KR20220167028A - 미세입자 분리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세입자를 관성집중 방법으로 프리포커싱(prefocusing) 하는 제 1채널이 구비된 제 1칩; 및 상기 프리포커싱 된 미세입자를 음파영동법으로 분리하는 제 2채널이 구비된 제 2칩을 포함하며, 상기 제 1칩은 상기 제 2칩의 상단부에 결합되는 것을 특징으로 하는 미세입자 분리 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 미세입자 분리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 관성집중과 음파영동법을 통합하여 프리포커싱과 입자 분리의 효율성을 향상시킬 수 있는 미세입자 분리 장치에 관한 것이다.
전통적으로 미세 입자 또는 혈구와 같은 세포를 분리하기 위해서 원심분리기를 이용한 방법을 이용해 왔다. 그러나, 원심분리 방법은 시간과 비용이 많이 들고, 숙련된 노동력을 필요로 할 뿐 아니라, 많은 양의 시료를 필요로 한다는 단점들이 많다.
반면, 최근 들어 미세유체 기술을 활용한 미세 입자 및 세포를 분리하는 방법에 대한 많은 연구 개발이 진행 중에 있다. 이러한 미세유체 기술을 이용한 미세 입자 분리 기술은 소량의 시료에 대해서도 빠르게 분리를 할 수 있으며, 적은 비용과 높은 처리 속도를 보인다는 장점을 가지고 있다. 미세유체 기술을 이용한 입자 및 세포 분리 방법은 외부로부터의 에너지 공급 유무에 따라 능동형 (Active type)과 수동형 (Passive type)으로 나눌 수 있다. 능동형 분리 방법은 분리 효율이 좋으며 성능이 뛰어나다는 장점이 있으나, 장치를 구동시키기 위한 구동부가 필요하기 때문에 비용이 많이 들고, 장비의 설치 및 작동이 복잡하다는 단점이 있다. 반면, 수동형 분리 방법은 구동이 단순하며 비용이 적게 드는 반면, 성능을 조절하기가 쉽지 않다는 단점이 있다.
최근 들어, 고효율의 입자 및 세포 분리를 위해서 분리 전에 시료들을 채널 내 특정 위치로 집중시키는 프리포커싱(이하 'prefocusing') 과정을 통해 분리 대상인 입자 및 세포들의 'Field dispersion' 현상을 막아 분리 효율을 향상시키는 연구들이 발표되었다. 즉, prefocusing 과정을 통해 입자들의 초기위치를 지정된 곳으로 제한함으로써, 이후 본격적인 분리 영역에서 입자 및 세포의 분리 효율을 향상시킨다. 이 때 사용되는 prefocusing 방법으로 음파영동법 (acoustophoresis), 자기영동법 (magnetophoresis), 전기영동법 (electrophoresis)과 같은 능동형 방법과, hydrophoresis, deterministic lateral dislplacement (DLD), 관성집중 (inertial focusing) 등을 이용하는 수동형 방법이 있다.
최근 발표된 논문 중 다음의 두 가지 방법은 모두 prefocusing을 우선적으로 진행한 후 본격적으로 입자분리를 진행한 예이다.
Zhang 등이 제안한 장치는 수동형 방법 중 관성 미세유체역학에 기반한 관성집중 현상을 이용하여 입자 및 혈구들의 prefocusing과 입자분리를 진행하는 방식으로, 이는 장치의 구조가 간단하며, 시료의 처리 속도 역시 빠르다는 장점을 가지며, 또한 시료에 대해 손상이 적으며 연속적 분리가 가능하다는 장점이 있다. 그러나, prefocusing 및 입자 분리를 위해서는 높은 유속에서만 가능하며 하나의 칩으로 통합하기가 곤란하다는 단점이 있다.
Thomas 등이 제안한 장치는 능동형 방법 중 음파영동법 (acoustophoresis)을
이용하여 prefocusing과 입자분리를 진행하는 방식으로, 이는 입자 분리 과정이 간단하고 시료 손상이 적으며 비표지자(label-free) 방식으로 이루어지는 장점이 있으나, 상대적으로 시료 속도가 느리며, 농도가 높은 시료에 대해서는 분리 효율이 떨어질 뿐 아니라, 2개의 acoustic system을 필요로 한다는 단점이 있다.
이외에도 다양한 방법의 입자 분리 방법과 prefocusing 방법을 이용한 장치들이 있으나, 다양한 시료들에 대해 높은 처리량과 함께 높은 분리 효율을 가지는 장치는 여전히 연구 개발 중에 있다.
Zhang et al., IEEE Trans Biomed Circuits Syst, 2017, Vol. 11 (6), 1422-1430
Thomas et al., Anal Chem, 2015, Vol. 87, 5596-5604
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 관성집중과 음파영동법을 통합하여 프리포커싱과 입자 분리의 효율성을 향상시킬 수 있는 미세입자 분리 장치를 제공하려는 것이다.
본 발명은 미세입자를 관성집중 방법으로 프리포커싱(prefocusing) 하는 제 1채널이 구비된 제 1칩; 및 상기 프리포커싱 된 미세입자를 음파영동법으로 분리하는 제 2채널이 구비된 제 2칩을 포함하며, 상기 제 1칩은 상기 제 2칩의 상단부에 결합되는 미세입자 분리 장치를 제공할 수 있다.
상기 제 1채널은 사각형 단면의 굴곡된 구조를 적어도 하나 이상 가지는 구조일 수 있다.
상기 제 1채널은 마름모 단면의 직선 구조일 수 있다.
상기 미세입자는 관성 집중에 의하여 상기 제 1채널의 양 벽 쪽에 형성된 2개의 평형 위치(equilibrium position)에 프리포커싱 될 수 있다.
또한, 상기 미세입자 분리 장치를 포함하는 바이오기기를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 미세입자 분리 장치는 관성집중과 음파영동법을 통합하여 높은 처리 속도로 효율적인 프리포커싱이 가능하며, 음파영동법을 이용한 최종적인 입자분리 효율을 극대화하는 것이 가능하다.
나아가, 관성집중과 음파영동법을 수행하는 각 칩의 제작의 간편성 및 유연성, 입자 분리 시 주변 장비 조작 및 운용의 편리성은 관성집중과 음파영동법이 통합된 장치를 다양한 시료들의 분리 작업에 적용하는 것을 가능하게 하며, 이를 통해 화학적, 생물학적 시료 분석의 정확도를 높일 수 있을 뿐 아니라, 시료 내의 입자 또는 세포 등을 조작하고 계수하는 분야에도 이용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 분리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사각형 단면의 굴곡된 구조를 갖는 제 1채널이 구비된 미세입자 분리 장치의 단면을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마름모 단면의 직선 구조를 갖는 제 1채널이 구비된 미세입자 분리 장치의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 음파영동법을 이용한 제 2채널이 구비된 미세입자 분리 장치의 단면을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사각형 단면의 굴곡된 구조를 갖는 제 1채널이 구비된 제 1칩의 제조과정을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마름모 단면의 직선 구조를 갖는 제 1채널이 구비된 제 1칩의 제조과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2채널이 구비된 제 2칩의 제조과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 제 1칩을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 제 1칩을 나타내는 도면이다.
도 10, 11은 본 발명의 실시예에 따른 미세입자의 프리포커싱 결과를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예의 유량에 따른 미세입자의 프리포커싱 결과를 나타내는 도면이다.
도 13 내지 15는 본 발명의 일 실시예의 음파영동법에 따른 미세입자 분리 결과를 나타내는 도면이다.
도 16은 프리포커싱 실시 여부에 따른 분리된 미세입자의 형광 현미경 이미지 및 강도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사각형 단면의 굴곡된 구조를 갖는 제 1채널이 구비된 미세입자 분리 장치의 단면을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마름모 단면의 직선 구조를 갖는 제 1채널이 구비된 미세입자 분리 장치의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 음파영동법을 이용한 제 2채널이 구비된 미세입자 분리 장치의 단면을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사각형 단면의 굴곡된 구조를 갖는 제 1채널이 구비된 제 1칩의 제조과정을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마름모 단면의 직선 구조를 갖는 제 1채널이 구비된 제 1칩의 제조과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2채널이 구비된 제 2칩의 제조과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 제 1칩을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 제 1칩을 나타내는 도면이다.
도 10, 11은 본 발명의 실시예에 따른 미세입자의 프리포커싱 결과를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예의 유량에 따른 미세입자의 프리포커싱 결과를 나타내는 도면이다.
도 13 내지 15는 본 발명의 일 실시예의 음파영동법에 따른 미세입자 분리 결과를 나타내는 도면이다.
도 16은 프리포커싱 실시 여부에 따른 분리된 미세입자의 형광 현미경 이미지 및 강도를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 기초하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 분리 장치와 그 단면을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 다양한 시료들에 대해 높은 처리량과 함께 높은 분리 효율을 동시에 달성하기 위해, 미세입자를 관성집중 방법으로 프리포커싱(prefocusing) 하는 제 1채널이 구비된 제 1칩; 및 상기 프리포커싱 된 미세입자를 음파영동법으로 분리하는 제 2채널이 구비된 제 2칩을 포함하며, 상기 제 1칩은 상기 제 2칩의 상단부에 결합되는, 미세입자 분리 장치를 제공한다.
먼저, 미세입자는 제 1칩에 구비된 제 1채널을 통해 관성집중 방법으로 프리포커싱 된다. 이때, 제 1칩은 제 1채널과 연결되며 미세입자가 주입되기 위한 주입구(inlet)와 제 1채널을 통과한 후 제 2채널로 연결되는 중간 배출구(outlet)를 구비하는 것은 자명한 사실에 해당할 것이다.
관성집중(inertial focusing) 방법은 채널 입구에 무작위로 분산된 미세입자가 채널을 통과하는 과정에서 여러 평형 위치(equilibrium position)로 이동하는 현상을 이용하여 미세입자를 프리포커싱 하는 방법으로, 미세입자를 채널 중심에서 멀어지게 하는 전단 구배 양력(shear gradient lift force)과 입자를 벽에서 멀어지게 하는 벽 양력(wall lift force)이 균형을 이루어 채널 벽과 중심선 사이의 중간 위치에서 평형위치를 형성하는 방법을 의미한다. 본 발명은 이를 위하여 유체의 유량, 채널 구조를 통하여 관성 집중을 유도한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사각형 단면의 굴곡된 구조를 갖는 제 1채널이 구비된 미세입자 분리 장치의 단면을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 제 1채널은 사각형 단면의 굴곡된 구조를 적어도 하나 이상 가질 수 있으며, 굴곡된 구조의 개수(반복 횟수), 폭 및 길이는 관성집중에 의한 프리포커싱이 이루어질 수 있도록 제어될 수 있다. 이때, 미세입자의 크기가 작을수록 더 많은 반복 횟수가 되도록 제 1채널을 형성해야 프리포커싱 효율이 높아질 수 있으며, 관성집중에 따라 제 1채널의 양 벽 쪽에 형성된 2개의 평형 위치로 미세입자가 이동하여 프리포커싱 될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마름모 단면의 직선 구조를 갖는 제 1채널이 구비된 미세입자 분리 장치의 단면을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 제 1채널은 마름모 단면의 직선 구조일 수 있다. 이때, 제 1채널의 폭 및 길이는 관성집중에 의한 프리포커싱이 이루어질 수 있도록 제어될 수 있으며, 관성집중에 따라 제 1채널의 양 벽 쪽에 해당하는 마름모 단면의 둔각에 형성된 2개의 평형 위치로 미세입자가 이동하여 프리포커싱 될 수 있다. 또한, 제 1채널이 마름모 단면의 직선 구조인 경우에는 관성 집중에 필요한 채널 길이가 짧아 유체 저항을 줄일 수 있으며, 처리 속도 역시 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 제 1채널을 통과하는 미세입자가 2개의 평형 위치로 프리포커싱 되기 위해서는 유량을 조절하는 것이 필요하며, 바람직하게는 50~700 ul/min 일 수 있다. 상기 범위를 벗어나는 경우에는, 제 1채널의 중앙, 즉 1개의 평형위치로 미세입자가 집중되어 제 2칩으로 유입됨에 따라 크기가 작은 미세입자와 큰 미세입자가 함께 제 2채널 가운데로 이동하게 되어 음파영동법에 의한 입자분리 효율이 저하될 수 있다.
이처럼 상기 제 1채널에 형성된 2개의 평형 위치에 미세입자가 프리포커싱 되어 두 줄로 이동하는 한, 본 발명의 범위에 속하며, 이는 단면이 정사각형인 경우 채널 벽의 각 측면 중앙에 4개의 평형 위치가 형성되는 것과 상반되며, 따라서 정사각형 단면의 채널보다 더욱 효율적으로 미세입자가 집중되고 분리되어 프리포커싱 될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 음파영동법을 이용한 제 2채널이 구비된 미세입자 분리 장치의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 프리포커싱 된 미세입자는 제 2칩에 구비된 제 2채널을 통해 음파영동법으로 최종 분리된다. 이때, 제 2칩은 버퍼 용액이 주입되는 버퍼 주입구(buffer inlet)와 분리된 미세입자를 배출하기 위한 1개 이상의 배출구(outlet)을 구비하는 것은 자명한 사실에 해당할 것이며, 본 발명의 일 실시예에서는 크기에 따라 분리된 미세입자를 배출하기 위한 2개의 배출구인 제 1배출구(center outlet), 제 2배출구(side outlet)를 구비하였다.
또한, 음파영동법에 따른 정상음향파를 제 2채널에 형성하기 위해 제 2채널의 하부에 압전 변환기(piezoelectric transducer, PZT)를 부착하는 것은 자명한 사실에 해당할 것이다.
음파영동법(acoustophoresis)은 표면탄성파(surface acoustic wave) 또는 벌크탄성파(bulk acoustic wave)를 이용하여 미세입자를 분리하는 기술로, 특히 채널 내에 형성된 정상음향파(acoustic standing wave)가 미세입자를 pressure node 또는 pressure anti-node로 움직이게 하여 미세입자를 분리하며, 각 node의 위치는 정상음향파를 생성하는 압전 변환기를 통해 인가된 주파수에 따라 달라질 수 있다.
상기 제 2채널 내에서, 미세입자는 제 2채널에 형성된 정상음향파에 따라 제 2채널의 중앙에 만들어지는 pressure node로 힘을 받아 움직이게 된다. 이때, 미세입자의 이동속도는 미세입자의 직경의 세제곱에 비례하여 정상음향파를 가했을 때, 크기가 큰 미세입자들이 크기가 작은 미세입자들에 비해 빠르게 pressure node로 모이게 되어 중앙을 따라 이동하여 제 1배출구로 배출되며, 크기가 작은 미세입자들은 pressure anti-node로 모이게 되어 계속 측면을 따라 이동하여 제 2배출구로 배출되므로 크기에 따른 미세입자의 효율적인 분리가 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 관성집중을 이용한 프리포커싱이 이루어지는 제 1채널이 구비된 제 1칩과 음파영동법을 이용한 입자분리가 이루어지는 제 2채널이 구비된 제 2칩을 통해 하나의 장치 내에서 미세입자의 효율적인 분리가 가능하며, 순차적인 프리포커싱 및 입자분리를 위해 제 1칩은 제 2칩의 상단부에 결합된다.
상기 미세입자 분리 장치는 관성집중과 음파영동법이 통합되어 소량의 미세입자를 높은 처리 속도와 정확도로 효율적으로 분리할 수 있으므로, 미량의 혈액으로부터 질병을 진단할 수 있는 바이오센서 또는 혈액 분석용 바이오칩 등의 바이오기기 내에 포함되어 다양한 생화학적 물질을 검출 및 분석을 도모할 수 있다.
이하, 본 발명의 미세입자 분리 장치의 제조방법에 대하여 설명한다.
제 1 실리콘 기판을 패터닝, 에칭 및 몰딩하여 제 1채널이 형성된 제 1칩을 제조하는 단계; 제 2 실리콘 기판을 패터닝 및 에칭하여 제 2채널을 형성한 후, 유리 기판과 결합시켜 제 2칩을 제조하는 단계; 및 상기 제 1칩을 상기 제 2칩의 상단부에 결합하는 단계를 포함한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사각형 단면의 굴곡된 구조를 갖는 제 1채널이 구비된 제 1칩의 제조과정을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 제 1채널이 직사각형 단면의 구불구불한 구조인 경우에는, 제 1 실리콘 기판을 음각 포토레지스트(예를 들어, SU-8)를 이용한 포토리소그래피 공정을 통해 직사각형 단면의 구불구불한 구조로 패터닝 및 에칭한 후(a), PDMS(polydimethylsiloxane)를 도포하여(b) PDMS 몰딩을 형성함으로써 제 1채널이 형성된 제 1칩을 제조할 수 있다(c).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마름모 단면의 직선 구조를 갖는 제 1채널이 구비된 제 1칩의 제조과정을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 제 1채널이 마름모 단면의 직선 구조인 경우에는, 제 1 실리콘 기판을 패터닝 및 에칭하여 제 1주형 및 제 2주형을 형성한 후(a-c), 상기 제 2주형에 PS(polystyrene)를 도포하여 PS 주형을 형성한 후(d), 상기 제 1주형 및 PS 주형에 PDMS(polydimethylsiloxane)를 도포하여 각 주형에 대응하는 PDMS 몰딩을 형성한 후(e), 상기 PDMS 몰딩을 결합하여 제 1채널이 형성된 제 1칩을 제조할 수 있다.(f).
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2채널이 구비된 제 2칩의 제조과정을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 음파영동법을 이용하는 제 2채널이 구비된 제 2칩은 포토리소그래피 공정을 통해 실리콘 기판을 패터닝 및 에칭한 후(a-b), 유리 기판과 양극접합(anodic bonding)을 하여 손쉽게 제조할 수 있으며(c), pressure node를 형성하기 위한 제 2채널의 길이와 폭은 포토리소그래피 공정 과정에서 자유롭게 조절할 수 있다.
이후, 제 1칩을 제 2칩의 상단부에 결합시켜 관성집중과 음파영동법이 통합된 미세입자 분리 장치를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 기초하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
실시예 1
도 8을 참조하면, MEMS 공정인 포토리소그래피(Photolithography) 공정과 실리콘 이방성 습식 식각 공정(anisotropic wet etching) 및 PDMS 마이크로몰딩법을 이용하여 폭 200um, 높이 50um 를 갖는 사각형 단면의 굴곡된 구조의 반복 횟수가 27회인 제 1채널이 구비된 제 1칩을 제조하였다. 다음으로, 포토리소그래피 공정 후 실리콘 웨이퍼를 습식 식각하여 제 2채널을 제작하고 2개의 출구를 설계한 후, 유리 기판과 양극접합하여 제 2칩을 제조하였다. 이후, 제 1칩을 제 2칩의 상단부에 결합시켜 미세입자 분리 장치를 제조하였다.
실시예 2
도 9를 참조하면, 사각형 단면의 굴곡된 구조의 반복 횟수가 74회인 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 미세입자 분리 장치를 제조하였다.
실험예
1. 프리포커싱에 따른 미세입자 집중
사각형 단면의 굴곡된 구조의 반복 횟수, 유량에 따른 미세입자의 프리포커싱 정도를 관찰하기 위해, 크기가 다른 미세입자(5um, 10um)를 녹색으로 형광 처리하여 실시예 1 및 2로 유입하였다.
도 10, 11은 본 발명의 실시예에 따른 미세입자의 프리포커싱 결과를 나타내는 도면이다.
도 10, 도 11을 참조하면, 실시예 1 및 2에서 모두 미세입자가 관성집중에 의해 굴곡된 구조의 양 측면을 따라 이동하여 2개의 지점으로 프리포커싱 되었으며, 특히 크기가 작은 미세입자(5um)의 경우, 굴곡된 구조의 반복 횟수가 많은 실시예 2에서 보다 관성집중에 따른 입자의 정렬이 뚜렷하게 일어나는 것을 확인할 수 있었다.
도 12는 본 발명의 일 실시예의 유량에 따른 미세입자의 프리포커싱 결과를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 유량이 증가함에 따라 미세입자(10um)가 2개의 지점으로 집중되었으나(a), 유량이 너무 빠른 경우(700ul/min 이상)에는 1개의 지점으로 집중되어 2개의 지점으로 프리포커싱 되지 아니하였으며(b), 따라서 향후 음파영동법에 의한 입자분리 효율을 위한 2개의 지점으로 미세입자가 집중되는 최적의 유속 범위는 50~700ul/min 인 것을 확인할 수 있었다.
2. 음파영동법에 따른 미세입자 분리
미세입자의 크기 별 음파영동법에 따른 미세입자 분리 정도를 관찰하기 위해, 프리포커싱 된 녹색 미세입자(4.8um, 9.9um), 빨강 미세입자(13um)를 제 2칩으로 유입하였으며, 인가된 주파수는 1.786 MHz 였다.
도 13 내지 15는 본 발명의 일 실시예의 음파영동법에 따른 미세입자 분리 결과를 나타내는 도면이다.
도 13 내지 15를 참조하면, 프리포커싱 된 미세입자가 음파영동법에 의해 제 2채널의 중앙에 만들어지는 pressure node로 힘을 받아 움직이게 되며, 특히 미세입자의 크기가 클수록 빠르게 pressure node로 모이게 되어 중앙을 따라 이동하는 것을 확인할 수 있었다.
3. 프리포커싱 여부에 따른 미세입자 분리
프리포커싱 여부에 따른 미세입자 분리 정도를 관찰하기 위해, 크기가 다른 녹색 미세입자(5um), 빨강 미세입자(13um)를 60ul/min 의 유량으로 미세입자 분리 장치에 유입하였다.
도 16은 프리포커싱 여부에 따른 분리된 미세입자의 형광 현미경 이미지 및 강도를 나타내는 도면이다.
도 16에서 (a)는 프리포커싱이 이루어지지 않은 미세입자, (c)는 프리포커싱이 이루어진 미세입자이며, (b), (d)는 각각 (a), (c)에 따른 미세입자를 음파영동법으로 분리한 상태를 나타낸다.
도 16을 참조하면, 프리포커싱이 이루어지지 않은 상태에서 음파영동을 적용한 경우에는 미세입자간의 간격이 좁게 나타나 분리 효율이 낮은 반면, 프리포커싱이 이루어진 상태에서 음파영동을 적용한 경우에는 미세입자간의 간격이 넓게 나타나 분리 효율이 높은 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 발명에 따른 미세입자 분리장치를 이용할 경우, 관성집중에 의한 프리포커싱으로 미세입자가 2개의 지점으로 정렬된 상태로 유입되어 음파영동이 적용됨에 따라 미세입자의 분리 효율을 높일 수 있을 것으로 예상된다.
Claims (5)
- 미세입자를 관성집중 방법으로 프리포커싱(prefocusing) 하는 제 1채널이 구비된 제 1칩; 및
상기 프리포커싱 된 미세입자를 음파영동법으로 분리하는 제 2채널이 구비된 제 2칩을 포함하며,
상기 제 1칩은 상기 제 2칩의 상단부에 결합되는 것을 특징으로 하는 미세입자 분리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제 1채널은 사각형 단면의 굴곡된 구조를 적어도 하나 이상 가지는 구조인 것을 특징으로 하는 미세입자 분리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제 1채널은 마름모 단면의 직선 구조인 것을 특징으로 하는 미세입자 분리 장치. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 미세입자는 관성 집중에 의하여 상기 제 1채널의 양 벽 쪽에 형성된 2개의 평형 위치(equilibrium position)에 프리포커싱 되는 것을 특징으로 하는 미세입자 분리 장치. - 제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 따른 미세입자 분리 장치를 포함하는 바이오기기.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210076070A KR20220167028A (ko) | 2021-06-11 | 2021-06-11 | 미세입자 분리 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020210076070A KR20220167028A (ko) | 2021-06-11 | 2021-06-11 | 미세입자 분리 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR20220167028A true KR20220167028A (ko) | 2022-12-20 |
Family
ID=84539103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020210076070A KR20220167028A (ko) | 2021-06-11 | 2021-06-11 | 미세입자 분리 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20220167028A (ko) |
-
2021
- 2021-06-11 KR KR1020210076070A patent/KR20220167028A/ko not_active Application Discontinuation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Thomas et al., Anal Chem, 2015, Vol. 87, 5596-5604 |
| Zhang et al., IEEE Trans Biomed Circuits Syst, 2017, Vol. 11 (6), 1422-1430 |
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