는 단계;
    c) 상기 복수의 제1 홀을 폐쇄하고, 메인 챔버 내 액상 유체를 배출하는 단계; 및
    d) 상기 복수의 제2 홀을 개방한 상태에서 흡입 수단과 연결하여 흡입함으로써 복수의 정량 분주 채널 각각에 충진된 액상 유체를 복수의 시료 수용 영역으로 이송하여 상기 복수의 챔버 구조물 각각에 이송된 액상 유체를 수용하는 단계;
    를 포함하는 액상 유체의 정량 분주 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 단계 c)에서 흡입 수단은 음압 인가 장치로서 시린지 펌프 또는 페리스탈틱 펌프인 것을 특징으로 하는 액상 유체의 정량 분주 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 인가된 음압은 0.1 내지 10 kg/㎠ 범위 내에서 설정되는 것을 특징으로 하는 액상 유체의 정량 분주 방법.

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