WO2013118935A1 - Particle separating apparatus and method for separating particles from solution using the apparatus - Google Patents

Particle separating apparatus and method for separating particles from solution using the apparatus Download PDF

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WO2013118935A1
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pore
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particle separation
electric field
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이정훈
차미선
최요셉
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서울대학교 산학협력단
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    • B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
    • B03C2201/26—Details of magnetic or electrostatic separation for use in medical applications

Definitions

  • the present invention relates to a particle separation device and a method for separating particles from a solution using the same, and more particularly, to a dielectric electrophoretic phenomenon caused by particles present in the electric field, having an electrode forming a non-uniform electric field on a pore array.
  • the present invention relates to a particle separation device and a particle separation method using the same, by which particles are captured to be spaced apart from the pore, thereby preventing the pore from being closed.
  • Particle separation methods in micro-units include mesh-type filters, comb-shape filters, and diffusion filters. These separation methods also have high flow resistance, low flow rates, There are disadvantages such as large diffusion time.
  • the behavior of the particles by the dielectric force is not determined by the charge of the particles, but by the dielectric properties (conductivity and permittivity), which is determined by the volume of the particles, the difference between the medium and the dielectric constant of the particles, and the strength of the electric field. Proportional to the square of.
  • Apparatus and methods for separating polarizable particles from a solution using such a dielectrophoretic force are well known and used in various fields.
  • the present invention is derived from research conducted as part of a new technology research and development support project of the Seoul National University Development Institute and Seoul National University Industry-Academic Cooperation Foundation.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and includes particles in a solution caused by a dielectric phenomenon caused by particles present in the electric field provided with electrodes forming a non-uniform electric field on the pore array through which the solution is filtered.
  • the present invention relates to a particle separation device and a particle separation method using the same, wherein the separation of the pore from the array is prevented to prevent the pore from being closed.
  • a particle separation device for separating polar particles and medium from a solution, the particle separation device comprising: a body having a plurality of spaced pores constituting a pore array; And an electrode provided on the body to form a non-uniform electric field by application of an external power source, wherein the electrode includes a first electrode and a second electrode connected to opposite polarity terminals of the external power source, respectively. And at least one of the pores forming the pore array is in contact with the first electrode or the second electrode.
  • the particle separation device includes a first electrode pad, and a plurality of first branch electrodes connected to the first electrode pad
  • the second electrode Includes a second electrode pad and a second branch electrode connected to the second electrode pad, wherein the first branch electrode and the second branch electrode are alternately disposed on a portion where the pore array is formed, When applied, it forms a non-uniform electric field and the one or more pores are configured to contact the first branch electrode or the second branch electrode.
  • a particle separation device for separating the particles and the medium in the solution from the solution, the body formed with a plurality of spaced pores constituting a pore array; And an electrode provided on the body to form a non-uniform electric field by application of an external power source, wherein the electrode includes a first electrode and a second electrode connected to opposite polarity terminals of the external power source, respectively. At least one pore positioned between the first electrode and the second electrode, the pore being different from the shortest distance from the pore to the first electrode closest to the second electrode closest to the second electrode; Characterized in that.
  • the first electrode includes a first electrode pad, and a plurality of first branch electrodes connected to the first electrode pad
  • the second electrode Includes a second electrode pad and a second branch electrode connected to the second electrode pad, wherein the first branch electrode and the second branch electrode are alternately disposed on a portion where the pore array is formed, When applied, it forms a non-uniform electric field and is located between the first and second branch electrodes, the shortest distance from the pore to the first branch electrode closest to and closest to the pore.
  • One or more pores different from each other in the shortest distance to the second branch electrode are configured.
  • irregularities corresponding to the shape of the pore array are formed at the side portions of the first and second branch electrodes, and the pore array is formed at the portion where the irregularities are formed. Is placed.
  • the body includes a base, a hydrophilic coating layer disposed on the base, and a hydrophobic coating layer disposed on the hydrophilic coating layer, the hydrophilic coating layer is The inner circumferential surface of the pore is formed, and the bottom portion of the lower portion of the pore array is formed.
  • the particle separation method includes a body having a pore array having a plurality of pores disposed at a portion thereof to have a plurality of rows; And an electrode provided on the body to form a non-uniform electric field by application of an external power source, wherein the electrode includes a first electrode and a second electrode connected to opposite polarity terminals of the external power source, respectively. At least one pore positioned between the first electrode and the second electrode, the pore being different from the shortest distance from the pore to the first electrode closest to the second electrode closest to the second electrode; As a particle separation method using a particle separation device,
  • Particles in the solution are trapped in the heterogeneous electric field by the effect of the dielectrophoretic effect of the heterogeneous electric field and move away from the first and second electrodes and pores.
  • the first electrode includes a first electrode pad and a plurality of first branch electrodes connected to the first electrode pad
  • the second electrode Includes a second electrode pad and a second branch electrode connected to the second electrode pad, wherein the first branch electrode and the second branch electrode are alternately disposed on a portion where the pore array is formed, When applied, it forms a non-uniform electric field and is located between the first branch electrode and the second branch electrode, the shortest distance from the pore to the first branch electrode closest to and closest to the pore.
  • a particle separation method using a particle separation device characterized in that at least one pore different from each other in the shortest distance to the second branch electrode is present.
  • the first and second branch electrodes forming a non-uniform electric field on a portion where the pore array is formed
  • the trapped polarized particles are subjected to the dielectrophoretic effect of the non-uniform electric field and are repulsed to be spaced apart from the first branch electrode, the second branch electrode, and the pore, thereby between the first branch electrode and the second branch electrode. And trapped in the region of the remaining.
  • the particle separation device of the present invention when an AC power is applied to the electrode, a non-uniform electric field may be formed. Subsequently, when the sample in the form of a solution is flowed into the particle separation device, the polarizable particles in the solution have a dielectrophoretic effect in a non-uniform electric field and are repulsed from the first and second branch electrodes, thereby causing the first and second branch electrodes It is captured in a spaced apart form. Therefore, as the particles are spaced apart from the pores adjacent to the first branch electrode or the second branch electrode, the closing of the pore array by the particles can be prevented and a smooth flow of the medium from which the particles are separated can be ensured.
  • the particle separation efficiency is induced by causing the medium of the sample to be separated to flow into the inside of the pore array. This can be further improved.
  • the particle separation device according to the present invention can be manufactured using a silicon wafer, the production cost can be reduced because it can be mass produced through a conventional silicon precision processing process.
  • FIG. 1 is a view showing a particle separation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a particle separation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line D-D shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a view showing the principle of the electrophoresis applied in the particle separation device according to an embodiment of the present invention.
  • particle separation device 100 body
  • hydrophobic coating layer 140 pore array
  • first electrode 212 first electrode pad
  • first branch electrode 220 second electrode
  • second electrode pad 224 second branch electrode
  • the particle separation device for separating the particles and the medium in the solution from the solution, comprising: a body formed with a plurality of spaced pores constituting a pore array; And an electrode provided on the body to form a non-uniform electric field by application of an external power source, wherein the electrode includes a first electrode and a second electrode connected to opposite polarity terminals of the external power source, respectively. And at least one of the pores forming the pore array is in contact with the first electrode or the second electrode.
  • spatially relative terms below “, “ beneath “, “ lower”, “ above “, “ upper” It may be used to easily describe the correlation of a device or components with other devices or components. Spatially relative terms are to be understood as terms that include different directions of the device in use or operation in addition to the directions shown in the figures. For example, when flipping a member shown in the figure, a member described as “below” or “beneath” of another member may be placed “above” of the other member. Thus, the exemplary term “below” can encompass both an orientation of above and below. The member can also be oriented in other directions, so that spatially relative terms can be interpreted according to the orientation.
  • each member is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description.
  • the size and area of each component does not necessarily reflect the actual size or area.
  • FIG. 1 is a view showing a particle separation device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a view showing a particle separation device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a D-D shown in FIG. It is a figure which shows the cross section along.
  • the particle separation device includes a body 100 in which the pore array 140 is formed, and an electrode 200 disposed on the body 100 and generating a non-uniform electric field.
  • Body 100 is configured in a plate shape having a predetermined thickness and width.
  • several pores 142 are formed.
  • the pore 142 is disposed to have a predetermined array to form a pore array 140, but is not limited thereto.
  • the pore array 140 is configured to form an array by placing several pores 142 penetrating a portion of the body 100 with several rows.
  • the pore 142 may be formed by allowing a portion of the body 100 to pass through, for example, according to a predetermined etching process.
  • Each pore 142 may be configured, for example, in a circular shape, and preferably, the inner diameter W1 of each pore 142 may have a size of 10 nm to 100 um.
  • the ratio of the distance W2 between the pore 142 to the diameter of each pore 142 is too small or large, the particle separation efficiency may be reduced, so that the inner diameter W1 and the pore 142 of the pore 142.
  • the ratio of the intervals W2 between) may be 1: 1 to 1:10.
  • the body 100 may be configured to include a base 110, a hydrophilic coating layer 120, and a hydrophobic coating layer 130.
  • the base 110 is configured to have a predetermined thickness and width and supports the body 100.
  • the base 110 is made of an insulating material so as not to affect the electric field formed by the electrode 200, and may be made of a material having good workability so that processing such as partial etching can be easily performed.
  • the base 110 may include silicon, and may be preferably made of a silicon wafer having a predetermined thickness and width and processed through a silicon wafer processing process.
  • the base 110 under the portion C on which the above-described pore array 140 is formed may be removed. Therefore, the portion C on which the pore array 140 is formed may be relatively thinner than other portions, such that the solution sample to be separated may easily exit the pore array 140 and flow downward. In this case, removing the base 110 of the portion where the pore array 140 is formed may be performed by using a predetermined etching method, but is not limited thereto.
  • the pore array 140 By performing the etching process to remove the base portion 110 under the portion (C) is formed, only the hydrophilic coating layer 120 and the hydrophobic coating layer 130 in which the pore array 140 is formed in the portion where the pore array 140 is formed You can leave it.
  • the coating layer is provided on the base 110.
  • the coating layer is composed of a hydrophilic coating layer 120 disposed on the base 110, and a hydrophobic coating layer 130 disposed on the hydrophilic coating layer 120, the hydrophilic coating layer 120 and the hydrophobic coating layer 130 is the base portion It may be provided by forming a film having a predetermined thickness through a process of depositing a predetermined material on the 110, but is not limited thereto.
  • the hydrophilic coating layer 120 is a layer formed of a material having a strong moisture affinity than the hydrophobic coating layer 130, for example, may be composed of a material such as SiO 2 .
  • the hydrophilic coating layer 120 may be configured to be disposed between the hydrophobic coating layer 130 and the base 110 as formed on the base 110. Meanwhile, the hydrophilic coating layer 120 may be configured to form an inner circumferential surface of each pore 142, as shown in FIG. 3.
  • the hydrophobic coating layer 130 is a layer formed of a material having a small moisture affinity than the hydrophilic coating layer 120, for example, may be composed of a material such as Si 3 N 4 .
  • the hydrophobic coating layer 130 is disposed on the hydrophilic coating layer 120, and thus may form an upper surface of the body 100.
  • the thickness of the hydrophilic coating layer 120 may be 10 nm to 1 um, the thickness of the hydrophobic coating layer 130 10 nm to 1 um.
  • a hydrophobic coating layer 130 is formed on an upper surface through which a solution which is a sample flows, and a hydrophilic coating layer 120 is formed on a lower surface thereof, and the hydrophilic coating layer 120 is a pore ( As the inner circumferential surface of 142 is formed, the flow of medium through the pore 142 may be promoted. That is, as the hydrophilic coating layer 120 is formed on the inner side of the pore 142 and the lower portion of the hydrophobic coating layer 130, the medium flows in the inner direction of the pore 142 having a high water affinity, thereby facilitating the flow of the medium. And particle separation efficiency can be improved.
  • the plasma and blood cells in the blood are separated using the particle separation device 1 according to the present invention
  • the plasma is induced in the inner direction of the pore 142 in which the hydrophilic coating layer 120 is formed, thereby separating the blood cells and plasma.
  • the efficiency can be further improved.
  • Electrode 200 is formed on the body 100.
  • Electrode 200 is formed from a variety of conductive materials, for example metals such as aluminum, gold, platinum, copper, silver, tungsten, titanium, or metal oxides such as ITO, SnO 2 , conductive plastics, and metal impregnated polymers. The material may be selected, but is not limited thereto. On the other hand, preferably, the electrode 200 may be made of gold with less corrosiveness.
  • the electrode 200 includes first and second electrodes 210 and 220 connected to a + polarity terminal and a polarity terminal of an external power supply, respectively.
  • the first electrode 210 and the second electrode 220 are formed to be spaced apart from each other to form a non-uniform electric field.
  • the first electrode 210 includes a first electrode pad 212 and several first branch electrodes 214 connected to the first electrode pad 212
  • the second electrode 220 includes a second electrode 212.
  • an electrode pad 222 and several second branch electrodes 224 connected to the second electrode pad 222.
  • the first and second electrodes 210 and 220 are connected to the electrode pads 212 and 222 and the electrode pads 212 and 222, respectively, and have several branches extending in the form of branches. Although described as including the electrodes 214 and 224, the present invention is not limited thereto, and two electrodes 210 and 220 connected to terminals having opposite polarities and having arbitrary configurations and shapes are provided between the electrodes 210 and 220. Pore array 140 can be formed in any configuration and shape.
  • the first and second electrode pads 212 and 222 are connected to an external power source, and the first and second electrode pads 212 and 222 are respectively connected to one polarity terminal of an external power source and an opposite polarity terminal of the external power source. .
  • the first and second electrode pads 212 and 222 may be configured to extend to both sides of the portion C in which the pore array 140 on the body 100 is formed, but is not limited thereto.
  • the applied external power source is within 10V. It is preferred to have a voltage and a frequency of 10 Hz to 10 kHz.
  • the first and second branch electrodes 214 and 224 are connected to the first and second electrode pads 212 and 222, respectively, and are disposed on the portion C in which the pore array 140 is formed.
  • the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224 are alternately disposed on the portion C on which the pore array 140 is formed, and the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224 are disposed. Residual spaces may be provided between the polarized particles captured by the repulsive force from the first and second branch electrodes 214 and 224 due to the dielectrophoretic effect. That is, the order of the first branch electrode 214-the remaining space-the second branch electrode 224-the remaining space may be repeatedly arranged on the top surface of the particle separation device 1 according to the present invention.
  • first and second branch electrodes 214 and 224 are alternately arranged on the portion C on which the pore array 140 is formed, and the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224 are disposed. Each of the first and second branch electrodes 214 and 224 may generate a non-uniform electric field when AC power is applied to the electrode 200.
  • One or more pores 142 may be different from each other in the shortest distance to the nearest first electrode 210 and the shortest distance to the closest second electrode 220.
  • the distance between the pore 142 and the first branch electrode 214 and the distance between the pore 142 and the second branch electrode 224 may be different from each other. That is, the distance between the pore 142 and the first branch electrode 214 may be greater than the distance between the pore 142 and the second branch electrode 224, and vice versa. Therefore, the pore 142 may be disposed closer to either one of the first branch electrode 214 or the second branch electrode 224. Meanwhile, the pore 142 may be formed to be in contact with any one of the first and second branch electrodes 214 and 224.
  • the shortest distance between the pore H and the second branch electrode 224 may be K, and the pore H and the first branch electrode 214 are formed to be in contact with each other to form a pore ( The shortest distance between H) and the first branch electrode 214 may be zero.
  • the polarizable particles in the solution sample may cause the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224.
  • the polarized particles move away from the first and second branch electrodes 214 and 224 under the repulsive force between the phenomena of the electrophoresis between the pores 142 as well as the first and second branch electrodes 214 and 224. You can also move away from). Therefore, the closing of the pore 142 by the polarizable particles can be prevented to improve the particle separation efficiency of the particle separation device (1).
  • one or more pores 142 may be disposed in contact with the first branch electrode 214 or the second branch electrode 224.
  • the sidewalls of the first and second branch electrodes 214 and 224 may be configured such that irregularities corresponding to the shape of the pore array 140 are formed. It may have a shape of a semi-circle, a polygon, and the like, but is not limited thereto.
  • the first and second branch electrodes 214 and 224 may form the pore array 140.
  • the pore array 140 may be disposed to contact any one of the first and second branch electrodes 214 and 224. Accordingly, the polarization force that is repulsed from the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224 by a dielectric phenomenon caused by an electric field generated between the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224. The particles are spaced apart from the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224 and the pore 142, so that the polarizable particles may remain trapped in the remaining space without closing the pore 142. have.
  • FIG. 4 is a view showing the principle of the electrophoresis applied in the particle separation device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • Dielectrophoresis refers to a phenomenon in which when polarizable particles are present in a non-uniform electric field (M), the polarizable particles are attracted toward a portion in which the electric field is densely gradientd or a portion in which the electric field is slightly gradientd. At this time, the particle attracted to the dense part of the electric field (K1) is called positive DEP, the particle attracted to the small part of the electric field (K2) is called negative DEP.
  • the force exerted by the dielectrophoretic particles depends on the volume and dielectric properties of the polarizable particles.
  • the particles can be separated by moving the polarizable particles in a predetermined direction in a non-uniform electric field or by holding them at a predetermined position in the electric field in accordance with the dielectric electrophoretic characteristics of the polarizable particles. For example, when particles having a positive DEP property and particles showing a negative DEP phenomenon are mixed, it is possible to separate each particle by using the dielectric phenomenon.
  • the particle separation device 1 includes the first and second branch electrodes 214 and 224 having irregularities formed thereon, and the pore array 140 is disposed at the portion where the irregularities are formed.
  • the polarizable particles in the solution are generated by the electric field generated from the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224. You will experience the effects of the genetic action that has occurred.
  • the polarizable particles are repulsed from the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224, and are spaced apart from the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224, thereby providing the first and second branches. Closure of the pore array 140 by remaining in a space between the first and second branch electrodes 214, 224 spaced from the pore 142 disposed adjacent to either of the electrodes 214, 224. Can be prevented.
  • the particle separation device 1 when AC power is applied to the electrode 200, a non-uniform electric field as described above may be formed. Subsequently, when the solution is flowed into the particle separation device 1, the polarizable particles in the solution have a dielectric effect in a non-uniform electric field and are trapped in the space between the first and second branch electrodes 214 and 224. Will remain. Therefore, the closing of the pore array 140 by the polarizable particles can be prevented and a smooth flow of the medium can be secured.
  • the particle separation efficiency when filtered by the pore array 140, the particle separation efficiency may be lowered because the polarizable particles close the respective pores 142 to block the flow passage of the particles, whereas the particles according to the present invention Since the polarizing particles are trapped in the space between the first and second branch electrodes 214 and 224 by the dielectrophoretic effect, the closing of the pore 142 is prevented and the particle separation efficiency is improved. Can be.
  • the hydrophobic coating layer 130 is formed on the upper surface, and the hydrophilic coating layer 120 is formed on the lower surface and the inner circumferential surface of the pore 142. Therefore, the solution sample to be separated may be induced to flow inwardly of the pore 142 to facilitate the flow of the medium to further improve particle separation efficiency.
  • the particle separation device 1 according to the present invention can be manufactured using a silicon wafer, the production cost can be reduced since it can be mass produced through a conventional silicon precision processing process.

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Abstract

The present invention relates to a particle separating apparatus for separating blood cells from a solution. A particle separating apparatus for separating polarizable particles and a medium from a solution comprises: a main body in which a plurality of pores spaced apart from each other are formed into a pore array; and an electrode arranged on the main body to form a non-uniform electric field when power is applied from an external source. The electrode includes a first electrode and a second electrode connected to the respective terminals of the external power source and having opposite polarities. One or more pores of the pore array are brought into contact with the first electrode or the second electrode.

Description

입자 분리 장치 및 이를 이용하여 솔루션으로부터 입자를 분리하는 방법Particle Separation Apparatus and Method for Separating Particles from Solution Using the Same
본 발명은 입자 분리 장치 및 이를 이용하여 솔루션으로부터 입자를 분리하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 포어 어레이 상에 불균일 전기장을 형성하는 전극이 구비되고 상기 전기장 내에 존재하는 입자에 유발되는 유전 영동 현상에 의해서 입자가 포어로부터 이격되게 포획됨으로써 포어의 폐쇄가 방지되어 입자 분리 효율이 개선된 입자 분리 장치 및 이를 이용한 입자 분리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a particle separation device and a method for separating particles from a solution using the same, and more particularly, to a dielectric electrophoretic phenomenon caused by particles present in the electric field, having an electrode forming a non-uniform electric field on a pore array. The present invention relates to a particle separation device and a particle separation method using the same, by which particles are captured to be spaced apart from the pore, thereby preventing the pore from being closed.
반도체와 같은 정밀 소자 분야, 또는 나노 기계와 같은 정밀 기계 분야, 또는 각종 의료 분야 등에서는 나노 내지 마이크로 단위의 매우 작고 정밀한 공정이 수행된다. 따라서, 예컨대 혈액 내의 혈구와 같이 솔루션 내의 미세 입자를 정밀히 분리하여 분석하거나 각종 처리를 하는 공정은 매우 중요한 공정이다.In the field of precision devices such as semiconductors, the field of precision machinery such as nanomachines, or various medical fields, very small and precise processes of nano to micro units are performed. Therefore, a process of precisely separating and analyzing fine particles in a solution such as blood cells in blood, or performing various treatments is a very important process.
이러한 미세 입자를 솔루션으로부터 분리하기 위해서 여러가지 장치가 사용된다. 예컨대, 원심분리(centrifugal)와 여과막(membrane filter)을 이용한 분리방법의 경우, 일정량 이상의 샘플이 필요하고 시간이 많이 드는 단점이 있다. 미소단위에서의 입자분리 방법들로는 격자형 필터(mesh-type filter)와 벌집형 필터(comb-shape filter), 확산형 필터(diffusion filter)등이 있는데 이러한 분리 방법들도 높은 유동 저항, 낮은 유량비, 큰 확산시간 등의 단점이 있다. Various devices are used to separate these fine particles from the solution. For example, in the case of a separation method using centrifugal and a membrane filter, a certain amount of samples or more is required and it is time-consuming. Particle separation methods in micro-units include mesh-type filters, comb-shape filters, and diffusion filters. These separation methods also have high flow resistance, low flow rates, There are disadvantages such as large diffusion time.
최근에는 불균일 전기장 내에서 분극성 물질에 인가되는 유전 영동력(dielectrophoretic force)에 의한 입자의 거동을 이용한 입자 분리 방법이 많이 이용되고 있다. Recently, many particle separation methods using the behavior of particles by a dielectrophoretic force applied to a polarizable material in a non-uniform electric field have been widely used.
상기 유전 영동력에 의한 입자의 거동은 입자의 전하에 의하여 결정되는 것이 아니라 유전특성(전도도 및 유전율)에 의해서 결정되며, 유전 영동력은 입자의 부피, 매질과 입자의 유전율의 차이 및 전기장의 세기의 제곱에 비례한다.The behavior of the particles by the dielectric force is not determined by the charge of the particles, but by the dielectric properties (conductivity and permittivity), which is determined by the volume of the particles, the difference between the medium and the dielectric constant of the particles, and the strength of the electric field. Proportional to the square of.
이러한 유전 영동력을 이용하여 분극성 입자를 솔루션으로부터 분리하는 장치 및 방법은 널리 공지되어 있으며, 다양한 분야에서 이용되고 있다. Apparatus and methods for separating polarizable particles from a solution using such a dielectrophoretic force are well known and used in various fields.
그러나, 미량의 샘플로부터 입자를 분리할 경우, 샘플이 미량이기 때문에 상기 샘플을 유전 영동력이 인가되는 부분으로 효과적으로 유동시키기 어려우며, 분리가 완료된 샘플을 원하는 위치로 이동시키는 것 또한 매우 어려운 문제이다. However, when separating particles from a small amount of samples, it is difficult to effectively flow the sample to the portion to which the electrophoretic force is applied because the sample is small, and it is also very difficult to move the sample that has been separated to a desired position.
본 발명은 서울시정개발연구원 및 재단법인 서울대학교 산학협력재단의 신기술 연구 개발 지원 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.The present invention is derived from research conducted as part of a new technology research and development support project of the Seoul National University Development Institute and Seoul National University Industry-Academic Cooperation Foundation.
[과제관리번호 : 10033590, 과제명 : 개인 맞춤형 질병예측 및 모니터링을 위한 Micro-nano 생체 지표 측정 센서 기술 개발][Task Management No.: 10033590, Title: Development of Micro-nano Biomarker Sensor Technology for Personalized Disease Prediction and Monitoring]
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 솔루션이 여과되는 포어 어레이 상에 불균일 전기장을 형성하는 전극이 구비되고 상기 전기장 내에 존재하는 입자에 유발되는 유전 영동 현상에 의해서 솔루션 내의 입자가 포어 어레이로부터 이격되게 포획됨으로써 포어의 폐쇄가 방지되어 입자 분리 효율이 개선된 입자 분리 장치 및 이를 이용한 입자 분리 방법에 관한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and includes particles in a solution caused by a dielectric phenomenon caused by particles present in the electric field provided with electrodes forming a non-uniform electric field on the pore array through which the solution is filtered. The present invention relates to a particle separation device and a particle separation method using the same, wherein the separation of the pore from the array is prevented to prevent the pore from being closed.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 입자 분리 장치는,In order to achieve the above object, the particle separation device according to the present invention,
솔루션으로부터 분극성 입자와 미디엄을 분리하는 입자 분리 장치에 있어서, 포어 어레이를 이루는 복수의 서로 이격된 포어들이 형성된 몸체; 및 상기 몸체 상에 구비되며 외부 전원의 인가에 의해서 불균일 전기장을 형성하는 전극;을 포함하며, 상기 전극은, 상기 외부 전원의 반대 극성 단자와 각각 연결되는 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하고, 상기 포어 어레이를 형성하는 포어 중 하나 이상의 포어는, 상기 제1 전극, 또는 상기 제2 전극과 접하는 것을 특징으로 한다.A particle separation device for separating polar particles and medium from a solution, the particle separation device comprising: a body having a plurality of spaced pores constituting a pore array; And an electrode provided on the body to form a non-uniform electric field by application of an external power source, wherein the electrode includes a first electrode and a second electrode connected to opposite polarity terminals of the external power source, respectively. And at least one of the pores forming the pore array is in contact with the first electrode or the second electrode.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는, 상기 제1 전극은 제1 전극 패드, 및 상기 제1 전극 패드와 연결되는 복수의 제1 가지 전극을 포함하고, 상기 제2 전극은 제2 전극 패드, 및 상기 제2 전극 패드와 연결되는 제2 가지 전극을 포함하며, 상기 제1 가지 전극과 상기 제2 가지 전극은 상기 포어 어레이가 형성된 부분 상에 서로 교대로 배치되어, 전원이 인가될 때 불균일 전기장을 형성하고, 상기 하나 이상의 포어가 상기 제1 가지 전극 또는 상기 제2 가지 전극과 접하게 구성된다.Preferably, the particle separation device according to an embodiment of the present invention, the first electrode includes a first electrode pad, and a plurality of first branch electrodes connected to the first electrode pad, the second electrode Includes a second electrode pad and a second branch electrode connected to the second electrode pad, wherein the first branch electrode and the second branch electrode are alternately disposed on a portion where the pore array is formed, When applied, it forms a non-uniform electric field and the one or more pores are configured to contact the first branch electrode or the second branch electrode.
다른 실시예에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는, 솔루션으로부터 솔루션 내의 입자와 미디엄을 분리하는 입자 분리 장치로서, 포어 어레이를 이루는 복수의 서로 이격된 포어들이 형성된 몸체; 및 상기 몸체 상에 구비되며 외부 전원의 인가에 의해서 불균일 전기장을 형성하는 전극;을 포함하며, 상기 전극은, 상기 외부 전원의 반대 극성 단자와 각각 연결되는 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 포어로써, 상기 포어로부터 가장 가까이에 있는 제1 전극까지의 최단거리와 가장 가까이에 있는 제2 전극까지의 최단거리가 서로 상이한 포어가 하나 이상 존재하는 것을 특징으로 한다.In another embodiment, a particle separation device according to an embodiment of the present invention, the particle separation device for separating the particles and the medium in the solution from the solution, the body formed with a plurality of spaced pores constituting a pore array; And an electrode provided on the body to form a non-uniform electric field by application of an external power source, wherein the electrode includes a first electrode and a second electrode connected to opposite polarity terminals of the external power source, respectively. At least one pore positioned between the first electrode and the second electrode, the pore being different from the shortest distance from the pore to the first electrode closest to the second electrode closest to the second electrode; Characterized in that.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는, 상기 제1 전극은 제1 전극 패드, 및 상기 제1 전극 패드와 연결되는 복수의 제1 가지 전극을 포함하고, 상기 제2 전극은 제2 전극 패드, 및 상기 제2 전극 패드와 연결되는 제2 가지 전극을 포함하며, 상기 제1 가지 전극과 상기 제2 가지 전극은 상기 포어 어레이가 형성된 부분 상에 서로 교대로 배치되어, 전원이 인가될 때 불균일 전기장을 형성하고, 상기 제1 가지 전극과 제2 가지 전극 사이에 위치하는 포어로써, 상기 포어로부터 가장 가까이에 있는 제1 가지 전극까지의 최단거리와 상기 포어로부터 가장 가까이에 있는 제2 가지 전극까지의 최단거리가 서로 상이한 포어가 하나 이상 존재하게 구성된다.Preferably, the particle separation device according to an embodiment of the present invention, the first electrode includes a first electrode pad, and a plurality of first branch electrodes connected to the first electrode pad, the second electrode Includes a second electrode pad and a second branch electrode connected to the second electrode pad, wherein the first branch electrode and the second branch electrode are alternately disposed on a portion where the pore array is formed, When applied, it forms a non-uniform electric field and is located between the first and second branch electrodes, the shortest distance from the pore to the first branch electrode closest to and closest to the pore. One or more pores different from each other in the shortest distance to the second branch electrode are configured.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는, 상기 제1 및 제2 가지 전극의 측부에는 상기 포어 어레이의 형상에 대응하는 요철이 형성되며, 상기 요철이 형성된 부분에 상기 포어 어레이가 배치된다.Preferably, in the particle separation device according to the embodiment of the present invention, irregularities corresponding to the shape of the pore array are formed at the side portions of the first and second branch electrodes, and the pore array is formed at the portion where the irregularities are formed. Is placed.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는, 상기 몸체는 기저부, 상기 기저부 상에 배치되는 친수성 코팅층, 및 상기 친수성 코팅층 상에 배치되는 소수성 코팅층을 포함하며, 상기 친수성 코팅층은 상기 포어의 내주면을 형성하고, 상기 포어 어레가 형성된 부분 하부의 기저부가 제거되게 구성된다.Preferably, the particle separation device according to an embodiment of the present invention, the body includes a base, a hydrophilic coating layer disposed on the base, and a hydrophobic coating layer disposed on the hydrophilic coating layer, the hydrophilic coating layer is The inner circumferential surface of the pore is formed, and the bottom portion of the lower portion of the pore array is formed.
본 발명에 따른 입자 분리 방법은, 일 부분에 수개의 포어가 복수의 열을 갖도록 배치된 포어 어레이가 형성된 몸체; 및 상기 몸체 상에 구비되며 외부 전원의 인가에 의해서 불균일 전기장을 형성하는 전극;을 포함하며, 상기 전극은, 상기 외부 전원의 반대 극성 단자와 각각 연결되는 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 포어로써, 상기 포어로부터 가장 가까이에 있는 제1 전극까지의 최단거리와 가장 가까이에 있는 제2 전극까지의 최단거리가 서로 상이한 포어가 하나 이상 존재하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치를 사용하는 입자 분리 방법으로서,The particle separation method according to the present invention includes a body having a pore array having a plurality of pores disposed at a portion thereof to have a plurality of rows; And an electrode provided on the body to form a non-uniform electric field by application of an external power source, wherein the electrode includes a first electrode and a second electrode connected to opposite polarity terminals of the external power source, respectively. At least one pore positioned between the first electrode and the second electrode, the pore being different from the shortest distance from the pore to the first electrode closest to the second electrode closest to the second electrode; As a particle separation method using a particle separation device,
상기 전극에 전원을 인가하여 상기 제1 및 제2 전극을 통해 불균일 전기장을 생성하는 단계;Generating a non-uniform electric field through the first and second electrodes by applying power to the electrode;
솔루션 내의 입자가 상기 불균일 전기장에 의한 유전 영동 효과에 의해 상기 불균일 전기장 내에 포획되어 상기 제1 및 제2 전극 및 포어로부터 멀어지는 방향으로 이동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Particles in the solution are trapped in the heterogeneous electric field by the effect of the dielectrophoretic effect of the heterogeneous electric field and move away from the first and second electrodes and pores.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 방법은, 상기 제1 전극은 제1 전극 패드, 및 상기 제1 전극 패드와 연결되는 복수의 제1 가지 전극을 포함하고, 상기 제2 전극은 제2 전극 패드, 및 상기 제2 전극 패드와 연결되는 제2 가지 전극을 포함하며, 상기 제1 가지 전극과 상기 제2 가지 전극은 상기 포어 어레이가 형성된 부분 상에 서로 교대로 배치되어, 전원이 인가될 때 불균일 전기장을 형성하고, 상기 제1 가지 전극과 상기 제2 가지 전극 사이에 위치하는 포어로써, 상기 포어로부터 가장 가까이에 있는 제1 가지 전극까지의 최단거리와 상기 포어로부터 가장 가까이에 있는 제2 가지 전극까지의 최단거리가 서로 상이한 포어가 하나 이상 존재하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치를 사용하는 입자 분리 방법으로서,Preferably, in the particle separation method according to an embodiment of the present invention, the first electrode includes a first electrode pad and a plurality of first branch electrodes connected to the first electrode pad, and the second electrode Includes a second electrode pad and a second branch electrode connected to the second electrode pad, wherein the first branch electrode and the second branch electrode are alternately disposed on a portion where the pore array is formed, When applied, it forms a non-uniform electric field and is located between the first branch electrode and the second branch electrode, the shortest distance from the pore to the first branch electrode closest to and closest to the pore. A particle separation method using a particle separation device, characterized in that at least one pore different from each other in the shortest distance to the second branch electrode is present.
상기 제1 및 제2 가지 전극은 상기 포어 어레이가 형성된 부분 상에 불균일 전기장을 형성하는 단계; 및The first and second branch electrodes forming a non-uniform electric field on a portion where the pore array is formed; And
상기 포획된 분극성 입자는 상기 불균일 전기장에 의한 유전 영동 효과를 받아 상기 제1 가지 전극과 상기 제2 가지 전극, 및 상기 포어로부터 이격되도록 척력을 받음으로써 제1 가지 전극과 상기 제2 가지 전극 사이의 영역에 포획되어 잔류하는 단계;를 더 포함하도록 구성된다.The trapped polarized particles are subjected to the dielectrophoretic effect of the non-uniform electric field and are repulsed to be spaced apart from the first branch electrode, the second branch electrode, and the pore, thereby between the first branch electrode and the second branch electrode. And trapped in the region of the remaining.
본 발명의 입자 분리 장치에 의하면, 상기 전극에 교류 전원이 인가될 경우 불균일한 전기장이 형성될 수 있다. 이어서 솔루션 형태의 샘플을 입자 분리 장치에 유동시킬 경우 솔루션 내에 있는 분극성 입자는 불균일한 전기장 내에서 유전 영동 효과를 갖게 되어 제1 및 제2 가지 전극으로부터 척력을 받게 되어 제1 및 제2 가지 전극으로부터 이격되는 형태로 포획되게 된다. 따라서, 제1 가지 전극 또는 제2 가지 전극과 인접한 포어로부터 상기 입자가 이격됨에 따라서 상기 입자에 의한 포어 어레이의 폐쇄가 방지되며 상기 입자가 분리된 미디엄의 원활한 유동이 확보될 수 있다. According to the particle separation device of the present invention, when an AC power is applied to the electrode, a non-uniform electric field may be formed. Subsequently, when the sample in the form of a solution is flowed into the particle separation device, the polarizable particles in the solution have a dielectrophoretic effect in a non-uniform electric field and are repulsed from the first and second branch electrodes, thereby causing the first and second branch electrodes It is captured in a spaced apart form. Therefore, as the particles are spaced apart from the pores adjacent to the first branch electrode or the second branch electrode, the closing of the pore array by the particles can be prevented and a smooth flow of the medium from which the particles are separated can be ensured.
또한, 본 발명에 따른 입자 분리 장치는 포어 내측에 친수성 코팅층이 형성되며 상기한 부분 외의 부분에 소수성 코팅층이 형성됨에 따라서, 분리하고자 하는 샘플의 미디엄이 포어 어레이의 내측으로 유동하도록 유도함으로써 입자 분리 효율이 더욱 개선될 수 있다.In addition, in the particle separation device according to the present invention, as the hydrophilic coating layer is formed inside the pore and the hydrophobic coating layer is formed outside the above portion, the particle separation efficiency is induced by causing the medium of the sample to be separated to flow into the inside of the pore array. This can be further improved.
아울러, 본 발명에 따른 입자 분리 장치는 실리콘 웨이퍼를 이용하여 제조될 수 있으므로, 기존의 실리콘 정밀 가공 공정을 통해 대량 생산될 수 있으므로 제조 단가가 절감될 수 있다.In addition, since the particle separation device according to the present invention can be manufactured using a silicon wafer, the production cost can be reduced because it can be mass produced through a conventional silicon precision processing process.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a particle separation device according to an embodiment of the present invention.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치를 나타낸 도면이다.2 is a view showing a particle separation device according to an embodiment of the present invention.
도 3 은 도 1 에 도시된 D - D 에 따른 단면을 나타낸 도면이다.3 is a cross-sectional view taken along line D-D shown in FIG. 1.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 입자 분리 장치에서 적용되는 유전 영동의 원리를 나타낸 도면이다.4 is a view showing the principle of the electrophoresis applied in the particle separation device according to an embodiment of the present invention.
＊ 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명 ＊ ＊ Explanation of symbols on major part of drawing ＊
1: 입자 분리 장치 100: 몸체1: particle separation device 100: body
110: 기저부 120: 친수성 코팅층110: base 120: hydrophilic coating layer
130: 소수성 코팅층 140: 포어 어레이130: hydrophobic coating layer 140: pore array
142: 포어 200: 전극142: pore 200: electrode
210: 제1 전극 212: 제1 전극 패드210: first electrode 212: first electrode pad
214: 제1 가지 전극 220: 제2 전극214: first branch electrode 220: second electrode
222: 제2 전극 패드 224: 제2 가지 전극222: second electrode pad 224: second branch electrode
본 발명에서는, 솔루션으로부터 솔루션 내의 입자와 미디엄을 분리하는 입자 분리 장치로서, 포어 어레이를 이루는 복수의 서로 이격된 포어들이 형성된 몸체; 및 상기 몸체 상에 구비되며 외부 전원의 인가에 의해서 불균일 전기장을 형성하는 전극;을 포함하며, 상기 전극은, 상기 외부 전원의 반대 극성 단자와 각각 연결되는 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하고, 상기 포어 어레이를 형성하는 포어 중 하나 이상의 포어는, 상기 제1 전극, 또는 상기 제2 전극과 접하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치를 제공한다.In the present invention, the particle separation device for separating the particles and the medium in the solution from the solution, comprising: a body formed with a plurality of spaced pores constituting a pore array; And an electrode provided on the body to form a non-uniform electric field by application of an external power source, wherein the electrode includes a first electrode and a second electrode connected to opposite polarity terminals of the external power source, respectively. And at least one of the pores forming the pore array is in contact with the first electrode or the second electrode.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various forms, and only the embodiments are to make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 부재를 뒤집을 경우, 다른 부재의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 부재는 다른 부재의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 부재는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.The spatially relative terms " below ", " beneath ", " lower ", " above ", " upper " It may be used to easily describe the correlation of a device or components with other devices or components. Spatially relative terms are to be understood as terms that include different directions of the device in use or operation in addition to the directions shown in the figures. For example, when flipping a member shown in the figure, a member described as "below" or "beneath" of another member may be placed "above" of the other member. Thus, the exemplary term "below" can encompass both an orientation of above and below. The member can also be oriented in other directions, so that spatially relative terms can be interpreted according to the orientation.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 부재는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 부재의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, "comprises" and / or "comprising" refers to the presence of one or more other components, steps, actions and / or members. Or does not exclude additions.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used in a sense that can be commonly understood by those skilled in the art. In addition, the terms defined in the commonly used dictionaries are not ideally or excessively interpreted unless they are specifically defined clearly.
도면에서 각 부재의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다. In the drawings, the thickness or size of each member is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. In addition, the size and area of each component does not necessarily reflect the actual size or area.
또한, 실시예에서 본 발명의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 본 발명을 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.In addition, the angle and direction mentioned in the process of demonstrating the structure of this invention in the Example are based on what was described in drawing. In the description of the structure constituting the present invention in the specification, if the reference point and the positional relationship with respect to the angle is not clearly mentioned, reference is made to related drawings.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치를 나타낸 도면이며,도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치를 나타낸 도면이고, 도 3 은 도 1 에 도시된 D - D 에 따른 단면을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a particle separation device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view showing a particle separation device according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a D-D shown in FIG. It is a figure which shows the cross section along.
본 발명에 따른 입자 분리 장치는 포어 어레이(140)가 형성된 몸체(100), 및 상기 몸체(100) 상에 배치되며 불균일 전기장을 발생시키는 전극(200)을 포함한다.The particle separation device according to the present invention includes a body 100 in which the pore array 140 is formed, and an electrode 200 disposed on the body 100 and generating a non-uniform electric field.
먼저, 몸체(100)에 대하여 설명한다.First, the body 100 will be described.
몸체(100)는 소정의 두께 및 넓이를 갖는 판형으로 구성된다. 몸체(100)의 일 부분(C)에는 수개의 포어(pore)(142)가 형성된다. 바람직하게는, 도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이 상기 포어(142)는 소정의 어레이를 갖도록 배치되어 포어 어레이(pore array)(140)를 형성하며, 이에 한정하지 아니한다. 포어 어레이(140)는 몸체(100)의 일부를 관통하는 수개의 포어(142)가 수개의 열을 갖게 배치됨으로서 어레이를 형성하게 구성된다. 포어(142)는 예컨대 소정의 에칭 공정에 따라서 몸체(100)의 일부가 관통되도록 함으로써 형성될 수 있다. 각각의 포어(142)는 예컨대 원형으로 구성될 수 있으며, 바람직하게는, 각각의 포어(142)의 내경(W1)은 10 nm 내지 100 um 의 크기를 가질 수 있다. 아울러, 각각의 포어(142) 지름에 대한 포어(142) 사이의 거리(W2) 비율이 지나치게 작거나 클 경우 입자 분리 효율이 저하될 수 있으므로, 포어(142)의 내경(W1)과 포어(142) 사이의 간격(W2)의 비율은 1:1 내지 1:10 일 수 있다. Body 100 is configured in a plate shape having a predetermined thickness and width. In one portion C of the body 100, several pores 142 are formed. Preferably, as shown in FIGS. 1 to 3, the pore 142 is disposed to have a predetermined array to form a pore array 140, but is not limited thereto. The pore array 140 is configured to form an array by placing several pores 142 penetrating a portion of the body 100 with several rows. The pore 142 may be formed by allowing a portion of the body 100 to pass through, for example, according to a predetermined etching process. Each pore 142 may be configured, for example, in a circular shape, and preferably, the inner diameter W1 of each pore 142 may have a size of 10 nm to 100 um. In addition, when the ratio of the distance W2 between the pore 142 to the diameter of each pore 142 is too small or large, the particle separation efficiency may be reduced, so that the inner diameter W1 and the pore 142 of the pore 142. The ratio of the intervals W2 between) may be 1: 1 to 1:10.
몸체(100)는 기저부(110), 친수성 코팅층(120), 및 소수성 코팅층(130)을 포함하게 구성될 수 있다. The body 100 may be configured to include a base 110, a hydrophilic coating layer 120, and a hydrophobic coating layer 130.
기저부(110)는 소정의 두께 및 넓이를 갖게 구성되며 몸체(100)를 지지한다. 기저부(110)는 전극(200)에 의한 전기장 형성에 영향을 주지 아니하도록 절연성 재질로 이루어지며, 부분 식각 등의 가공이 용이하게 이루어질 수 있도록 가공성이 좋은 재질로 구성될 수 있다. 예컨대, 기저부(110)는 실리콘을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 소정의 두께와 넓이를 갖는 실리콘 웨이퍼로 구성되고 실리콘 웨이퍼 가공 공정을 통해 가공될 수 있다. The base 110 is configured to have a predetermined thickness and width and supports the body 100. The base 110 is made of an insulating material so as not to affect the electric field formed by the electrode 200, and may be made of a material having good workability so that processing such as partial etching can be easily performed. For example, the base 110 may include silicon, and may be preferably made of a silicon wafer having a predetermined thickness and width and processed through a silicon wafer processing process.
한편, 도 1 에 도시된 바와 같이, 상술한 포어 어레이(140)가 형성된 부분(C) 하부의 기저부(110)가 제거될 수 있다. 따라서, 포어 어레이(140)가 형성된 부분(C)은 타 부분에 비해 상대적으로 얇게 구성되어, 분리하고자 하는 솔루션 샘플이 용이하게 포어 어레이(140)를 빠져나가 하부로 유동하도록 할 수 있다. 이때, 포어 어레이(140)가 형성된 부분의 기저부(110)를 제거하는 것은 소정의 에칭 방법을 사용함으로써 이루어질 수 있고, 이에 한정하지 아니한다. Meanwhile, as shown in FIG. 1, the base 110 under the portion C on which the above-described pore array 140 is formed may be removed. Therefore, the portion C on which the pore array 140 is formed may be relatively thinner than other portions, such that the solution sample to be separated may easily exit the pore array 140 and flow downward. In this case, removing the base 110 of the portion where the pore array 140 is formed may be performed by using a predetermined etching method, but is not limited thereto.
바람직하게는, 기저부(110) 상에 친수성 코팅층(120) 및 소수성 코팅층(130)을 형성하고, 일 부분(C)에 포어 어레이(140)를 형성하는 공정을 수행한 후, 상기 포어 어레이(140)가 형성된 부분(C) 하부의 기저부(110)를 제거하는 에칭 공정을 수행함으로써, 포어 어레이(140)가 형성된 부분에는 포어 어레이(140)가 형성된 친수성 코팅층(120) 및 소수성 코팅층(130)만이 남도록 할 수 있다. Preferably, after forming a hydrophilic coating layer 120 and a hydrophobic coating layer 130 on the base 110, and forming a pore array 140 in a portion (C), the pore array 140 By performing the etching process to remove the base portion 110 under the portion (C) is formed, only the hydrophilic coating layer 120 and the hydrophobic coating layer 130 in which the pore array 140 is formed in the portion where the pore array 140 is formed You can leave it.
상기 기저부(110) 상에 코팅층이 구비된다. 코팅층은 기저부(110) 상에 배치되는 친수성 코팅층(120), 및 상기 친수성 코팅층(120) 상에 배치되는 소수성 코팅층(130)으로 구성되며, 친수성 코팅층(120) 및 소수성 코팅층(130)은 상기 기저부(110) 상에 소정의 재질을 증착(deposition)하는 공정을 통해 소정의 두께를 갖는 막을 형성함으로써 구비될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다. The coating layer is provided on the base 110. The coating layer is composed of a hydrophilic coating layer 120 disposed on the base 110, and a hydrophobic coating layer 130 disposed on the hydrophilic coating layer 120, the hydrophilic coating layer 120 and the hydrophobic coating layer 130 is the base portion It may be provided by forming a film having a predetermined thickness through a process of depositing a predetermined material on the 110, but is not limited thereto.
친수성 코팅층(120)은 소수성 코팅층(130)에 비해서 강한 수분 친화력을 갖는 재질로 형성된 층으로서, 예컨대 SiO2 와 같은 재질로 구성될 수 있다. 친수성 코팅층(120)은 기저부(110) 상에 형성됨에 따라서 소수성 코팅층(130)과 기저부(110) 사이에 배치되게 구성될 수 있다. 한편, 친수성 코팅층(120)은 도 3 에 도시된 바와 같이, 각각의 포어(142)의 내주면을 형성하도록 구성될 수 있다. The hydrophilic coating layer 120 is a layer formed of a material having a strong moisture affinity than the hydrophobic coating layer 130, for example, may be composed of a material such as SiO 2 . The hydrophilic coating layer 120 may be configured to be disposed between the hydrophobic coating layer 130 and the base 110 as formed on the base 110. Meanwhile, the hydrophilic coating layer 120 may be configured to form an inner circumferential surface of each pore 142, as shown in FIG. 3.
소수성 코팅층(130)은 친수성 코팅층(120)에 비해서 작은 수분 친화력을 갖는 재질로 형성된 층으로서, 예컨대 Si3N4 와 같은 재질로 구성될 수 있다. 소수성 코팅층(130)은 친수성 코팅층(120) 상부에 배치되며, 따라서 몸체(100)부의 상면을 형성할 수 있다.The hydrophobic coating layer 130 is a layer formed of a material having a small moisture affinity than the hydrophilic coating layer 120, for example, may be composed of a material such as Si 3 N 4 . The hydrophobic coating layer 130 is disposed on the hydrophilic coating layer 120, and thus may form an upper surface of the body 100.
한편, 각각의 코팅층(120, 130)이 지나치게 얇거나 두꺼울 경우 입자 분리 효율이 저하될 수 있으므로, 친수성 코팅층(120)의 두께는 10 nm 내지 1 um 일 수 있으며, 소수성 코팅층(130)의 두께는 10 nm 내지 1 um 일 수 있다.On the other hand, because each coating layer (120, 130) is too thin or thick, particle separation efficiency may be reduced, the thickness of the hydrophilic coating layer 120 may be 10 nm to 1 um, the thickness of the hydrophobic coating layer 130 10 nm to 1 um.
본 발명에 따른 입자 분리 장치(1)는, 샘플인 솔루션이 유동하는 상부면에 소수성 코팅층(130)이 형성되고 하부면에 친수성 코팅층(120)이 형성되고, 상기 친수성 코팅층(120)은 포어(142)의 내주면을 형성함에 따라서, 포어(142)를 통한 미디엄(medium)의 유동이 촉진될 수 있다. 즉, 포어(142)의 내측 및 소수성 코팅층(130) 하부에 친수성 코팅층(120)이 형성됨에 따라서, 수분 친화력이 큰 포어(142)의 내측 방향으로 미디엄이 유동하도록 유도되므로, 미디엄의 유동이 촉진되며 입자 분리 효율이 향상될 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따른 입자 분리 장치(1)를 이용하여 혈액 내의 혈장 및 혈구를 분리할 경우, 혈장은 친수성 코팅층(120)이 형성된 포어(142)의 내측 방향으로 유도됨으로써, 혈구와 혈장의 분리 효율이 더욱 향상될 수 있다.In the particle separation device 1 according to the present invention, a hydrophobic coating layer 130 is formed on an upper surface through which a solution which is a sample flows, and a hydrophilic coating layer 120 is formed on a lower surface thereof, and the hydrophilic coating layer 120 is a pore ( As the inner circumferential surface of 142 is formed, the flow of medium through the pore 142 may be promoted. That is, as the hydrophilic coating layer 120 is formed on the inner side of the pore 142 and the lower portion of the hydrophobic coating layer 130, the medium flows in the inner direction of the pore 142 having a high water affinity, thereby facilitating the flow of the medium. And particle separation efficiency can be improved. For example, when the plasma and blood cells in the blood are separated using the particle separation device 1 according to the present invention, the plasma is induced in the inner direction of the pore 142 in which the hydrophilic coating layer 120 is formed, thereby separating the blood cells and plasma. The efficiency can be further improved.
이하에서는 전극(200)에 관해 설명한다.Hereinafter, the electrode 200 will be described.
몸체(100) 상에는 전극(200)이 형성된다. 전극(200)은 다양한 전도성 재질, 예를 들면 알루미늄, 금, 백금, 구리, 은, 텅스텐, 티타늄과 같은 금속, 또는 ITO, SnO2 와 같은 금속 산화물, 전도성 플라스틱, 및 금속함침 중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 재질로 구성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 한편, 바람직하게는 상기 전극(200)은 부식성이 적은 금으로 구성될 수 있다.The electrode 200 is formed on the body 100. Electrode 200 is formed from a variety of conductive materials, for example metals such as aluminum, gold, platinum, copper, silver, tungsten, titanium, or metal oxides such as ITO, SnO 2 , conductive plastics, and metal impregnated polymers. The material may be selected, but is not limited thereto. On the other hand, preferably, the electrode 200 may be made of gold with less corrosiveness.
전극(200)은 외부 전원의 + 극성 단자 및 극성 단자와 각각 연결되는 제1 및 제2 전극(210, 220)을 포함한다. 제1 전극(210)과 제2 전극(220)은 서로 이격되게 형성되어 불균일 전기장을 형성한다.The electrode 200 includes first and second electrodes 210 and 220 connected to a + polarity terminal and a polarity terminal of an external power supply, respectively. The first electrode 210 and the second electrode 220 are formed to be spaced apart from each other to form a non-uniform electric field.
제1 전극(210)은 제1 전극 패드(212), 및 제1 전극 패드(212)와 연결되는 수개의 제1 가지 전극(214)을 포함하게 구성되며, 제2 전극(220)은 제2 전극 패드(222), 및 제2 전극 패드(222)와 연결되는 수개의 제2 가지 전극(branch electrode)(224)을 포함하게 구성된다.The first electrode 210 includes a first electrode pad 212 and several first branch electrodes 214 connected to the first electrode pad 212, and the second electrode 220 includes a second electrode 212. And an electrode pad 222 and several second branch electrodes 224 connected to the second electrode pad 222.
한편, 실시예 및 도면에서는 제1 및 제2 전극(210, 220)이 각각 전극 패드(212, 222) 및 상기 전극 패드(212, 222)와 연결되며 가지(branch) 형태로 연장되는 수개의 가지 전극(214, 224)을 포함하게 설명되었으나, 이에 한정하지 아니하며, 서로 반대 극성의 단자와 연결되며 임의의 구성 및 형상을 갖는 2 개의 전극(210, 220이 마련되고 상기 전극(210, 220) 사이에 임의의 구성 및 형상을 갖는 포어 어레이(140)가 형성될 수 있다.Meanwhile, in the embodiment and the drawings, the first and second electrodes 210 and 220 are connected to the electrode pads 212 and 222 and the electrode pads 212 and 222, respectively, and have several branches extending in the form of branches. Although described as including the electrodes 214 and 224, the present invention is not limited thereto, and two electrodes 210 and 220 connected to terminals having opposite polarities and having arbitrary configurations and shapes are provided between the electrodes 210 and 220. Pore array 140 can be formed in any configuration and shape.
제1 및 제2 전극 패드(212, 222)는 외부 전원과 연결되며, 제1 및 제2 전극 패드(212, 222)는 각각 외부 전원의 일 극성 단자, 및 외부 전원의 반대 극성 단자와 연결된다. 한편, 제1 및 제2 전극 패드(212, 222)는 상기 몸체(100) 상의 포어 어레이(140)가 형성된 부분(C)의 양 측부까지 연장되어 배치되게 구성될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다. The first and second electrode pads 212 and 222 are connected to an external power source, and the first and second electrode pads 212 and 222 are respectively connected to one polarity terminal of an external power source and an opposite polarity terminal of the external power source. . The first and second electrode pads 212 and 222 may be configured to extend to both sides of the portion C in which the pore array 140 on the body 100 is formed, but is not limited thereto.
한편, 유전 영동 효과는 인가되는 전원의 전압, 주파수 등에 따라서 다를 수 있으므로, 본 발명에 따른 입자 분리 장치(1)를 이용하여 솔루션 샘플의 분리를 수행할 경우, 인가되는 외부 전원은 10 V 이내의 전압 및 10 Hz 내지 10 kHz 의 주파수를 갖는 것이 바람직하다. On the other hand, since the dielectrophoretic effect may vary depending on the voltage, frequency, etc. of the power source to be applied, when the solution sample is separated using the particle separation device 1 according to the present invention, the applied external power source is within 10V. It is preferred to have a voltage and a frequency of 10 Hz to 10 kHz.
제1 및 제2 가지 전극(214, 224)은 각각 제1 및 제2 전극 패드(212, 222)와 연결되며, 상기 포어 어레이(140)가 형성된 부분(C) 상에 배치된다.The first and second branch electrodes 214 and 224 are connected to the first and second electrode pads 212 and 222, respectively, and are disposed on the portion C in which the pore array 140 is formed.
제1 가지 전극(214)과 제2 가지 전극(224)은 포어 어레이(140)가 형성된 부분(C) 상에 서로 교대로 배치되며, 제1 가지 전극(214)과 제2 가지 전극(224) 사이에는 유전 영동 효과에 의해 제1 및 제2 가지 전극(214, 224)으로부터 척력을 받아서 포획된 분극성 입자가 잔류할 수 있도록 잔류 공간이 마련될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 입자 분리 장치(1)의 상면에는 예컨대 제1 가지 전극(214) - 잔류 공간 - 제2 가지 전극(224) - 잔류 공간의 순서가 반복되게 배치될 수 있다.The first branch electrode 214 and the second branch electrode 224 are alternately disposed on the portion C on which the pore array 140 is formed, and the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224 are disposed. Residual spaces may be provided between the polarized particles captured by the repulsive force from the first and second branch electrodes 214 and 224 due to the dielectrophoretic effect. That is, the order of the first branch electrode 214-the remaining space-the second branch electrode 224-the remaining space may be repeatedly arranged on the top surface of the particle separation device 1 according to the present invention.
포어 어레이(140)가 형성된 부분(C) 상에 수개의 제1 및 제2 가지 전극(214, 224)이 교대로 배치되게 구성되며, 제1 가지 전극(214) 및 제2 가지 전극(224)은 각각 서로 반대 극성의 전원과 연결됨으로써, 전극(200)에 교류 전원이 인가되면 각각의 제1 및 제2 가지 전극(214, 224)은 불균일 전기장을 발생시킬 수 있다. Several first and second branch electrodes 214 and 224 are alternately arranged on the portion C on which the pore array 140 is formed, and the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224 are disposed. Each of the first and second branch electrodes 214 and 224 may generate a non-uniform electric field when AC power is applied to the electrode 200.
포어 어레이(140)에 포함된 포어(142) 중 하나 이상의 포어(142) 중 상기 제1 전극(210)과 제2 전극(220) 사이에 위치하는 포어(142)로써, 상기 포어(142)로부터 가장 가까이에 있는 제1 전극(210)까지의 최단거리와 가장 가까이에 있는 제2 전극(220)까지의 최단거리가 서로 상이한 포어(142)가 하나 이상 존재할 수 있다. A pore 142 positioned between the first electrode 210 and the second electrode 220 of one or more of the pores 142 included in the pore array 140, from the pore 142. One or more pores 142 may be different from each other in the shortest distance to the nearest first electrode 210 and the shortest distance to the closest second electrode 220.
예컨대, 상기 포어(142)와 제1 가지 전극(214) 사이의 거리와 상기 포어(142)와 제2 가지 전극(224) 사이의 거리가 서로 상이할 수 있다. 즉, 상기 포어(142)와 제1 가지 전극(214) 사이의 거리는 상기 포어(142)와 제2 가지 전극(224) 사이의 거리보다 클 수 있으며, 그 역도 성립한다. 따라서, 상기 포어(142)는 제1 가지 전극(214) 또는 제2 가지 전극(224) 중 어느 하나와 더 인접하게 배치될 수 있다. 한편, 바람직하게는, 포어(142)는 제1 및 제2 가지 전극(214, 224) 중 어느 하나와 접하게 형성될 수 있다.For example, the distance between the pore 142 and the first branch electrode 214 and the distance between the pore 142 and the second branch electrode 224 may be different from each other. That is, the distance between the pore 142 and the first branch electrode 214 may be greater than the distance between the pore 142 and the second branch electrode 224, and vice versa. Therefore, the pore 142 may be disposed closer to either one of the first branch electrode 214 or the second branch electrode 224. Meanwhile, the pore 142 may be formed to be in contact with any one of the first and second branch electrodes 214 and 224.
예컨대, 도 2 에 도시된 바와 같이, 포어(H)와 제2 가지 전극(224) 사이의 최단거리는 K 일 수 있으며, 포어(H)와 제1 가지 전극(214)은 서로 접하게 형성됨으로써 포어(H)와 제1 가지 전극(214)사이의 최단거리는 0 일 수 있다.For example, as shown in FIG. 2, the shortest distance between the pore H and the second branch electrode 224 may be K, and the pore H and the first branch electrode 214 are formed to be in contact with each other to form a pore ( The shortest distance between H) and the first branch electrode 214 may be zero.
따라서, 포어(142)는 제1 및 제2 가지 전극(214, 224) 중 어느 하나와 인접하게 형성됨에 따라서, 솔루션 샘플 내의 분극성 입자가 제1 가지 전극(214)과 제2 가지 전극(224) 사이의 유전 영동 현상에 의한 척력을 받아 제1 및 제2 가지 전극(214, 224)으로부터 이격되게 이동할 때 상기 분극성 입자는 제1 및 제2 가지 전극(214, 224) 뿐만 아니라 포어(142)로부터도 이격되게 이동할 수 있다. 따라서, 분극성 입자에 의한 포어(142)의 폐쇄가 방지되어 입자 분리 장치(1)의 입자 분리 효율이 개선될 수 있다.Thus, as the pore 142 is formed adjacent to either one of the first and second branch electrodes 214, 224, the polarizable particles in the solution sample may cause the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224. When the polarized particles move away from the first and second branch electrodes 214 and 224 under the repulsive force between the phenomena of the electrophoresis between the pores 142 as well as the first and second branch electrodes 214 and 224. You can also move away from). Therefore, the closing of the pore 142 by the polarizable particles can be prevented to improve the particle separation efficiency of the particle separation device (1).
바람직하게는, 도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 포어(142)는 제1 가지 전극(214), 또는 제2 가지 전극(224)과 접하게 배치될 수 있다. 예컨대, 도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 가지 전극(214, 224)의 측부에는 포어 어레이(140)의 형상과 대응하는 요철이 형성되게 구성될 수 있으며, 요철은 예컨대 반원형, 다각형 등의 형상을 가질 수 있고, 이에 한정하지 않는다. Preferably, as shown in FIGS. 1-3, one or more pores 142 may be disposed in contact with the first branch electrode 214 or the second branch electrode 224. For example, as shown in FIGS. 1 to 3, the sidewalls of the first and second branch electrodes 214 and 224 may be configured such that irregularities corresponding to the shape of the pore array 140 are formed. It may have a shape of a semi-circle, a polygon, and the like, but is not limited thereto.
제1 및 제2 가지 전극(214, 224)의 측부에 포어 어레이(140)의 형상과 대응되는 요철이 형성됨에 따라서, 제1 및 제2 가지 전극(214, 224)이 포어 어레이(140)를 가리지 아니함과 동시에, 포어 어레이(140)가 제1 및 제2 가지 전극(214, 224) 중 어느 하나와 접하게 배치될 수 있다. 따라서, 제1 가지 전극(214)과 제2 가지 전극(224) 사이에 생성된 전기장에 의한 유전 영동 현상에 의해 제1 가지 전극(214)과 제2 가지 전극(224)으로부터 척력을 받은 분극성 입자가 제1 가지 전극(214)과 제2 가지 전극(224) 및 포어(142)로부터 이격되며, 따라서 분극성 입자가 포어(142)를 폐쇄하지 아니하고 잔류 공간 상에 포획된 상태로 잔류할 수 있다. As the unevenness corresponding to the shape of the pore array 140 is formed at the sides of the first and second branch electrodes 214 and 224, the first and second branch electrodes 214 and 224 may form the pore array 140. At the same time, the pore array 140 may be disposed to contact any one of the first and second branch electrodes 214 and 224. Accordingly, the polarization force that is repulsed from the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224 by a dielectric phenomenon caused by an electric field generated between the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224. The particles are spaced apart from the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224 and the pore 142, so that the polarizable particles may remain trapped in the remaining space without closing the pore 142. have.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 입자 분리 장치(1)에서 적용되는 유전 영동의 원리를 나타낸 도면이다.4 is a view showing the principle of the electrophoresis applied in the particle separation device 1 according to an embodiment of the present invention.
유전 영동(dielectrophoresis)은 균일하지 않은 전기장(M) 내에 분극성 입자가 존재할 때, 상기 분극성 입자가 전기장이 밀하게 구배된 부분 또는 전기장이 소하게 구배된 부분을 향하여 끌려가는 현상을 말한다. 이때, 전기장이 밀한 부분으로 입자가 끌리는 것(K1)을 positive DEP 라고 하며, 전기장이 소한 부분으로 입자가 끌리는 것(K2)을 negative DEP 라고 한다. 유전 영동에 의해 분극성 입자가 받는 힘은 분극성 입자의 부피와 유전특성에 따라서 달라진다. 따라서, 분극성 입자가 갖는 유전 영동 특성에 따라 분극성 입자를 불균일한 전기장 내에서 소정의 방향으로 이동시키거나 또는 전기장 내의 소정의 위치에 붙잡아 둠으로써, 입자를 분리하는 것이 가능하다. 일 예로, positive DEP 성질을 보이는 입자와 negative DEP 현상을 보이는 입자가 혼합되어 있을 경우, 상기 유전 영동 현상을 이용하여 각각의 입자의 분리하는 것이 가능하게 된다.Dielectrophoresis refers to a phenomenon in which when polarizable particles are present in a non-uniform electric field (M), the polarizable particles are attracted toward a portion in which the electric field is densely gradientd or a portion in which the electric field is slightly gradientd. At this time, the particle attracted to the dense part of the electric field (K1) is called positive DEP, the particle attracted to the small part of the electric field (K2) is called negative DEP. The force exerted by the dielectrophoretic particles depends on the volume and dielectric properties of the polarizable particles. Therefore, the particles can be separated by moving the polarizable particles in a predetermined direction in a non-uniform electric field or by holding them at a predetermined position in the electric field in accordance with the dielectric electrophoretic characteristics of the polarizable particles. For example, when particles having a positive DEP property and particles showing a negative DEP phenomenon are mixed, it is possible to separate each particle by using the dielectric phenomenon.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치(1)는 요철이 형성된 제1 및 제2 가지 전극(214, 224)를 포함하며, 상기 요철이 형성된 부분에 포어 어레이(140)가 배치되므로, 본 발명에 따른 입자 분리 장치(1)를 이용하여 솔루션 샘플의 분리를 수행한 경우, 솔루션 내의 분극성 입자는 제1 가지 전극(214) 및 제2 가지 전극(224)으로부터 생성되는 전기장에 의해 발생한 유전 영동 효과를 받게 된다. 따라서, 분극성 입자는 제1 가지 전극(214) 및 제2 가지 전극(224)으로부터 척력을 받아 제1 가지 전극(214)과 제2 가지 전극(224)으로부터 이격됨으로써, 제1 및 제2 가지 전극(214, 224) 중 어느 하나에 인접하게 배치된 포어(142)로부터 이격되고 제1 및 제2 가지 전극(214, 224) 사이의 공간에 포획된 상태로 잔류하여 포어 어레이(140)의 폐쇄가 방지될 수 있다.Therefore, the particle separation device 1 according to the embodiment of the present invention includes the first and second branch electrodes 214 and 224 having irregularities formed thereon, and the pore array 140 is disposed at the portion where the irregularities are formed. When the separation of the solution sample is performed using the particle separation device 1 according to the present invention, the polarizable particles in the solution are generated by the electric field generated from the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224. You will experience the effects of the genetic action that has occurred. Thus, the polarizable particles are repulsed from the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224, and are spaced apart from the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224, thereby providing the first and second branches. Closure of the pore array 140 by remaining in a space between the first and second branch electrodes 214, 224 spaced from the pore 142 disposed adjacent to either of the electrodes 214, 224. Can be prevented.
본 발명에 따른 입자 분리 장치(1)에 있어서, 상기 전극(200)에 교류 전원이 인가될 경우 상술한 바와 같은 불균일한 전기장이 형성될 수 있다. 이어서 솔루션을 입자 분리 장치(1)에 유동시킬 경우 솔루션 내에 있는 분극성 입자는 불균일한 전기장 내에서 유전 영동 효과를 갖게 되어 제1 및 제2 가지 전극(214, 224) 사이의 공간에 포획된 상태로 잔류하게 된다. 따라서, 분극성 입자에 의한 포어 어레이(140)의 폐쇄가 방지되며 미디엄의 원활한 유동이 확보될 수 있다. In the particle separation device 1 according to the present invention, when AC power is applied to the electrode 200, a non-uniform electric field as described above may be formed. Subsequently, when the solution is flowed into the particle separation device 1, the polarizable particles in the solution have a dielectric effect in a non-uniform electric field and are trapped in the space between the first and second branch electrodes 214 and 224. Will remain. Therefore, the closing of the pore array 140 by the polarizable particles can be prevented and a smooth flow of the medium can be secured.
즉, 단순히 포어 어레이(140)에 의해서 여과될 경우에는 분극성 입자가 각각의 포어(142)를 폐쇄하여 입자의 유동 통로를 막기 때문에 입자 분리 효율이 저하될 수 있는 반면에, 본 발명에 따른 입자 분리 장치(1)는 분극성 입자가 유전 영동 효과에 의하여 제1 및 제2 가지 전극(214, 224) 사이의 공간에 포획되기 때문에, 포어(142)의 폐쇄가 방지되어 입자 분리 효율이 개선될 수 있다.In other words, when filtered by the pore array 140, the particle separation efficiency may be lowered because the polarizable particles close the respective pores 142 to block the flow passage of the particles, whereas the particles according to the present invention Since the polarizing particles are trapped in the space between the first and second branch electrodes 214 and 224 by the dielectrophoretic effect, the closing of the pore 142 is prevented and the particle separation efficiency is improved. Can be.
바람직하게는, 본 발명에 따른 입자 분리 장치(1)는, 상술한 바와 같이 상부면에 소수성 코팅층(130)이 형성되며, 하부면 및 상기 포어(142) 내주면에 친수성 코팅층(120)이 형성됨에 따라서, 분리하고자 하는 솔루션 샘플이 포어(142)의 내측 방향으로 유동하도록 유도되어 미디엄의 유동이 촉진되어 입자 분리 효율이 더욱 개선될 수 있다.Preferably, in the particle separation device 1 according to the present invention, as described above, the hydrophobic coating layer 130 is formed on the upper surface, and the hydrophilic coating layer 120 is formed on the lower surface and the inner circumferential surface of the pore 142. Therefore, the solution sample to be separated may be induced to flow inwardly of the pore 142 to facilitate the flow of the medium to further improve particle separation efficiency.
아울러, 본 발명에 따른 입자 분리 장치(1)는 실리콘 웨이퍼를 이용하여 제조될 수 있으므로, 기존의 실리콘 정밀 가공 공정을 통해 대량 생산될 수 있으므로 제조 단가가 절감될 수 있다.In addition, since the particle separation device 1 according to the present invention can be manufactured using a silicon wafer, the production cost can be reduced since it can be mass produced through a conventional silicon precision processing process.
이상에서는 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 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.Although the preferred embodiments have been illustrated and described above, the invention is not limited to the specific embodiments described above, and does not depart from the gist of the invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by the vibrator, and these modifications should not be understood individually from the technical idea or the prospect of the present invention.

Claims (8)

  1. 솔루션으로부터 솔루션 내의 입자와 미디엄을 분리하는 입자 분리 장치에 있어서,A particle separation device that separates particles and medium in a solution from a solution,
    포어 어레이(140)를 이루는 복수의 서로 이격된 포어(142)들이 형성된 몸체(100); 및A body 100 having a plurality of spaced pores 142 constituting the pore array 140; And
    상기 몸체(100) 상에 구비되며 외부 전원의 인가에 의해서 불균일 전기장을 형성하는 전극(200);을 포함하며,And provided on the body 100 and forming an uneven electric field by application of an external power source.
    상기 전극(200)은,The electrode 200,
    상기 외부 전원의 반대 극성 단자와 각각 연결되는 제1 전극(210), 및 제2 전극(220)을 포함하고,A first electrode 210 and a second electrode 220 respectively connected to opposite polarity terminals of the external power source;
    상기 포어 어레이(140)를 형성하는 포어(142) 중 하나 이상의 포어(142)는,One or more of the pores 142 of the pore 142 forming the pore array 140,
    상기 제1 전극(210), 또는 상기 제2 전극(220)과 접하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치(1).Particle separation device (1), characterized in that contact with the first electrode (210) or the second electrode (220).
  2. 청구항 1 에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 제1 전극(210)은 제1 전극 패드(212), 및 상기 제1 전극 패드(212)와 연결되는 복수의 제1 가지 전극(214)을 포함하고,The first electrode 210 includes a first electrode pad 212 and a plurality of first branch electrodes 214 connected to the first electrode pad 212.
    상기 제2 전극(220)은 제2 전극 패드(222), 및 상기 제2 전극 패드(222)와 연결되는 제2 가지 전극(224)을 포함하며,The second electrode 220 includes a second electrode pad 222 and a second branch electrode 224 connected to the second electrode pad 222.
    상기 제1 가지 전극(214)과 상기 제2 가지 전극(224)은 상기 포어 어레이(140)가 형성된 부분(C) 상에 서로 교대로 배치되어, 전원이 인가될 때 불균일 전기장을 형성하고, The first branch electrode 214 and the second branch electrode 224 are alternately disposed on the portion C on which the pore array 140 is formed, thereby forming a non-uniform electric field when power is applied,
    상기 하나 이상의 포어(142)가 상기 제1 가지 전극(214) 또는 상기 제2 가지 전극(224)과 접하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치(1).And wherein said at least one pore (142) is in contact with said first branch electrode (214) or said second branch electrode (224).
  3. 솔루션으로부터 솔루션 내의 입자와 미디엄을 분리하는 입자 분리 장치에 있어서,A particle separation device for separating particles and medium in a solution from a solution,
    포어 어레이(140)를 이루는 복수의 서로 이격된 포어(142)들이 형성된 몸체(100); 및A body 100 having a plurality of spaced pores 142 constituting the pore array 140; And
    상기 몸체(100) 상에 구비되며 외부 전원의 인가에 의해서 불균일 전기장을 형성하는 전극(200);을 포함하며,And provided on the body 100 and forming an uneven electric field by application of an external power source.
    상기 전극(200)은,The electrode 200,
    상기 외부 전원의 반대 극성 단자와 각각 연결되는 제1 전극(210), 및 제2 전극(220)을 포함하고,A first electrode 210 and a second electrode 220 respectively connected to opposite polarity terminals of the external power source;
    상기 제1 전극(210)과 제2 전극(220) 사이에 위치하는 포어(142)로써, 상기 포어(142)로부터 가장 가까이에 있는 제1 전극(210)까지의 최단거리와 가장 가까이에 있는 제2 전극(220)까지의 최단거리가 서로 상이한 포어(142)가 하나 이상 존재하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치(1).A pore 142 positioned between the first electrode 210 and the second electrode 220, the closest distance from the pore 142 to the first electrode 210 closest to the first electrode 210. Particle separation device (1), characterized in that at least one pore (142) with different shortest distances to the two electrodes (220) is present.
  4. 청구항 1 에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 제1 전극(210)은 제1 전극 패드(212), 및 상기 제1 전극 패드(212)와 연결되는 복수의 제1 가지 전극(214)을 포함하고,The first electrode 210 includes a first electrode pad 212 and a plurality of first branch electrodes 214 connected to the first electrode pad 212.
    상기 제2 전극(220)은 제2 전극 패드(222), 및 상기 제2 전극 패드(222)와 연결되는 제2 가지 전극(224)을 포함하며,The second electrode 220 includes a second electrode pad 222 and a second branch electrode 224 connected to the second electrode pad 222.
    상기 제1 가지 전극(214)과 상기 제2 가지 전극(224)은 상기 포어 어레이(140)가 형성된 부분(C) 상에 서로 교대로 배치되어, 전원이 인가될 때 불균일 전기장을 형성하고, The first branch electrode 214 and the second branch electrode 224 are alternately disposed on the portion C on which the pore array 140 is formed, thereby forming a non-uniform electric field when power is applied,
    상기 제1 가지 전극(214)과 제2 가지 전극(224) 사이에 위치하는 포어(142)로써, 상기 포어(142)로부터 가장 가까이에 있는 제1 가지 전극(214)까지의 최단거리와 상기 포어(142)로부터 가장 가까이에 있는 제2 가지 전극(224)까지의 최단거리가 서로 상이한 포어(142)가 하나 이상 존재하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치(1).A pore 142 positioned between the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224, the shortest distance from the pore 142 to the first branch electrode 214 nearest to the pore 142 and the pore. Particle separation device (1), characterized in that at least one pore (142) differing from each other in the shortest distance from (142) to the nearest second branch electrode (224).
  5. 청구항 1 에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 제1 및 제2 가지 전극(214, 224)의 측부에는 상기 포어 어레이(140)의 형상에 대응하는 요철이 형성되며, Concavities and convexities corresponding to the shape of the pore array 140 are formed at the sides of the first and second branch electrodes 214 and 224.
    상기 요철이 형성된 부분에 상기 포어 어레이(140)가 배치되는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치(1).Particle separation apparatus (1), characterized in that the pore array (140) is disposed in the portion where the irregularities are formed.
  6. 청구항 1 또는 청구항 3 에 있어서,The method according to claim 1 or 3,
    상기 몸체(100)는 기저부(110), 상기 기저부(110) 상에 배치되는 친수성 코팅층(120), 및 상기 친수성 코팅층(120) 상에 배치되는 소수성 코팅층(130)을 포함하며,The body 100 includes a base 110, a hydrophilic coating layer 120 disposed on the base 110, and a hydrophobic coating layer 130 disposed on the hydrophilic coating layer 120.
    상기 친수성 코팅층(120)은 상기 포어(142)의 내주면을 형성하고,The hydrophilic coating layer 120 forms the inner circumferential surface of the pore 142,
    상기 포어 어레이(140)이 형성된 부분(C) 하부의 기저부(110)가 제거된 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치(1).Particle separation device (1), characterized in that the bottom portion (110) below the portion (C) where the pore array (140) is formed.
  7. 일 부분(C)에 수개의 포어(142)가 복수의 열을 갖도록 배치된 포어 어레이(140)가 형성된 몸체(100); 및A body 100 having a pore array 140 in which a plurality of pores 142 are arranged to have a plurality of rows in a portion C; And
    상기 몸체(100) 상에 구비되며 외부 전원의 인가에 의해서 불균일 전기장을 형성하는 전극(200);을 포함하며,And provided on the body 100 and forming an uneven electric field by application of an external power source.
    상기 전극(200)은,The electrode 200,
    상기 외부 전원의 반대 극성 단자와 각각 연결되는 제1 전극(210), 및 제2 전극(220)을 포함하고,A first electrode 210 and a second electrode 220 respectively connected to opposite polarity terminals of the external power source;
    상기 제1 전극(210)과 제2 전극(220) 사이에 위치하는 포어(142)로써, 상기 포어(142)로부터 가장 가까이에 있는 제1 전극(210)까지의 최단거리와 가장 가까이에 있는 제2 전극(220)까지의 최단거리가 서로 상이한 포어(142)가 하나 이상 존재하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치(1)를 사용하는 입자 분리 방법으로서,A pore 142 positioned between the first electrode 210 and the second electrode 220, the closest distance from the pore 142 to the first electrode 210 closest to the first electrode 210. A particle separation method using the particle separation device 1, characterized in that at least one pore 142 having different shortest distances to the two electrodes 220 is present.
    상기 전극(200)에 전원을 인가하여 상기 제1 및 제2 가지 전극(210, 220)을 통해 불균일 전기장을 생성하는 단계;Generating a non-uniform electric field through the first and second branch electrodes (210, 220) by applying power to the electrode (200);
    솔루션 내의 입자가 상기 불균일 전기장에 의한 유전 영동 효과에 의해 상기 불균일 전기장 내에 포획되어 상기 제1 및 제2 가지 전극(210, 220) 및 포어(142)로부터 멀어지는 방향으로 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 방법.Particles in the solution are trapped in the heterogeneous electric field by the dielectric electrophoretic effect of the heterogeneous electric field and move away from the first and second branch electrodes 210, 220 and the pore 142. Particle separation method.
  8. 청구항 7 에 있어서,The method according to claim 7,
    상기 제1 전극(210)은 제1 전극 패드(212), 및 상기 제1 전극 패드(212)와 연결되는 복수의 제1 가지 전극(214)을 포함하고,The first electrode 210 includes a first electrode pad 212 and a plurality of first branch electrodes 214 connected to the first electrode pad 212.
    상기 제2 전극(220)은 제2 전극 패드(222), 및 상기 제2 전극 패드(222)와 연결되는 제2 가지 전극(224)을 포함하며,The second electrode 220 includes a second electrode pad 222 and a second branch electrode 224 connected to the second electrode pad 222.
    상기 제1 가지 전극(214)과 상기 제2 가지 전극(224)은 상기 포어 어레이(140)가 형성된 부분(C) 상에 서로 교대로 배치되어, 전원이 인가될 때 불균일 전기장을 형성하고, The first branch electrode 214 and the second branch electrode 224 are alternately disposed on the portion C on which the pore array 140 is formed, thereby forming a non-uniform electric field when power is applied,
    상기 제1 가지 전극(214)과 제2 가지 전극(224) 사이에 위치하는 포어(142)로써, 상기 포어(142)로부터 가장 가까이에 있는 제1 가지 전극(214)까지의 최단거리와 상기 포어(142)로부터 가장 가까이에 있는 제2 가지 전극(224)까지의 최단거리가 서로 상이한 포어(142)가 하나 이상 존재하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치(1)를 사용하는 입자 분리 방법으로서,A pore 142 positioned between the first branch electrode 214 and the second branch electrode 224, the shortest distance from the pore 142 to the first branch electrode 214 nearest to the pore 142 and the pore. A particle separation method using the particle separation device 1, characterized in that at least one pore 142 having different shortest distances from the second branch electrode 224 to the closest second branch electrode 224 is present.
    상기 제1 및 제2 가지 전극(214, 224)은 상기 포어 어레이(140)가 형성된 부분(C) 상에 불균일 전기장을 형성하는 단계; 및Forming a non-uniform electric field on the portion C in which the first and second branch electrodes 214 and 224 are formed; And
    상기 포획된 분극성 입자는 상기 불균일 전기장에 의한 유전 영동 효과를 받아 상기 제1 가지 전극(214)과 상기 제2 가지 전극(224), 및 상기 포어(142)로부터 이격되도록 척력을 받음으로써 제1 가지 전극(214)과 상기 제2 가지 전극(224) 사이의 영역에 포획되어 잔류하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 방법.The trapped polarized particles are subjected to repulsion to be spaced apart from the first branch electrode 214, the second branch electrode 224, and the pore 142 by receiving the electrophoretic effect of the heterogeneous electric field. And trapping and remaining in the region between the branch electrode (214) and the second branch electrode (224).
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