WO2019093652A1 - 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치 - Google Patents

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신세현
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고려대학교 산학협력단
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    • G01N2035/00564—Handling or washing solid phase elements, e.g. beads

Definitions

  • the present invention relates to an extraction device for extracting a target material, and more particularly, to an extraction device capable of extracting a target material such as a nucleic acid without using centrifugal separation or applying centrifugal separation at high speed .
  • cfDNA cell free DNA
  • exosomes CTC (Circulating Tumor Cell) and the like.
  • a spin column nucleic acid extraction process is a process of sequentially flowing buffers for sample and nucleic acid extraction into a column containing a porous membrane made of silica .
  • the spin column method is a method of binding a nucleic acid to a porous membrane, washing it, concentrating the nucleic acid to a desired concentration, and extracting it.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a column disclosed in Korean Patent No. 10-1495631
  • FIG. 2 is a view showing a process of extracting nucleic acid through a spin column method.
  • a sample containing a nucleic acid is put into a column and centrifuged in a centrifugal separator, whereby the nucleic acid in the sample is bound to the porous membrane. Then, when the washing solution is injected into the column and centrifuged again through a centrifugal separator, impurities remaining in the porous membrane are removed.
  • the washing process may be performed using a variety of washing solutions depending on the type of the nucleic acid or the body fluid from which the nucleic acid is extracted, or the subsequent nucleic acid processing.
  • the drying process is performed so that the washing liquid remaining in the porous membrane is completely removed.
  • a centrifugation process is generally performed through a centrifuge.
  • the elution buffer is injected into the column, and then centrifuged again through a centrifugal separator. Then, the nucleic acid bound to the porous membrane is extracted together with the eluting solution.
  • Such a centrifugal separation process requires that the column be subjected to a centrifugal separation and re-extraction in each process in order to extract the nucleic acid, thereby making it difficult to separate the nucleic acid through a series of processes on one chip.
  • the present invention has been made in view of the above problems.
  • an extraction apparatus for extracting a target material comprising: a microchannel through which a plurality of micro-beads to which a target material is attached flows; a cleaning chamber in which a cleaning solution for cleaning the micro- A microfluidic chip having a dissolution chamber containing an elution solution for eluting the target material from the microbead and a bipolar chamber containing a reversible solution not mixed with the eluting solution and the cleaning solution, And a bead moving force generating unit that generates a moving force to move toward one wall side of the microchannel when flowing along the microchannel;
  • the micro-beads are flowed along the micro-channels along with the cleaning solution, the micro-channels are flowed from the one side wall to push the cleaning solution toward the other side wall surface of the micro-channels,
  • the eluting solution flows from the one side wall of the microchannel and pushes the polar liquid in the direction of the other side wall while the microbea
  • the microfluid chip includes a first sheath chamber in which a first sheath solution is accommodated, and a second sheath chamber which connects the microchannel and the first sheath chamber at a rear end side of the microchannel, Further comprising: a target collecting channel connecting the microchannel and the target collecting chamber at the rear end of the first sheath connecting channel, the target collecting channel being connected to the other side wall surface of the microchannel;
  • the first sheath solution flows through the first sheath connecting channel and flows into the one side wall of the microchannel during the flow of the microbead along with the eluting solution along the microchannel;
  • the microbead flows along with the first sheath solution along the one side wall of the microchannel by a laminar flow between the eluting solution and the first sheath solution;
  • the eluting solution flowing along the other side wall surface of the microchannel by the laminar flow between the eluting solution and the first sheath solution may flow to the target collecting chamber through the target collecting
  • the microfluidic chip may further include a bipolar connection channel connecting the bipolar chamber and the microchannel so that the bipolar solution in the bipolar chamber flows into the microchannel, Further comprising a dissolution connection channel through which said eluting solution in said elution chamber flows into said microchannel;
  • the bipolar connection channel and the elution connection channel may be sequentially arranged in the microchannel along the flow direction of the microbead.
  • the bipolar connection channel, the elution connection channel, and the first sheath connection channel may be connected to the microchannel at a predetermined angle in the flow direction of the microbead to separate the depolarizing solution, the eluting solution, Can be introduced obliquely into the flow direction of the microbead.
  • the microfluidic chip may further include a washdown chamber; Connecting the wash chamber and the microchannel between the bipolar connection channel and the elution connection channel and being connected to the other side wall surface of the microchannel and being pushed toward the other side wall surface of the microchannel by the biocompatible solvent A cleaning waste channel through which the cleaning solution flowing flows into the cleaning chamber; A bipolar waste chamber; And a second sheath connecting channel for connecting the bipolar waste chamber and the microchannel between the eluting connection channel and the first sheath connecting channel and connected to the other side wall surface of the microchannel, And a bipolar discharge channel through which the bipolar solution flowing into the bipolar discharge chamber flows.
  • the microfluid chip includes a sample chamber in which a sample solution containing the microbead to which the target material is attached is accommodated, and a microchannel, which connects the sample chamber and the microchannel at a front end of the bipolar connection channel, And a sample connection channel connected to the other wall surface to allow the sample solution in the sample chamber to flow to the microchannel;
  • the cleaning chamber is connected to the opposite end of the microchannel in the flow direction;
  • the microbead is introduced into the microchannel through the sample connection channel together with the sample solution;
  • the cleaning solution flowing along the microchannel from the cleaning chamber flows along the one side wall of the microchannel by laminar flow with the cleaning solution flowing from the other side wall of the microchannel;
  • the microbead together with the sample solution may move in the direction of the cleaning solution in the sample service by the moving force of the bead moving force generating unit.
  • the microfluidic chip may include a second sheath chamber in which the second sheath solution is accommodated, and a second sheath chamber that connects the second sheath chamber and the microchannel at a rear end of the sample connection channel, Further comprising two sheath connecting channels;
  • the second sheath solution flowing into the microchannel from the second sheath connecting channel pushes the sample solution toward the side wall by the laminar flow so that the second sheath solution, the sample solution, and the cleaning solution form a laminar flow .
  • the microfluidic chip may include a sample waste chamber; The sample chamber being connected to the sample chamber and the microchannel between the second sheath connecting channel and the bipolar connection channel and being connected to the other side wall surface of the microchannel, And a sample waste channel to cause the second sheath solution to flow into the sample waste chamber.
  • a method of manufacturing a micro-bead including: a sample channel through which a sample solution containing a plurality of micro-beads to which a target material is attached flows; An eluting channel through which the eluting solution for eluting the target material flows from the microbead, a polarizing channel through which the polarizing solution having a polarity not to be mixed with the eluting solution and the eluting solution flows, A microfluidic chip including a cleaning channel, a bipolar channel, and a merging channel communicating with the elution channel in a flow direction, and a bead moving force generating unit for generating a moving force for moving the micro bead; Wherein the sample channel, the cleaning channel, the bipolar channel, and the elution channel are sequentially arranged in parallel along the direction of movement of the bead moving force generating unit at the front end in the fluid flow direction of the microfluid chip;
  • the microfluidic chip further comprises a sheath channel through which the sheath solution flows and is disposed on the opposite side of the bipolar channel across the elution channel;
  • the communication channel in which the sheath channel communicates with the confluent channel is located at a rear end of the communication region in which the elution channel communicates with the confluent channel in the fluid flow direction and flows together with the eluting solution,
  • the beads can move to the sheath solution by the moving force of the bead moving force generating part in the communication area in which the sheath channel communicates with the confluent channel.
  • the microfluidic chip may further include a target collecting chamber communicating with a layer through which the eluting solution flows at an end of the confluent channel to collect the eluting solution from which the target material is eluted, A bead collecting chamber in communication with the flowing layer to collect the microbead and the sheath solution from which the target material is eluted, a bead collecting chamber in which the sample solution, the washing solution, and the layer in which the depolarizing solution flows, And a waste chamber in communication with which the sample solution, the cleaning solution, and the bipolar solution are collected.
  • a target collecting chamber communicating with a layer through which the eluting solution flows at an end of the confluent channel to collect the eluting solution from which the target material is eluted
  • a bead collecting chamber in communication with the flowing layer to collect the microbead and the sheath solution from which the target material is eluted
  • a bead collecting chamber in which the sample solution, the washing solution, and the layer in
  • the microbeads are made of magnetic or magnetizable material;
  • the bead moving force generating unit may include a permanent magnet for moving the micro bead toward the one side wall surface of the microchannel by a magnetic force.
  • the bead moving force generating unit may include an ultrasonic generator for moving the micro-bead toward the one side wall of the micro-channel by ultrasonic waves.
  • the bead moving force generating unit may include a plurality of micro pillars formed in the microchannel and causing the micro beads to move toward the one side wall surface of the microchannel by a principle of Deterministic Lateral Displacement .
  • the movement of one of the solvents to the other solvent may be blocked due to the difference in polarity between the solvents .
  • an extraction device for extracting a target material
  • the micro-channel including a plurality of micro-beads to which the target material is attached,
  • a cleaning chamber in which a washing solution for washing the microbeads is accommodated;
  • a dissolution chamber in which a dissolution solution for dissolving the target material is accommodated in the microbead; and a mixing chamber for mixing the washing solution and the dissolution solution
  • a microchannel chip having a sheath chamber housing a sheath solution;
  • the microchannel is spirally formed and is spirally formed with a first helical channel connected to the cleaning chamber and the sample chamber such that the cleaning solution and the sample solution flow in layers from the radially inward side, And a second spiral channel connected to the first spiral channel and the bipolar chamber so that the reactive solution and the cleaning solution flow from the first spiral channel and the bipolar chamber from the radially inner side,
  • a third helical channel connected to the second helical channel and the elution chamber so that the solution flows through
  • the microbead moves from the sample solution to the cleaning solution and flows with the cleaning solution by a Dean drag force in the first spiral channel
  • the elution solution moves to the elution solution, flows together with the elution solution, moves in the elution solution to the sheath solution by the Dean drag force in the third spiral channel, and flows together with the sheath solution .
  • the microfluidic chip further includes a sample waste chamber connected to a radially outer side at a downstream side of the flow direction of the first helical channel to collect the sample solution flowing along a radially outer side in the first helical channel, A cleaning waste chamber in which the cleaning solution is collected radially outwardly from the downstream side of the flow direction of the second spiral channel and flows radially outwardly in the second spiral channel, A bipolar waste chamber connected radially outwardly from the first spiral channel and radially outwardly flowing in the third spiral channel to collect the bipolar solution; The sheath solution flowing along the radially inner side in the fourth helical channel, A bead collecting chamber in which the microbeads are collected; and a target collecting unit connected radially outward at a downstream side of the flow direction of the fourth helical channel to collect the eluting solution flowing radially outward in the fourth helical channel, And may further include a chamber.
  • an extraction device capable of extracting a target material such as a nucleic acid through a series of processes in a microfluidic chip without using a centrifugal separation method or a high speed centrifugal separation device, Is provided.
  • FIG. 2 is a view showing a process of extracting nucleic acid through a conventional spin column method
  • FIG. 3 is a view showing a configuration of an extraction device for extracting a target material according to the first embodiment of the present invention
  • Figs. 4 to 8 are enlarged views of A to E of Fig. 3,
  • FIG. 9 and FIG. 10 are views showing a configuration of an extraction device for extracting a target material according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an enlarged view of the area F in Fig.
  • An extraction device for extracting a target material comprises a microchannel through which a plurality of microbeads to which the target material is adhered flows, a washing chamber in which a washing solution for washing the microbeads is accommodated, A microfluidic chip having a dissolution chamber in which an elution solution for eluting a target material is accommodated and a bi-polar chamber in which a reversible solution not mixed with the washing solution and the elution solution is accommodated; And a bead movement force generating unit for generating a movement force to move to one side wall side of the microchannel,
  • the micro-beads are flowed along the micro-channels along with the cleaning solution, the micro-channels are flowed from the one side wall to push the cleaning solution toward the other side wall surface of the micro-channels,
  • the eluting solution flows from the one side wall of the microchannel and pushes the polar liquid in the direction of the other side wall while the microbead flows along the
  • the extraction apparatus 100 includes a microfluid chip and a bead movement force generation unit 140.
  • the microfluidic chip may include a microchannel 120, a cleaning chamber 112, a release chamber 114, and a bipolar chamber 113.
  • the microfluidic chip also includes a first sheath chamber, a target collection chamber 134, a bead collection chamber 135, a second sheath chamber 116, a sample waste chamber 131, a wash waste chamber 132, And may include a bipolar waste chamber 133.
  • sample solution (1) and a plurality of micro-beads (B) are accommodated in the sample chamber (111).
  • the sample solution (1) comprises a target material to be extracted, and the target material flows together with the microbead (B) while being attached through the specific binding to the microbead (B).
  • the target material may include any one of nucleic acids including DNA and RNA, cells including CTC (Circulating Tumor Cell), extracellular vesicles including exosome, and proteins.
  • nucleic acids including DNA and RNA
  • cells including CTC (Circulating Tumor Cell)
  • extracellular vesicles including exosome, and proteins.
  • the microbeads (B) may be formed entirely of a silica material or may be formed by coating a surface of the microbead (B) with a silica material.
  • the target substance contains any one of cells including CTC (Circulating Tumor Cell), extracellular vesicles including Exosome, and proteins
  • the microbeads (B) A functional group capable of specific binding can be formed on the surface.
  • a cleaning solution (3) for cleaning the micro-beads B is accommodated.
  • a washing solution (3) a commonly used PBS (Phosphate-buffered saline) solution can be used.
  • PBS Phosphate-buffered saline
  • a solution having a different polarity of the polar solvent is applied as a washing solution (3).
  • the cleaning chamber 112 is connected to the microchannel 120 by the cleaning connection channel 152.
  • the cleaning connection channel 152 is formed on the extension of the microchannel 120
  • the bipolar connection channel 153 to be described later is connected at a predetermined angle in the flow direction of the fluid so that the cleaning solution 3 flows into the microchannel 120 obliquely in the flow direction of the micro bead B. have.
  • the bipolar chamber 113 receives the irreversible solution (4) which is not mixed with the washing solution (3) and the eluting solution (5).
  • a solution having a polarity is used as the washing solution (3) and the eluting solution (5).
  • the nonpolar solution such as mineral oil or silicone oil is applied as the polar solution (4).
  • the bipolar chamber 113 is connected to the microchannel 120 by the bipolar connection channel 153 so that the inner bipolar solution 4 flows through the microchannel 120 through the bipolar connection channel 153, Lt; / RTI > 3, the bipolar connection channel 153 is connected to the microchannel 120 at a certain angle in the flow direction of the microbead B, that is, the flow direction of the fluid, Can be introduced into the channel since it obliquely flows in the flow direction of the micro bead (B).
  • the eluting solution (5) for eluting the target material from the microbeads (B) is stored.
  • polarized distilled water or an elution buffer for nucleic acid extraction can be applied to the elution solution (5).
  • a polar solution not mixed with a polar solvent is applied as in the case of the washing solution (3).
  • the elution chamber 114 is connected to the microchannel 120 by the elution connection channel 154, and the elution solution (5) therein flows into the microchannel 120 through the elution connection channel 154.
  • the elution connection channel 154 is connected to the microchannel 120 at a certain angle in the flow direction of the micro-bead B, that is, the flow direction of the fluid, And may be introduced into the microchannel 120 obliquely in the flow direction of the microbead B.
  • the washing connection channel 152, the bipolar connection channel 153, and the elution connection channel 154 are sequentially disposed along the flow direction of the fluid, that is, the flow direction of the micro beads B, ),
  • the bipolar solution (4), and the eluting solution (5) are sequentially introduced into the microchannel 120.
  • the bead moving force generating unit 140 generates a moving force to move the micro bead B toward one side wall of the microchannel 120 when the micro bead B flows along the microchannel 120.
  • the bead moving force generating section (140) As shown in Fig. 2, a permanent magnet is provided.
  • the bead moving force generating unit 140 is disposed between the cleaning chamber 112, the bipolar chamber 113, the elution chamber 114, and the first sheath chamber 115 It is needless to say that the installation position is not limited to this. As such, when the permanent magnet is disposed, the micro-beads B flowing along the micro-channel 120 are attracted to one side wall of the micro-channel 120 in which the permanent magnet is disposed, .
  • washing connection channel 152 the bipolar connection channel 153, and the elution connection channel 154 are formed on the side in which the microbeads B are moved by the bead movement generating unit 140, (4) and the eluting solution (5) are introduced into one side wall of the microchannel (120), which will be described later in detail.
  • a first sheath solution (6) is accommodated in the first sheath chamber (115).
  • the first sheath solution (6) is applied to separate the eluting solution (5) and the microbeads (B), and a detailed description thereof will be described later.
  • the first sheath chamber 115 is connected to the microchannel 120 by a first sheath connecting channel 155.
  • the first sheath connecting channel 155 is connected to the microchannel 120 at a rear end side of the microchannel 120, 120 and the first sheath chamber 115 are connected to each other. 3, the first sheath connecting channel 155 is connected to one side wall of the microchannel 120 so that the first sheathing solution 6 flows into one side wall of the microchannel 120, .
  • the target collection chamber 134 is connected to the microchannel 120 by a target collection channel 164 at a rear end of the first sheath connection channel 155. That is, the target collecting channel 164 connects the microchannel 120 and the target collecting chamber 134 at the rear end of the first sheath connecting channel 155.
  • the other collecting channel 164 connects the microchannel 120 to the target collecting chamber 134, And connects the microchannel 120 and the target collecting chamber 134 on the opposite side of the eluting connection channel 154 or the first sheath connecting channel 155.
  • the elution solution (5) containing the target material eluted from the microbeads (B) flows into the target collection chamber (134), and as a result, the target material is collected.
  • the bead collecting chamber 135 is connected to the microchannel 120 by the bead collecting channel 165 at the end of the microchannel 120.
  • the bead collecting chamber 135 is provided with the target material
  • the separated microbeads B move to the first sheath solution (6) and are collected together with the first sheath solution (6).
  • a target collecting channel 164 is connected to the other side wall surface of the micro-bead B, and a bead collecting channel 165 is provided at a distal end of the micro-channel 120, As shown in Fig.
  • the target collecting channel 164 and the bead collecting channel 165 may be formed in a shape that is branched at a certain angle from the microchannel 120, And the bead collecting channel 165 may be formed so as to be connected to one wall surface of the microchannel 120 at an angle, which will be described in detail later.
  • the second sheath chamber 116 is connected to the microchannel 120 by the second sheath connecting channel 156 while the second sheath solution (2) is accommodated.
  • the second sheath connecting channel 156 connects the second sheath chamber 116 and the microchannel 120 at the rear end of the sample connecting channel 151.
  • the second sheath connecting channel 156 is connected to the other side wall of the microchannel 120, (2) flows into the microchannel 120 from the other side wall surface of the microchannel 120.
  • the sample waste chamber 131 is connected to the microchannel 120 by a sample waste channel 161.
  • the sample discard channel 161 connects the sample discard chamber 131 and the microchannel 120 at the front end of the bipolar connection channel 153 between the second sheath connection channel 156 and the bipolar connection channel 153 do.
  • the sample waste channel 161 is connected to the other side wall of the microchannel 120, and the sample solution (1) and the second sheath solution (2) flowing on the other side wall surface side of the microchannel (120) 161, which will be described later in detail.
  • the cleaning waste chamber 132 is connected to the microchannel 120 via the cleaning waste channel 162.
  • the wash scrubbing channel 162 connects the microchannel 120 and the scrubbing chamber 132 at a front end of the elution connection channel 154 between the bipolar connection channel 153 and the elution connection channel 154.
  • the washing waste channel 162 is connected to the other side wall of the microchannel 120 so that the washing solution flowing in the other side wall of the microchannel 120 flows to the washing waste channel 162, Details will be described later.
  • the bipolar discharge chamber 133 is connected to the microchannel 120 via the bipolar discharge channel 163.
  • the bipolar discharge channel 163 is connected to the microchannel 120 and the bipolar discharge chamber 133 at the front end of the first sheath connecting channel 155 between the discharge connection channel 154 and the first sheath connection channel 155.
  • the bipolar waste channel 163 is connected to the other side wall of the microchannel 120 so that the bipolar solution 4 flowing to the other side wall side of the microchannel 120 flows to the bipolar discharge channel 163 , And a detailed description thereof will be described later.
  • a process of extracting a target material in the sample solution (1) through a fluid flow process of the extraction device 100 according to the present invention will be described in detail.
  • the sample chamber 111, the cleaning chamber 112 and the inside of the second sheath chamber 116 The sample solution (1), the washing solution (3) and the second sheath solution (2) are introduced into the microchannel 120 through the sample connecting channel 151, the washing connecting channel 152 and the second sheath connecting channel 156, Lt; / RTI > 4, the sample solution (1) and the second sheath solution (2) are sequentially introduced from the other side wall surface of the microchannel 120 into the cleaning solution (3) flowing through the microchannel 120.
  • the second sheath solution (2), the sample solution (1) and the cleaning solution (3) flow from the other side wall surface of the microchannel 120 into the microchannel 120 as a layer by the laminar flow .
  • different fluids are not mixed and a laminar flow flows in the layer, and the sample solution (1) flowing from the other side wall surface of the microchannel 120 moves the cleaning solution (3)
  • the second sheath solution (2) flows as a layer in the form of pushing out the sample solution (1).
  • the microbead B is subjected to a cleaning process while flowing together with the cleaning solution (3).
  • the sample solution (1) and the second sheath solution (2) are flowed through the sample discharge channel (161) connected to the other side wall of the microchannel (120) 120 and collected in the sample waste chamber 131.
  • the microbeads B which have flowed together with the cleaning solution (3) by the magnetic force of the permanent magnet disposed between the bipolar connection channel 153 and the release connection channel 154, Is moved from the cleaning solution (3) to the polar solution (4) and flows together with the polar solution (4) along one side wall of the micro bead (B) as shown in FIG.
  • the cleaning solution (3) attached to the microbead (B) during the cleaning process in the cleaning solution (3) can not pass through the polarizing solution (4) due to the polarity difference with the polarizing solution (4)
  • the cleaning solution (3) is completely removed from the microbead (B) moved to the polar solution (4), that is, the cleaning solution (3) is completely removed. Therefore, the heating process which has been performed for the complete removal of the cleaning solution (3) in the conventional extraction process is not required at all.
  • the cleaning solution (3) and the bipolar solution (4) flow through the microchannel 120 while being layered.
  • the bipolar solution (4) Flows out of the microchannel 120 through the wash-off channel 162 connected to the other wall surface and is collected in the wash-down chamber 132.
  • the microbeads B moves from the bipolar solution (4) to the eluting solution (5) and flows together with the eluting solution (5) along one wall surface of the microbead (B) as shown in FIG.
  • the bipolar solution (4) does not pass through the elution solution (5) due to the polarity difference with the elution solution (5), only the microbead (B) moves toward the eluting solution (5) side.
  • the target substance bound to the microbead (B) is separated from the microbead (B), so that the elution process between the microbead (B) and the target material proceeds.
  • the bipolar solution (4) flows through the microchannel 120 while the bipolar solution (4) and the elution solution (5) Flows through the bipolar discharge channel (163) connected to the other wall surface to the outside of the microchannel (120) and collected in the bipolar discharge chamber (133).
  • the eluting solution (5) and the microbeads (B) that have flowed by the magnetic force of the permanent magnet disposed at the rear end side of the first sheath connecting channel (155) The eluting solution (5) is transferred from the eluting solution (5) to the first sheath solution (6).
  • the eluting solution containing the target material (5) is moved to the target collecting chamber 134 through the target collecting channel 164 to enable collection of the target material, and the microbead B are collected and collected in the bead collecting chamber 135 through the bead collecting channel 165 together with the first sheath solution (6).
  • the target material can be extracted through a series of flow processes of the respective solutions in the microfluidic chip, so that complicated processes such as the conventional centrifugation process are not performed.
  • the cleaning solution (3) which may remain in the microbeads (B) during the cleaning process, is flowed between the washing solution (3) and the eluting solution (5) It can be completely removed.
  • FIG. 1 The extraction apparatus 100a according to the second embodiment of the present invention includes a microfluid chip and a bead movement force generation unit 140a as shown in FIG.
  • the microfluidic chip includes a sample channel 121a, a cleaning channel 122a, an elution channel 124a, a bipolar channel 123a and a confluent channel 126a, as shown in FIG.
  • the microfluidic chip according to the present invention may also include a sample chamber 111a, a cleaning chamber 112a, a bipolar chamber 113a, a dissolution chamber 114a, a sheath chamber 115a and a sheath channel 125a. have.
  • the sample solution (1), the cleaning solution (3), and the cleaning solution (3) are introduced into the sample chamber 111a, the cleaning chamber 112a, the bipolar chamber 113a, the elution chamber 114a and the sheath chamber 115a, , The bipolar solution (4), the elution solution (5) and the sheath solution (6).
  • the sample solution (1) contains a plurality of microbeads (B), and the target substance in the sample solution (1) is attached to the microbeads (B) through specific binding. And a description thereof will be omitted.
  • the sample chamber 111a is connected to the sample channel 121a so that the sample solution (1) in the sample chamber 111a flows to the sample channel 121a together with the microbead B.
  • the cleaning chamber 112a is connected to the cleaning channel 122a
  • the bipolar chamber 113a is connected to the bipolar channel 123a
  • the elution chamber 114a is connected to the elution channel 124a
  • the chamber 115a is connected to the sheath channel 125a so that the cleaning solution 3, the polar solution 4, the solution 5 and the sheath solution 6 are connected to the cleaning channel 122a, 123a, the elution channel 124a and the sheath channel 125a.
  • the sample channel 121a, the cleaning channel 122a, the bipolar channel 123a, the elution channel 124a, and the sheath channel 124a are formed in the second embodiment of the present invention, (125a) are sequentially arranged in parallel along the moving force direction of the bead moving force generating section (140a) at the front end in the fluid flow direction in the microfluidic chip.
  • the bead moving force generating section 140a is provided in the form of a permanent magnet and arranged as shown in FIG. 9, the magnetic force acts in the top-down direction in FIG. 9,
  • the sample chamber 111a, the cleaning chamber 112a, the bipolar chamber 113a, the elution chamber 114a When a fluid force, for example, a negative pressure, is applied to the microfluidic chip to flow fluid, the sample chamber 111a, the cleaning chamber 112a, the bipolar chamber 113a, the elution chamber 114a, The sample solution (1), the washing solution (3), the polar solution (4), the eluting solution (5) and the sheath solution (6) in the sheath chamber 115a are supplied to the sample channel 121a, the cleaning channel 122a, And flows toward the confluent channel 126a through the bipolar channel 123a, the elution channel 124a, and the sheath channel 125a.
  • a fluid force for example, a negative pressure
  • the confluent channel 126a joins the sample channel 121a, the cleaning channel 122a, the bipolar channel 123a, the elution channel 124a, and the sheath channel 125a at the rear end side in the fluid flow direction.
  • the communication area 171a between the sample channel 121a and the confluent channel 126a is located at the front end in the fluid flow direction and the communication area 172a of the cleaning channel 122a, The communicating region 173a of the sate channel 123a, and the communicating region 174a of the exiting channel 124a in that order.
  • the fluids passing through the respective communication areas 171a, 172a, 173a, and 174a are not mixed with each other and form a layer as shown in FIG. 9
  • the cleaning solution (3) and the eluting solution (5) on both sides of the bipolar solution (4) are flowed in a definite state due to the polarity difference.
  • the cleaning solution 122 flows into the layer in which the cleaning channel 122a, that is, the cleaning solution 3 flows, by the magnetic force of the permanent magnet 140a, for example, the permanent magnet, and flows together with the cleaning solution?
  • the microbeads (B) flowing together with the cleaning solution (3) are cleaned by the cleaning solution (3) in the flow process.
  • FIG. 11 is a view illustrating the movement of the micro-bead B in the communication area 172a of the cleaning channel 122a, and corresponds to the movement in the other communication area.
  • the microbead B flowing in the bipolar channel 123a together with the bipolar solution 4 flows into the elution channel 124a by the magnetic force when passing through the communicating region 173a of the bipolar channel 123a, , That is, the eluting solution (5) flows into the flowing layer, and flows together with the polar solution (4).
  • the eluting solution (5) flows into the flowing layer, and flows together with the polar solution (4).
  • the eluting solution (5) flows into the flowing layer, and flows together with the polar solution (4).
  • the target material attached to the microbead (B) is separated from the microbead (B) and flows along the eluting solution (5).
  • the microbead B flowing along with the eluting solution 5 in the elution channel 124a is moved by the magnetic force when passing through the communication area 174a of the elution channel 124a,
  • the solution moves to the layer in which the solution flows and flows together with the sheath solution 6 and the target material flows together with the eluting solution 5 while remaining in the eluting solution 5,
  • the beads B can be separated.
  • a target collecting chamber 134a, a bead collecting chamber 135a, and a waste chamber 131aa are formed at the ends of the microfluid chip, that is, at the ends of the merging channel 126a.
  • the target collecting chamber 134a communicates with the layer through which the eluting solution (5) flows at the end of the joining channel (126a), and the eluting solution (5) from which the target material is eluted is collected.
  • the bead collecting chamber 135a communicates with the side through which the sheath solution flows at the end of the merging channel 126a to collect the micro beads B and the sheath solution 6 from which the target material has been eluted.
  • the waste chamber 131a communicates with the sample liquid (1), the washing solution (3) and the layer through which the polar liquid (4) flows at the end of the confluent channel (126a) 3) and the polar solution (4) are collected. 9, it is assumed that the sample solution (1), the washing solution (3), and the bipolar solution (4) are collected into one waste chamber (131a). However, Of course.
  • the permanent magnets are applied to the bead moving force generators 140 and 140a.
  • the micro beads B it is possible to configure the micro beads B to move in one direction by applying ultrasonic waves to the inside of the microfluid chip Of course.
  • the bead moving force generating unit is formed inside the microchannel 120b and moves the microbead B toward one wall surface side of the microchannel 120b by the principle of Deterministic Lateral Displacement And a plurality of micro pillars 140b are provided.
  • 12 shows an example in which the micro beads B move in the upward direction with reference to the illustrated direction and the direction can be determined according to the relation between the arrangement of the micro pillars 140b and the size of the micro beads B Is known as a principle of Deterministic Lateral Displacement, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the extraction apparatus 100c includes a microfluidic chip as shown in Fig.
  • the microfluidic chip may include microchannels 121c, 122c, 123c and 124c, a sample chamber 111c, a cleaning chamber 112c, a release chamber 114c, a bipolar chamber 113c and a sheath chamber 115c have.
  • the sample solution (1) containing the microbeads (B) is accommodated.
  • the target substance in the sample solution (1) is attached to the microbead (B) through specific binding.
  • the washing solution (3) for washing the microbeads (B) is contained in the washing chamber 112c and the eluting solution (5) for dissolving and separating the target material from the microbeads (B) .
  • the bipolar chamber 113c accommodates the irrigation solution (4) which is not mixed with the washing solution (3) and the dissolution solution (5).
  • the bipolar solution (4) corresponds to the above- The description is omitted.
  • the sheath chamber (115) is housed in a sheath solution (6).
  • the microchannels 121c, 122c, 123c and 124c according to the third embodiment of the present invention are arranged such that the first helical channel 121c, the second helical channel 122c, the third helical channel 123c and the fourth helical channel 124c.
  • the first helical channel 121c, the second helical channel 122c, the third helical channel 123c, and the fourth helical channel 124c are each formed in a spiral shape.
  • the first helical channel 121c is connected to the sample chamber 111c and the cleaning chamber 112c at the front end of the channel.
  • the sample chamber 111c and the cleaning chamber 112c are connected to the first spiral channel 121c so as to be able to flow in layers within the first spiral channel 121c, (3) and the sample solution (1) from the inside in the radial direction.
  • the sample solution (1) flows along the radially outer wall surface, and the washing solution (3)
  • the microbeads B in the sample solution 1 flow along the first helical channel 121c in the spiral shape and flow through the inner wall surface of the microvid B in the flow of the fluid in the spiral channel, vortex, and moves to the cleaning solution (3), thereby being washed with the cleaning solution (3) while flowing.
  • the lift force moves the particles radially outward from the center of the first spiral channel 121c
  • the Dean drag force causes the particles to move radially outward from the center of the first spiral channel 121c
  • the lift force and the dean drag force vary depending on the particle size, the flow velocity, the channel size, and the like, and the dean drag force increases with the flow velocity. Therefore, the flow velocity Considering and adjusting the size of the microbead (B), the microbead becomes movable radially inward within the first helical channel (121c).
  • the microchannels 121c, 122c, 123c and 124c may include a sample waste chamber 131c.
  • the sample waste chamber 131c is radially outwardly connected at the downstream side of the flow direction of the first spiral channel 121c to collect the sample solution (1) flowing along the radially outer side in the first spiral channel 121c .
  • the second helical channel 122c is formed in a helical shape as described above.
  • the first helical channel 122a and the second helical channel 122c are formed so as to flow in the order of the polar liquid (4) and the cleaning liquid (3) And is connected to the chamber 113c.
  • the radially inner side of the downstream side of the first helical channel 121c in the flow direction and the radially outer side of the upstream side of the flow direction of the second helical channel 122c are connected to the channel (dashed line in Fig. 2) So that the cleaning solution (3) flowing along the first spiral channel 121c is moved to the second spiral channel 122c.
  • the bipolar chamber 113c is radially inwardly connected to the upstream side of the flow direction of the second helical channel 122c so that the bipolar chamber 114c and the cleaning solution Flows in the order from the inner side in the radial direction.
  • the microbead (B) in the cleaning solution (3) flows along the second helical channel 122c in the helical shape, and as described above, the dean drag force by the Dean vortex (3) to the polar solution (4) due to the polarity difference between the cleaning solution (3) and the polar solution (4) as in the above- The cleaning solution (3) does not remain in the microbead (B) moved to the solution (4).
  • the microchannels 121c, 122c, 123c, and 124c may include a cleaning waste chamber 132c.
  • the cleaning waste chamber 132c is radially outwardly connected at the downstream side of the flow direction of the second spiral channel 122c to collect the cleaning solution (3) flowing along the radially outer side in the second spiral channel 122c .
  • the third spiral channel 123c is formed in a spiral shape as described above so that the elution solution (5) and the bipolar solution (4) flow from the radially inward side into the second spiral channel and the elution chamber Lt; / RTI >
  • the radially inner side of the second spiral channel 122c in the flow direction rear end side and the radially outer side of the front side of the third spiral channel 123c in the flow direction are connected to the channel (one-dot chain line in Fig. 2)
  • the bipolar solution (4), which has been flowing along the second helical channel 122c, is moved to the third helical channel 123c.
  • the elution chamber 114c is radially inwardly connected to the third spiral channel 123c at the front end side in the flow direction so that the elution solution 5 and the anionic solution 4 in the third spiral channel 123c And flows in layers in order from the radially inner side.
  • the microbead (B) in the bipolar solution (4) flows along the third helical channel 123c in the spiral shape and is dean drag force by the Dean vortex as described above, (4) to the washing solution (3).
  • the difference in polarity between the polar solution (4) and the eluting solution (5) as in the above- Only the bead (B) moves to the eluting solution (5).
  • the target material is eluted and separated from the microbead (B).
  • the microchannels 121c, 122c, 123c, and 124c according to the third embodiment of the present invention may include a bipolar discharge chamber 133c.
  • the bipolar discharge chamber 133c is connected to the third spiral channel 123c radially outward at the downstream side of the flow direction and flows in the third spiral channel 123c through the radially inner side, Collected.
  • the fourth helical channel 124c is formed in a spiral shape as described above.
  • the third helical channel 124c is formed in a spiral shape so that the sheath solution (6) and the elution solution (5) 115c.
  • the radially inner side of the downstream side of the third spiral channel 123c in the flow direction and the radially outer side of the upstream side of the flow direction of the fourth helical channel 124c are connected to the channel (dashed line in Fig. 2) And the eluting solution (5) which is connected and flows along the third helical channel 123c moves to the fourth helical channel 124c.
  • the sheath chamber 115c is radially inwardly connected from the upstream side in the flow direction of the fourth helical channel 124c so that the sheath solution (6) and the eluting solution (5) And flows in layers in order from the inside of the direction.
  • the microbead (B) in the eluting solution (5) flows along the fourth helical channel (124c) in the spiral shape and is moved to the Dean drag force by the Dean vortex
  • the target material separated from the microbeads B is transferred to the dissolution solution 5 while remaining in the dissolution solution 5. 5).
  • the microchannels 121c, 122c, 123c, and 124c according to the third embodiment of the present invention include a bead collecting chamber 134c connected to the downstream side of the flow direction of the fourth helical channel 124c, 135c.
  • the bead collecting chamber 134c is connected radially inward at the downstream side of the flow direction of the fourth helical channel 124c to form a sheath solution (6) flowing along the radially inner side in the fourth helical channel 124c, (B) is collected. Then, the target collecting chamber 135c collects the eluting solution (5) flowing radially outward from the fourth helical channel (124c) in a radially outward direction on the downstream side of the flow direction of the fourth helical channel (124c) So that the target substance separated in the eluting solution (5) can be extracted.
  • 100, 100a, 100c extraction device 111, 111a, 111c:
  • 112, 112a, 112c Cleaning chamber 113, 113a, 113c:
  • 114, 114a, 114c elution chamber 115: first sheath chamber
  • Microchannel 121a Sample channel
  • 133, 133c bipolar waste chamber 134, 134a, 134c: target collection chamber
  • 135a and 135c bead collecting chamber 140, 140a: bead moving force generating unit
  • first sheath connection channel 156 second sheath connection channel
  • the present invention can be applied to the fields of separation and purification of cfDNA (cell free DNA), exosomes, CTC (Circulating Tumor Cell) and the like from blood or other body fluids in the medical field.

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Abstract

본 발명은 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치에 관한 것으로, 상기 타겟 물질이 부착된 다수의 마이크로 비드가 유동하는 마이크로 채널과, 상기 마이크로 비드를 세척하기 위한 세척 용액이 수용된 세척 챔버와, 상기 마이크로 비드로부터 상기 타겟 물질을 용출하기 위한 용출 용액이 수용된 용출 챔버와, 상기 세척 용액 및 상기 용출 용액과 섞이지 않는 이극성 용액이 수용된 이극성 챔버를 갖는 마이크로 유체 칩과, 상기 마이크로 비드가 상기 마이크로 채널을 따라 유동할 때 상기 마이크로 채널의 일측 벽면 측으로 이동하도록 이동력을 발생하는 비드 이동력 발생부를 포함하며; 상기 마이크로 비드가 상기 세척 용액과 함께 상기 마이크로 채널을 따라 유동하는 과정에서 상기 이극성 용액이 상기 일측 벽면으로부터 유입되어 상기 세척 용액을 상기 마이크로 채널의 타측 벽면 방향으로 밀어내어 상기 마이크로 비드가 상기 이극성 용액과 함께 유동하고, 상기 마이크로 비드가 상기 이극성 용액과 함께 상기 마이크로 채널을 따라 유동하는 과정에서 상기 용출 용액이 상기 마이크로 채널의 상기 일측 벽면으로부터 유입되어 상기 이극성 용액을 상기 타측 벽면 방향으로 밀어내어 상기 마이크로 비드가 상기 용출 용액과 함께 유동하는 것을 특징으로 한다.

Description

타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치
본 발명은 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원심 분리 방식을 이용하지 않거나 고속의 원심 분리를 적용하지 않으면서도 핵산과 같은 타겟 물질을 추출할 수 있는 추출 장치에 관한 것이다.
의료 분야에 있어서 맞춤 의학을 구현하기 위한 효율적 진단 및 치료방법이 활발하게 개발되고 있는데, 핵산과 같은 타겟 물질의 추출 및 정제 과정은 생명공학, 분자 생물학, 생화학, 진단 검사 의학 등의 검사에서 핵심이 되는 과정이다.
근래에 비침습적인 액체생체검사가 높은 검출 정확도와 조기 발견 표지자로서의 가능성이 입증되어 기존의 조직생검의 실질적인 대안으로 주목받고 있는 가운데, 혈액 또는 기타 체액으로부터 cfDNA(cell free DNA), 엑소좀, CTC (Circulating Tumor Cell) 등의 분리 및 정제 기술의 수요가 늘어나고 있다.
신속하고 정확한 진단을 위한 대표적인 타겟 물질의 전처리 방법의 일 예로 스핀 컬럼(Spin column) 방식의 핵산 추출 과정은, 실리카 재질의 다공막을 포함하는 컬럼에 샘플과 핵산 추출을 위한 버퍼들을 순차적으로 흘려주는 과정을 포함한다. 결과적으로 스핀 컬럼 방식은 핵산을 다공막에 결합시킨 후 세척(Washing) 과정을 거쳐 핵산을 원하는 농도로 농축시켜 추출하는 방법이다. 도 1은 한국등록특허 제10-1495631호에 개시된 컬럼의 예를 도시한 도면이고, 도 2는 스핀 컬럼 방식을 통해 핵산을 추출하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 핵산을 포함하는 샘플을 컬럼에 투입한 후, 원심 분리기에서 원심 분리 과정을 거치게 되면, 샘플 내의 핵산이 다공막에 바인딩(Binding)된다. 그런 다음, 세척 용액을 컬럼에 주입하고 다시 원심 분리기를 통해 원심 분리 과정을 거치게 되면, 다공막에 잔존하는 불순물들이 제거된다. 여기서, 세척 과정은 핵산이나 핵산이 추출된 체액의 유형, 또는 이후의 핵산 처리 과정에 따라 다양한 세척 용액이 사용되거나 복수회 수행될 수 있다.
세척 과정이 완료되면, 다공막에 잔존하는 세척액이 완전히 제거되도록 건조(Drying) 과정을 거치게 되는데, 이 경우에도 일반적으로 원심 분리기를 통한 원심 분리 과정을 거치게 된다.
건조 과정이 완료되면 용출 용액(Elution buffer)을 컬럼에 주입한 후, 다시 원심 분리기를 통해 원심 분리 과정을 거치게 되면, 다공막에 바인딩되어 있던 핵산이 용출 용액과 함께 추출 가능하게 된다.
상기와 같이, 스핀 컬럼 방식을 이용한 핵산 추출의 경우, 대부분의 과정에서 원심 분리 과정을 거쳐야 하는데, 근래에 바인딩 과정이나 세척 과정에서는 음압을 이용하는 방안이 제안되고 있으나, 건조 과정이나 용출 과정, 특히 용출 과정에서 컬럼에 12,000G 이상이 인가되어야 하므로, 이를 음압으로 대체하기는 어려운 실정이다.
이와 같은 원심 분리 과정은 핵산을 추출하는데 있어, 각각의 과정에서 컬럼을 원심 분리기에 거치하고 다시 빼내는 과정을 거쳐야 하기 때문에, 하나의 칩에서 일련의 과정을 통해 핵산을 분리하는 것을 어렵게 하고 있다.
또한, 원심 분리기를 배치할 수 없는 현장 진단에서는 스핀 컬럼 방식을 적용하기 어려울 뿐만 아니라, 현장에서 추출한 샘플을 원심 분리기가 마련된 장소로 이동하는 과정에서 교차 오염의 우려가 있는 문제점이 있다.
또한, 일련의 과정이 사용자가 일일이 수작업으로 수행하여야 하기 때문에, 사용자의 숙련도에 따라 핵산 추출량이나 순도의 반복 정확성에 영향을 받게 된다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 원심 분리 방식을 이용하지 않거나 고속의 원심 분리를 적용하지 않고, 마이크로 유체 칩 내에서 일련의 과정을 통해 핵산과 같은 타겟 물질을 추출할 수 있는 추출 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치에 있어서, 상기 타겟 물질이 부착된 다수의 마이크로 비드가 유동하는 마이크로 채널과, 상기 마이크로 비드를 세척하기 위한 세척 용액이 수용된 세척 챔버와, 상기 마이크로 비드로부터 상기 타겟 물질을 용출하기 위한 용출 용액이 수용된 용출 챔버와, 상기 세척 용액 및 상기 용출 용액과 섞이지 않는 이극성 용액이 수용된 이극성 챔버를 갖는 마이크로 유체 칩과, 상기 마이크로 비드가 상기 마이크로 채널을 따라 유동할 때 상기 마이크로 채널의 일측 벽면 측으로 이동하도록 이동력을 발생하는 비드 이동력 발생부를 포함하며; 상기 마이크로 비드가 상기 세척 용액과 함께 상기 마이크로 채널을 따라 유동하는 과정에서 상기 이극성 용액이 상기 일측 벽면으로부터 유입되어 상기 세척 용액을 상기 마이크로 채널의 타측 벽면 방향으로 밀어내어 상기 마이크로 비드가 상기 이극성 용액과 함께 유동하고, 상기 마이크로 비드가 상기 이극성 용액과 함께 상기 마이크로 채널을 따라 유동하는 과정에서 상기 용출 용액이 상기 마이크로 채널의 상기 일측 벽면으로부터 유입되어 상기 이극성 용액을 상기 타측 벽면 방향으로 밀어내어 상기 마이크로 비드가 상기 용출 용액과 함께 유동하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 마이크로 유체 칩은 제1 쉬스 용액이 수용되는 제1 쉬스 챔버와, 상기 마이크로 채널의 후단 측에서 상기 마이크로 채널과 상기 제1 쉬스 챔버를 연결하되 상기 마이크로 채널의 상기 일측 벽면에 연결되는 제1 쉬스 연결 채널과, 타겟 수집 챔버와, 상기 제1 쉬스 연결 채널의 후단에서 상기 마이크로 채널과 상기 타겟 수집 챔버를 연결하되 상기 마이크로 채널의 상기 타측 벽면에 연결되는 타겟 수집 채널을 더 포함하며; 상기 마이크로 비드가 상기 용출 용액과 함께 상기 마이크로 채널을 따라 유동하는 과정에서 상기 제1 쉬스 용액이 상기 제1 쉬스 연결 채널을 통해 유동하여 상기 마이크로 채널의 상기 일측 벽면으로 유입되고; 상기 용출 용액과 상기 제1 쉬스 용액 간의 층류 유동의 의해 상기 마이크로 비드가 상기 마이크로 채널의 상기 일측 벽면을 따라 상기 제1 쉬스 용액과 함께 유동하며; 상기 용출 용액과 상기 제1 쉬스 용액 간의 층류 유동의 의해 상기 마이크로 채널의 상기 타측 벽면을 따라 유동하는 상기 용출 용액이 상기 타겟 수집 채널을 통해 상기 타겟 수집 챔버로 유동할 수 있다.
그리고, 상기 마이크로 유체 칩은 상기 이극성 챔버와 상기 마이크로 채널을 연결하여 상기 이극성 챔버 내의 상기 이극성 용액이 상기 마이크로 채널로 유입되는 이극성 연결 채널과, 상기 용출 챔버와 상기 마이크로 채널을 연결하여 상기 용출 챔버 내의 상기 용출 용액이 상기 마이크로 채널로 유입되는 용출 연결 채널을 더 포함하며; 상기 이극성 연결 채널 및 상기 용출 연결 채널은 상기 마이크로 채널에 상기 마이크로 비드의 유동 방향을 따라 순차적으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 이극성 연결 채널, 상기 용출 연결 채널 및 상기 제1 쉬스 연결 채널은 상기 마이크로 채널에 상기 마이크로 비드의 유동 방향으로 일정 각도로 연결되어 상기 이극성 용액, 상기 용출 용액 및 상기 제1 쉬스 용액이 상기 마이크로 비드의 유동 방향으로 비스듬하게 유입될 수 있다.
그리고, 상기 마이크로 유체 칩은 세척 폐기 챔버와; 상기 이극성 연결 채널과 상기 용출 연결 채널 사이에서 상기 세척 폐기 챔버와 상기 마이크로 채널을 연결하되, 상기 마이크로 채널의 상기 타측 벽면에 연결되어, 상기 이극성 용매에 의해 상기 마이크로 채널의 타측 벽면 방향으로 밀려 유동하는 상기 세척 용액이 상기 세척 폐기 챔버로 유동하게 하는 세척 폐기 채널과; 이극성 폐기 챔버와; 상기 용출 연결 채널과 상기 제1 쉬스 연결 채널 사이에서 상기 이극성 폐기 챔버와 상기 마이크로 채널을 연결하되, 상기 마이크로 채널의 상기 타측 벽면에 연결되어, 상기 용출 용매에 의해 상기 마이크로 채널의 타측 벽면 방향으로 밀려 유동하는 상기 이극성 용액이 상기 이극성 폐기 챔버로 유동하게 하는 이극성 폐기 채널을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 마이크로 유체 칩은 상기 타겟 물질이 부착된 상기 마이크로 비드가 포함된 샘플 용액이 수용되는 샘플 챔버와, 상기 이극성 연결 채널의 전단에서 상기 샘플 챔버와 상기 마이크로 채널을 연결하되 상기 마이크로 채널의 상기 타측 벽면에 연결되어 상기 샘플 챔버 내의 상기 샘플 용액이 상기 마이크로 채널로 유동하게 하는 샘플 연결 채널을 더 포함하고; 상기 세척 챔버는 상기 마이크로 채널의 유동 방향 반대측 끝단에 연결되고; 상기 마이크로 비드는 상기 샘플 용액과 함께 상기 샘플 연결 채널을 통해 상기 마이크로 채널로 유입되고; 상기 세척 챔버로 부터 상기 마이크로 채널을 따라 유동하는 상기 세척 용액은 상기 마이크로 채널의 상기 타측 벽면으로부터 유입되는 상기 세척 용액과의 층류 유동에 의해 상기 마이크로 채널의 상기 일측 벽면을 따라 유동하며; 상기 샘플 용액과 함께 상기 마이크로 비드는 상기 비드 이동력 발생부에 의한 이동력에 의해 상기 샘플 용역에서 상기 세척 용액 방향으로 이동할 수 있다.
그리고, 상기 마이크로 유체 칩은 제2 쉬스 용액이 수용되는 제2 쉬스 챔버와, 상기 샘플 연결 채널의 후단에서 상기 제2 쉬스 챔버와 상기 마이크로 채널을 연결하되 상기 마이크로 채널의 상기 타측 벽면에 연결되는 제2 쉬스 연결 채널을 더 포함하며; 상기 제2 쉬스 연결 채널로부터 상기 마이크로 채널로 유입되는 상기 제2 쉬스 용액은 층류 유동에 의해 상기 샘플 용액을 상기 일측 벽면 방향으로 밀어 상기 제2 쉬스 용액, 상기 샘플 용액 및 상기 세척 용액이 층류를 형성하며 유동할 수 있다.
그리고, 상기 마이크로 유체 칩은 샘플 폐기 챔버와; 상기 제2 쉬스 연결 채널과 상기 이극성 연결 채널 사이에서 상기 샘플 폐기 챔버와 상기 마이크로 채널을 연결하되 상기 마이크로 채널의 상기 타측 벽면에 연결되어, 상기 마이크로 채널의 타측 벽면 측에서 유동하는 상기 샘플 용액과 상기 제2 쉬스 용액을 상기 샘플 폐기 챔버로 유동하게 하는 샘플 폐기 채널을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 실시 형태에 따라, 상기 타겟 물질이 부착된 복수의 마이크로 비드가 포함된 샘플 용액이 유동하는 샘플 채널과, 상기 마이크로 비드를 세척하기 위한 세척 용액이 유동하는 세척 채널과, 상기 마이크로 비드로부터 상기 타겟 물질을 용출하기 위한 용출 용액이 유동하는 용출 채널과, 상기 세척 용액 및 상기 용출 용액과 섞이지 않는 극성을 갖는 이극성 용액이 유동하는 이극성 채널과, 상기 샘플 채널, 상기 세척 채널, 상기 이극성 채널 및 상기 용출 채널과 유동 방향에서 연통되는 합류 채널을 포함하는 마이크로 유체 칩과, 상기 마이크로 비드를 이동시키기 위한 이동력을 발생하는 비드 이동력 발생부를 포함하고; 상기 샘플 채널, 상기 세척 채널, 상기 이극성 채널 및 상기 용출 채널은 상기 마이크로 유체 칩의 유체 유동 방향의 전단에서 상기 비드 이동력 발생부의 이동력 방향을 따라 순차적으로 병렬로 배치되고; 상기 샘플 채널, 상기 세척 채널, 상기 이극성 채널 및 상기 용출 채널이 각각 상기 합류 채널과 연통되는 연통 영역은 상기 유체 유동 방향을 따라 일정 거리를 두고 단계적으로 형성되고; 상기 합류 채널 내에서 상기 세척 용액, 상기 이극성 용액 및 상기 용출 용액은 극성 차이로 인해 섞이지 않은 상태로 층을 이루어 유동하며; 상기 샘플 채널을 통해 상기 샘플 용액과 함께 유동하는 상기 마이크로 비드는 상기 비드 이동력 발생부의 이동력에 의해 각각의 상기 연통 영역에서 단계적으로 상기 세척 용액, 상기 이극성 용액 및 상기 용출 용액으로 이동하여 상기 세척 용액, 상기 이극성 용액 및 상기 용출 용액 각각과 함께 유동하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치에 의해서도 달성된다.
여기서, 상기 마이크로 유체 칩은 쉬스 용액이 유동하며 상기 용출 채널을 사이에 두고 상기 이극성 채널의 반대측에 배치되는 쉬스 채널을 더 포함하며; 상기 쉬스 채널이 상기 합류 채널과 연통되는 연통 영역은 상기 용출 채널이 상기 합류 채널과 연통하는 연통 영역의 상기 유체 유동 방향 후단에 위치하여, 상기 용출 용액과 함께 유동하면서 상기 타겟 물질이 용출된 상기 마이크로 비드가 상기 쉬스 채널이 상기 합류 채널과 연통되는 연통 영역에서 상기 비드 이동력 발생부의 이동력에 의해 상기 쉬스 용액으로 이동할 수 있다.
또한, 상기 마이크로 유체 칩은 상기 합류 채널의 끝단에 상기 용출 용액이 유동하는 층과 연통되어 상기 타겟 물질을 용출한 상기 용출 용액이 수집되는 타겟 수집 챔버와, 상기 합류 채널의 끝단에 상기 쉬스 용액이 유동하는 층과 연통되어 상기 타겟 물질이 용출된 상기 마이크로 비드와 상기 쉬스 용액이 수집되는 비드 수집 챔버와, 상기 합류 채널의 끝단에 상기 샘플 용액, 상기 세척 용액 및 상기 이극성 용액이 유동하는 층과 연통되어 상기 샘플 용액, 상기 세척 용액 및 상기 이극성 용액이 수집되는 폐기 챔버를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 마이크로 비드는 자성을 갖거나 자화 가능한 재질로 마련되며; 상기 비드 이동력 발생부는 자력에 의해 상기 마이크로 비드를 상기 마이크로 채널의 상기 일측 벽면 측으로 이동시키는 영구 자석을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 비드 이동력 발생부는 초음파에 의해 상기 마이크로 비드를 상기 마이크로 채널의 상기 일측 벽면 측으로 이동시키는 초음파 발생부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 비드 이동력 발생부는 상기 마이크로 채널 내부에 형성되어 측방 방향 변위(Deterministic Lateral Displacement) 원리에 의해 상기 마이크로 비드가 상기 마이크로 채널의 상기 일측 벽면 측으로 이동하게 하는 복수의 마이크로 기둥을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 마이크로 비드가 상기 세척 용액으로부터 상기 이극성 용매로 이동하거나 상기 이극성 용매로부터 상기 용출 용매로 이동할 때 용매 간의 극성 차이로 인해 어느 일측의 용매가 타측의 용매로의 이동이 차단될 수 있다.
한편, 상기 목적은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따라, 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치에 있어서, 상기 타겟 물질이 부착된 다수의 마이크로 비드가 유동하는 마이크로 채널과, 상기 마이크로 비드가 포함된 샘플 용액이 수용된 샘플 챔버와, 상기 마이크로 비드를 세척하기 위한 세척 용액이 수용된 세척 챔버와, 상기 마이크로 비드로부터 상기 타겟 물질을 용출하기 위한 용출 용액이 수용된 용출 챔버와, 상기 세척 용액 및 상기 용출 용액과 섞이지 않는 이극성 용액이 수용된 이극성 챔버와, 쉬스 용액이 수용된 쉬스 챔버를 갖는 마이크로 유체 칩을 포함하며; 상기 마이크로 채널은 나선형으로 형성되고, 반경 방향 내측으로부터 상기 세척 용액과 상기 샘플 용액이 층을 이루어 유동하도록 상기 세척 챔버 및 상기 샘플 챔버와 연결되는 제1 나선형 채널과, 나선형으로 형성되고, 반경 방향 내측으로부터 상기 이극성 용액과 상기 세척 용액이 층을 이루어 유동하도록 상기 제1 나선형 채널 및 상기 이극성 챔버와 연결되는 제2 나선형 채널과, 나선형으로 형성되고, 반경 방향 내측으로부터 상기 용출 용액과 상기 이극성 용액이 층을 이루어 유동하도록 상기 제2 나선형 채널 및 상기 용출 챔버와 연결되는 제3 나선형 채널과, 나선형으로 형성되고, 반경 방향 내측으로부터 상기 쉬스 용액과 상기 이극성 용액이 층을 이루어 유동하도록 상기 제3 나선형 채널 및 상기 쉬스 챔버와 연결되는 제4 나선형 채널을 포함하며; 상기 마이크로 비드는 상기 제1 나선형 채널, 상기 제2 나선형 채널, 상기 제3 나선형 채널 및 상기 제4 나선형 채널 내의 유체의 유동 과정에서 발생하는 딘 와류(Dean vortex)에 의한 딘 항력(Dean drag force)에 의해 반경 방향 내측으로 이동하면서 유체를 따라 유동하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 마이크로 비드는 상기 제1 나선형 채널 내에서 상기 딘 항력(Dean drag force)에 의해 상기 샘플 용액에서 상기 세척 용액으로 이동하여 상기 세척 용액과 함께 유동하고, 상기 제2 나선형 채널 내에서 상기 딘 항력(Dean drag force)에 의해 상기 세척 용액에서 상기 이극성 용액으로 이동하여 상기 이극성 용액과 함께 유동하고, 상기 제3 나선형 채널 내에서 상기 딘 항력(Dean drag force)에 의해 상기 이극성 용액에서 상기 용출 용액으로 이동하여 상기 용출 용액과 함께 유동하며, 상기 제3 나선형 채널 내에서 상기 딘 항력(Dean drag force)에 의해 상기 용출 용액에서 상기 쉬스 용액으로 이동하여 상기 쉬스 용액과 함께 유동할 수 있다.
또한, 상기 마이크로 유체 칩은 상기 제1 나선형 채널의 유동 방향 후단 측에서 반경 방향 외측으로 연결되어 상기 제1 나선형 채널 내에서 반경 방향 외측을 따라 유동하는 상기 샘플 용액이 수집되는 샘플 폐기 챔버와, 상기 제2 나선형 채널의 유동 방향 후단 측에서 반경 방향 외측으로 연결되어 상기 제2 나선형 채널 내에서 반경 방향 외측을 따라 유동하는 상기 세척 용액이 수집되는 세척 폐기 챔버와, 상기 제3 나선형 채널의 유동 방향 후단 측에서 반경 방향 외측으로 연결되어 상기 제3 나선형 채널 내에서 반경 방향 외측을 따라 유동하는 상기 이극성 용액이 수집되는 이극성 폐기 챔버와, 상기 제4 나선형 채널의 유동 방향 후단 측에서 반경 방향 내측으로 연결되어 상기 제4 나선형 채널 내에서 반경 방향 내측을 따라 유동하는 상기 쉬스 용액 및 상기 마이크로 비드가 수집되는 비드 수집 챔버와, 상기 제4 나선형 채널의 유동 방향 후단 측에서 반경 방향 외측으로 연결되어 상기 제4 나선형 채널 내에서 반경 방향 외측을 따라 유동하는 상기 용출 용액이 수집되는 타겟 수집 챔버를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따라, 본 발명에 따르면, 원심 분리 방식을 이용하지 않거나 고속의 원심 분리를 적용하지 않고, 마이크로 유체 칩 내에서 일련의 과정을 통해 핵산과 같은 타겟 물질을 추출할 수 있는 추출 장치가 제공된다.
도 1은 한국등록특허 제10-1495631호에 개시된 컬럼의 예를 도시한 도면이고,
도 2는 기존의 스핀 컬럼 방식을 통해 핵산을 추출하는 과정을 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치의 구성을 나타낸 도면이고,
도 4 내지 도 8은 도 3의 A 내지 E 영역을 확대한 도면이고,
도 9 및 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치의 구성을 나타낸 도면이고,
도 11은 도 9의 F 영역을 확대한 도면이다.
본 발명에 따른 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치는 상기 타겟 물질이 부착된 다수의 마이크로 비드가 유동하는 마이크로 채널과, 상기 마이크로 비드를 세척하기 위한 세척 용액이 수용된 세척 챔버와, 상기 마이크로 비드로부터 상기 타겟 물질을 용출하기 위한 용출 용액이 수용된 용출 챔버와, 상기 세척 용액 및 상기 용출 용액과 섞이지 않는 이극성 용액이 수용된 이극성 챔버를 갖는 마이크로 유체 칩과, 상기 마이크로 비드가 상기 마이크로 채널을 따라 유동할 때 상기 마이크로 채널의 일측 벽면 측으로 이동하도록 이동력을 발생하는 비드 이동력 발생부를 포함하며; 상기 마이크로 비드가 상기 세척 용액과 함께 상기 마이크로 채널을 따라 유동하는 과정에서 상기 이극성 용액이 상기 일측 벽면으로부터 유입되어 상기 세척 용액을 상기 마이크로 채널의 타측 벽면 방향으로 밀어내어 상기 마이크로 비드가 상기 이극성 용액과 함께 유동하고, 상기 마이크로 비드가 상기 이극성 용액과 함께 상기 마이크로 채널을 따라 유동하는 과정에서 상기 용출 용액이 상기 마이크로 채널의 상기 일측 벽면으로부터 유입되어 상기 이극성 용액을 상기 타측 벽면 방향으로 밀어내어 상기 마이크로 비드가 상기 용출 용액과 함께 유동하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치에 의해서 달성된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치(100)의 구성을 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 추출 장치(100)는 마이크로 유체 칩과 비드 이동력 발생부(140)를 포함한다.
마이크로 유체 칩은 마이크로 채널(120), 세척 챔버(112), 용출 챔버(114) 및 이극성 챔버(113)를 포함할 수 있다. 또한, 마이크로 유체 칩은 제1 쉬스(Sheath) 챔버, 타겟 수집 챔버(134), 비드 수집 챔버(135), 제2 쉬스 챔버(116), 샘플 폐기 챔버(131), 세척 폐기 챔버(132), 이극성 폐기 챔버(133)를 포함할 수 있다.
샘플 챔버(111)에는 샘플 용액(①)과 복수의 마이크로 비드(B)가 수용된다. 여기서, 샘플 용액(①)은 추출 대상인 타겟 물질을 포함하여 구성되는데, 타겟 물질은 마이크로 비드(B)에 특이적 결합을 통해 부착된 상태로 마이크로 비드(B)와 함께 유동하게 된다.
여기서, 타겟 물질은 DNA 및 RNA를 포함하는 핵산, CTC(Circulating Tumor Cell)를 포함하는 세포, 엑소좀(Exosome)를 포함하는 세포외 소포체(Extracellular vesicles), 단백질 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 타겟 물질이 핵산인 경우, 마이크로 비드(B)는 전체가 실리카 재질로 형성되거나 표면이 실리카 재질로 코팅되어 형성될 수 있다. 그리고, 타겟 물질이 CTC(Circulating Tumor Cell)를 포함하는 세포, 엑소좀(Exosome)를 포함하는 세포외 소포체(Extracellular vesicles), 단백질 중 어느 하나를 포함하는 경우, 마이크로 비드(B)는 타겟 물질과 특이적 결합이 가능한 작용기가 표면에 형성된 형태를 가질 수 있다.
세척 챔버(112)에는 마이크로 비드(B)를 세척하기 위한 세척 용액(③)이 수용된다. 세척 용액(③)은 통상 사용되는 PBS(Phosphate-buffered saline) 용액이 사용될 수 있는데, 본 발명에서는 이극성 용매의 극성이 다른 용액이 세척 용액(③)으로 적용되는 것을 예로 한다.
여기서, 세척 챔버(112)는 세척 연결 채널(152)에 의해 마이크로 채널(120)과 연결되는데, 도 3에서는 세척 연결 채널(152)이 마이크로 채널(120)의 연장선상에 형성되는 것을 예로 하고 있으나, 후술할 이극성 연결 채널(153)과 같이 유체의 유동 방향으로 일정 각도로 연결되어 세척 용액(③)이 마이크로 비드(B)의 유동 방향으로 비스듬하게 마이크로 채널(120)에 유입되도록 형성될 수 있다.
이극성 챔버(113)에는 상술한 바와 같이, 세척 용액(③) 및 용출 용액(⑤)과 섞이지 않은 이극성 용액(④)이 수용된다. 본 발명에서는 세척 용액(③) 및 용출 용액(⑤)이 극성을 갖는 용액이 사용되는 것을 예로 하는 바, 미네랄 오일 또는 실리콘 오일과 같은 무극성 용액이 이극성 용액(④)으로 적용되는 것을 예로 한다.
여기서, 이극성 챔버(113)는 이극성 연결 채널(153)에 의해 마이크로 채널(120)과 연결되어, 내부의 이극성 용액(④)이 이극성 연결 채널(153)을 통해 마이크로 채널(120)로 유입된다. 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 이극성 연결 채널(153)이 마이크로 채널(120)에 마이크로 비드(B)의 유동 방향, 즉 유체의 유동 방향으로 일정 각도로 연결되어 이극성 용액(④)이 마이크로 비드(B)의 유동 방향으로 비스듬하게 마이므로 채널에 유입될 수 있다.
용출 챔버(114)에는 마이크로 비드(B)로부터 타겟 물질을 용출하기 위한 용출 용액(⑤)이 저장된다. 본 발명에서는 용출 용액(⑤)으로 극성의 증류수 또는 핵산 추출용 용출 버퍼가 적용될 수 있는데, 세척 용액(③)과 마찬가지로 이극성 용매와 섞이지 않은 극성 용액이 적용되는 것을 예로 한다.
여기서, 용출 챔버(114)는 용출 연결 채널(154)에 의해 마이크로 채널(120)과 연결되어, 내부의 용출 용액(⑤)이 용출 연결 채널(154)을 통해 마이크로 채널(120)로 유입된다. 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 용출 연결 채널(154)이 마이크로 채널(120)에 마이크로 비드(B)의 유동 방향, 즉 유체의 유동 방향으로 일정 각도로 연결되어 용출 용액(⑤)이 마이크로 비드(B)의 유동 방향으로 비스듬하게 마이크로 채널(120)에 유입될 수 있다.
상기와 같이 세척 연결 채널(152), 이극성 연결 채널(153), 용출 연결 채널(154)이 유체의 유동 방향, 즉 마이크로 비드(B)의 유동 방향을 따라 순차적으로 배치되어, 세척 용액(③), 이극성 용액(④) 그리고 용출 용액(⑤)이 마이크로 채널(120)에 순차적으로 유입된다.
비드 이동력 발생부(140)는 마이크로 비드(B)가 마이크로 채널(120)을 따라 유동할 때, 마이크로 비드(B)가 마이크로 채널(120)의 일측 벽면 측으로 이동하게 하는 이동력을 발생한다. 본 발명의 일 예에서는 마이크로 비드(B)가 자성을 갖거나 자화 가능한 재질로 마련되고 그 표현에 상술한 바와 같이 실리카 재질로 코팅한 형태를 갖는 경우, 비드 이동력 발생부(140)가, 도 2에 도시된 바와 같이 영구 자석 형태로 마련되는 것을 예로 한다. 본 발명에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 비드 이동력 발생부(140)가 세척 챔버(112), 이극성 챔버(113), 용출 챔버(114), 제1 쉬스 챔버(115) 사이사이에 각각 설치되는 것을 예로 하고 있으나, 그 설치 위치가 이에 국한되지 않음은 물론이다. 이와 같이, 영구 자석을 배치하게 되면, 마이크로 채널(120)을 따라 유동하는 마이크로 비드(B)는 영구 자석이 배치된 마이크로 채널(120)의 일측 벽면으로 끌려 일측 벽면을 따라 각각의 용액과 함께 유동하게 된다.
여기서, 상기의 세척 연결 채널(152), 이극성 연결 채널(153) 및 용출 연결 채널(154)은 마이크로 비드(B)가 비드 이동력 발생부(140)에 의해 이동하는 방향 측, 즉 마이크로 비드(B)의 일측 벽면에 연결되어 각각 세척 용액(③), 이극성 용액(④) 그리고 용출 용액(⑤)을 마이크로 채널(120)의 일측 벽면으로 유입시키게 되는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
제1 쉬스 챔버(115)에는 제1 쉬스 용액(⑥)이 수용된다. 제1 쉬스 용액(⑥)은 용출 용액(⑤)과 마이크로 비드(B)를 분리하는데 적용되는데 이에 대한 상세한 설명은 후술한다. 여기서, 제1 쉬스 챔버(115)는 제1 쉬스 연결 채널(155)에 의해 마이크로 채널(120)과 연결되는데, 제1 쉬스 연결 채널(155)은 마이크로 채널(120)의 후단 측에서 마이크로 채널(120)과 제1 쉬스 챔버(115)를 연결한다. 이 때, 제1 쉬스 연결 채널(155)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 마이크로 채널(120)의 일측 벽면에 연결되어 제1 쉬스 용액(⑥)이 마이크로 채널(120)의 일측 벽면으로 유입되도록 한다.
타겟 수집 챔버(134)는 제1 쉬스 연결 채널(155)의 후단에서 타겟 수집 채널(164)에 의해 마이크로 채널(120)과 연결된다. 즉, 타겟 수집 채널(164)은 제1 쉬스 연결 채널(155)의 후단에서 마이크로 채널(120)과 타겟 수집 챔버(134)를 연결하는데, 마이크로 채널(120)의 타측 벽면, 즉 이극영 연결 채널, 용출 연결 채널(154)이나 제1 쉬스 연결 채널(155)의 반대측에서 마이크로 채널(120)과 타겟 수집 챔버(134)를 연결한다. 여기서, 타겟 수집 챔버(134)로는 마이크로 비드(B)로부터 용출된 타겟 물질이 포함된 용출 용액(⑤)이 유동하여 결과적으로 타겟 물질이 수집된다.
그리고, 비드 수집 챔버(135)는 마이크로 채널(120)의 끝단에서 비드 수집 채널(165)에 의해 마이크로 채널(120)과 연결되는데, 비드 수집 챔버(135)로는 용출 용액(⑤)에서 타겟 물질이 이탈된 마이크로 비드(B)가 제1 쉬스 용액(⑥)으로 이동하여 제1 쉬스 용액(⑥)과 함께 수집된다.
본 발명에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 타겟 수집 채널(164)이 마이크로 비드(B)의 타측 벽면에 연결되고, 비드 수집 채널(165)이 마이크로 채널(120)의 말단에서 마이크로 채널(120)의 연장선상으로 연결되는 것을 예로 하고 있다. 이외에도, 타겟 수집 채널(164)과 비드 수집 채널(165)은 마이크로 채널(120)로부터 일정 각도로 분기되는 형태, 즉 Y자 형태로 형성되거나, 타겟 수집 채널(164)이 마이크로 채널(120)의 연장선상에 형성되고, 비드 수집 채널(165)이 마이크로 채널(120)의 일측 벽면에 일정 각도로 연결되도록 형성될 수 있는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
제2 쉬스 챔버(116)에는 제2 쉬스 용액(②)이 수용된 상태로 제2 쉬스 연결 채널(156)에 의해 마이크로 채널(120)과 연결된다. 제2 쉬스 연결 채널(156)은 샘플 연결 채널(151)의 후단에서 제2 쉬스 챔버(116)와 마이크로 채널(120)을 연결하는데, 마이크로 채널(120)의 타측 벽면에 연결되어 제2 쉬스 용액(②)이 마이크로 채널(120)의 타측 벽면으로부터 마이크로 채널(120)로 유입되게 한다.
샘플 폐기 챔버(131)는 샘플 폐기 채널(161)에 의해 마이크로 채널(120)과 연결된다. 샘플 폐기 채널(161)은 제2 쉬스 연결 채널(156)과 이극성 연결 채널(153)의 사이에서 이극성 연결 채널(153)의 전단에서 샘플 폐기 챔버(131)와 마이크로 채널(120)을 연결한다. 여기서, 샘플 폐기 채널(161)은 마이크로 채널(120)의 타측 벽면에 연결되어 마이크로 채널(120)의 타측 벽면 측에서 유동하는 샘플 용액(①)과 제2 쉬스 용액(②)이 샘플 폐기 채널(161)로 유동하게 하는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
세척 폐기 챔버(132)는 세척 폐기 채널(162)을 통해 마이크로 채널(120)에 연결된다. 세척 폐기 채널(162)은 이극성 연결 채널(153)과 용출 연결 채널(154)의 사이에서 용출 연결 채널(154)의 전단에서 마이크로 채널(120)과 세척 폐기 챔버(132)를 연결한다. 여기서, 세척 폐기 채널(162)은 마이크로 채널(120)의 타측 벽면에 연결되어 마이크로 채널(120)의 타측 벽면 측으로 유동하는 세척 용액(③)이 세척 폐기 채널(162)로 유동하게 하는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
이극성 폐기 챔버(133)는 이극성 폐기 채널(163)을 통해 마이크로 채널(120)에 연결된다. 이극성 폐기 채널(163)은 용출 연결 채널(154)과 제1 쉬스 연결 채널(155)의 사이에서 제1 쉬스 연결 채널(155)의 전단에서 마이크로 채널(120)과 이극성 폐기 챔버(133)를 연결한다. 여기서, 이극성 폐기 채널(163)은 마이크로 채널(120)의 타측 벽면에 연결되어 마이크로 채널(120)의 타측 벽면 측으로 유동하는 이극성 용액(④)이 이극성 폐기 채널(163)로 유동하게 하는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
상기와 같은 구성에 따라 본 발명에 따른 추출 장치(100)가 일연의 유체 유동 과정을 통해 샘플 용액(①) 내의 타겟 물질이 추출되는 과정에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 도시되지 않은 유체 구동 장치, 예를 들어 시린지 펌프와 같은 음압 발생 장치에 의해 마이크로 유체 칩에 음압이 인가되면, 샘플 챔버(111), 세척 챔버(112) 및 제2 쉬스 챔버(116) 내의 샘플 용액(①), 세척 용액(③), 제2 쉬스 용액(②)이 각각 샘플 연결 채널(151), 세척 연결 채널(152) 및 제2 쉬스 연결 채널(156)을 통해 마이크로 채널(120)로 유입된다. 이 때, 도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로 채널(120)을 유동하는 세척 용액(③)에 샘플 용액(①) 및 제2 쉬스 용액(②)이 마이크로 채널(120)의 타측 벽면으로부터 순차적으로 유입되는데, 이 때 마이크로 채널(120)의 타측 벽면으로부터 제2 쉬스 용액(②), 샘플 용액(①) 및 세척 용액(③)이 층류 유동에 의해 층을 이루면서 마이크로 채널(120)을 유동하게 된다. 즉 마이크로 사이즈의 마이크로 채널(120) 내에서는 서로 다른 유체가 섞이지 않고 층을 이루면서 층류 유동을 하게 되어, 마이크로 채널(120)의 타측 벽면으로부터 유입되는 샘플 용액(①)이 세척 용액(③)을 마이크로 채널(120)의 일측 벽면 측으로 밀어내는 형태로 층을 이루어 유동하게 되고, 마찬가지로 제2 쉬스 용액(②)이 샘플 용액(①)을 밀어내는 형태로 층을 이루어 유동하게 된다.
여기서, 비드 이동력 발생부(140)의 이동력, 예컨대 상술한 바와 같이 영구 자석에 의한 자력에 의해 샘플 용액(①)과 함께 유동하는 마이크로 비드(B)는 마이크로 채널(120)이 일측 벽면 측으로 이동하게 되어 결과적으로 마이크로 채널(120)의 일측 벽면을 따라 유동하는 세척 용액(③)과 함께 유동하게 된다. 이에 따라, 마이크로 비드(B)는 세척 용액(③)과 함께 유동하는 동안 세척 과정을 거치게 된다.
상기와 같은 유동 과정에서 샘플 용액(①)과 제2 쉬스 용액(②)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 마이크로 채널(120)의 타측 벽면에 연결된 샘플 폐기 채널(161)을 통해 마이크로 채널(120) 외부로 유동하여 샘플 폐기 챔버(131)에 수집된다.
그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 샘플 폐기 채널(161)의 후단에서 마이크로 채널(120)의 일측 벽면에 연결된 이극성 연결 채널(153)을 통해 이극성 용액(④)이 유입되면, 세척 용액(③)과 이극성 용액(④) 간의 극성 차이로 인해 이극성 용액(④)이 세척 용액(③)을 마이크로 채널(120)의 타측 벽면 측으로 밀어내어 세척 용액(③)과 이극성 용액(④)이 층을 이루면서 유동하게 된다.
이 때, 도 3에 도시된 바와 같이, 이극성 연결 채널(153)과 용출 연결 채널(154) 사이에 배치된 영구 자석에 의한 자력에 의해 세척 용액(③)과 함께 유동하던 마이크로 비드(B)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 세척 용액(③)에서 이극성 용액(④)으로 이동하여 마이크로 비드(B)의 일측 벽면을 따라 이극성 용액(④)과 함께 유동하게 된다. 여기서, 세척 용액(③)에서의 세척 과정에서 마이크로 비드(B)에 붙어 있던 세척 용액(③)은 이극성 용액(④)과의 극성 차이로 인해 이극성 용액(④)을 통과하지 못하게 되어, 이극성 용액(④)으로 이동한 마이크로 비드(B)에는 세척 용액(③)이 전혀 잔존하지 않은 상태, 즉 세척 용액(③)이 완전히 제거된 상태가 된다. 따라서, 종래의 추출 과정에서 세척 용액(③)의 완전한 제거를 위해 수행되었던 가열 과정이 전혀 필요하지 않게 된다.
상기와 같이, 세척 용액(③)과 이극성 용액(④)이 층을 이루면서 마이크로 채널(120)을 유동하다가, 도 6에 도시된 바와 같이, 이극성 용액(④)은 마이크로 채널(120)의 타측 벽면에 연결된 세척 폐기 채널(162)을 통해 마이크로 채널(120) 외부로 유동하여 세척 폐기 챔버(132)에 수집된다.
그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 세척 폐기 채널(162)의 후단에서 마이크로 채널(120)의 일측 벽면에 연결된 용출 연결 채널(154)을 통해 용출 용액(⑤)이 유입되면, 이극성 용액(④)과 용출 용액(⑤) 간의 극성 차이로 인해 용출 용액(⑤)이 이극성 용액(④)을 마이크로 채널(120)의 타측 벽면 측으로 밀어내어 이극성 용액(④)과 용출 용액(⑤)이 층을 이루면서 유동하게 된다.
이 때, 도 3에 도시된 바와 같이, 용출 연결 채널(154)과 제1 쉬스 연결 채널(155) 사이에 배치된 영구 자석에 의한 자력에 의해 이극성 용액(④)과 함께 유동하던 마이크로 비드(B)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 이극성 용액(④)에서 용출 용액(⑤)으로 이동하여 마이크로 비드(B)의 일측 벽면을 따라 용출 용액(⑤)과 함께 유동하게 된다. 여기서, 이극성 용액(④)은 용출 용액(⑤)과의 극성 차이로 인해 용출 용액(⑤)을 통과하지 못하므로, 마이크로 비드(B) 만이 용출 용액(⑤) 측으로 이동하게 된다.
그리고, 용출 용액(⑤)과 함께 유동하는 과정에서, 마이크로 비드(B)에 결합되어 있던 타켓 물질은 마이크로 비드(B)로부터 이탈됨으로써, 마이크로 비드(B)와 타겟 물질 간의 용출 과정이 진행된다.
상기와 같이, 이극성 용액(④)과 용출 용액(⑤)이 층을 이루면서 마이크로 채널(120)을 유동하다가, 도 7에 도시된 바와 같이, 이극성 용액(④)은 마이크로 채널(120)의 타측 벽면에 연결된 이극성 폐기 채널(163)을 통해 마이크로 채널(120) 외부로 유동하여 이극성 폐기 챔버(133)에 수집된다.
그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 이극성 폐기 채널(163)의 후단에서 마이크로 채널(120)의 일측 벽면에 연결된 제1 쉬스 연결 채널(155)을 통해 제1 쉬스 용액(⑥)이 유입되면, 용출 용액(⑤)과 제1 쉬스 용액(⑥)이 층류 유동에 의해 마이크로 채널(120) 내부에서 층을 이루면서 유동하게 된다.
여기서, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 쉬스 연결 채널(155)의 후단 측에 배치된 영구 자석에 의한 자력에 의해 용출 용액(⑤)과 유동하던 마이크로 비드(B)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 용출 용액(⑤)에서 제1 쉬스 용액(⑥)으로 이동하게 되는데, 용출 용액(⑤) 내에서의 용출 과정을 통해 타겟 물질은 용출 용액(⑤)에 남아 용출 용액(⑤)과 함께 유동하게 되고, 마이크로 비드(B) 만이 제1 쉬스 용액(⑥)으로 이동하여 제1 쉬스 용액(⑥)과 함께 이동하게 된다.
그리고, 도 8에 도시된 바와 같이, 타겟 물질을 함유한 용출 용액(⑤)은 타겟 수집 채널(164)을 통해 타겟 수집 챔버(134)로 이동하여 타겟 물질의 수집이 가능하게 되고, 마이크로 비드(B)는 제1 쉬스 용액(⑥)과 함께 비드 수집 채널(165)을 통해 비드 수집 챔버(135)로 이동하여 수집된다.
상기와 같은 구성을 통해, 마이크로 유체 칩 내에서 각각의 용액의 일련의 유동 과정을 통해 타겟 물질의 추출이 가능하게 되어, 기존의 원심 분리 과정과 같은 복잡한 과정을 거치지 않게 된다. 또한 이극성 용액(④)이 세척 용액(③)과 용출 용액(⑤) 사이에서 유동하는 과정을 통해 세척 과정에서 마이크로 비드(B)에 잔존할 수 있는 세척 용액(③)을 극성 차이를 이용하여 완전히 제거할 수 있게 된다.
이하에서는 도 9 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치(100a)에 대해 설명한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 추출 장치(100a)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 마이크로 유체 칩과 비드 이동력 발생부(140a)를 포함한다.
마이크로 유체 칩은, 도 9에 도시된 바와 같이, 샘플 채널(121a), 세척 채널(122a), 용출 채널(124a), 이극성 채널(123a) 및 합류 채널(126a)을 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 마이크로 유체 칩은 샘플 챔버(111a), 세척 챔버(112a), 이극성 챔버(113a), 용출 챔버(114a), 쉬스 챔버(115a) 및 쉬스 채널(125a)을 포함할 수 있다.
샘플 챔버(111a), 세척 챔버(112a), 이극성 챔버(113a), 용출 챔버(114a), 쉬스 챔버(115a)에는 각각 제1 실시예서와 같이, 샘플 용액(①), 세척 용액(③), 이극성 용액(④), 용출 용액(⑤) 및 쉬스 용액(⑥)이 수용된다. 그리고, 샘플 용액(①)에는 복수의 마이크로 비드(B)가 포함되고, 마이크로 비드(B)에는 샘플 용액(①) 내의 타겟 물질이 특이적 결합을 통해 부착되는데, 제1 실시예에 대응하는 구성을 가지는 바, 그 설명은 생략한다.
샘플 챔버(111a)는 샘플 채널(121a)과 연결되어, 샘플 챔버(111a) 내의 샘플 용액(①)이 마이크로 비드(B)와 함께 샘플 채널(121a)로 유동한다. 마찬가지로, 세척 챔버(112a)는 세척 채널(122a)과 연결되고, 이극성 챔버(113a)는 이극성 채널(123a)과 연결되고, 용출 챔버(114a)는 용출 채널(124a)과 연결되고, 쉬스 챔버(115a)는 쉬스 채널(125a)과 연결되어, 세척 용액(③), 이극성 용액(④), 용출 용액(⑤) 및 쉬스 용액(⑥)이 각각 세척 채널(122a), 이극성 채널(123a), 용출 채널(124a) 및 쉬스 채널(125a)로 유동한다.
여기서, 본 발명의 제2 실시예에서는, 도 9에 및 도 10에 도시된 바와 같이, 샘플 채널(121a), 세척 채널(122a), 이극성 채널(123a), 용출 채널(124a) 및 쉬스 채널(125a)이 마이크로 유체 칩 내의 유체 유동 방향의 전단에서 비드 이동력 발생부(140a)의 이동력 방향을 따라 순차적으로 병렬로 배치된다. 예를 들어, 비드 이동력 발생부(140a)가 영구 자석 형태로 마련되고, 도 9에 도시된 바와 같이 배치되면, 자력이 도 9의 위에서 아래 방향으로 작용하게 되며, 위에서부터 샘플 채널(121a), 세척 채널(122a), 이극성 채널(123a), 용출 채널(124a) 및 쉬스 채널(125a) 순으로 배치된다.
상기와 같은 구성에 따라, 마이크로 유체 칩에 유체의 유동을 위한 유동력, 예컨대 음압이 인가되면, 샘플 챔버(111a), 세척 챔버(112a), 이극성 챔버(113a), 용출 챔버(114a) 및 쉬스 챔버(115a) 내의 샘플 용액(①), 세척 용액(③), 이극성 용액(④), 용출 용액(⑤) 및 쉬스 용액(⑥)이 각각 샘플 채널(121a), 세척 채널(122a), 이극성 채널(123a), 용출 채널(124a) 및 쉬스 채널(125a)을 통해 합류 채널(126a) 측으로 유동하게 된다.
여기서, 합류 채널(126a)은 샘플 채널(121a), 세척 채널(122a), 이극성 채널(123a), 용출 채널(124a) 및 쉬스 채널(125a)과 유체의 유동 방향의 후단 측에서 합류한다. 여기서, 샘플 채널(121a), 세척 채널(122a), 이극성 채널(123a) 및 용출 채널이 합류 채널(126a)과 연통되는 연통 영역(171a,172a,173a,174a)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 유체의 유동 방향을 따라 일정 거리를 두고 단계적으로 형성된다.
즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 샘플 채널(121a)과 합류 채널(126a)의 연통 영역(171a)이 유체의 유동 방향의 전단에 위치하고, 세척 채널(122a)의 연통 영역(172a), 이극성 채널(123a)의 연통 영역(173a), 용출 채널(124a)의 연통 영역(174a)의 순으로 위치하여, 단계적으로 형성된다.
상기와 같은 구성에 따라, 마이크로 유체 칩에 음압이 인가되면, 각각의 연통 영역(171a,172a,173a,174a)을 지나는 유체들은 서로 섞이지 않은 상태로, 도 9에 도시된 바와 같이, 층을 이루며 유동하게 되는데, 특히 이극성 용액(④)을 사이에 두고 양측의 세척 용액(③)과 용출 용액(⑤)은 그 극성 차이로 인해 그 경계가 명확한 상태로 유동하게 된다.
상기와 같이 유동하는 상태에서, 샘플 채널(121a) 내에서 샘플 용액(①)과 함께 유동하는 마이크로 비드(B)는 샘플 채널(121a)의 연통 영역(171a)을 통과할 때 비드 이동력 발생부(140a), 예컨대 영구 자석의 자력에 의해 세척 채널(122a), 즉 세척 용액(③)이 유동하는 층으로 이동하게 되어, 세척 용액(③)과 함께 유동하게 된다. 이 때, 세척 용액(③)과 함께 유동하는 마이크로 비드(B)는 유동 과정에서 세척 용액(③)에 의해 세척된다.
마찬가지로, 세척 채널(122a) 내에서 세척 용액(③)과 함께 유동하는 마이크로 비드(B)는 세척 채널(122a)의 연통 영역(172a)을 통과할 때 자력에 의해 이극성 채널(123a), 즉 이극성 용액(④)이 유동하는 층으로 이동하게 되어, 이극성 용액(④)과 함께 유동하게 된다. 이 때, 세척 용액(③)과 이극성 용액(④)의 극성 차이로 인해, 마이크로 비드(B) 만이 이극성 용액(④)으로 이동하게 되어 마이크로 비드(B)에 세척 용액(③)이 잔존하는 문제는 전혀 발생하지 않게 된다. 도 11은 세척 채널(122a)의 연통 영역(172a)에서 마이크로 비드(B)가 이동하는 현상을 예로 나타낸 도면으로 다른 연통 영역에서의 이동도 이에 상응한다.
그리고, 이극성 채널(123a) 내에서 이극성 용액(④)과 함께 유동하는 마이크로 비드(B)는 이극성 채널(123a)의 연통 영역(173a)을 통과할 때 자력에 의해 용출 채널(124a), 즉 용출 용액(⑤)이 유동하는 층으로 이동하게 되어, 이극성 용액(④)과 함께 유동하게 된다. 이 때, 용출 용액(⑤)과 이극성 용액(④)의 극성 차이로 인해, 마이크로 비드(B) 만이 용출 용액(⑤)으로 이동하게 된다. 그리고, 용출 용액(⑤)과 함께 유동하는 과정에서, 마이크로 비드(B)에 부착된 타겟 물질이 마이크로 비드(B)로부터 분리되어 용출 용액(⑤)을 따라 유동하게 된다.
그리고, 용출 채널(124a) 내에서 용출 용액(⑤)과 함께 유동하는 마이크로 비드(B)는 용출 채널(124a)의 연통 영역(174a)을 통과할 때 자력에 의해 쉬스 채널(125a), 즉 쉬스 용액(⑥)이 유동하는 층으로 이동하게 되어 쉬스 용액(⑥)과 함께 유동하고, 타겟 물질은 용출 용액(⑤)에 그대로 남은 상태로 용출 용액(⑤)과 함께 유동하게 되어, 타겟 물질과 마이크로 비드(B)의 분리가 가능하게 된다.
그리고, 마이크로 유체 칩의 끝단, 즉 합류 채널(126a)의 끝단에는 각각 타겟 수집 챔버(134a), 비드 수집 챔버(135a) 및 폐기 챔버(131aa)가 형성된다. 타겟 수집 챔버(134a)는 합류 채널(126a)의 끝단에 용출 용액(⑤)이 유동하는 층과 연통되어, 타겟 물질을 용출한 용출 용액(⑤)이 수집된다.
그리고, 비드 수집 챔버(135a)는 합류 채널(126a)의 끝단에서 쉬즈 용액이 유동하는 측과 연통되어 타겟 물질이 용출된 마이크로 비드(B)와 쉬스 용액(⑥)이 수집된다. 마찬가지로, 폐기 챔버(131a)는 합류 채널(126a)의 끝단에서 샘플 용액(①), 세척 용액(③) 및 이극성 용액(④)이 유동하는 층과 연통되어 샘플 용액(①), 세척 용액(③) 및 이극성 용액(④)이 수집된다. 도 9에서는 샘플 용액(①), 세척 용액(③) 및 이극성 용액(④)이 하나의 폐기 챔버(131a)로 수집되는 것을 예로 하고 있으나, 각각이 유동하는 층에 대응하여 각각을 수집하는 챔버를 구성할 수 있음은 물론이다.
전술한 실시예에서는 비드 이동력 발생부(140,140a)로 영구 자석이 적용되는 것을 예로 하였으나, 마이크로 유체 칩의 내부로 초음파를 인가하여 마이크로 비드(B)가 일측 방향으로 이동하도록 구성할 수 있음은 물론이다.
도 12는 본 발명에 따른 추출 장치(100,100a)에 적용 가능한 비드 이동력 발생부의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 12를 참조하여 설명하면, 비드 이동력 발생부는 마이크로 채널(120b) 내부에 형성되어 측방 방향 변위(Deterministic Lateral Displacement) 원리에 의해 마이크로 비드(B)가 마이크로 채널(120b)의 일측 벽면 측으로 이동하게 하는 복수의 마이크로 기둥(140b) 형태로 마련되는 것을 예로 한다. 도 12에서는 도시된 방향을 기준으로 상부 방향으로 마이크로 비드(B)가 이동하는 것을 예로 하고 있으며, 마이크로 기둥(140b)의 배열 형태나 마이크로 비드(B)의 크기 간의 관계에 따라 그 방향이 결정될 수 있음은 측방 방향 변위(Deterministic Lateral Displacement) 원리로 공지되어 있는 바, 그 상세한 설명은 생략한다.
이하에서는, 도 13을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치(100c)에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 추출 장치(100c)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 마이크로 유체 칩을 포함한다. 마이크로 유체 칩은 마이크로 채널(121c,122c,123c,124c), 샘플 챔버(111c), 세척 챔버(112c), 용출 챔버(114c), 이극성 챔버(113c) 및 쉬스 챔버(115c)를 포함할 수 있다.
샘플 챔버(111c)에는 마이크로 비드(B)가 포함된 샘플 용액(①)이 수용된다. 여기서, 마이크로 비드(B)에는 전술한 실시예들에서와 같이, 샘플 용액(①) 내의 타겟 물질이 특이적 결합을 통해 부착된다.
세척 챔버(112c)에는 마이크로 비드(B)를 세척하기 위한 세척 용액(③)이 수용되고, 용출 챔버(114c)에는 마이크로 비드(B)로부터 타겟 물질을 용출하여 분리시키기 위한 용출 용액(⑤)이 수용된다. 이극성 챔버(113c)에는 세척 용액(③)과 용출 용액(⑤)과 섞이지 않는 이극성 용액(④)이 수용되는데, 이극성 용액(④)은 상술한 실시예들에 대응하는 바, 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 쉬스 챔버(115c)에는 쉬스 용액(⑥)이 수용된다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 채널(121c,122c,123c,124c)은 제1 나선형 채널(121c), 제2 나선형 채널(122c), 제3 나선형 채널(123c) 및 제4 나선형 채널(124c)을 포함한다. 여기서, 제1 나선형 채널(121c), 제2 나선형 채널(122c), 제3 나선형 채널(123c) 및 제4 나선형 채널(124c)은 각각 나선형으로 형성된다.
제1 나선형 채널(121c)은 채널의 전단에서 샘플 챔버(111c)와 세척 챔버(112c)와 연결된다. 여기서, 샘플 챔버(111c)와 세척 챔버(112c)는 제1 나선형 채널(121c)의 내부에서 층을 이루어 유동할 수 있도록 제1 나선형 채널(121c)과 연결되는데, 제1 나선형 채널(121c)의 내부에서 반경 방향 내측으로부터 세척 용액(③)과 샘플 용액(①)의 순으로 층을 이루어 유동하도록 연결된다.
따라서, 샘플 용액(①)과 세척 용액(③)이 제1 나선형 채널(121c)을 따라 유동하는 과정에서 샘플 용액(①)이 반경 방향 외측 벽면을 따라 유동하고, 세척 용액(③)이 반경 방향 내측 벽면을 따라 유동하게 되며, 이 때 샘플 용액(①) 내의 마이크로 비드(B)는 나선형 형태의 제1 나선형 채널(121c)을 따라 유동하면서 나선형 채널 내의 유체의 유동 과정에서 발생하는 딘 와류(Dean vortex)에 의한 딘 항력(Dean drag force)에 의해 반경 방향 내측으로 이동하여 세척 용액(③)으로 이동하게 됨으로써, 세척 용액(③)과 함께 유동하면서 세척된다.
보다 구체적으로 설명하면, 나선형 구조를 갖는 제1 나선형 채널(121c) 내에서 입자를 포함하는 유체가 유동할 때, 반경 방향 내측과 반경 방향 외측 간의 유속 차이에 의해 양력(Lift force)과, 채널의 단면 방향으로 발생하는 딘 와류(Dean vortex)에 의한 딘 항력(Dean drag force)이 발생하는데, 유체 내의 입자는 이와 같은 양력(Lift force)과 딘 항력(Dean drag force)의 영향을 받게 된다.
여기서, 양력(Lift force)은 입자를 제1 나선형 채널(121c)의 중심에서 반경방향 외측으로 이동시키고, 딘 항력(Dean drag force)은 입자를 제1 나선형 채널(121c)의 중심에서 반경방향 외측으로 이동시키도록 작용하게 된다. 이러한 양력(Lift force)과 딘 항력(Dean drag force)은 유체에 포함된 입자의 크기, 유속, 채널의 크기 등에 따라 달라지게 되며, 딘 항력(Dean drag force)는 유속에 따라 증가하게 되므로 유속을 마이크로 비드(B)의 크기를 고려하고 조절하게 되면, 마이크로 비드가 제1 나선형 채널(121c) 내에서 반경 방향 내측으로 이동 가능하게 된다.
한편, 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 채널(121c,122c,123c,124c)은 샘플 폐기 챔버(131c)를 포함할 수 있다. 샘플 폐기 챔버(131c)는 제1 나선형 채널(121c)의 유동 방향 후단 측에서 반경 방향 외측으로 연결되어 제1 나선형 채널(121c) 내에서 반경 방향 외측을 따라 유동하는 샘플 용액(①)이 수집된다.
제2 나선형 채널(122c)은 상술한 바와 같이, 나선형으로 형성되는데, 반경 방향 내측으로부터 이극성 용액(④)과 세척 용액(③)이 순서대로 층을 이루어 유동하도록 제1 나선행 채널과 이극성 챔버(113c)와 연결된다.
보다 구체적으로 설명하면, 제1 나선형 채널(121c)의 유동 방향 후단 측의 반경 방향 내측과, 제2 나선형 채널(122c)의 유동 방향 전단 측의 반경방향 외측이 채널(도 2의 일점 쇄선)로 연결되어 제1 나선형 채널(121c)을 따라 유동하던 세척 용액(③)이 제2 나선형 채널(122c)로 이동하게 된다.
그리고, 이극성 챔버(113c)는 제2 나선형 채널(122c)의 유동 방향 전단 측에서 반경 방향 내측으로 연결되어, 제2 나선형 채널(122c) 내에서는 이극성 용액(④)과 세척 용액(③)이 반경 방향 내측으로부터 순서대로 층을 이루며 유동하게 된다.
이 때, 세척 용액(③) 내의 마이크로 비드(B)는 나선형 형태의 제2 나선형 채널(122c)을 따라 유동하면서 상술한 바와 같이, 딘 와류(Dean vortex)에 의한 딘 항력(Dean drag force)에 의해 반경 방향 내측으로 이동하여 세척 용액(③)에서 이극성 용액(④)으로 이동하게 되는데, 상술한 실시예에서와 같이 세척 용액(③)과 이극성 용액(④) 간의 극성 차이로 인해 이극성 용액(④)으로 이동한 마이크로 비드(B)에는 세척 용액(③)이 잔존하지 않게 된다.
여기서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 채널(121c,122c,123c,124c)은 세척 폐기 챔버(132c)를 포함할 수 있다. 세척 폐기 챔버(132c)는 제2 나선형 채널(122c)의 유동 방향 후단 측에서 반경 방향 외측으로 연결되어 제2 나선형 채널(122c) 내에서 반경 방향 외측을 따라 유동하는 세척 용액(③)이 수집된다.
제3 나선형 채널(123c)은 상술한 바와 같이, 나선형으로 형성되는데, 반경 방향 내측으로부터 용출 용액(⑤)과 이극성 용액(④)이 순서대로 층을 이루어 유동하도록 제2 나선행 채널과 용출 챔버(114c)와 연결된다.
보다 구체적으로 설명하면, 제2 나선형 채널(122c)의 유동 방향 후단 측의 반경 방향 내측과, 제3 나선형 채널(123c)의 유동 방향 전단 측의 반경방향 외측이 채널(도 2의 일점 쇄선)로 연결되어 제2 나선형 채널(122c)을 따라 유동하던 이극성 용액(④)이 제3 나선형 채널(123c)로 이동하게 된다.
그리고, 용출 챔버(114c)는 제3 나선형 채널(123c)의 유동 방향 전단 측에서 반경 방향 내측으로 연결되어, 제3 나선형 채널(123c) 내에서는 용출 용액(⑤)과 이극성 용액(④)이 반경 방향 내측으로부터 순서대로 층을 이루며 유동하게 된다.
이 때, 이극성 용액(④) 내의 마이크로 비드(B)는 나선형 형태의 제3 나선형 채널(123c)을 따라 유동하면서 상술한 바와 같이, 딘 와류(Dean vortex)에 의한 딘 항력(Dean drag force)에 의해 반경 방향 내측으로 이동하여 이극성 용액(④)에서 세척 용액(③)으로 이동하게 되는데, 상술한 실시예에서와 같이 이극성 용액(④)과 용출 용액(⑤) 간의 극성 차이로 인해 마이크로 비드(B) 만이 용출 용액(⑤)으로 이동하게 된다. 이 때, 용출 용액(⑤)과 함께 유동하던 마이크로 비드(B)에서는 타겟 물질이 용출되어 마이크로 비드(B)로부터 분리된다.
여기서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 채널(121c,122c,123c,124c)은 이극성 폐기 챔버(133c)를 포함할 수 있다. 이극성 폐기 챔버(133c)는 제3 나선형 채널(123c)의 유동 방향 후단 측에서 반경 방향 외측으로 연결되어 제3 나선형 채널(123c) 내에서 반경 방향 내측을 따라 유동하는 이극성 용액(④)이 수집된다.
제4 나선형 채널(124c)은 상술한 바와 같이, 나선형으로 형성되는데, 반경 방향 내측으로부터 쉬스 용액(⑥)과 용출 용액(⑤)이 순서대로 층을 이루어 유동하도록 제3 나선행 채널과 쉬스 챔버(115c)와 연결된다.
보다 구체적으로 설명하면, 제3 나선형 채널(123c)의 유동 방향 후단 측의 반경 방향 내측과, 제4 나선형 채널(124c)의 유동 방향 전단 측의 반경방향 외측이 채널(도 2의 일점 쇄선)로 연결되어 제3 나선형 채널(123c)을 따라 유동하던 용출 용액(⑤)이 제4 나선형 채널(124c)로 이동하게 된다.
그리고, 쉬스 챔버(115c)는 제4 나선형 채널(124c)의 유동 방향 전단 측에서 반경 방향 내측으로 연결되어, 제4 나선형 채널(124c) 내에서는 쉬스 용액(⑥)과 용출 용액(⑤)이 반경 방향 내측으로부터 순서대로 층을 이루며 유동하게 된다.
이 때, 용출 용액(⑤) 내의 마이크로 비드(B)는 나선형 형태의 제4 나선형 채널(124c)을 따라 유동하면서 상술한 바와 같이, 딘 와류(Dean vortex)에 의한 딘 항력(Dean drag force)에 의해 반경 방향 내측으로 이동하여 용출 용액(⑤)에서 쉬스 용액(⑥)으로 이동하게 되는데, 이 때, 마이크로 비드(B)로부터 분리된 타겟 물질은 용출 용액(⑤) 내에 잔존한 상태로 용출 용액(⑤)과 함께 유동하게 된다.
여기서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 채널(121c,122c,123c,124c)은 제4 나선형 채널(124c)의 유동 방향 후단 측에 연결되는 비드 수집 챔버(134c)와, 타겟 수집 챔버(135c)를 포함할 수 있다.
비드 수집 챔버(134c)는 제4 나선형 채널(124c)의 유동 방향 후단 측에서 반경 방향 내측으로 연결되어 제4 나선형 채널(124c) 내에서 반경 방향 내측을 따라 유동하는 쉬스 용액(⑥)과 마이크로 비드(B)가 수집된다. 그리고, 타겟 수집 챔버(135c)는 제4 나선형 채널(124c)의 유동 방향 후단 측에서 반경 방향 외측으로 연결되어 제4 나선형 채널(124c)에서 반경 방향 외측을 따라 유동하는 용출 용액(⑤)을 수집하게 되어, 용출 용액(⑤) 내에 분리되어 있던 타겟 물질의 추출이 가능하게 된다.
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
[부호의 설명]
100,100a,100c : 추출 장치 111,111a,111c : 샘플 챔버
112,112a,112c : 세척 챔버 113,113a,113c : 이극성 챔버
114,114a,114c : 용출 챔버 115 : 제1 쉬스 챔버
115a,115c : 쉬스 챔버 116 : 제2 쉬스 챔버
120 : 마이크로 채널 121a : 샘플 채널
122a : 세척 채널 123a : 이극성 채널
124a : 용출 채널 125a : 쉬스 채널
126a : 합류 채널 121c : 제1 나선형 채널
122c : 제2 나선형 채널 123c : 제3 나선형 채널
124c : 제4 나선형 채널 131,131c : 샘플 폐기 챔버
131a : 폐기 챔버 132,132c : 세척 폐기 챔버
133,133c : 이극성 폐기 챔버 134,134a,134c : 타겟 수집 챔버
135,135a,135c : 비드 수집 챔버 140,140a : 비드 이동력 발생부
151 : 샘플 연결 채널 152 : 세척 연결 채널
153 : 이극성 연결 채널 154 : 용출 연결 채널
155 : 제1 쉬스 연결 채널 156 : 제2 쉬스 연결 채널
161 : 샘플 폐기 채널 162 : 세척 페기 채널
163 : 이극성 폐기 채널 164 : 타겟 수집 채널
165 : 비드 수집 채널
171a,172a,173a,174a : 연통 영역
본 발명은 의료 분야에 있어, 혈액 또는 기타 체액으로부터 cfDNA(cell free DNA), 엑소좀, CTC (Circulating Tumor Cell) 등의 분리 및 정제하는 분야에 적용될 수 있다.

Claims (18)

  1. 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치에 있어서,
    상기 타겟 물질이 부착된 다수의 마이크로 비드가 유동하는 마이크로 채널과, 상기 마이크로 비드를 세척하기 위한 세척 용액이 수용된 세척 챔버와, 상기 마이크로 비드로부터 상기 타겟 물질을 용출하기 위한 용출 용액이 수용된 용출 챔버와, 상기 세척 용액 및 상기 용출 용액과 섞이지 않는 이극성 용액이 수용된 이극성 챔버를 갖는 마이크로 유체 칩과,
    상기 마이크로 비드가 상기 마이크로 채널을 따라 유동할 때 상기 마이크로 채널의 일측 벽면 측으로 이동하도록 이동력을 발생하는 비드 이동력 발생부를 포함하며;
    상기 마이크로 비드가 상기 세척 용액과 함께 상기 마이크로 채널을 따라 유동하는 과정에서 상기 이극성 용액이 상기 일측 벽면으로부터 유입되어 상기 세척 용액을 상기 마이크로 채널의 타측 벽면 방향으로 밀어내어 상기 마이크로 비드가 상기 이극성 용액과 함께 유동하고,
    상기 마이크로 비드가 상기 이극성 용액과 함께 상기 마이크로 채널을 따라 유동하는 과정에서 상기 용출 용액이 상기 마이크로 채널의 상기 일측 벽면으로부터 유입되어 상기 이극성 용액을 상기 타측 벽면 방향으로 밀어내어 상기 마이크로 비드가 상기 용출 용액과 함께 유동하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 유체 칩은
    제1 쉬스 용액이 수용되는 제1 쉬스 챔버와,
    상기 마이크로 채널의 후단 측에서 상기 마이크로 채널과 상기 제1 쉬스 챔버를 연결하되 상기 마이크로 채널의 상기 일측 벽면에 연결되는 제1 쉬스 연결 채널과,
    타겟 수집 챔버와,
    상기 제1 쉬스 연결 채널의 후단에서 상기 마이크로 채널과 상기 타겟 수집 챔버를 연결하되 상기 마이크로 채널의 상기 타측 벽면에 연결되는 타겟 수집 채널을 더 포함하며;
    상기 마이크로 비드가 상기 용출 용액과 함께 상기 마이크로 채널을 따라 유동하는 과정에서 상기 제1 쉬스 용액이 상기 제1 쉬스 연결 채널을 통해 유동하여 상기 마이크로 채널의 상기 일측 벽면으로 유입되고;
    상기 용출 용액과 상기 제1 쉬스 용액 간의 층류 유동의 의해 상기 마이크로 비드가 상기 마이크로 채널의 상기 일측 벽면을 따라 상기 제1 쉬스 용액과 함께 유동하며;
    상기 용출 용액과 상기 제1 쉬스 용액 간의 층류 유동의 의해 상기 마이크로 채널의 상기 타측 벽면을 따라 유동하는 상기 용출 용액이 상기 타겟 수집 채널을 통해 상기 타겟 수집 챔버로 유동하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마이크로 유체 칩은
    상기 이극성 챔버와 상기 마이크로 채널을 연결하여 상기 이극성 챔버 내의 상기 이극성 용액이 상기 마이크로 채널로 유입되는 이극성 연결 채널과,
    상기 용출 챔버와 상기 마이크로 채널을 연결하여 상기 용출 챔버 내의 상기 용출 용액이 상기 마이크로 채널로 유입되는 용출 연결 채널을 더 포함하며;
    상기 이극성 연결 채널 및 상기 용출 연결 채널은 상기 마이크로 채널에 상기 마이크로 비드의 유동 방향을 따라 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이극성 연결 채널, 상기 용출 연결 채널 및 상기 제1 쉬스 연결 채널은 상기 마이크로 채널에 상기 마이크로 비드의 유동 방향으로 일정 각도로 연결되어 상기 이극성 용액, 상기 용출 용액 및 상기 제1 쉬스 용액이 상기 마이크로 비드의 유동 방향으로 비스듬하게 유입되는 것을 특징으로 하는 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 마이크로 유체 칩은
    세척 폐기 챔버와;
    상기 이극성 연결 채널과 상기 용출 연결 채널 사이에서 상기 세척 폐기 챔버와 상기 마이크로 채널을 연결하되, 상기 마이크로 채널의 상기 타측 벽면에 연결되어, 상기 이극성 용매에 의해 상기 마이크로 채널의 타측 벽면 방향으로 밀려 유동하는 상기 세척 용액이 상기 세척 폐기 챔버로 유동하게 하는 세척 폐기 채널과;
    이극성 폐기 챔버와;
    상기 용출 연결 채널과 상기 제1 쉬스 연결 채널 사이에서 상기 이극성 폐기 챔버와 상기 마이크로 채널을 연결하되, 상기 마이크로 채널의 상기 타측 벽면에 연결되어, 상기 용출 용매에 의해 상기 마이크로 채널의 타측 벽면 방향으로 밀려 유동하는 상기 이극성 용액이 상기 이극성 폐기 챔버로 유동하게 하는 이극성 폐기 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질의 추출을 위한 추출 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 마이크로 유체 칩은
    상기 타겟 물질이 부착된 상기 마이크로 비드가 포함된 샘플 용액이 수용되는 샘플 챔버와,
    상기 이극성 연결 채널의 전단에서 상기 샘플 챔버와 상기 마이크로 채널을 연결하되 상기 마이크로 채널의 상기 타측 벽면에 연결되어 상기 샘플 챔버 내의 상기 샘플 용액이 상기 마이크로 채널로 유동하게 하는 샘플 연결 채널을 더 포함하고;
    상기 세척 챔버는 상기 마이크로 채널의 유동 방향 반대측 끝단에 연결되고;
    상기 마이크로 비드는 상기 샘플 용액과 함께 상기 샘플 연결 채널을 통해 상기 마이크로 채널로 유입되고;
    상기 세척 챔버로 부터 상기 마이크로 채널을 따라 유동하는 상기 세척 용액은 상기 마이크로 채널의 상기 타측 벽면으로부터 유입되는 상기 세척 용액과의 층류 유동에 의해 상기 마이크로 채널의 상기 일측 벽면을 따라 유동하며;
    상기 샘플 용액과 함께 상기 마이크로 비드는 상기 비드 이동력 발생부에 의한 이동력에 의해 상기 샘플 용역에서 상기 세척 용액 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질의 추출을 위한 추출 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 마이크로 유체 칩은
    제2 쉬스 용액이 수용되는 제2 쉬스 챔버와,
    상기 샘플 연결 채널의 후단에서 상기 제2 쉬스 챔버와 상기 마이크로 채널을 연결하되 상기 마이크로 채널의 상기 타측 벽면에 연결되는 제2 쉬스 연결 채널을 더 포함하며;
    상기 제2 쉬스 연결 채널로부터 상기 마이크로 채널로 유입되는 상기 제2 쉬스 용액은 층류 유동에 의해 상기 샘플 용액을 상기 일측 벽면 방향으로 밀어 상기 제2 쉬스 용액, 상기 샘플 용액 및 상기 세척 용액이 층류를 형성하며 유동하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질의 추출을 위한 추출 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 마이크로 유체 칩은
    샘플 폐기 챔버와;
    상기 제2 쉬스 연결 채널과 상기 이극성 연결 채널 사이에서 상기 샘플 폐기 챔버와 상기 마이크로 채널을 연결하되 상기 마이크로 채널의 상기 타측 벽면에 연결되어, 상기 마이크로 채널의 타측 벽면 측에서 유동하는 상기 샘플 용액과 상기 제2 쉬스 용액을 상기 샘플 폐기 챔버로 유동하게 하는 샘플 폐기 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질의 추출을 위한 추출 장치.
  9. 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치에 있어서,
    상기 타겟 물질이 부착된 복수의 마이크로 비드가 포함된 샘플 용액이 유동하는 샘플 채널과, 상기 마이크로 비드를 세척하기 위한 세척 용액이 유동하는 세척 채널과, 상기 마이크로 비드로부터 상기 타겟 물질을 용출하기 위한 용출 용액이 유동하는 용출 채널과, 상기 세척 용액 및 상기 용출 용액과 섞이지 않는 극성을 갖는 이극성 용액이 유동하는 이극성 채널과, 상기 샘플 채널, 상기 세척 채널, 상기 이극성 채널 및 상기 용출 채널과 유동 방향에서 연통되는 합류 채널을 포함하는 마이크로 유체 칩과,
    상기 마이크로 비드를 이동시키기 위한 이동력을 발생하는 비드 이동력 발생부를 포함하고;
    상기 샘플 채널, 상기 세척 채널, 상기 이극성 채널 및 상기 용출 채널은 상기 마이크로 유체 칩의 유체 유동 방향의 전단에서 상기 비드 이동력 발생부의 이동력 방향을 따라 순차적으로 병렬로 배치되고;
    상기 샘플 채널, 상기 세척 채널, 상기 이극성 채널 및 상기 용출 채널이 각각 상기 합류 채널과 연통되는 연통 영역은 상기 유체 유동 방향을 따라 일정 거리를 두고 단계적으로 형성되고;
    상기 합류 채널 내에서 상기 세척 용액, 상기 이극성 용액 및 상기 용출 용액은 극성 차이로 인해 섞이지 않은 상태로 층을 이루어 유동하며;
    상기 샘플 채널을 통해 상기 샘플 용액과 함께 유동하는 상기 마이크로 비드는 상기 비드 이동력 발생부의 이동력에 의해 각각의 상기 연통 영역에서 단계적으로 상기 세척 용액, 상기 이극성 용액 및 상기 용출 용액으로 이동하여 상기 세척 용액, 상기 이극성 용액 및 상기 용출 용액 각각과 함께 유동하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 마이크로 유체 칩은 쉬스 용액이 유동하며 상기 용출 채널을 사이에 두고 상기 이극성 채널의 반대측에 배치되는 쉬스 채널을 더 포함하며;
    상기 쉬스 채널이 상기 합류 채널과 연통되는 연통 영역은 상기 용출 채널이 상기 합류 채널과 연통하는 연통 영역의 상기 유체 유동 방향 후단에 위치하여, 상기 용출 용액과 함께 유동하면서 상기 타겟 물질이 용출된 상기 마이크로 비드가 상기 쉬스 채널이 상기 합류 채널과 연통되는 연통 영역에서 상기 비드 이동력 발생부의 이동력에 의해 상기 쉬스 용액으로 이동하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 마이크로 유체 칩은
    상기 합류 채널의 끝단에 상기 용출 용액이 유동하는 층과 연통되어 상기 타겟 물질을 용출한 상기 용출 용액이 수집되는 타겟 수집 챔버와,
    상기 합류 채널의 끝단에 상기 쉬스 용액이 유동하는 층과 연통되어 상기 타겟 물질이 용출된 상기 마이크로 비드와 상기 쉬스 용액이 수집되는 비드 수집 챔버와,
    상기 합류 채널의 끝단에 상기 샘플 용액, 상기 세척 용액 및 상기 이극성 용액이 유동하는 층과 연통되어 상기 샘플 용액, 상기 세척 용액 및 상기 이극성 용액이 수집되는 폐기 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치.
  12. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 마이크로 비드는 자성을 갖거나 자화 가능한 재질로 마련되며;
    상기 비드 이동력 발생부는 자력에 의해 상기 마이크로 비드를 이동시키는 영구 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질의 추출을 위한 추출 장치.
  13. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 비드 이동력 발생부는 초음파에 의해 상기 마이크로 비드를 이동시키는 초음파 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질의 추출을 위한 추출 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 비드 이동력 발생부는 상기 마이크로 채널 내부에 형성되어 측방 방향 변위(Deterministic Lateral Displacement) 원리에 의해 상기 마이크로 비드가 상기 마이크로 채널의 상기 일측 벽면 측으로 이동하게 하는 복수의 마이크로 기둥을 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질의 추출을 위한 추출 장치.
  15. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 마이크로 비드가 상기 세척 용액으로부터 상기 이극성 용매로 이동하거나 상기 이극성 용매로부터 상기 용출 용매로 이동할 때 용매 간의 극성 차이로 인해 어느 일측의 용매가 타측의 용매로의 이동이 차단되는 것을 특징으로 하는 타겟 물질의 추출을 위한 추출 장치.
  16. 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치에 있어서,
    상기 타겟 물질이 부착된 다수의 마이크로 비드가 유동하는 마이크로 채널과, 상기 마이크로 비드가 포함된 샘플 용액이 수용된 샘플 챔버와, 상기 마이크로 비드를 세척하기 위한 세척 용액이 수용된 세척 챔버와, 상기 마이크로 비드로부터 상기 타겟 물질을 용출하기 위한 용출 용액이 수용된 용출 챔버와, 상기 세척 용액 및 상기 용출 용액과 섞이지 않는 이극성 용액이 수용된 이극성 챔버와, 쉬스 용액이 수용된 쉬스 챔버를 갖는 마이크로 유체 칩을 포함하며;
    상기 마이크로 채널은
    나선형으로 형성되고, 반경 방향 내측으로부터 상기 세척 용액과 상기 샘플 용액이 층을 이루어 유동하도록 상기 세척 챔버 및 상기 샘플 챔버와 연결되는 제1 나선형 채널과,
    나선형으로 형성되고, 반경 방향 내측으로부터 상기 이극성 용액과 상기 세척 용액이 층을 이루어 유동하도록 상기 제1 나선형 채널 및 상기 이극성 챔버와 연결되는 제2 나선형 채널과,
    나선형으로 형성되고, 반경 방향 내측으로부터 상기 용출 용액과 상기 이극성 용액이 층을 이루어 유동하도록 상기 제2 나선형 채널 및 상기 용출 챔버와 연결되는 제3 나선형 채널과,
    나선형으로 형성되고, 반경 방향 내측으로부터 상기 쉬스 용액과 상기 이극성 용액이 층을 이루어 유동하도록 상기 제3 나선형 채널 및 상기 쉬스 챔버와 연결되는 제4 나선형 채널을 포함하며;
    상기 마이크로 비드는 상기 제1 나선형 채널, 상기 제2 나선형 채널, 상기 제3 나선형 채널 및 상기 제4 나선형 채널 내의 유체의 유동 과정에서 발생하는 딘 와류(Dean vortex)에 의한 딘 항력(Dean drag force)에 의해 반경 방향 내측으로 이동하면서 유체를 따라 유동하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 마이크로 비드는
    상기 제1 나선형 채널 내에서 상기 딘 항력(Dean drag force)에 의해 상기 샘플 용액에서 상기 세척 용액으로 이동하여 상기 세척 용액과 함께 유동하고,
    상기 제2 나선형 채널 내에서 상기 딘 항력(Dean drag force)에 의해 상기 세척 용액에서 상기 이극성 용액으로 이동하여 상기 이극성 용액과 함께 유동하고,
    상기 제3 나선형 채널 내에서 상기 딘 항력(Dean drag force)에 의해 상기 이극성 용액에서 상기 용출 용액으로 이동하여 상기 용출 용액과 함께 유동하며,
    상기 제3 나선형 채널 내에서 상기 딘 항력(Dean drag force)에 의해 상기 용출 용액에서 상기 쉬스 용액으로 이동하여 상기 쉬스 용액과 함께 유동하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 마이크로 유체 칩은
    상기 제1 나선형 채널의 유동 방향 후단 측에서 반경 방향 외측으로 연결되어 상기 제1 나선형 채널 내에서 반경 방향 외측을 따라 유동하는 상기 샘플 용액이 수집되는 샘플 폐기 챔버와,
    상기 제2 나선형 채널의 유동 방향 후단 측에서 반경 방향 외측으로 연결되어 상기 제2 나선형 채널 내에서 반경 방향 외측을 따라 유동하는 상기 세척 용액이 수집되는 세척 폐기 챔버와,
    상기 제3 나선형 채널의 유동 방향 후단 측에서 반경 방향 외측으로 연결되어 상기 제3 나선형 채널 내에서 반경 방향 외측을 따라 유동하는 상기 이극성 용액이 수집되는 이극성 폐기 챔버와,
    상기 제4 나선형 채널의 유동 방향 후단 측에서 반경 방향 내측으로 연결되어 상기 제4 나선형 채널 내에서 반경 방향 내측을 따라 유동하는 상기 쉬스 용액 및 상기 마이크로 비드가 수집되는 비드 수집 챔버와,
    상기 제4 나선형 채널의 유동 방향 후단 측에서 반경 방향 외측으로 연결되어 상기 제4 나선형 채널 내에서 반경 방향 외측을 따라 유동하는 상기 용출 용액이 수집되는 타겟 수집 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질을 추출하기 위한 추출 장치.
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