WO2020004719A1 - 알데히드류 또는 케톤류 검출용 마이크로 디바이스 - Google Patents

알데히드류 또는 케톤류 검출용 마이크로 디바이스 Download PDF

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이경진
박병현
한수연
김병현
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the microfluidic structure comprises: a first air circulation channel connecting the sample injection portion and the other end of the detection portion; And a second air circulation channel connecting the eluent introduction part and the other end of the detection part, wherein the first air circulation channel and the second air circulation channel comprise the fluid sample and the eluent in the detection part.
  • the evaporation rate of the water may be increased and moisture condensation may be prevented.
  • the sample When the device is stopped after the third rotation of the device, the sample may be developed on the detection unit by the eluent.
  • the eluent is introduced into the reservoir region from the second microfluidic flow path,
  • the evaporation rate of the fluid sample and the eluent of the detector 120 is increased while preventing moisture condensation of the detector 120.
  • a thickness of about 1 mm and a diameter of about 0.8 mm are respectively connected to the point where the sample injector 100 and the first air circulation channel 140 are connected, and the point where the eluent introduction unit 130 and the second air circulation channel 170 are connected.
  • Detector 120 including a sample containing DNPH derivatized multiple aldehydes and / or ketones is inserted into the middle and lower layers of the rotary platform 10 from the first microfluidic flow path 110 located in the upper layer of the rotary platform 10 Fluid sample is injected, i.e., downward. Therefore, the fluid sample may be more uniformly developed in the detector 120.
  • the first portion 140a of the second microfluidic flow passage 140 is disposed in the middle layer, and the first portion 140a is connected to the eluent introduction portion 130. And bends 141 and 142.
  • the second part 140b of the second microfluidic flow path 140 is disposed over the upper layer part and the middle layer part, and the second part 140b includes a part connected to the detection part 120. This is to allow the eluent to be introduced into the lower center of the detection unit 120.
  • the present invention is not limited to the above-described, the portion of the upper layer portion in which the detector 120 is located, the lower surface of the upper layer portion is provided with a concave portion in accordance with the shape of the detector 120 so that the detector 120 can be inserted.
  • the height of the concave portion may be variously modified and changed according to the environment in which the present invention is actually implemented.
  • the material of the upper, middle and lower layers may include, for example, polycarbonate (PC) or polymethylmethacrylate (PMMA).
  • the eluent injected into the injection port 130a of the eluent introduction unit 130 moves to the rear end 130c of the eluent introduction unit 130 during the first rotation, and the detection device 1 after the first rotation. ) Is stopped, the eluent is moved to the first bent portion 141 of the second microfluidic flow path 140 by capillary force.
  • the process of derivatizing DNPH and developing the aldehydes and / or ketones on the detection unit is performed by adjusting the centrifugal force and capillary force by the rotation control of the rotary platform 10 on which the microfluidic structure 20 is disposed. .
  • the detection device 1 it is possible to economically and quickly separate detection of multiple aldehydes and / or ketones, and is economical and effective compared to conventional expensive HPLC analysis equipment.
  • the time required can be shortened and can be quickly and conveniently applied in the field where separate detection of multiple aldehydes and / or ketones is required.
  • the plurality of samples can be analyzed simultaneously in one device 1.

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Abstract

본 발명은 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 회전식 플랫폼을 활용한 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스 및 시스템을 제공한다.

Description

알데히드류 또는 케톤류 검출용 마이크로 디바이스
본 출원은 2018.06.25. 출원된 한국특허출원 10-2018-0072922호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 회전식 플랫폼을 활용한 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 알데히드(Aldehyde)는 발색단이 없어 UV 검출이 불가능하다. 따라서, 아세틸아세톤(acetylacetone) 시약이나 DNPH (2,4-dinitrophenylhydrazine) 시약으로 유도체화시킨후 HPLC(High Performance Liquid Chromatography)를 이용하여 검출하는 것이 일반적이다. 아세틸아세톤을 이용한 방식은 포름알데히드(formaldehyde)와 선택적으로 반응시키는 유도체화법이며, DNPH을 이용한 방식은 카르보닐 화합물과 모두 반응시켜 카르보닐 화합물과 DNPH와의 반응에 의해 생성되는 DNPH 유도체를 분석하는 방식이다. 대기 중에 존재하는 알데히드(aldehyde)류 및 케톤(ketone)류는 상용화된 DNPH 카트리지를 사용한다. 종래의 방식에 의하면 장비들이 고가이고 숙련된 분석 기술이 필요해 신속, 간단하게 현장에서 알데히드류 또는 케톤류 분석을 수행하기 어렵다.
고가의 알데히드류 및/또는 케톤류 분석 장비 대체를 위한 경제적이고 저렴한 발색 기반의 알데히드류 및/또는 케톤류 분석 시스템의 개발이 요구되며, 현장에서 편리하게 적용할 수 있는 소형화된 분석 시스템의 개발이 요구된다.
또한, 알데히드류 및/또는 케톤류를 포함하는 복수 개의 시료들을 동시에 검출하여 분석시간을 단축시킬 수 있는 시스템의 개발이 요구된다.
본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스는:
디스크 형상의 회전식 플랫폼;
상기 회전식 플랫폼 상에 배치되는 미세 유체 구조물로서:
알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료가 주입되고, 상기 알데히드류 또는 케톤류가 DNPH 유도체화될 수 있는 시료 주입부;
상기 시료가 검출부로 이동할 수 있는 통로이고 상기 시료 주입부와 상기 검출부를 연결하는 제 1 미세 유체 유로(siphon channel);
용리제가 주입될 수 있는 용리제 도입부;
상기 용리제가 검출부로 이동할 수 있는 통로이고 상기 용리제 도입부와 상기 검출부를 연결하는 제 2 미세 유체 유로; 및
상기 용리제로 상기 시료의 알데히드류 또는 케톤류가 분리 전개될 수 있도록 상기 시료의 알데히드류 또는 케톤류와 반응을 일으킬 수 있는 물질로 코팅된 검출부를 포함하는, 상기 미세 유체 구조물을 포함하고,
상기 회전식 플랫폼의 회전으로, 상기 시료 주입부에 주입된 상기 알데히드류 또는 케톤류가 DNPH 유도체화될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에 있어서, 상기 시료에 포함될 수 있는 알데히드류 또는 케톤류는 Acetaldehyde, Acetone, Acrolein, Benzaldehyde, Butyraldehyde, Formaldehyde 및 Propionaldehyde으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에 있어서, 상기 시료 주입부의 내부는 2, 4-DNPH가 코팅된 실리카(2, 4-DNPH coated silica)가 비즈들의 형태로 채워질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에 있어서, 상기 미세 유체 구조물은 복수 개로 구비되고, 복수 개의 상기 미세 유체 구조물은 각각 상이한 유체 시료들을 수용할 수 있고, 상기 회전식 플랫폼에 방사 대칭으로 배치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에 있어서, 상기 미세 유체 구조물은 상기 제 2 미세 유체 유로와 상기 검출부를 연결하는 리저브 영역을 포함하고, 상기 검출부의 일단부가 상기 리저브 영역 내에 수용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에 있어서, 상기 미세 유체 구조물은: 상기 시료 주입부와 상기 검출부의 타단부를 연결하는 제 1 공기 순환 채널; 및 상기 용리제 도입부와 상기 검출부의 타단부를 연결하는 제 2 공기 순환 채널을 더 포함하고, 상기 제 1 공기 순환 채널 및 상기 제 2 공기 순환 채널로, 상기 검출부에서의 상기 유체 시료 및 상기 용리제의 증발 속도가 증가되고 상기 검출부의 습기 맺힘 현상이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에 있어서, 상기 제 1 미세 유체 유로 및 상기 제 2 미세 유체 유로는 각각 굴곡부를 포함하고, 상기 제 2 미세 유체 유로의 굴곡부의 개수는 상기 제 1 미세 유체 유로의 굴곡부의 개수보다 하나 더 많을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에 있어서,
상기 디바이스의 1차 회전 시에, 상기 주입된 유체 시료가 시료 주입부의 후단부로 이동하고, 상기 주입된 용리제가 용리제 도입부의 후단부로 이동하고,
상기 디바이스의 1차 회전 이후 상기 디바이스의 정지 시에, 상기 시료 주입부로부터 상기 제 1 미세 유체 유로로 시료가 이동하고, 상기 용리제 도입부로부터 상기 제 2 미세 유체 유로의 제 1 굴곡부로 용리제가 이동하고,
상기 디바이스의 2차 회전 시에, 상기 시료가 상기 제 1 미세 유체 유로로부터 상기 검출부로 도입되고,
상기 디바이스의 2차 회전 이후 상기 디바이스의 정지 시에, 상기 용리제가 상기 제 2 미세 유체 유로의 제 1 굴곡부로부터 상기 제 2 미세 유체 유로의 제 2 굴곡부로 이동하고,
상기 디바이스의 3차 회전 시에, 상기 용리제가 상기 제 2 미세 유체 유로로부터 상기 리저브 영역으로 도입되고,
상기 디바이스의 3차 회전 이후 상기 디바이스의 정지 시에, 상기 시료가 상기 용리제에 의하여 상기 검출부 상에서 전개될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스, 및 상기 검출부에 자외선을 비춰 상기 검출부 상에서 분리 전개된 알데히드류 또는 케톤류를 육안으로 관찰할 수 있도록 하는 UV 램프를 포함하는 알데히드류 또는 케톤류 검출용 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 종래의 알데히드류 또는 케톤류 분석 장비인 고가의 HPLC에 비하여 경제적이고 저렴한 발색 기반의 알데히드류 또는 케톤류 분석 시스템을 제공할 수 있으면서도, 현장에서 편리하게 적용할 수 있는 소형화된 분석 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 복수 개의 시료들을 동시에 검출하여 분석을 수행할 수 있어, 분석시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 검출용 디바이스를 도시한다.
도 2는 도 1의 검출용 디바이스의 미세 유체 구조물을 도시한다.
도 3a 내지 도 3d는 미세 유체 구조물을 포함하는 회전식 플랫폼의 각 층에 관하여 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 검출용 디바이스를 포함하고 이를 회전시킬 수 있는 정성 분석 시스템을 도시한다.
본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스는:
디스크 형상의 회전식 플랫폼;
상기 회전식 플랫폼 상에 배치되는 미세 유체 구조물로서:
알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료가 주입되고, 상기 알데히드류 또는 케톤류가 DNPH 유도체화될 수 있는 시료 주입부;
상기 시료가 검출부로 이동할 수 있는 통로이고 상기 시료 주입부와 상기 검출부를 연결하는 제 1 미세 유체 유로(siphon channel);
용리제가 주입될 수 있는 용리제 도입부;
상기 용리제가 검출부로 이동할 수 있는 통로이고 상기 용리제 도입부와 상기 검출부를 연결하는 제 2 미세 유체 유로; 및
상기 용리제로 상기 시료의 알데히드류 또는 케톤류가 분리 전개될 수 있도록 상기 시료의 알데히드류 또는 케톤류와 반응을 일으킬 수 있는 물질로 코팅된 검출부를 포함하는, 상기 미세 유체 구조물을 포함하고,
상기 회전식 플랫폼의 회전으로, 상기 시료 주입부에 주입된 상기 알데히드류 또는 케톤류가 DNPH 유도체화될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에 있어서, 상기 시료에 포함될 수 있는 알데히드류 또는 케톤류는 Acetaldehyde, Acetone, Acrolein, Benzaldehyde, Butyraldehyde, Formaldehyde 및 Propionaldehyde으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에 있어서, 상기 시료 주입부의 내부는 2, 4-DNPH가 코팅된 실리카(2, 4-DNPH coated silica)가 비즈들의 형태로 채워질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에 있어서, 상기 미세 유체 구조물은 복수 개로 구비되고, 복수 개의 상기 미세 유체 구조물은 각각 상이한 유체 시료들을 수용할 수 있고, 상기 회전식 플랫폼에 방사 대칭으로 배치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에 있어서, 상기 미세 유체 구조물은 상기 제 2 미세 유체 유로와 상기 검출부를 연결하는 리저브 영역을 포함하고, 상기 검출부의 일단부가 상기 리저브 영역 내에 수용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에 있어서, 상기 미세 유체 구조물은: 상기 시료 주입부와 상기 검출부의 타단부를 연결하는 제 1 공기 순환 채널; 및 상기 용리제 도입부와 상기 검출부의 타단부를 연결하는 제 2 공기 순환 채널을 더 포함하고, 상기 제 1 공기 순환 채널 및 상기 제 2 공기 순환 채널로, 상기 검출부에서의 상기 유체 시료 및 상기 용리제의 증발 속도가 증가되고 상기 검출부의 습기 맺힘 현상이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에 있어서, 상기 제 1 미세 유체 유로 및 상기 제 2 미세 유체 유로는 각각 굴곡부를 포함하고, 상기 제 2 미세 유체 유로의 굴곡부의 개수는 상기 제 1 미세 유체 유로의 굴곡부의 개수보다 하나 더 많을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스에 있어서,
상기 디바이스의 1차 회전 시에, 상기 주입된 유체 시료가 시료 주입부의 후단부로 이동하고, 상기 주입된 용리제가 용리제 도입부의 후단부로 이동하고,
상기 디바이스의 1차 회전 이후 상기 디바이스의 정지 시에, 상기 시료 주입부로부터 상기 제 1 미세 유체 유로로 시료가 이동하고, 상기 용리제 도입부로부터 상기 제 2 미세 유체 유로의 제 1 굴곡부로 용리제가 이동하고,
상기 디바이스의 2차 회전 시에, 상기 시료가 상기 제 1 미세 유체 유로로부터 상기 검출부로 도입되고,
상기 디바이스의 2차 회전 이후 상기 디바이스의 정지 시에, 상기 용리제가 상기 제 2 미세 유체 유로의 제 1 굴곡부로부터 상기 제 2 미세 유체 유로의 제 2 굴곡부로 이동하고,
상기 디바이스의 3차 회전 시에, 상기 용리제가 상기 제 2 미세 유체 유로로부터 상기 리저브 영역으로 도입되고,
상기 디바이스의 3차 회전 이후 상기 디바이스의 정지 시에, 상기 시료가 상기 용리제에 의하여 상기 검출부 상에서 전개될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스, 및 상기 검출부에 자외선을 비춰 상기 검출부 상에서 분리 전개된 알데히드류 또는 케톤류를 육안으로 관찰할 수 있도록 하는 UV 램프를 포함하는 알데히드류 또는 케톤류 검출용 시스템을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 회전식 디스크 시스템을 활용한 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스를 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알데히드류 및/또는 케톤류 검출용 디바이스(1)를 도시하고, 도 2는 도 1의 회전식 디스크 시스템의 미세 유체 구조물(20)을 도시한다.
먼저 도 1을 참조하면, 알데히드류 및/또는 케톤류 검출용 디바이스(1)는 회전식 플랫폼(10) 및 회전식 플랫폼(10)에 구비되는 미세 유체 구조물(20)을 포함한다. 회전식 플랫폼(10)은 예를 들면, 원형 디스크일 수 있고, 크기는 예를 들면 직경이 14 cm 내지 17 cm 일 수 있다.
회전식 플랫폼(10)은 미세 유체 구조물(20)을 포함한다. 회전식 플랫폼(10)은 하나의 미세 유체 구조물(20)을 포함할 수도 있고, 복수 개의 미세 유체 구조물(20)들을 포함할 수도 있다. 복수 개의 미세 유체 구조물(20)들은 회전식 플랫폼(10)에 방사 대칭으로 위치한다. 예를 들어, 도 1에서는 2 개의 미세 유체 구조물(20)들이 회전식 플랫폼(10)에 배치된 경우를 도시한다. 회전식 플랫폼(10)과 복수 개의 미세 유체 구조물(20)들의 크기 등의 본 발명이 구현되는 다양한 환경에 따라, 3 개, 4 개, 5 개, 6 개, 또는 그 이상의 개수로 배치될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 복수 개의 미세 유체 구조물(20)들의 각각의 미세 유체 구조물(20)을 도시한다. 미세 유체 구조물(20)은 알데히드류 및/또는 케톤류를 포함하는 유체 시료가 주입되는 시료 주입부(100) 및 시료 주입부(100)로부터 유체 시료가 검출부(120)로 이동할 수 있는 통로인 제 1 미세 유체 유로(siphon channel)(110), 유체 시료에 포함된 다중 알데히드류 및/또는 케톤류가 분리 검출될 수 있는 검출부(120), 용리제(eluent) 도입부(130), 용리제 도입부(130)로부터 용리제가 검출부(120)로 이동할 수 있는 통로인 제 2 미세 유체 유로(140), 및 제 2 미세 유체 유로(140)와 검출부(120)를 연결하는 리저브 영역(150)을 포함한다.
미세 유체 구조물(20)은 복수 개의 종류의 알데히드류 및/또는 케톤류를 포함하는 유체 시료들을 수용하여 이를 분리 검출할 수 있다. 유체 시료에 포함될 수 있는 알데히드류 및/또는 케톤류로는, 예를 들면 아세트알데히드(acetaldehyde), 아세톤(acetone), 아크롤레인(acrolein), 벤즈알데히드(benzaldehyde), 부티르알데히드(butyraldehyde), 포름알데히드(formaldehyde) 및 프로피온알데히드(propionaldehyde) 등으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
시료 주입부(100)는 알데히드류 및/또는 케톤류를 포함하는 유체 시료를 수용할 수 있는 공간이 있고 상기 공간으로 유체 시료가 주입될 수 있는 주입구(100a)를 포함한다. 시료 주입부(100)의 내부에는 2, 4-DNPH가 코팅된 실리카(2, 4-DNPH coated silica)가 비즈들의 형태로 채워져 있을 수 있다. 알데히드류 및/또는 케톤류는 발색단이 존재하지 않아서, 알데히드류 및/또는 케톤류를 포함하는 유체 시료가 검출부(120)로 이동하기 이전에, 우선 시료 주입부(100)에서 알데히드류 및/또는 케톤류가 DNPH 유도체화된다.
시료 주입부(100)와 검출부(120)는 제 1 미세 유체 유로(110)로 연결될 수 있다. 또한, 시료 주입부(100)는 막음부(100b)를 포함할 수 있고, 주입구(100a)를 통해 시료를 주입할 때 주입되는 시료가 곧바로 제 1 미세 유체 유로(110)로 흘러가는 것을 방지하도록, 채널의 단차를 이용해 시료 주입부(100)의 내부 공간에 가두는 역할을 한다. 막음부(100b)에는 주입구(100a)로부터 시료 주입부의 후단부(100c)로 시료가 이동할 수 있는 개구부가 구비되어 있다. 회전식 플랫폼(10)의 1차 회전에 의하여 주입구(100a)로부터 시료 주입부의 후단부(100c)로 시료가 이동한다. 시료 주입부(100)중에서, 시료 주입부의 후단부(100c) 즉, 시료 주입부(100)와 제 1 미세 유체 유로(110)가 연결되는 곳의 부근은, 예를 들어 유선형의 형상을 하고 있어, 시료 주입부(100)에 주입된 유체 시료가 제 1 미세 유체 유로(110)로 이동할 때 저항을 최대한 적게 받도록 하여, 시료 주입부(100)에 주입된 유체 시료가 남김없이 제 1 미세 유체 유로(110)로 이동될 수 있도록 하였다.
제 1 미세 유체 유로(110)는 굴곡부(111)를 포함한다. 굴곡부(111)는 예를 들어 “U”자 형의 관으로 된 부분을 포함한다. 후술하는 바와 같이, 알데히드류 및/또는 케톤류 검출용 디바이스(1)의 1차 회전 이후 및 2차 회전 이전에 검출용 디바이스(1)가 정지한 상태에서, DNPH 유도체화된 다중 알데히드류 및/또는 케톤류를 포함하는 유체 시료는 채널 내부가 친수성(hydrophilicity)인 제 1 미세 유체 유로(110)로 모세관력에 의해 이동할 수 있고, 결과적으로 제 1 미세 유체 유로(110)의 채널에 유체 시료가 수용될 수 있다.
제 1 미세 유체 유로(110)의 끝단부는 검출부(120)에 연결되어 있다. 제 1 미세 유체 유로(110)에서 검출부(120)로 시료가 제공되고, 후술할 리저브 영역(150)에 제공된 용리제에 의하여 검출부(120) 상에서 시료가 전개될 수 있도록, 제 1 미세 유체 유로(110)의 끝단부는 리저브 영역(150) 부근에 위치할 수 있다. 그러나 본 발명은 상술한 것에 한정되지 않고, 제 1 미세 유체 유로(110)의 끝단부는 검출부(120) 중에서도 리저브 영역(150)에 수용된 부분에 연결될 수 있는 등 다양한 변형 변경이 가능하다.
검출부(120)는 유체 시료의 알데히드류 및/또는 케톤류와 반응을 일으킬 수 있는 물질로 코팅되어 유체 시료가 전개될 수 있다. 검출부(120)는 예를 들어 RP-18 F254s TLC 플레이트로서, C18 그룹을 실리카에 본딩한 물질이 알루미늄 지지체 상에 0.2mm의 두께로 코팅된 것일 수 있다. 형광 검출 가능한 F254s가 코팅되어 있으며, 물은 40%까지 사용가능한 것일 수 있다. 검출부(120)의 크기는 예를 들어 길이가 10cm이고 폭이 1cm인 것일 수 있다. 이러한 검출부(120)는 적은 양(예를 들어 0.5μL)의 시료에 적용가능한 것일 수 있다.
용리제 도입부(130)는 용리제를 수용할 수 있는 공간이 있고 상기 공간에 용리제가 주입될 수 있는 주입구(130a)를 포함한다. 용리제 도입부(130)와 검출부(120)는 제 2 미세 유체 유로(140)로 연결될 수 있다. 또한, 용리제 도입부(130)는 막음부(130b)를 포함할 수 있고, 주입구(130a)를 통해 시료를 주입할 때 주입되는 시료가 곧바로 제 2 미세 유체 유로(140)로 흘러가는 것을 방지하도록, 채널의 단차를 이용해 용리제 도입부(130)의 내부 공간에 가두는 역할을 한다. 막음부(130b)에는 주입구(130a)로부터 용리제 도입부의 후단부(130c)로 용리제가 이동할 수 있는 개구부가 구비되어 있다. 회전식 플랫폼(10)의 1차 회전에 의하여 주입구(130a)로부터 용리제 도입부의 후단부(130c)로 용리제가 이동한다. 용리제 도입부(130)중에서, 용리제 도입부의 후단부(130c) 즉, 용리제 도입부(130)와 제 2 미세 유체 유로(140)가 연결되는 곳의 부근은, 예를 들어 유선형의 형상을 하고 있어, 용리제 도입부(130)에 주입된 유체 시료가 제 2 미세 유체 유로(140)로 이동할 때 저항을 최대한 적게 받도록 하여, 용리제 도입부(130)에 주입된 유체 시료가 남김없이 제 2 미세 유체 유로(140)로 이동될 수 있도록 하였다.
제 2 미세 유체 유로(140)는 적어도 두 개의 굴곡부들(141, 142)을 포함하고, 굴곡부들(141, 142) 각각은 예를 들어 “U”자 형의 관으로 된 부분을 포함한다. 제 2 미세 유체 유로(140)의 굴곡부들(141, 142)의 개수는 제 1 미세 유체 유로(110)의 굴곡부(111)의 개수보다 하나 더 많다. 이는, 제 1 미세 유체 유로(110)를 통해 시료가 검출부(120)에 먼저 도입되고 나서, 제 2 미세 유체 유로(140)를 통해 용리제가 이후에 검출부(120)에 도입되기 위한 것이다. 후술하는 바와 같이, 알데히드류 및/또는 케톤류 검출용 디바이스(1)의 1차 회전 이후 및 2차 회전 이전에 회전식 플랫폼(10)이 정지한 상태에서, 용리제는 모세관력에 의해 친수성(hydrophilicity)인 제 2 미세 유체 유로(140)에 이동하고 제 2 미세 유체 유로(140)의 채널 내부에 용리제가 수용될 수 있다. 보다 구체적으로는, 1차 회전 이후 및 2차 회전 이전에 용리제가 용리제 도입부(130)로부터 제 1 굴곡부(141)로 이동한다. 다음, 2차 회전 이후 용리제가 제 1 굴곡부(141)로부터 제 2 굴곡부(142)로 이동한다.
또한, 알데히드류 및/또는 케톤류 검출용 디바이스(1)는 제 2 미세 유체 유로(140)가 검출부(120)와 연결되는 끝부분에 리저브 영역(150)를 포함하고, 검출부(120)의 일단부가 리저브 영역(150) 안에 수용되어 있다. 리저브 영역(150)은 용리제를 내부에 수용할 수 있도록, 회전식 플랫폼(10)의 중층부와 하층부(도 3a, 도 3c, 도 3d 참조) 각각에 오목하게 패터닝된 영역이다. 회전식 플랫폼(10)의 1차 회전 이후에 제 2 미세 유체 유로(140)에 수용되었던 용리제가 회전식 플랫폼(10)의 3차 회전 시에 제 2 미세 유체 유로(140)로부터 리저브 영역(150)으로 이동하고 이 때 회전에 의한 원심력으로 검출부(120)로는 전개되지 않고 리저브 영역(150)에 머무르게(즉, 갇혀 있게) 된다. 회전식 플랫폼(10)의 3차 회전이 멈추게 되면, 리저브 영역(150)에 연결된 검출부(120)로 용리제가 전개되고, 용리제에 의하여 검출부(120)에 먼저 도입된 시료가 같이 검출부(120) 상에서 전개된다.
또한, 알데히드류 및/또는 케톤류 검출용 디바이스(1)는 제 1 공기 순환 채널(160) 및 제 2 공기 순환 채널(170)을 포함한다. 제 1 공기 순환 채널(160)은 시료 주입부(100)와 검출부(120)의 타단부 사이를 연결한다. 그에 따라, 시료 주입부(100) - 제 1 미세 유체 유로(110) - 검출부(120) - 공기 순환 채널(140) - 시료 주입부(100)로 공기가 순환되도록 연결이 된다. 마찬가지로, 제 2 공기 순환 채널(170)은 용리제 도입부(130)와 검출부(120)의 타단부 사이를 연결한다. 그에 따라, 용리제 도입부(130) - 제 2 미세 유체 유로(140) - 리저브 영역(150) - 검출부(120) - 공기 순환 채널(140) - 용리제 도입부(130)로 공기가 순환되도록 연결이 된다.
제 1 공기 순환 채널(160) 및 제 2 공기 순환 채널(170)을 도입함으로써, 검출부(120)의 유체 시료 및 용리제의 증발 속도를 증가시키는 한편 검출부(120)의 습기 맺힘 현상을 방지한다. 시료 주입부(100)와 제 1 공기 순환 채널(140)이 연결된 지점 및 용리제 도입부(130)와 제 2 공기 순환 채널(170)이 연결된 지점 각각에 약 1mm의 두께 및 지름이 약 0.8mm 정도인 구멍을 뚫어 공기압에 의한 캐필러리 밸브(capillary valve)를 형성함으로써, 제 1 공기 순환 채널(160) 및 제 2 공기 순환 채널(170)로의 시료 및 용리제의 역류를 방지할 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 도 1의 미세 유체 구조물(20)을 포함하는 회전식 플랫폼(10)의 각 층에 관하여 도시한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 미세 유체 구조물(20)을 포함하는 회전식 플랫폼(10)은 크게 3 개 층인, 상층부(도 3b), 중층부(도 3c), 하층부(도 3d)로 구성될 수 있다. 미세 유체 구조물(20)의 검출부(120)를 제외한 각각의 구성요소들은 마이크로 밀링(micro milling)을 이용한 패터닝 공정을 통해 생성될 수 있다.
우선, 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 제 1 미세 유체 유로(110) 중 제 1 부분(110a)은 중층부에 배치되어 있고, 제 1 부분(110a)은 시료 주입부(100)와 연결된 부분과 굴곡부(111)를 포함한다. 제 1 미세 유체 유로(110) 중 제 2 부분(110b)은 상층부에 배치되어 있고, 제 2 부분(110b)은 검출부(120)와 연결된 부분을 포함한다. 이는, 중층부에 배치된 시료 주입부(100)로부터 시료가 제 1 미세 유체 유로(110)의 제 1 부분(110a)에 수용된 이후, 시료가 제 1 미세 유체 유로(110)로부터 검출부(120)로 제공될 때에 시료가 검출부(120)의 위에서 아래 방향으로 즉, 검출부(120) 상으로 떨어지는 방식으로 제공되기 위함이다. 그에 따라, 검출부(120) 상에서 보다 균일하게 시료가 전개될 수 있다.
DNPH 유도체화된 다중 알데히드류 및/또는 케톤류를 포함하는 시료가 회전식 플랫폼(10)의 상층부에 위치한 제 1 미세 유체 유로(110)로부터 회전식 플랫폼(10)의 중층부 및 하층부에 삽입된 검출부(120)로 즉, 아래방향으로 유체 시료가 주입된다. 따라서, 유체 시료가 보다 균일하게 검출부(120)에서 전개될 수 있다.
또한, 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 제 2 미세 유체 유로(140) 중 제 1 부분(140a)은 중층부에 배치되어 있고, 제 1 부분(140a)은 용리제 도입부(130)와 연결된 부분과 굴곡부들(141, 142)을 포함한다. 제 2 미세 유체 유로(140) 중 제 2 부분(140b)은 상층부 및 중층부에 걸쳐 배치되어 있고, 제 2 부분(140b)은 검출부(120)와 연결된 부분을 포함한다. 이는, 용리제가 검출부(120)의 하단 중앙으로 도입되게 하기 위함이다.
또한, 상층부에는 도 3b에 도시된 바와 같이, 시료 주입부(100)의 주입구(100a) 및 용리제 도입부(130)의 주입구(130a)를 포함한다. 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 시료 주입부(100)의 주입구(100a) 및 용리제 도입부(130)의 주입구(130a)는 상층부 및 중층부에 걸쳐 형성되어 있다. 따라서, 회전식 플랫폼(10)의 위(즉, 상층부)에 구비된 시료 주입부(100)의 주입구(100a) 및 용리제 도입부(130)의 주입구(130a)로 각각 시료와 용리제를 주입하면, 중층부에 구비된 시료 주입부(100) 및 용리제 도입부(130) 내부로 각각 시료와 용리제가 수용되게 된다.
중층부에는 도 1 및 도 2과 관련하여 상술한 구성요소들이 대부분 배치되어 있어, 중층부에 관하여 도 1 및 도 2에 설명한 구성요소들과 중복되는 설명은 상술한 도 1 및 도 2에 관한 설명을 참조한다.
도 3c 및 도 3d를 참조하면, 중층부 및 하층부에 걸쳐 검출부(120)의 형상과 일치하고 검출부(120)가 삽입될 수 있는 공간 및 검출부(120)의 일단부가 삽입될 수 있도록 리저브 영역(150)이 구비되어 있다. 중층부에는 검출부(120)가 삽입될 수 있도록 개구되어 있고, 하층부에는 검출부(120)의 형상과 일치하고 검출부(120)가 삽입될 수 있는 오목부가 구비되어 있다. 검출부(120)는 중층부와 하층부에 걸쳐 위치할 수 있다. 또한, 중층부와 하층부에 걸쳐 검출부(120)의 일단부가 삽입될 수 있도록 리저브 영역(150)이 구비되어 있다. 한편, 본 발명은 상술한 것에 한정되지 않고, 상층부 중에서 검출부(120)가 위치하는 부분은 검출부(120)가 삽입될 수 있도록, 검출부(120)의 형상과 일치하게 상층부의 아래면이 오목부로 구비되어 있을 수 있는 등 다양하게 변형, 변경이 가능하다. 또한, 이러한 오목부의 높이도 본 발명이 실제 구현되는 환경에 따라 다양하게 변형, 변경이 가능하다.
상층부, 중층부 및 하층부의 재질은 예를 들면 폴리카보네이트 (Polycarbonate; PC) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate; PMMA) 등을 포함할 수 있다.
한편, 상층부, 중층부, 하층부 사이에는 각각 점착층(미도시)이 구비되어, 상층부와 중층부를 접합하고, 중층부와 하층부를 접합할 수 있다. 점착층은, 예를 들면, 아크릴(acryl) 계열의 양면 점착 테이프로 제작될 수 있다. 회전식 플랫폼(10)의 크기에 대응하는 점착 성분을 갖는 재질의 테이프나 판 등에서, 각 층부의 상술한 구성요소들에 대응하는 영역들을 컷팅(cutting) 등으로 제거하여 제작할 수 있다.
예를 들면, 상층부와 중층부를 접합하는 점착층은, 상층부의 시료 주입부(100)의 주입구(100a) 및 용리제 도입부(130)의 주입구(130a)를 통해 각각 주입된 시료 및 용리제가 중층부로 이동할 있도록, 시료 주입부(100)의 주입구(100a) 및 용리제 도입부(130)의 주입구(130a)에 대응하는 영역이 컷팅되어 있을 수 있다. 또한, 중층부와 하층부를 접합하는 점착층은 도 3a에 도시된 바와 같이 중층부와 하층부의 구성요소들에 대응하는 영역들이 컷팅되어 있을 수 있다.
본 발명의 검출용 디바이스(1)에 따르면, 알데히드류 및/또는 케톤류 검출용 디바이스(1)의 회전을 제어하여, 알데히드류 및/또는 케톤류를 포함하는 유체 시료가 시료 주입부(100)에서 제 1 미세 유체 유로(110)로 이동한 다음 검출부(120)로 이동할 수 있다. 마찬가지로, 용리제가 용리제 도입부(130)에서 제 2 미세 유체 유로(140)로 이동한 다음 검출부(120)로 이동할 수 있다.
예를 들면, 시료 주입부(100)에 알데히드류 및/또는 케톤류를 포함하는 유체 시료가 주입된 다음, 검출용 디바이스(1)가 3500 RPM 으로 20 초 동안 1차로 회전하면, 시료 주입부(100)의 주입구(100a)로 주입된 시료가 시료 주입부(100)의 후단부(100c)로 이동하고, 1차 회전 이후 검출용 디바이스(1)가 정지되면, 알데히드류 및/또는 케톤류를 포함하는 유체 시료가 시료 주입부(100)의 후단부(100c)로부터 모세관력에 의하여 제 1 미세 유체 유로(110)로 이동한다. 또한, 용리제 도입부(130)의 주입구(130a)에 주입된 용리제는 상기 1차 회전 시에 용리제 도입부(130)의 후단부(130c)로 이동하고, 1차 회전 이후 검출용 디바이스(1)가 정지되면, 용리제가 모세관력에 의하여 제 2 미세 유체 유로(140)의 제 1 굴곡부(141)로 이동한다.
다시, 검출용 디바이스(1)가 3500 RPM 으로 20 초 동안 2차로 회전하면, 시료가 제 1 미세 유체 유로(110)에서 검출부(120)로 도입된다. 상기 2차 회전 후 검출용 디바이스(1)가 정지되면, 용리제가 제 2 미세 유체 유로의 제 2 굴곡부(142)로 이동한다.
검출용 디바이스(1)의 1500 RPM 으로 20 초 동안 3차 회전이 진행되면 용리제가 리저브 영역(150)으로 로딩(loading)되고, 검출용 디바이스(1)의 3차 회전이 멈춘 후 알데히드류 및/또는 케톤류를 포함하는 유체 시료가 용리제에 의하여 모세관력에 의하여 검출부(120)상에서 전개된다.
도 4는 본 발명에 따른 알데히드류 및/또는 케톤류 검출용 디바이스(1)를 포함하는 알데히드류 및/또는 케톤류 검출용 시스템(2)에 관하여 도시한다. 알데히드류 및/또는 케톤류 검출용 시스템(2)은 UV 램프(미도시)를 더 포함한다. UV 램프는 예를 들면, 알데히드류 및/또는 케톤류 검출용 시스템(2)의 천정부의 하면에 설치될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, UV 램프로 검출부(120)를 비추어 검출부(120) 상에서 전개된 알데히드류 및/또는 케톤류의 시료를 육안으로 확인할 수 있는 한, UV 램프가 장착될 수 있는 위치는 다양하게 변형, 변경할 수 있다. 상술한 바와 같이, 알데히드류 및/또는 케톤류는 발색단이 존재하지 않아, 시료 주입부(100)에서 DNPH로 유도체화된 후에 검출부(120)에서 전개되며, DNPH로 유도체화된 알데히드류 및/또는 케톤류가 전개된 검출부(120)를 UV 램프로 비추면, 비로소 육안으로 알데히드류 및/또는 케톤류를 분리 검출할 수 있게 된다.
이와 같은, 본 발명에 따른 검출용 디바이스(1)를 이용하여 Acetaldehyde, Acetone, Acrolein, Benzaldehyde, Butyraldehyde, Formaldehyde, 또는 Propionaldehyde 등의 복수 개의 알데히드류 및/또는 케톤류에 대하여 정성 분석이 5 분 내에 가능하다. 유체 시료에 포함된 7 종의 알데히드류 및/또는 케톤류는 각각 검출부(120)상에 전개되는 정도가 상이하므로, UV 램프(30)를 검출부(120)에 비추어 검출부(120)상에 분리 전개된 7 종의 알데히드류 및/또는 케톤류를 각각 검출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 알데히드류 및/또는 케톤류의 DNPH 유도체화 및 검출부 상에서의 전개 과정이 미세 유체 구조물(20)이 배치된 회전식 플랫폼(10)의 회전 제어에 의한 원심력과 모세관력의 조절을 통하여 이루어진다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 검출용 디바이스(1)에 의하면, 경제적이며 신속하게 다중 알데히드류 및/또는 케톤류의 분리 검출이 가능하고, 종래의 고가의 HPLC 분석 장비에 비해 경제적이며 분석에 소요되는 시간도 단축시킬 수 있으며, 다중 알데히드류 및/또는 케톤류의 분리 검출이 필요한 현장에서 신속하고 편리하게 응용 될 수 있다. 더구나, 복수 개의 시료가 존재하고 이러한 시료들이 각각 알데히드류 및/또는 케톤류를 상이한 조성으로 포함하는 경우, 이러한 복수 개의 시료들을 동시에 하나의 디바이스(1)에서 분석할 수 있다.
상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 기술자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구 범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
[부호의 설명]
1: 알데히드류 및/또는 케톤류 검출용 디바이스
2: 알데히드류 및/또는 케톤류 검출용 시스템
10: 회전식 플랫폼
20: 미세 유체 구조물
100: 시료 주입부
110: 제 1 미세 유체 유로
120: 검출부
130: 용리제 도입부
140: 제 2 미세 유체 유로
150: 리저브 영역
160: 제 1 공기 순환 채널
170: 제 2 공기 순환 채널

Claims (9)

  1. 디스크 형상의 회전식 플랫폼;
    상기 회전식 플랫폼 상에 배치되는 미세 유체 구조물로서:
    알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료가 주입되고, 상기 알데히드류 또는 케톤류가 DNPH 유도체화될 수 있는 시료 주입부;
    상기 시료가 검출부로 이동할 수 있는 통로이고 상기 시료 주입부와 상기 검출부를 연결하는 제 1 미세 유체 유로(siphon channel);
    용리제가 주입될 수 있는 용리제 도입부;
    상기 용리제가 검출부로 이동할 수 있는 통로이고 상기 용리제 도입부와 상기 검출부를 연결하는 제 2 미세 유체 유로; 및
    상기 용리제로 상기 시료의 알데히드류 또는 케톤류가 분리 전개될 수 있도록 상기 시료의 알데히드류 또는 케톤류와 반응을 일으킬 수 있는 물질로 코팅된 검출부를 포함하는, 상기 미세 유체 구조물을 포함하고,
    상기 회전식 플랫폼의 회전으로, 상기 시료 주입부에 주입된 상기 알데히드류 또는 케톤류가 DNPH 유도체화되는, 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시료에 포함될 수 있는 알데히드류 또는 케톤류는 아세트알데히드(acetaldehyde), 아세톤(acetone), 아크롤레인(acrolein), 벤즈알데히드(benzaldehyde), 부티르알데히드(butyraldehyde), 포름알데히드(formaldehyde), 및 프로피온알데히드(propionaldehyde)로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는, 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 시료 주입부의 내부는 2, 4-DNPH가 코팅된 실리카(2, 4-DNPH coated silica)가 비즈들의 형태로 채워진, 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세 유체 구조물은 복수 개로 구비되고,
    복수 개의 상기 미세 유체 구조물은 각각 상이한 유체 시료들을 수용할 수 있고, 상기 회전식 플랫폼에 방사 대칭으로 배치된, 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세 유체 구조물은 상기 제 2 미세 유체 유로와 상기 검출부를 연결하는 리저브 영역을 포함하고, 상기 검출부의 일단부가 상기 리저브 영역 내에 수용되는, 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 미세 유체 구조물은:
    상기 시료 주입부와 상기 검출부의 타단부를 연결하는 제 1 공기 순환 채널; 및
    상기 용리제 도입부와 상기 검출부의 타단부를 연결하는 제 2 공기 순환 채널을 더 포함하고,
    상기 제 1 공기 순환 채널 및 상기 제 2 공기 순환 채널로, 상기 검출부에서의 상기 유체 시료 및 상기 용리제의 증발 속도가 증가되고 상기 검출부의 습기 맺힘 현상이 방지되는, 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 미세 유체 유로 및 상기 제 2 미세 유체 유로는 각각 굴곡부를 포함하고,
    상기 제 2 미세 유체 유로의 굴곡부의 개수는 상기 제 1 미세 유체 유로의 굴곡부의 개수보다 하나 더 많은, 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 디바이스의 1차 회전 시에, 상기 주입된 유체 시료가 시료 주입부의 후단부로 이동하고, 상기 주입된 용리제가 용리제 도입부의 후단부로 이동하고,
    상기 디바이스의 1차 회전 이후 상기 디바이스의 정지 시에, 상기 시료 주입부로부터 상기 제 1 미세 유체 유로로 시료가 이동하고, 상기 용리제 도입부로부터 상기 제 2 미세 유체 유로의 제 1 굴곡부로 용리제가 이동하고,
    상기 디바이스의 2차 회전 시에, 상기 시료가 상기 제 1 미세 유체 유로로부터 상기 검출부로 도입되고,
    상기 디바이스의 2차 회전 이후 상기 디바이스의 정지 시에, 상기 용리제가 상기 제 2 미세 유체 유로의 제 1 굴곡부로부터 상기 제 2 미세 유체 유로의 제 2 굴곡부로 이동하고,
    상기 디바이스의 3차 회전 시에, 상기 용리제가 상기 제 2 미세 유체 유로로부터 상기 리저브 영역으로 도입되고,
    상기 디바이스의 3차 회전 이후 상기 디바이스의 정지 시에, 상기 시료가 상기 용리제에 의하여 상기 검출부 상에서 전개되는, 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 알데히드류 또는 케톤류 검출용 디바이스, 및 상기 검출부에 자외선을 비춰 상기 검출부 상에서 분리 전개된 알데히드류 또는 케톤류를 육안으로 관찰할 수 있도록 하는 UV 램프를 포함하는, 알데히드류 또는 케톤류 검출용 시스템.
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