KR101099495B1 - 원심력 기반의 미세유동장치, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 시료분석방법 - Google Patents

원심력 기반의 미세유동장치, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 시료분석방법 Download PDF

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Abstract

개시된 미세유동장치는, 시료 챔버와, 이 시료 챔버로부터 시료를 공급받아 시약과의 반응에 의하여 시료에 포함된 성분을 검출하는 하나 이상의 분석유닛을 구비한다. 미세유동장치에는 온도의 변화와 수분의 함량에 따라서 그 흡광도가 변하는 물질이 수용된 변성확인챔버가 마련되어, 이 챔버의 흡광도를 측정함으로써 미세유동장치의 보관상태를 판별할 수 있다.

Description

원심력 기반의 미세유동장치, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 시료분석방법{Centrifugal force-based microfluidic device, method of manufacturing the same and sample analysis method using the same}
원심력 기반의 미세유동장치, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 시료 분석 방법이 개시된다.
미세유동 장치를 구성하는 미세유동 구조물에는 소량의 유체를 가두어 둘 수 있는 챔버와, 유체가 흐를 수 있는 채널, 유체의 흐름을 조절할 수 있는 밸브, 그리고 유체를 받아 소정의 기능을 수행할 수 있는 여러 가지 기능성 유닛 등이 포함될 수 있다. 소형의 칩(chip) 상에서 생화학적 반응을 포함한 시험을 수행할 수 있도록 칩 형태의 기판에 이러한 미세유동 구조물을 배치한 것을 일컬어 바이오 칩이라고 하고, 특히 여러 단계의 처리 및 조작을 하나의 칩에서 수행할 수 있도록 제작된 장치를 랩온어칩(lab-on-a-chip)이라 한다.
미세유동 구조물 내에서 유체를 이송하기 위해서는 구동 압력이 필요한데, 구동 압력으로서 모세관압이 이용되기도 하고, 별도의 펌프에 의한 압력이 이용되기도 한다. 최근에는 디스크 형상의 플랫폼에 미세유동 구조물을 배치하여 원심력 을 이용하는 미세유동 장치들이 제안되고 있다. 이를 일컬어 랩온어디스크(lab-on-a-disk) 혹은 랩씨디(Lab CD)라 하기도 한다.
본 발명의 일 실시예는 시료와 시약과의 반응물의 흡광도를 측정함으로써 시료에 포함된 성분을 분석할 수 있는 원심력기반의 미세유동장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 원심력기반의 미세유동장치를 복수 개의 판으로 접착제를 이용하여 접합함으로써 제조할 수 있는 미세유동장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 원심력기반의 미세유동장치를 이용하여 시료와 시약을 반응시키고, 그 흡광도를 측정하여 시료에 포함된 성분을 검출하는 시료 분석 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치는, 시료 챔버; 상기 시료 챔버로부터 시료를 공급받아 시약과의 반응에 의하여 상기 시료에 포함된 성분을 검출하는 하나 이상의 분석유닛; 미세유동장치의 보관상태를 확인하기 위한 것으로서, 온도의 변화와 수분의 함량에 따라서 그 흡광도가 변하는 물질이 수용된 변성확인챔버;를 포함한다.
상기 분석유닛은, 상기 시료 챔버와 연결되며, 원심력에 의하여 상기 시료로부터 상청액을 분리하는 시료 분배부; 상기 시료 분배부로부터 공급되는 상청액을 계량하기 위한 용적을 갖는 상청액 계량 챔버; 상기 상청액 계량 챔버와 연결되며, 상기 상청액을 희석시키기 위한 희석액이 수용되는 희석 챔버; 분배 채널에 의 하여 상기 희석 챔버와 연결되어 시료 희석액을 공급받는 것으로서, 시약이 수용되는 복수의 반응 챔버;를 포함할 수 있다.
상기 미세유동장치는, 흡광도 측정에 의하여 미세유동장치의 사용여부를 판별하기 위하여, 상기 시료 분배부의 말단에 위치되는 사용여부확인챔버;를 포함할 수 있다.
상기 미세유동장치는, 흡광도 측정에 의하여 시료의 양을 확인하기 위한 것으로서, 상기 시료 분배부의 용량을 초과하는 시료가 수용되는 과잉시료챔버;를 포함할 수 있다.
상기 미세유동장치는, 흡광도 측정에 의하여 상청액의 상태를 확인하기 위한 것으로서, 상기 상청액 계량 챔버와 상기 시료 분배부를 연결하는 채널에 연결되어 상청액을 공급받는 상청액확인챔버;를 포함할 수 있다.
상기 미세유동장치는, 상기 상청액 계량 챔버와 상기 시료 분배부를 연결하는 채널에 연결되어 상기 상청액 계량 챔버의 용적을 초과하는 상청액을 수용하는 과잉상청액챔버;를 포함할 수 있다.
상기 미세유동장치는, 흡광도 측정에 의하여 시료 희석액의 농도 검출을 위한 기준값을 제공하기 위한 것으로서, 상기 시료 분배부로부터 상청액을 공급받는 하나 이상의 제1농도검출챔버;를 포함할 수 있다. 둘 이상의 상기 제1농도검출챔버를 구비하는 경우에, 이들의 깊이는 서로 다를 수 있다.
상기 미세유동장치는, 상기 복수의 반응 챔버 앞서 상기 분배 채널에 연결되어 상기 희석 챔버로부터 시료 희석액을 공급받는 것으로서, 상기 희석 챔버로부터 적어도 두번째 챔버이며, 그 흡광도 측정에 의하여 시료 희석액의 농도를 검출하기 위한 제2농도검출챔버;를 포함할 수 있다.
상기 미세유동장치는, 상기 복수의 반응 챔버의 뒤쪽에 상기 분배 채널에 연결되어 상기 시료 희석액을 공급받는 시료희석액확인챔버;를 포함할 수 있다.
상기 미세유동장치는, 온도에 따라 흡광도가 변하는 물질이 수용된 온도검출챔버;를 포함할 수 있다.
상기 미세유동장치는, 동결건조된 상기 시약이 수용되고, 상기 복수의 반응 챔버에 장착되는 복수의 시약 카트리지를 포함할 수 있다.
상기 미세유동장치는, 서로 마주보게 접합되는 제1 판 및 제2 판을 포함하는 플랫폼; 및 상기 제1 판 및 상기 제2 판을 접합하기 위하여 상기 제1 판 및 상기 제2 판 사이에 게재되는 접착제를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 시료 챔버, 상기 하나 이상의 분석유닛 및 상기 변성확인챔버는 상기 제1 판에 음각 구조물로 형성될 수 있다.
상기 접착제는 장파장의 전자기파 조사에 의해 경화될 수 있다. 즉, 상기 접착제는 약 200 nm 내지 약 900 nm의 파장의 광을 흡수하여 경화될 수 있다. 또한, 상기 접착제는 약 250 nm 내지 약 600 nm의 파장의 광을 흡수하여 경화될 수도 있다.
상기 접착제는 경화수지 및 광중합 개시제를 포함할 수 있다. 광중합 개시제는, 벤조인에테르류 물질, 벤조페논계 물질, 아민계 물질, 아세토페논류 물질, 티오키산톤계 물질 및 루이스산계 물질로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 어느 하 나 또는 이들의 2 이상의 조합을 포함할 수 있다. 또는 광중합 개시제는, 캄파퀴논, 알파-나프틸, 벤질, 2,4-디에틸티오키산톤, 트리메틸벤조일 디페닐술핀옥시드 및 메틸티오키산톤으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합을 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치의 제조 방법은, 상기 시료 챔버, 상기 하나 이상의 분석유닛 및 상기 변성확인챔버 각각에 대응되는 음각 구조물이 형성된 제1 판을 준비하는 단계; 제2 판을 준비하는 단계; 상기 제1 판 및 상기 제2 판 중 하나 이상에 접착제를 도포하는 단계; 상기 제1 판 및 상기 제2 판을 밀착시키는 단계; 및 상기 접착제에 광을 조사하여 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시료 분석 방법은, 시료 챔버와, 상기 시료 챔버로부터 시료를 공급받아 시약과의 반응시키고 그 흡광도를 측정하여 상기 시료에 포함된 성분을 검출하는 하나 이상의 분석유닛을 구비하는 원심력 기반의 미세유동장치를 이용하여 시료에 포함된 성분을 분석하는 시료 분석 방법으로서, 상기 미세유동장치의 시료 챔버에 시료를 주입하는 단계; 상기 미세유동장치를 회전구동부에 장착하는 단계; 검출기를 이용하여 온도의 변화와 수분의 함량에 따라서 그 흡광도가 변하는 물질이 수용된 변성확인챔버의 흡광도를 측정하여, 상기 미세유동장치가 보관상태가 검사에 적합한지를 판별하는 단계;를 포함한다.
상기 시료 분석 방법은, 상기 회전구동부를 이용하여 상기 미세유동장치를 회전시켜 원심력에 의하여 상기 시료 챔버로부터 시료 분배부로 시료를 이송시키는 단계; 검출기를 이용하여 상기 시료 분배부의 말단에 위치된 시용여부확인챔버의 흡광도를 측정하여 상기 미세유동장치가 사용된 미세유동장치인지를 판별하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 시료 분석 방법은, 상기 검출기를 이용하여 상기 시료 분배부의 용적을 초과하는 시료가 수용되는 과잉시료챔버의 흡광도를 측정하여, 시료의 양이 충분한지를 결정하는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 시료 챔버로부터 시료를 공급받는 복수의 상기 분석유닛을 구비하는 경우에, 상기 과잉시료챔버에는 최종 분석유닛의 시료 분배부의 용적을 초과하는 시료가 수용될 수 있다.
상기 시료 분석 방법은, 상기 검출기를 이용하여 온도에 따라 흡광도가 변하는 물질이 수용된 온도검출챔버의 흡광도를 측정하여, 상기 미세유동장치의 온도가 검사를 시작하기에 적합한지를 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 시료 분석 방법은, 상기 회전구동부를 이용하여 상기 미세유동장치를 회전시켜 원심력에 의하여 상기 시료 챔버로부터 시료 분배부로 시료를 이송시키고, 상기 시료분배부에 수용된 시료로부터 상청액을 원심 분리하는 단계; 상기 검출기를 이용하여 시료 분배부로부터 상청액을 공급받는 상청액확인챔버의 흡광도를 측정하여 상청액의 상태를 표시하는 지수와, 상기 시료 분배부의 출구에 위치된 밸브의 작동불량여부 중 적어도 하나를 검출하는;를 포함할 수 있다.
상기 시료 분석 방법은, 상기 시료 분배부로부터 상청액을 상청액 계량 챔버로 이동시켜 정량의 상청액을 계량하는 단계; 상청액 계량 챔버의 용적을 초과하는 상청액을 과잉상청액챔버로 이동시키는 단계; 상기 과잉상청액챔버의 흡광도를 측정하여, 상청액의 양이 충분한지를 판별하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 시료 분석 방법은, 상기 회전구동부를 이용하여 상기 미세유동장치를 회전시켜 원심력에 의하여 상기 시료 챔버로부터 시료 분배부로 시료를 이송시키고, 상기 시료분배부에 수용된 시료로부터 상청액을 원심 분리하는 단계; 상기 검출기를 이용하여 시료 분배부로부터 상청액을 공급받는 적어도 하나의 제1농도검출챔버의 흡광도를 측정하는 단계; 상기 상청액을 희석 챔버에 수용된 희석액과 혼합하여 시료 희석액을 형성하는 단계; 분배 채널을 통하여 상기 희석 챔버로부터 적어도 두 번째에 위치되는 챔버인 제2농도검출챔버로 시료 희석액을 공급하고, 상기 제2농도검출챔버의 흡광도를 측정하는 단계; 상기 제1, 제2농도검출챔버의 흡광도값과 상기 제1, 제2농도검출챔버의 깊이를 이용하여 시료희석액의 희석비율이 적정한지를 판별하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 시료 분석 방법은, 상기 회전구동부를 이용하여 상기 미세유동장치를 회전시켜 원심력에 의하여 상기 시료 챔버로부터 시료 분배부로 시료를 이송시키고, 상기 시료분배부에 수용된 시료로부터 상청액을 원심 분리하는 단계; 상기 상청액을 희석 챔버에 수용된 희석액과 혼합하여 시료 희석액을 형성하는 단계; 분배채널을 통하여 순차로 위치되는 제2농도검출챔버, 시약이 수용된 복수의 반응 챔버, 및 시료희석액확인챔버로 시료 희석액을 공급하는 단계; 상기 제2농도검출챔버의 흡광도와, 상기 시료희석액확인챔버와 상기 복수의 반응 챔버 중 가장 말단에 위치되는 반응 챔버 중 적어도 하나의 흡광도를 측정하여, 시료 희석액의 희석비율의 균일성을 확인하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 시료 분석 방법은, 상기 회전구동부를 이용하여 상기 미세유동장치를 회전시켜 원심력에 의하여 상기 시료 챔버로부터 시료 분배부로 시료를 이송시키고, 상기 시료분배부에 수용된 시료로부터 상청액을 원심 분리하는 단계; 상기 상청액을 희석 챔버에 수용된 희석액과 혼합하여 시료 희석액을 형성하는 단계; 분배채널을 통하여 시약이 수용된 복수의 반응 챔버로 시료 희석액을 공급하는 단계; 상기 복수의 반응 챔버의 흡광도를 측정하여, 복수의 반응 챔버 내에 과도한 버블이 존재하는지를 확인하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 시료 분석 방법은, 상기 회전구동부를 이용하여 상기 미세유동장치를 회전시켜 원심력에 의하여 상기 시료 챔버로부터 시료 분배부로 시료를 이송시키고, 상기 시료분배부에 수용된 시료로부터 상청액을 원심 분리하는 단계; 상기 상청액을 희석 챔버에 수용된 희석액과 혼합하여 시료 희석액을 형성하는 단계; 분배채널을 통하여 시약이 수용된 복수의 반응 챔버로 시료 희석액을 공급하는 단계; 상기 복수의 반응 챔버 중 가장 말단의 반응 챔버의 흡광도를 측정하여, 복수의 반응 챔버에 수용된 유체가 시료 희석액인지를 확인하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 시료 분석 방법은, 바코드 리더를 이용하여 상기 미세유동장치의 측부에 마련된 바코드로부터 상기 미세유동장치의 제조일자, 유효기간, 검출된 흡광도와 성분의 농도와의 관계에 관한 정보 중 적어도 하나를 취득하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시료 분석 방법은, 시료 챔버와, 상기 시료 챔버로부터 시료를 공급받아 시약과의 반응시키고 그 흡광도를 측정하여 상기 시료에 포함된 성분을 검출하는 하나 이상의 분석유닛을 구비하는 원심력 기반의 미세유동 장치를 이용하여 시료에 포함된 성분을 분석하는 시료 분석 방법으로서, 상기 미세유동장치의 시료 챔버에 시료를 주입하는 단계; 회전구동부를 이용하여 상기 미세유동장치를 회전시켜 원심력에 의하여 상기 시료 챔버로부터 시료 분배부로 시료를 이송시키고, 상기 시료분배부에 수용된 시료로부터 상청액을 원심 분리하는 단계; 상기 상청액을 희석 챔버에 수용된 희석액과 혼합하여 시료 희석액을 형성하는 단계; 분배채널을 통하여 시약이 수용되는 복수의 반응 챔버를 포함하는 복수의 챔버로 시료 희석액을 분배하는 단계; 상기 분배 채널로부터 적어도 두 번째에 위치되는 상기 시약이 수용되지 않는 챔버의 흡광도와, 상기 분배 채널의 말단에 위치되는 두 개의 챔버 중 적어도 하나의 흡광도를 측정하여 시료 희석액의 희석비율의 균일성을 확인하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치 및 시료 분석 방법에 따르면, 시료와 시약과의 반응물의 흡광도를 측정함으로써 시료에 포함된 성분을 분석할 수 있으며, 분석과정에서의 신뢰성을 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 미세유동장치의 일 실시예이다. 본 실시예에 따르면, 미세유동장치는 회전 가능한(예컨대, 디스크 형상의) 플랫폼(100)과, 이 플랫폼(100) 내에 유체가 수용될 수 있는 공간이나 흐를 수 있는 유로를 제공하는 미세유동 구조물들을 포함한다. 플랫폼(100)은 그 회전중심(C)을 축으로 하여 회전할 수 있다. 즉, 미세유동장치는 후술하는 분석장치의 회전구동부(도 8: 510)에 장착 되어 회전될 수 있다. 이 경우에, 플랫폼(100) 내에 배치된 구조물 내에서는 플랫폼(100)의 회전에 따른 원심력의 작용에 의해 시료의 이동, 혼합 등이 이루어진다.
플랫폼(100)은 성형이 용이하고, 그 표면이 생물학적으로 비활성인 아크릴, PDMS 등의 플라스틱 소재로 만들어질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 화학적, 생물학적 안정성과 광학적 투명성 그리고 기계적 가공성을 가지는 소재이면 족하다. 플랫폼(100)은 여러 층의 판으로 이루어질 수 있다. 판과 판이 서로 맞닿는 면에 챔버나 채널 등에 해당하는 음각 구조물을 만들고 이들을 접합함으로써 플랫폼(100) 내부에 공간과 통로를 제공할 수 있다. 예를 들면, 플랫폼(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 하판과 상판을 포함하는 2-판 구조일 수 있다. 또한 플랫폼(100)은 도 3에 도시된 바와 같이, 하판과 상판 사이에 유체가 수용될 수 있는 공간과 유체가 흐를 수 있는 유로를 정의하기 위한 구획판이 마련된 구조일 수도 있다. 이외에도 플랫폼(100)은 다양한 형태를 가질 수 있다.
플랫폼(100)이 여러 층의 판으로 이루어진 경우, 판과 판의 접합은 접착제를 이용한 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 하판과 상판으로 이루어진 2-판 구조의 플랫폼(100)의 경우, 하판과 상판 사이에 게재되는 접착제에 의하여 하판과 상판이 접합될 수 있다. 접착제는 하판 및/또는 상판에 도포되는 액상의 물질일 수 있다. 접착제는 자외선(ultraviolet ray) 조사에 의하여 경화되는 UV 경화형 접착제일 수 있으며, 또는 가시광선(visible light ray) 조사에 의하여 경화되는 가시광선 경화형 접착제일 수도 있다.
접착제는 경화수지 및 광중합 개시제를 포함할 수 있다. 경화수지는, 에폭시 아크릴레이트(epoxy acrylate), 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate), 폴리에스테르 아크릴레이트(polyester acrylate), 실리콘 아크릴레이트(silicon acrylate) 등의 아크릴계 물질(acrylic material)을 포함할 수 있다. 또는 경화수지는 트리아릴이소시아누레이트(triarylisocyanurate), 디아릴말레에이트(diarylmaleate) 등의 폴리엔계(polyenic material) 물질, 또는 트리메틸올프로판 트리스-티오프로피오네이트(trimethyolpropane tris-thiopropionate) 등의 폴리티올계 물질(polythiolic material)을 포함할 수도 있다. 또는 경화수지는 에폭시 수지(epoxy resin)나 비닐에테르(vinyl ether)를 포함할 수도 있다. 경화수지는 전술한 물질들의 2 이상의 조합을 포함할 수도 있다.
UV 경화형 접착제의 경우 광중합 개시제는, 벤조인에테르류 물질(benzoin ethers), 벤조페논계 물질(benzophenonic material), 아민계 물질(aminic material), 아세토페논류 물질(acetophenonic material), 티오키산톤계 물질(thioxanthonic material), 또는 루이스산디아조늄(Lewis acid diazonium), 루이스산술포늄(Lewis acid sulfonium), 루이스산요오드늄(Lewis acid iodium) 등의 루이스산계 물질(Lewis acidic material), 또는 이들의 2 이상의 조합을 포함할 수 있다.
가시광선 경화형 접착제의 경우, 광중합 개시제는 캄파퀴논(camphor quinine), 알파-나프틸(α-Naphthyl), 벤질(benzyl) 등의 알파-디케톤류 물질(α-diketonic material), 2,4-디에틸티오키산톤(2,4-diethylthioxantone), 트리메틸벤조일 디페닐술핀옥시드(trimetylbenzoil diphenylsulfineoxide), 메틸티오키산 톤(metylthioxantone) 또는 이들의 2 이상의 조합을 포함할 수도 있다.
광중합 개시제는 약 200 nm 내지 약 900 nm의 파장 영역에서 최대 흡수 스펙트럼을 가질 수 있다. 또한, 광중합 개시제는 약 250 nm 내지 약 600 nm의 파장 영역에서 최대 흡수 스펙트럼을 가질 수도 있다.
접착제는 경화수지 및 광중합 개시제 외에 증감제를 더 포함할 수도 있다. 증감제는 산소를 소비하고 광중합 개시제에 수소를 공급함으로써 경화 반응을 빠르게 할 수 있다. 예컨대 증감제는, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(dimetylaminoethyl metacrylate), n-부틸아민(n-butylamine), 트리에틸아민(triethylamine), 4-디메틸아미노안식향산(4-dimethylamino benzoic acid), 이소아밀(isoamyl), 히드로실란류(hydrosilanic material), 술포닐히드라지드 유도체(sulfonylhydrazide derivatives) 또는 이들의 2 이상의 조합을 포함할 수도 있다. 또한 접착제는 기타 안정제, 필러, 염료 및 안료 등을 더 포함할 수도 있다.
이러한 접착제를 이용하여 하판과 상판을 접합함으로써 플랫폼(100)을 제조하는 방법에 대하여 설명한다. 먼저 하판 및/또는 상판에 접착제를 도포할 수 있다. 접착제의 도포는 접착제의 점도에 따라 다양하게 적용할 수 있는데, 저점도의 점합제의 경우 적어도 하나의 노즐(nozzle)을 구비한 잉크젯 프린터(inkjet printer)를 이용하여, 노즐을 통해 접착제를 토출하여 도포하는 잉크젯 방식에 의하여 이루어질 수 있다. 잉크젯 프린터의 일 노즐을 통하여 일 회 토출시 토출되는 접착제의 양은 1 pl(picoliter) 내지 100 ul(microliter)일 수 있다. 그러나 접착제의 도포 방법은 잉크젯 방식에 한정되지 않으며 다른 상이한 방법에 의하여 이루 어질 수도 있다. 즉, 접합제의 점도가 높은 고점도의 경우 실크스크린 방법을 이용하여 접합제를 도포할 수도 있다.
다음으로 하판과 상판 사이에 접착제가 게재되도록 하판과 상판을 밀착시킬 수 있다. 그리고, 접착제에 전자기파를 조사할 수 있다. 접착제에 목적하는 파장 대역의 광을 조사하기 위하여 광 필터(optical filter)를 이용할 수도 있다. 접착제에 포함된 광중합 개시제는 광을 흡수하여 라디칼을 생성할 수 있다. 생성된 라디칼은 주위의 경화수지를 라디칼화시키고, 경화수지의 라디칼들 사이에 결합이 형성되면서 중합이 이루어져 상판과 하판이 접합될 수 있다.
플랫폼(100)을 이루는 판들의 접합 방법은 전자기파를 조사하여 접착제를 경화시키는 예에 한정되는 것은 아니며, 접착제의 종류에 따라 적절한 크기의 열, 압력, 및/또는 전자기파를 가하여 상판 및 하판이 접합되는 조건을 형성할 수도 있다.
플랫폼(100) 내에 배치된 미세유동 구조물들에 대하여 설명한다. 플랫폼(100)의 회전중심(C)에 반경방향으로 가까운 쪽을 안쪽이라 하고, 회전중심(C)으로부터 반경방향으로 먼 쪽을 바깥쪽이라 한다. 플랫폼(100)의 가장 안쪽에 시료 챔버(10)가 마련된다. 시료 챔버(10)에는 시료가 수용된다. 시료 챔버(10)에는 시료를 주입하기 위한 주입구(11)가 마련될 수 있다.
플랫폼(100)에는 둘 이상의 시료 챔버와, 이 시료 챔버로부터 시료를 공급받아 분석작업을 수행하는 둘 이상의 분석유닛이 마련될 수 있다. 본 실시예에서는 하나의 시료 챔버(10)로부터 시료를 공급받는 제1, 제2분석유닛(101)(102)을 구비 하는 예에 관하여 설명한다.
제1, 제2분석유닛(101)(102)은 서로 다른 희석비율을 요하는 검사항목을 검사하기 위한 유닛일 수 있다. 일 예로서, 혈액 검사 항목 중에서 ALB(Albumin), AMY(Amylase), BUN(Blood Urea Nitrogen), Ca++(calcium), CHOL(Total Cholesterol), Cl-(Chloide), CRE(Creatinine), GLU(Glucose), GGT(Gamma Glutamyl Transferase), HDL(High-Density Lipoprotein cholesterol), K+(Potassium), LD(Lactate Dehydrogenase), Na+(Sodium), TCO2(Total carbon dioxide), TP(Total Protein), TRIG(Triglycerides), UA(Uric Acid)은 혈청:희석액 = 1:100의 희석비율을 요한다. 또, ALT(alanine aminotransferase), ALP(Alkanine Phosphatase), AST(aspartate aminotransferase), CK(Creatine Kinase), D-BIL(Direct Bilirubin), T-BIL(Total Bilirubin)은 혈청:희석액 = 1:20의 희석비율을 요한다. 따라서, 제1분석유닛(101)은 혈청:희석액 = 1:100의 희석비율을 요하는 검사항목들을 검사하기 위한 유닛일 수 있으며, 제2분석유닛(102)은 혈청:희석액 = 1:20의 희석비율을 요하는 검사항목들을 검사하기 위한 유닛일 수 있다.
물론, 제1, 제2분석유닛(101)(102)은 동일한 희석비율을 가지는 검사항목들을 검사하기 위한 것일 수도 있다. 또, 제1분석유닛(101)은 원심분리를 요하는 검사항목을 검사하기 위한것일 수 있으며, 제2분석유닛(102)은 원심분리를 요하지 않는 검사항목을 검사하기 위한 것일 수 있다. 제1, 제2분석유닛(101)(102)은 실질적으로는 그 구성이 동일하므로, 이하에서는 제1분석유닛(101)의 상세한 구성을 설명한다.
시료분배부(30)은 시료 챔버(10)로부터 시료를 공급받으며, 예를 들면, 검사에 필요한 정량의 시료를 계량하기 위한 소정의 용적을 가질 수 있다. 시료 챔버(10)로부터 시료분배부(30)로 시료를 이송시키는 데에는 플랫폼(100)의 회전에 의한 원심력이 이용되므로, 시료분배부(30)는 시료 챔버(10)보다 바깥쪽에 위치된다. 시료분배부(30)은 플랫폼(100)의 회전을 이용하여 시료(예를 들면, 혈액)를 상청액과 침강물로 분리하는 원심분리기로서의 작용을 할 수 있다. 원심분리를 위한 시료분배부(30)은 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 그 일 예가 도 1 및 도 4에 도시되어 있다. 시료분배부(30)은 반경방향으로 바깥쪽으로 연장된 채널 형상의 상청액 수집부(31)와, 상청액 수집부(31)의 말단에 위치되어 비중이 큰 침강물을 수집할 수 있는 공간을 제공하는 침강물 수집부(32)를 포함할 수 있다.
제1분석유닛(101)의 시료분배부(30)는 시료챔버(10)와 직접 연결되어 시료를 공급받는다. 제2분석유닛(102)의 시료분배부(30a)은 시료이송부(20)에 의하여 시료분배부(30)와 연결된다. 이에 의하여 시료는 시료챔버(10)로부터 시료분배부(30)으로 공급되어 시료분배부(30)을 채운 후에, 시료이송부(20)를 통하여 다시 시료분배부(30a)를 채우게 된다.
도 4를 참조하면, 시료이송부(20)는 시료분배부(30)와 연결되는 제1연결부(21)와, 시료분배부(30a)와 연결되는 제2연결부(22)를 구비한다. 제1, 제2연결부(21)(22)는 시료이송부(20)의 바깥쪽 벽(25)에 마련될 수 있다. 제2연결부(22)의 회전중심(C)으로부터 반경방향의 거리(R2)는 제1연결부(21)의 회전중심(C)으로부터 반경방향으로의 거리(R1)보다 크게 설정될 수 있다. 제1, 제2연결부(21)(22) 사이 의 바깥쪽 벽(25)의 곡률반경(R)은 R1 이상일 수 있으며, 제1연결부(21)에서 제2연결부(22) 쪽으로 갈수록 점차 커질 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 미세유동장치가 회전되면, 그 원심력에 의하여 시료가 시료분배부(30)으로 이동되어 제1시료분배부(31)을 채운 후에, 시료이송부(20)로 이동된다. 그런 다음, 원심력에 의하여 시료이송부(20)의 바깥쪽 벽(25)을 따라 흘러서 제2연결부(22)를 통하여 제2시료분배부(32)으로 이동된다. 하나의 시료챔버로부터 시료를 분배받는 복수의 시료분배부을 구비함으로써 복수의 시료분배부마다 각각 시료를 주입하는 번거로움을 덜 수 있다.
상청액 수집부(31)의 일 측에는 수집된 상청액(예를 들면, 시료로서 혈액을 사용하는 경우에는 혈청)을 다음 단계의 구조물로 분배하는 시료 분배 채널(34)이 배치된다. 시료 분배 채널(34)은 밸브(35)를 통해 상청액 수집부(31)와 연결된다.
밸브(35)로는 다양한 형태의 미세유동 밸브가 채용될 수 있다. 모세관 밸브와 같이 일정 이상의 압력이 걸리면 수동적으로 개방되는 밸브가 채용될 수도 있고, 작동 신호에 의해 외부로부터 동력 또는 에너지를 받아 능동적으로 작동하는 밸브가 채용될 수도 있다. 본 실시예의 밸브(35)는 전자기파 에너지를 흡수하기 전에는 유체가 흐를 수 없도록 채널(34)을 폐쇄하고 있는, 소위 폐쇄된 밸브(normally closed valve)이다.
도 5a와 도 5b는 폐쇄된 밸브의 일 예를 보이는 단면도이다. 폐쇄된 밸브는 상온에서 고체 상태인 밸브 물질(V1)을 포함할 수 있다. 밸브물질(V1)은 고화된 상태로 채널(C)에 존재함으로써 도 5a에 도시된 바와 같이 채널(C)을 차단한다. 밸브 물질(V1)은 고온에서 용융되어 채널(C) 내의 공간으로 이동하며, 도 5b에 도시된 바와 같이 채널(C)을 개방한 채로 다시 응고된다. 외부에서 조사되는 에너지는 예를 들면 전자기파일 수 있으며, 에너지원은 레이저 빔을 조사하는 레이저 광원이거나, 가시광선 또는 적외선을 조사하는 발광소자(light emitting diode) 또는 제논램프(Xenon)일 수 있다. 레이저 광원인 경우 적어도 하나의 레이저 다이오드(laser diode)를 포함할 수 있다. 외부에너지원은 밸브 물질(V1)에 포함된 발열 입자가 흡수할 수 있는 전자기파의 파장에 따라 선택될 수 있다. 밸브물질(V1)로서는 COC(cyclic olefin copolymer), PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), PS(polystyrene), POM(polyoxymethylene), PFA(perfluoralkoxy), PVC(polyvinylchloride), PP(polypropylene), PET(polyethylene terephthalate), PEEK(polyetheretherketone), PA(polyamide), PSU(polysulfone), 및 PVDF(polyvinylidene fluoride) 등의 열 가소성 수지가 채용될 수 있다. 또, 밸브물질(V1)로서, 상온에서 고체 상태인 상전이 물질이 채용될 수 있다. 상전이 물질은 왁스(wax)일 수 있다. 왁스는 가열되면 용융하여 액체 상태로 변하며, 부피 팽창한다. 왁스로는, 예컨대 파라핀 왁스(paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(microcrystalline wax), 합성 왁스(synthetic wax), 또는 천연 왁스(natural wax) 등이 채용될 수 있다. 상전이 물질은 겔(gel) 또는 열가소성 수지일 수도 있다. 겔로는, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates), 또는 폴리비닐아미드(polyvinylamides) 등이 채용될 수 있다. 밸브 물질(V1)에는 전자기파 에너지를 흡수하여 발열하는 다수의 미세 발열입자가 분산될 수 있다. 미세 발열입자는 대략 0.1 mm 깊이와 1 mm 폭을 갖는 미세한 채널(C)을 자유롭게 통과할 수 있게 1 nm 내지 100 ㎛ 의 직경을 갖는다. 미세 발열입자는 예컨대 레이저광 등에 의하여 전자기파 에너지가 공급되면 온도가 급격히 상승하여 발열하는 성질을 가지며, 왁스에 고르게 분산되는 성질을 갖는다. 이러한 성질을 갖도록 미세 발열입자는 금속 성분을 포함하는 코어(core)와, 소수성(疏水性) 표면 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 미세 발열입자는 Fe로 이루어진 코어와, Fe에 결합되어 Fe를 감싸는 복수의 계면활성성분(surfactant)을 구비한 분자구조를 가질 수 있다. 미세 발열입자들은 캐리어 오일(carrrier oil)에 분산된 상태로 보관될 수 있다. 소수성 표면구조를 갖는 미세 발열입자가 고르게 분산될 수 있도록 캐리어 오일도 소수성일 수 있다. 용융된 상전이 물질에 미세 발열입자들이 분산된 캐리어 오일을 부어 혼합하고, 이 혼합물질을 채널(C)에 주입하고 응고시킴으로써 채널(C)을 막을 수 있다. 미세 발열입자는 위에서 예로 든 중합체(polymer) 입자에 한정되는 것은 아니며, 퀀텀 도트(quantum dot) 또는 자성비드(magnetic bead)의 형태도 가능하다. 또한, 미세 발열입자는 예컨대, Al2O3, TiO2, Ta2O3, Fe2O3, Fe3O4 또는, HfO2 와 같은 미세 금속 산화물일 수 있다. 한편, 폐쇄된 밸브는 미세 발열입자를 반드시 포함하여야 하는 것은 아니며, 미세 발열입자 없이 상전이 물질만으로 이루어질 수도 있다.
채널(34)은 시료로부터 분리된 상청액을 수용하는 상청액 계량 챔버(50)와 연결된다. 상청액 계량 챔버(50)는 밸브(51)를 통하여 희석 챔버(60)와 연결된다. 밸브(51)로서는 상술한 밸브(33)와 동일한 형태의 미세유동 밸브가 채용될 수 있다.
희석 챔버(60)는 상청액과 희석액이 소정 비율로 혼합된 시료 희석액을 제공하기 위한 것이다. 희석 챔버(60)에는 검사에 필요한 상청액과 희석액과의 희석비율을 감안하여 소정 양의 희석액(dilution buffer)이 수용된다. 상청액 계량 챔버(50)는 희석 비율을 고려하여 정해진 양의 시료를 수용할 수 있는 용적을 가지도록 설계될 수 있다. 밸브(51)가 폐쇄된 상태를 유지하는 한, 상청액 계량 챔버(50)의 용적을 초과하는 시료가 상청액 계량 챔버(50)로 유입될 수는 없다. 이에 의하여 정량의 상청액만을 희석 챔버(60)로 공급할 수 있다.
희석 챔버(60)의 바깥쪽에는 반응 챔버들(70)이 배치된다. 반응 챔버들(70)은 분배 채널(61)을 통하여 희석 챔버(60)와 연결된다. 분배 채널(61)을 통한 시료 희석액의 분배는 밸브(62)에 의하여 제어될 수 있다. 밸브(63)은 시료 희석액이 용이하게 반응챔버들(70)로 분배될 수 있도록 에어 벤트 패스를 제공하기 위한 것이다. 밸브(62)(63)로서는 상술한 밸브(33)와 동일한 형태의 미세유동 밸브가 채용될 수 있다.
반응 챔버들(70)에는 시료 희석액와 각기 다른 종류의 반응을 일으키는 시약들이 각각 수용될 수 있다. 시약들은 미세유동장치의 제작 중에 플랫폼(100)을 이루는 상판과 하판을 접합하기 전에 주입될 수 있다. 또한, 반응 챔버들(70)은 밀폐형 반응 챔버가 아니라 벤트 및 주입구가 있는 반응 챔버라도 무방하며, 이 경우에 시약들은 검사를 수행하기 전에 반응챔버들(70)에 주입될 수 있다. 시약들은 액체 상태 또는 동결건조된 고체상태일 수 있다.
예를 들면, 미세유동장치의 제작 중에 플랫폼(100)을 이루는 상판과 하판을 접합하기 전에 반응챔버들(70)에 액상의 시약을 주입하고, 동결건조프로그램에 의하여 이들을 동시에 동결건조할 수 있다. 그런 후에 상판과 하판을 접합함으로써 동결건조된 시약이 수용된 미세유동장치를 제공할 수 있다. 동결 건조된 시약은 액상의 시약에 필러와 계면활성제가 첨가되어 동결건조된 시약일 수 있다. 필러는 동결 건조된 시약이 다공질 구조를 가지도록 하여, 추후에 시료와 희석액이 혼합된 희석액이 반응챔버(70)로 투입되었을 때에 쉽게 용해될 수 있도록 하기 위한 것이다. 예를 들어, 필러는 BSA(bovine serum albumin), PEG(polyethylene glycol), 덱스트란(dextran), 마니톨(mannitol), 폴리 알코올(polyalcohol), 미요-이노시톨(myo-inositol), 시트릭 산(citric acid), EDTA2Na(ethylene diamine tetra acetic acid disodium salt), BRIJ-35(polyoxyethylene glycol dodecyl ether) 중에서 선택될 수 있다. 이들 필러 중에서 시약의 종류에 따라 하나 또는 둘 이상을 선택하여 첨가할 수 있다. 예를 들어, 계면활성제는 폴리에틸렌(polyoxyethylene), 라우릴 에테르(lauryl ether), 옥토옥시놀(octoxynol), 폴리에틸렌 알킬 알코올(polyethylene alkyl alcohol), 노닐페놀 폴리에틸렌 클리콜 에테르; 에틸렌 옥사이드(nonylphenol polyethylene glycol ether; ethylene oxid), 에톡실레이티드 크리데실 알코올(ethoxylated tridecyl alcohol), 폴리옥시에틸렌 노닐페닐 에테르 포스페이트 소듐 염(polyoxyethylene nonylphenyl ether phosphate sodium salt), 소듐 도데실 설페이트(sodium dodecyl sulfate) 중에서 선택될 수 있다. 이들 계면 활성제 중에서 시약의 종류에 따라 하나 또는 둘 이상을 선택하여 첨가할 수 있다.
또, 도6에 도시된 바와 같은 동결건조된 상태의 시약이 수용된 시약 카트리지(105)가 반응챔버들(70)에 장착될 수도 있다. 이 경우에, 액상의 시약이 수용된 시약 카트리지(105)를 동결 건조기에 넣고, 동결 건조 프로그램을 수행할 수 있다.
플랫폼(100)에는 시료 챔버(10)로부터 시료를 공급받지 않는 기준유닛(103)이 마련될 수 있다. 희석 챔버(80)에는 반응 검출시 표준값을 얻기 위하여 희석액이 저장될 수 있다. 희석 챔버(80)의 바깥쪽에는 비어 있거나 희석액이 채워지는 등 검출 표준값을 얻기 위한 챔버들(90)이 마련될 수 있다. 챔버들(90)은 채널(81)에 의하여 희석 챔버(80)와 연결된다. 채널(81)에는 밸브(82)가 마련될 수 있다. 밸브(83)는 에어벤트패스를 형성하기 위한 것이다. 밸브(82)(83)은 밸브(35)와 동일한 밸브일 수 있다. 채널(81)의 말단에 위치된 챔버(91)은 챔버들(90)에 희석액이 모두 채워졌는지를 확인하기 위한 것이다.
상세히 설명하지는 않았지만, 미세유동장치에는 그 내부에 채워진 공기의 배출을 위한 에어벤트패스들이 마련될 수 있다.
이제, 도 1을 보면서, 본 실시예의 미세유동장치에 의한 시료 분석의 신뢰성을 확보하기 위한 QC(quality control)용 챔버들을 설명한다.
시료 분배부(30)의 말단에는 미세유동장치의 사용여부를 검출하기 위한 사용여부확인 챔버(41)가 마련된다. 시료 챔버(10)로부터 시료 분배부(30)로 시료를 공급하기 전에 후술하는 검출기(도 8의 520)를 이용하여 사용여부확인 챔버(35)의 흡광도를 측정하여 사용여부확인 챔버(35)에 시료가 있는지를 확인함으로써 미세유동 장치가 사용된 것인지 여부를 검출할 수 있다.
과잉시료 챔버(42)는 시료 분배부(30)에 검사에 필요한 충분한 양의 시료가 공급되었는지를 확인하기 위한 것이다. 과잉시료 챔버(42)는 채널(42a)에 의하여 제2분석유닛(102)의 시료분배부(30a)의 상단부와 연결된다. 시료 챔버(10)의 시료는 시료분배부(30)을 채운 후에 시료 이송부(20)을 통하여 흘러서 시료분배부(30a)를 채운다. 그 후에 남은 시료는 채널(42a)을 통하여 과잉시료챔버(42)로 이동된다. 시료 챔버(10)로부터 시료 분배부(30)(30a)로 시료를 공급한 후에 원심분리동작을 수행하기 전에 후술하는 검출기(도 8의 520)를 이용하여 과잉시료 챔버(42)의 흡광도를 측정하여 과잉시료 챔버(42)에 시료가 있는지를 확인함으로써 검사에 필요한 양의 시료가 시료 분배부(30)(30a)로 공급되었는지를 확인할 수 있다. 시료 챔버(10)로부터 시료를 공급받는 둘 이상의 분석유닛을 구비하는 경우에는, 제2C챔버(42)는 시료 챔버(10)로부터 가장 나중에 시료를 공급받는 분석유닛의 시료분배부와 연결된다. 또, 복수의 분석유닛에 시료를 공급하기 위한 복수의 시료챔버를 구비하는 경우에는 각 분석유닛의 시료분배부와 연결된 복수의 과잉시료챔버가 마련될 수도 있다.
상청액확인 챔버(43)는 채널(34) 및 채널(36)을 통하여 시료 분배부(30)의 상청액 수집부(31)와 연결된다. 밸브(35)가 개방되면, 상청액은 상청액확인 챔버(43)를 채우게 된다. 후술하는 검출기(도 8의 520)를 이용하여 상청액확인 챔버(43)의 흡광도를 측정한다. 상청액확인 챔버(43)의 흡광도을 측정함으로써 밸브(35)의 작동여부를 확인할 수도 있다. 즉, 측정된 흡광도가 상청액확인 챔버(43) 가 비어있는 상태의 흡광도이라면, 밸브(35)가 제대로 작동되지 않았다는 것을 의미할 수도 있다.
상청액확인 챔버(43)는 상청액의 상태를 확인하기 위하여 사용될 수 있다. 상청액확인 챔버(43)의 흡광도값을 이용하여 용혈지수(homolysis index), 황달지수(icteric index), 지혈지수(lipemic index) 를 구할 수도 있다.
과잉상청액 챔버(44)는 채널(37) 및 채널(34)을 통하여 상청액 수집부(31)와 연결된다. 채널(37)에는 밸브(38)가 마련될 수 있다. 밸브(38)는 밸브(35)와 같은 폐쇄된 밸브이다. 밸브(38)가 열리면, 상청액 계량 챔버(50)를 다 채운 후 과잉 상청액은 과잉상청액 챔버(44)로 유입된다. 과잉상청액 챔버(44)의 흡광도를 이용하여 상청액의 부족 여부를 알 수 있다. 측정된 흡광도가 상청액이 과잉상청액 챔버(44)를 충분히 채운 상태의 정상 흡광도인지 여부를 확인함으로써 상청액의 양이 충분한지 부족한지 여부를 판별할 수 있다.
상청액확인 챔버(43)와 과잉상청액챔버(44)는 후술하는 제2농도검출 챔버(45)와 함께 시료 희석액의 희석 비율이 적정한지를 검사하기 위한 제1농도검출챔버로서 사용될 수 있다. 이 경우에, 상청액확인 챔버(43)와 과잉상청액챔버(44)는 그 깊이가 서로 다를 수 있다. Beer-Lambert의 법칙에 따르면, 흡광도는 시료의 농도와 광의 경로 길이에 비례한다. 즉, 시료의 농도가 동일하다면, 광 경로의 길이가 달라지면 그에 비례하여 흡광도값이 변한다. 또, 광 경로의 길이가 동일하다면 시료의 농도가 달라지면 그에 비례하여 흡광도값이 변한다. 상청액확인 챔버(43)와 과잉상청액챔버(44)에는 동일한 농도의 상청액이 수용되므로, 상청액확인 챔버(43)와 과잉상청액챔버(44)의 흡광도를 측정함으로써 광경로의 길이(즉, 두 챔버의 깊이)와 흡광도와의 상관관계를 구할 수 있다.
제2농도검출 챔버(45)는 시료 희석액의 흡광도를 구하기 위한 것이다. 제2농도검출 챔버(45)는 분배 채널(61)로부터 적어도 두 번째에 위치되어, 채널(61)을 통하여 시료 희석액을 공급받는다. 제2농도검출 챔버(45)의 앞쪽에는 적어도 하나의 더미 쳄버(45a)가 마련될 수 있다.
시료희석액확인 챔버(46)는 반응 챔버들(70)에 시료 희석액이 다 수용되었는지를 확인하기 위한 것이다. 시료희석액확인 챔버(46)에는 시약이 수용되지 않는다. 시료희석액확인 챔버(46)는 분배 채널(61)의 말단에 마련된다. 분배 채널(61)을 통하여 공급되는 시료 희석액은 시료희석액확인 챔버(46)에 가장 늦게 채워진다. 따라서, 시료희석액확인 챔버(46)의 흡광도를 측정하면 모든 반응챔버들(70)에 시료 희석액이 채워졌는지를 알 수 있다. 만일, 시료희석액확인 챔버(46)의 흡광도가 비어있음(empty wall)을 뜻하는 흡광도라면, 밸브(62)의 작동불량을 의미할 수도 있다.
온도검출 챔버(47)는 시료의 온도가 검사에 적절한 온도인지를 검출하기 위한 것이다. 이를 위하여, 예를 들면, 온도검출 챔버(47)에는 온도에 반응하여 흡광도가 변하는 물질이 주입될 수 있다. 예로써, 싸이언 염료(thyon dye)가 온도검출 챔버(47)에 주입될 수 있다. 후술하는 검출기(도 8의 520)를 이용하여 온도검출챔버(47)의 흡광도를 측정함으로써 미세유동장치의 온도가 검사하기에 적절한 온도인지를 확인할 수 있다.
변성확인 챔버(48)는 미세유동장치의 보관상태를 확인하기 위한 것이다. 이를 위하여, 변성확인 챔버(48)에는 온도의 변화 및/또는 수분의 함량에 따라서 그 흡광도가 변하는 물질이 수용될 수 있다. 본 실시예에서는 기준유닛(103)의 챔버(90) 중 하나를 변성확인 챔버(48)로 사용하나, 이에 한정되는 것은 아니며 둘 이상의 챔버(90)를 변성확인 챔버(48)로 활용할 수도 있다.
제2농도검출챔버(45)와 시료희석액확인챔버(46)는 시료 희석액의 희석 비율이 균일한지 확인하기 위한 챔버로 사용될 수도 있다.
검출기(도 8의 520)의 움직임을 최소화하기 위하여 QC를 위한 챔버들(41-48), 반응 챔버들(70), 및 챔버(90)는 중심(C)으로부터 반경방향으로 동일한 거리에 위치될 수 있다.
도 7은 미세유동장치의 개력적인 사시도이다. 도 7을 보면, 플랫폼(100)의 측부에는 바코드(140)가 마련될 수 있다. 바코드(140)는 플랫폼(100)의 측부에 부착될 수 있다. 바코드(140)에는 미세유동장치의 제조일자, 유효기간에 관한 정보가 수록될 수 있다. 또한, 바코드(140)에는 반응 챔버들(70)의 흡광도 검출결과와 검출대상물질의 농도와의 관계 등에 관한 데이터가 수록될 수 있다. 또한, 바코드에는 상청액확인 챔버(43)에서의 흡광도와 상청액의 상태를 표시하는 용혈지수(homolysis index), 황달지수(icteric index), 지혈지수(lipemic index) 등과의 관계가 기록될 수 있다.
도 8은 미세유동장치를 이용한 분석 시스템의 일 예이다. 도 8을 보면, 회전 구동부(510), 검출기(520), 전자기파 발생기(530)가 도시되어 있다. 회전 구동 부(510)는 미세유동장치를 회전시킴으로써 시료의 원심분리와 유체의 이동을 위한 원심력을 제공한다. 회전 구동부(510)는 밸브들을 전자기파 발생기(530)와 대면시키기 위하여 미세유동장치를 소정 위치에 정지시킨다. 전자기파 발생기(530)는 밸브들을 작동시키기 위한 것으로서, 예를 들면, 레이저 광을 조사한다. 전자기파 발생기(530)는 미세유동장치의 반경방향으로 이동될 수 있다. 또, 회전 구동부(510)는 흡광도검출을 위하여, 챔버들을 검출기(520)와 대면시키기 위하여 미세유동장치를 소정 위치에 정지시킨다. 회전 구동부(510)는 도면에 전부가 도시되지는 않았으나, 미세유동장치의 각위치(angular position)를 제어할 수 있는 모터 드라이브(motor drive) 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 모터 드라이브 장치는 스텝 모터를 이용한 것일 수도 있고, 직류 모터를 이용한 것일 수도 있다. 검출기(520)는 예를 들면 검출하고자 하는 물질의 형광, 발광특성 및/또는 흡광특성 등의 광학적 특성을 감지한다. 바코드리더(540)는 플랫폼(100)의 측부에 마련된 바코드를 검출한다. 회전 구동부(510), 검출기(520), 전자기파 발생기(530), 바코드리더(540)는 소정의 측정챔버(550) 내에 위치된다. 히터(560)는 측정챔버(550) 내의 온도를 검사에 적절한 온도로 유지하기 위한 것이다. 참조부호 570은 시료 분석과정을 제어하는 제어부이다.
이하에서는 상기한 미세유동장치를 이용한 분석 방법을 설명한다. 본 실시예에서는, 일 예로서 혈액을 분석하는 과정을 설명한다.
< 시료의 주입 >
일 예로서, 미세유동장치의 희석 챔버(60) 및 (80)에는 희석액이 미리 수용 되어 있을 수 있다. 그렇지 않은 경우에는, 도시되지 않은 주입구를 통하여 희석 챔버(60) 및 (80)에 희석액을 주입할 수 있다. 시료 챔버(10)에 피검자로부터 채취한 전혈(whole blood)을 주입하고, 미세유동장치를 회전 구동부(510)에 장착한다.
<바코드 정보의 취득>
바코드리더(540)를 이용하여 플랫폼(100)의 측부에 마련된 바코드(140)의 정보를 읽어들인다. 바코드(140)에 기록된 정보로부터 미세유동장치의 제조일자, 유효기간에 관한 정보로부터 미세유동장치가 유효한 검사를 할 수 있는 상태의 것인지를 확인할 수 있다. 만일, 미세유동장치가 유효한 검사를 할 수 있는 상태의 것이 아니라면, 제어부(570)는 미세유동장치를 교체하라는 경고를 발생시킬 수 있다. 또, 바코드(140)에 기록된 정보는 검출된 흡광도와 분석 대상물질의 농도와의 관계에 관한 정보를 포함할 수 있다.
<미세유동장치의 사용 여부 판정>
검출기(520)를 이용하여 시료 분배부(30)의 말단에 마련된 사용여부확인 챔버(41)의 흡광도를 측정한다. 그 결과, 측정된 흡광도가 사용여부확인 챔버(35)에서 혈액이 존재하는 경우의 흡광도라면, 미세유동장치는 이미 사용된 미세유동장치임을 의미한다. 이 경우에 제어부(570)는 미세유동장치를 교체하라는 경고를 발생시킬 수 있다.
<디스크 보관 상태의 확인>
검출기(520)를 이용하여 변성확인 챔버(48)의 흡광도를 측정한다. 변성확인 챔버(48)에는 수분 및/또는 온도의 변화에 따라 변성되어 흡광도가 변하는 물질이 수용되어 있으므로, 흡광도를 검출함으로써 미세유동장치의 보관상태를 확인할 수 있다. 반응 챔버들(70)에 수용된 시료 분석을 위한 시약들은 그 활성을 유지하기 위하여 예를 들면 약 4℃로 냉장보관되어야 한다. 만일, 적절한 상태로 보관되지 않았다면, 다시 말하면, 적절한 보관상태 이외의 상태로 소정 시간 이상 방치되었다면, 반응 챔버들(70)에 수용된 시약들이 활성을 잃었을 수 있다. 만일, 미세유동장치의 보관상태가 불량한 경우에는 제어부(570)는 미세유동장치를 교체하라는 경고를 발생시킬 수 있다.
<온도 검출>
검출기(520)를 이용하여 온도검출 챔버(47)의 흡광도를 측정한다. 온도검출 챔버(70)에는 온도에 따라 흡광도가 변하는 싸이언 염료(thyon dye)가 주입되어 있기 때문에 온도검출 챔버(47)의 흡광도로부터 미세유동장치의 온도를 알 수 있다. 미세유동장치는 시약과 희석액의 활성을 유지하기 위하여 냉장 보관될 수 있다. 냉장 보관된 미세유동장치를 곧바로 검사에 사용할 수 없으므로, 미세유동장치의 온도가 검사를 시작하기에 적합한 온도, 예를 들면 20℃를 넘지 않는다면, 제어부(570)는 인큐베이션 메세지를 발생시키고, 예를 들어 1분간 대기한다. 이 때, 히터(560)를 구동하여 측정챔버(550)의 온도를 올릴 수 있다. 그런 다음, 온도검출 챔버(47)의 흡광도를 측정하여 미세유동장치의 온도를 검출하는 과정을 반복함으로써 미세유동장치가 검사를 시작하기에 적합한 온도가 된 후에 검사를 수행할 수 있다. 반복 횟수는 적절히 선정될 수 있으며, 소정의 반복 횟수 이후에도 검사를 시작하기에 적절한 온도에 도달되지 않는 경우에 제어부(570)는 에러 메세지를 발생시킬 수 있다.
<시료의 양의 적부 판정>
미세유동장치를 저속으로 회전시켜, 혈액을 시료 챔버(10)로부터 시료 분배부(30)로 이송시킨다. 저속이라 함은, 유체를 이동시키기에 적절한 원심력을 발생시키는 회전속도를 의미한다. 예를 들어, 미세유동장치를 1800rpm/10sec의 가속도로 11초간 회전시킬 수 있다. 시료는 원심력에 의하여 시료 챔버(10)로부터 시료 분배부(30)로 이동된다. 시료 분배부(30)를 다 채운 후에 시료는 시료 이송부(20)를 통하여 시료 분부(30a)로 이동된다. 시료 분배부(30a)를 다 채운 후에 혈액은 채널(420a)을 통하여 과잉시료 챔버(42)로 이동된다. 검출기(520)는 과잉시료 챔버(42)의 흡광도를 측정한다. 과잉시료 챔버(42)에 존재하는 혈액의 양에 따라 흡광도는 달라진다. 과잉시료 챔버(42)의 흡광도로부터 혈액의 양이 불충분한 것으로 판단되면, 제어부(570)는 시료 챔버(10)에 혈액을 더 주입하라는 경고를 발생시키고 분석을 중지할 수 있다.
<시료 원심분리>
과잉시료 챔버(42)의 흡광도로부터 혈액의 양이 충분한 것으로 판단되면, 원심분리과정을 수행한다. 회전 구동부(510)는 미세유동장치를 고속회전시킨다. 여기서 고속이라 함은 혈액을 상청액인 혈청 또는 혈장과, 침강물인 혈구로 분리할 수 있는 회전속도를 말한다. 예를 들어, 미세유동장치를 3600 rpm/10sec의 가속도로 약 160초간 회전시킬 수 있다. 그러면, 무거운 혈구 등은 침강물수집부(32)로 이동되고, 상청액이 상청액수집부(31)에 남는다.
<상청액의 계량>
전자기파 발생기(530)를 이용하여 폐쇄된 밸브(35)에 전자기파를 조사한다. 그러면, 도 4b에 도시된 바와 같이 밸브물질이 용융되면서 밸브(35)가 열린다. 회전 구동부(510)는 미세유동장치를 회전시켜 원심력을 발생시킨다. 그러면, 상청액은 상청액 수집부(31)로부터 채널(34)을 통하여 상청액 계량 챔버(50)와 상청액확인 챔버(43)로 이동된다. 상청액 계량 챔버(40)의 출구에 위치된 밸브(51)가 폐쇄된 밸브이므로, 상청액은 상청액 계량 챔버(50)를 채운다. 따라서, 상청액의 양이 충분하다면, 상청액 계량 챔버(50)의 용적만큼의 상청액이 상청액 계량 챔버(50)에 수용된다.
<밸브(35)의 오동작의 판정>
검출기(520)를 이용하여 상청액확인 챔버(43)의 흡광도를 측정한다. 상청액확인 챔버(43)의 흡광도가 상청액확인 챔버(43)가 비어있는 상태(empty well)의 흡 광도라면, 밸브(35)가 제대로 작동되지 않아 상청액이 전혀 상청액 계량 챔버(40)와 상청액확인 챔버(43)로 이동되지 않았다는 것을 의미할 수도 있다. 이 경우에, 전자기파 발생기(530)를 이용하여 밸브(35)를 다시 작동시키고 상청액확인 챔버(43)의 흡광도을 측정하는 과정을 반복할 수 있다. 반복 횟수는 적절히 선정될 수 있다. 예를 들어, 1회의 반복결과 상청액확인 챔버(43)가 비어있는 상태(empty well)의 흡광도라면, 제어부(570)는 밸브(35)의 작동 에러를 표시하고, 미세유동장치를 교체하라는 경고를 발생시킬 수 있다.
<상청액의 상태 확인>
상청액확인 챔버(43)에 상청액이 충분히 채워진 상태의 흡광도인 경우에 이 흡광도를 이용하여 상청액의 상태를 확인할 수 있다. 예를 들어, 바코드(140)에 수록된 정보를 이용하여 용혈지수(homolysis index), 황달지수(icteric index), 지혈지수(lipemic index)를 구할 수 있다. 이 지수들은 후에 분석 결과 중에서 항목에 따라 신뢰할 수 있는 결과와 그렇지 않은 결과를 구분하는데 이용될 수 있다.
<상청액의 양의 판정>
전자기파 발생기(530)를 이용하여 채널(37)의 입구에 위치된 밸브(38)를 개방한다. 미세유동장치가 회전되면 원심력에 의하여 상청액 수집부(31) 및 시료 분배 채널(34)에 있던 상청액이 채널(37)을 통하여 과잉상청액 챔버(44)로 유입된다. 검출기(520)를 이용하여 과잉상청액 챔버(44)의 흡광도를 측정한다. 측정된 흡광도 가 상청액이 과잉상청액 챔버(44)에 충분히 존재하는 상태의 정상 흡광도을 나타낸다면, 충분한 양의 상청액이 상청액 계량 챔버(50)에 수용되었음을 의미한다. 그렇지 않다면, 상청액의 양이 부족하다는 것을 의미한다. 이 경우에는 상청액 계량 챔버(50)에 수용된 상청액의 양이 부족할 수도 있다. 또, 이 경우에 밸브(38)의 작동 불량일 수 도 있으므로, 밸브(38)를 다시 작동시키고 과잉상청액 챔버(44)를 재측정할 수 있다, 재측정은 예를 들어 한 번 만 수행될 수 있다. 재측정에 의하여도 상청액의 부족을 의미하는 흡광도가 측정된다면, 제어부(570)는 미세유동장치를 교체하고 다시 검사를 수행하라는 경고를 발생시킬 수 있다.
<시료 희석액의 농도 검출을 위한 기준의 검출>
상청액확인 챔버(43)와 과잉상청액챔버(44)의 흡광도가 정상 범위의 흡광도라면, 이 흡광도들은 농도검출을 위한 기준을 구하기 위하여 사용될 수 있다. 흡광도는 상청액의 농도와 상청액확인 챔버(43)와 과잉상청액챔버(44)의 깊이에 의존된다. 상청액확인 챔버(43)와 과잉상청액챔버(44)의 깊이가 서로 다르므로 상청액확인 챔버(43)와 과잉상청액챔버(44)의 깊이와 흡광도와의 관계를 구할 수 있다.
<시료 희석액의 형성>
전자기파 발생기(530)를 이용하여 밸브(51)를 개방한다. 미세유동장치를 회전시키면, 성청액은 상청액 계량 챔버(50)로부터 희석 챔버(60)로 이동된다. 이 때, 밸브(63)도 개방되어 에어벤트 패스를 형성할 수 있다. 회전구동부(510)는 희 석액과 상청액을 혼합하기 위하여 미세유동장치를 좌우로 수 회 흔드는 동작을 수행할 수 있다. 이에 의하여, 희석 챔버(60)에는 시료 희석액이 형성된다.
<온도의 재검출>
미세유동장치의 온도를 다시 검출할 수 있다. 예를 들어, 혈액 등의 생체 시료를 분석하기 위한 과정은 예를 들면, 약 37℃±1℃의 온도에서 수행되는 것이 좋다. 이는 혈액 분석을 위한 시약들이 대체로 상술한 온도조건에서 특정한 흡광도를 나타내도록 개발되기 때문이다. 따라서, 검출기(520)는 온도검출 챔버(47)의 흡광도를 검출하여 온도를 측정한다. 미세유동장치의 온도가 약 37℃±1℃에 도달되지 않은 경우에는, 제어부(570)는 인큐베이션 메세지를 발생시키고 약 1분간 대기할 수 있다. 이 때, 히터(560)를 구동하여 측정챔버(550)의 온도를 올린다. 그런 다음, 온도검출 챔버(47)의 흡광도를 검출하여 미세유동장치의 온도를 재측정하는 과정을 반복한다. 미세유동장치의 온도가 약 37℃±1℃에 도달되면 검사를 계속 수행할 수 있다. 온도를 재측정하는 횟수는 적절히 선정될 수 있으며, 예를 들어 1회로 설정될 수 있다. 만일, 온도를 다시 측정하여도 미세유동장치의 온도가 약 37℃±1℃에 도달되지 않는 경우에는, 제어부(570)는 온도 에러 메세지를 발생시키고 검사를 종료할 수 있다. 물론, 미세유동장치를 교체하라는 경고를 발생시킬 수도 있다.
<시료 희석액의 분배>
전자기파 발생기(530)를 이용하여 밸브(62)를 개방한다. 미세유동장치가 회 전되면, 시료 희석액은 분배 채널(61)을 통하여 과잉상청액 챔버(45), 반응 챔버들(70) 및 시료희석액확인 챔버(46)를 채운다. 또, 전자기파 발생기(530)를 이용하여 밸브(82)(83)를 개방한다. 미세유동장치가 회전되면, 희석 챔버(80)의 희석액은 채널(81)을 통하여 챔버(90)를 채운다.
<시료 희석액의 분배 확인>
검출기(520)를 이용하여 채널(61)의 말단에 위치된 시료희석액확인 챔버(46)의 흡광도를 측정한다. 흡광도가 시료희석액확인 챔버(46)에 시료 희석액이 존재하는 흡광도라면, 시료 희석액은 반응 챔버(70)를 전부 채운 것을 의미한다. 측정된 흡광도가 빈 상태를 의미한다면, 밸브(62)의 오작동으로 인한 것일 수 있다. 이 경우에는 다시 밸브(62)를 작동시키고, 시료희석액확인온도검출(46)의 흡광도를 재측정한다. 또, 재측정시에는 밸브(51)과 밸브(62)를 다시 작동시킬 수도 있다. 재측정 결과 빈 상태를 의미한다면, 제어부(570)는 미세유동장치를 교체하라는 경고를 발생시킬 수 있다. 재측정 횟수는 예를 들면 1회로 설정될 수 있다.
검출기(520)를 이용하여 채널(81)의 말단에 위치된 챔버(91)의 흡광도를 측정한다. 흡광도가 챔버(91)에 희석액이 존재하는 흡광도라면, 희석액은 챔버(90)를 전부 채운 것을 의미한다. 측정된 흡광도가 빈 상태를 의미한다면, 밸브(82)의 오작동으로 인한 것일 수 있다. 이 경우에는 다시 밸브(82)를 작동시키고, 챔버(91)의 흡광도를 재측정한다. 재측정 결과 빈 상태를 의미한다면, 제어부(570)는 미세유동장치를 교체하라는 경고를 발생시킬 수 있다. 재측정 횟수는 예를 들면 1회로 설정될 수 있다.
<밸브(51)의 오동작 확인>
검출기(520)를 이용하여 반응 챔버들(70) 중에서 가장 말단에 위치된 반응챔버(71)의 흡광도를 측정한다. 측정된 흡광도가 희석액 만이 존재하는 경우의 흡광도라면, 밸브(51)의 오작동에 의하여 상청액이 희석액과 혼합되지 않은 경우를 의미한다. 기준유닛(103)의 챔버(91)에는 희석액 만이 수용되므로, 반응챔버(71)의 흡광도가 챔버(91)의 흡광도와 동일하다면, 반응 챔버(71)에도 희석액만이 존재함을 의미한다. 이 경우에 제어부(570)는 에러 메세지를 발생시키고 분석을 종료할 수 있다.
<분석을 위한 흡광도의 측정>
회전구동부(510)는 시료 희석액과 시약을 혼합하기 위하여 미세유동장치를 좌우로 수회 흔드는 동작을 수행할 수 있다. 그런 다음, 검출기(520)를 이용하여 반응 챔버들(70)과, 제2농도검출챔버(45), 및 필요에 따라서 기준유닛(103)의 챔버들(90)의 흡광도를 측정한다. 엔드 포인트를 측정하는 분석 항목인 경우에는 일정시간 간격으로 흡광도를 반복 측정하여 반응이 포화된 상태에서의 흡광도를 확인한다. 바코드(140)에 수록된 흡광도와 농도와의 관계를 이용하여 분석 항목별 농도를 산출한다.
<희석 비율의 확인>
제2농도검출챔버(45)와, 상청액확인 챔버(43) 및/또는 과잉상청액 챔버(44)의 흡광도를 이용하여 시료 희석액의 희석비율이 적정한지를 판정한다. 예를 들어, 농도가 C인 시료를 깊이가 L1인 챔버에 넣고 그 흡광도 값을 측정했을 때, 그 값이 A1이라면, 동일한 농도의 시료를 깊이가 L2인 챔버에 넣고 그 흡광도 값을 측정하면, 그 값(A2)은 (L2/L1)A1이 된다. 예를 들면, L1이 6mm이고, L2가 1.2mm라면, A2는 (1/5)A1이 된다. 또, L1이 6mm이고, L2가 0.6mm라면, A2는 (1/10)A1이 된다. 이제, 농도가 C인 시료를 이용하여 시료:희석액=1:B의 희석 비율을 갖는 시료 희석액을 만든다. 그리고, 이 시료 희석액을 깊이 L3인 챔버에 수용하고 그 흡광도 값을 측정했을 때 그 값을 A3라 한다. 그러면, 시료 희석액 내의 시료의 농도는 C/B가 되고, 또 흡광도 값은 광 경로의 길이에 비례하므로, A3는 (1/B)(L3/L1)A1이 된다. 예를 들어, L1=L3=6mm, B=100이라면, A3는 (1/100)A1이 된다. 또, L1=6mm, L3=1.2mm, B=100이라면, A3는 (1/100)(1/5)A1= (1/500)A1 이 된다. 또, L1=L3=6mm, B=20이라면, A3는 (1/20)A1이 된다. 또, L1=6mm, L3=1.2mm, B=20이라면, A3는 (1/20)(1/5)A1= (1/100)A1 이 된다. 따라서, 제2농도검출챔버(43)의 흡광도와, 상청액확인 챔버(43) 및/또는 과잉상청액 챔버(44)의 흡광도를 안다면, 상청액 자체의 농도를 모르더라도 시료 희석액의 흡광도를 알 수 있다.
상청액확인 챔버(43), 과잉상청액 챔버(44), 제2농도검출 챔버(45)의 깊이는 미세유동장치의 제조시에 결정되는 것이어서 이미 알고 있는 것이라면, 상청액확인 챔버(43) 또는 과잉상청액 챔버(44)에서 상청액의 흡광도를 측정하면, 소정의 희석 비율을 갖는 시료 희석액의 흡광도를 추정할 수 있다. 따라서, 제2농도검출 챔버(45)에서 측정된 흡광도가 상청액확인 챔버(43) 또는 과잉상청액 챔버(44)에서 측정된 흡광도로부터 추정되는 흡광도와 비교하여 동일하거나 허용가능한 오차 범위 이내라면 시료 희석액의 희석 비율은 적절한 것이라고 판단할 수 있으며, 검사 결과 역시 신뢰할 수 있다. 또한, 제2농도검출 챔버(45)에서 측정된 흡광도와 상청액확인 챔버(43) 또는 과잉상청액 챔버(44)에서 측정된 흡광도로부터 시료 희석액의 희석비율을 산출할 수 있으며, 산출되는 시료 희석액의 희석 비율이 바림직한 희석비율과 비교하여 동일하거나 허용가능한 오차 범위 이내라면 검사 결과를 신뢰할 수 있다. 상술한 방법에 따르면, 시료(상청액)의 농도를 모르더라도 흡광도와 광경로의 길이만으로 시료 희석액의 희석비율을 측정하고, 검사의 신뢰도를 확인할 수 있다. 또한, 상청액확인 챔버(43)와 과잉상청액 챔버(44)의 흡광도로부터 상청액의 농도와 깊이와의 관계를 구하고, 제2농도검출 챔버(45)의 흡광도과 깊이를 이용하여 시료 희석액의 희석 비율을 산출할 수도 있다.
<희석 균일도의 확인>
제2농도검출 챔버(45)의 흡광도와 시료희석액확인챔버(46) 또는 반응 챔버들(70) 중에서 가장 말단에 위치된 반응 챔버(71)의 흡광도를 비교한다. 제2농도검출 챔버(45)와 시료희석액확인챔버(46) 또는 반응 챔버(71)의 흡광도가 동일하다면, 모든 반응 챔버들(70)에 수용된 시료 희석액의 희석 비율이 거의 동일하다는 것을 의미하며, 이 경우에 분석 결과는 신뢰할 수 있다. 희석 챔버(60)에서 상청액 과 희석액이 골고루 섞어지 않은 경우에는 제2농도검출 챔버(45)와 시료희석액확인챔버(46) 또는 반응 챔버(71)의 흡광도가 달라질 수 있다. .
<반응 챔버의 버블 확인>
반응 챔버들(70)과 기준유닛(103)의 챔버들(90)의 흡광도가 과도한 버블이 존재하는 경우의 흡광도라면, 버블이 발생된 검사항목에 대하여는 에러 메세지를 발생시킨다. 과도한 버블이 존재하는 경우에는 흡광도가 통상적인 측정시와 확연히 구별될 수 있을 정도로 달라지므로, 흡광도로부터 과도한 버블의 존재여부를 알 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 실시 가능한 구성의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니라 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 미세유동장치의 한 실시예를 보이는 평면도.
도 2는 2판 구조의 미세유동장치의 구조도.
도 3은 3판 구조의 미세유동장치의 구조도.
도 4는 시료 챔버 및 시료 분배부의 일 예를 도시한 상세도.
도 5a는 폐쇄된 밸브의 일 예를 도시한 단면도.
도 5b는 도 5a에 도시된 폐쇄된 밸브가 열리는 과정을 보여주는 단면도.
도 6은 시약 카트리지의 일 예를 보여주는 사시도.
도 7은 도 1에 도시된 미세유동장치의 일 실시예의 사시도.
도 8은 시료 분석 시스템의 일 예를 도시한 구성도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10......시료 챔버 20......시료 이송부
30, 30a......시료 분배부 31......상청액 수집부
32......침강물 수집부 34......시료분배채널
41......사용여부확인챔버 42......과잉시료챔버
43......상청액확인챔버(제1농도검출챔버)
44......과잉상청액챔버(제1농도검출챔버)
45......제2농도검출챔버 46......시료희석액확인챔버
47......온도검출챔버 48......변성확인챔버
50......상청액 계량 챔버 70......반응 챔버
60, 80......희석 챔버 90......챔버
100......플랫폼 140......바코드
510......회전 구동부 520......검출기
530......전자기파 발생기 540......바코드 리더
550......분석 챔버 560......히터
570......제어부

Claims (35)

  1. 시료 챔버;
    상기 시료 챔버로부터 시료를 공급받아 시약과의 반응에 의하여 상기 시료에 포함된 성분을 검출하는 하나 이상의 분석유닛;
    미세유동장치의 보관상태를 확인하기 위한 것으로서, 온도의 변화와 수분의 함량에 따라서 그 흡광도가 변하는 물질이 수용된 변성확인챔버;를 포함하는 미세유동장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분석유닛은,
    상기 시료 챔버와 연결되며, 원심력에 의하여 상기 시료로부터 상청액을 분리하는 시료 분배부;
    상기 시료 분배부로부터 공급되는 상청액을 계량하기 위한 용적을 갖는 상청액 계량 챔버;
    상기 상청액 계량 챔버와 연결되며, 상기 상청액을 희석시키기 위한 희석액이 수용되는 희석 챔버;
    분배 채널에 의하여 상기 희석 챔버와 연결되어 시료 희석액을 공급받는 것으로서, 시약이 수용되는 복수의 반응 챔버;를 포함하는 미세유동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    흡광도 측정에 의하여 미세유동장치의 사용여부를 판별하기 위하여, 상기 시료 분배부의 말단에 위치되는 사용여부확인챔버;를 포함하는 미세유동장치.
  4. 제2항에 있어서,
    흡광도 측정에 의하여 시료의 양을 확인하기 위한 것으로서, 상기 시료 분배부의 용량을 초과하는 시료가 수용되는 과잉시료챔버;를 포함하는 미세유동장치.
  5. 제2항에 있어서,
    흡광도 측정에 의하여 상청액의 상태를 확인하기 위한 것으로서, 상기 상청액 계량 챔버와 상기 시료 분배부를 연결하는 채널에 연결되어 상청액을 공급받는 상청액확인챔버;를 포함하는 미세유동장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 상청액 계량 챔버와 상기 시료 분배부를 연결하는 채널에 연결되어 상기 상청액 계량 챔버의 용적을 초과하는 상청액을 수용하는 과잉상청액챔버;를 포함하는 미세유동장치.
  7. 제2항에 있어서,
    흡광도 측정에 의하여 시료 희석액의 농도 검출을 위한 기준값을 제공하기 위한 것으로서, 상기 시료 분배부로부터 상청액을 공급받는 하나 이상의 제1농도검 출챔버;를 포함하는 미세유동장치.
  8. 제7항에 있어서,
    둘 이상의 상기 제1농도검출챔버를 구비하는 경우에, 이들의 깊이는 서로 다른 미세유동장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 반응 챔버 앞서 상기 분배 채널에 연결되어 상기 희석 챔버로부터 시료 희석액을 공급받는 것으로서, 상기 희석 챔버로부터 적어도 두번째 챔버이며, 그 흡광도 측정에 의하여 시료 희석액의 농도를 검출하기 위한 제2농도검출챔버;를 포함하는 미세유동장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 반응 챔버의 뒤쪽에 상기 분배 채널에 연결되어 상기 시료 희석액을 공급받는 시료희석액확인챔버;를 포함하는 미세유동장치.
  11. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    동결 건조된 상기 시약이 수용되며, 상기 복수의 반응 챔버에 장착되는 복수의 시약 카트리지를 더 구비하는 미세유동장치.
  12. 제1항에 있어서,
    온도에 따라 흡광도가 변하는 물질이 수용된 온도검출챔버;를 포함하는 미세유동장치.
  13. 제1항에 있어서,
    서로 마주보게 접합되는 제1 판 및 제2 판을 포함하는 플랫폼; 및
    상기 제1 판 및 상기 제2 판을 접합하기 위하여 상기 제1 판 및 상기 제2 판 사이에 게재되는 접착제를 더 포함하되,
    상기 시료 챔버, 상기 하나 이상의 분석유닛 및 상기 변성확인챔버는 상기 제1 판에 음각 구조물로 형성되는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 접착제는 전자기파 조사에 의해 경화되는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 접착제는 200 nm 내지 900 nm의 파장 영역에서 최대 흡수 스펙트럼을 갖는 개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 접착제는 250 nm 내지 600 nm의 파장 영역에서 최대 흡수 스펙트럼을 갖는 개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 접착제는 경화수지 및 광중합 개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 광중합 개시제는, 벤조인에테르류 물질, 벤조페논계 물질, 아민계 물질, 아세토페논류 물질, 티오키산톤계 물질 및 루이스산계 물질로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 광중합 개시제는, 캄파퀴논, 알파-나프틸, 벤질, 2,4-디에틸티오키산톤, 트리메틸벤조일 디페닐술핀옥시드 및 메틸티오키산톤으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
  20. 제1항에 따른 미세유동장치의 제조 방법에 있어서,
    상기 시료 챔버, 상기 하나 이상의 분석유닛 및 상기 변성확인챔버 각각에 대응되는 음각 구조물이 형성된 제1 판을 준비하는 단계;
    제2 판을 준비하는 단계;
    상기 제1 판 및 상기 제2 판 중 하나 이상에 접착제를 도포하는 단계;
    상기 제1 판 및 상기 제2 판을 밀착시키는 단계; 및
    상기 접착제에 광을 조사하여 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치의 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 접착제에 광을 조사하여 경화시키는 단계는 상기 접착제에 전자기파를 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치의 제조 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 접착제에 광을 조사하여 경화시키는 단계는 상기 접착제에 200 nm 내지 900nm의 파장의 광을 조사하거나 광학 필터를 이용하여 임의의 파장대만을 선택적으로 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치의 제조 방법.
  23. 시료 챔버와, 상기 시료 챔버로부터 시료를 공급받아 시약과의 반응시키고 그 흡광도를 측정하여 상기 시료에 포함된 성분을 검출하는 하나 이상의 분석유닛을 구비하는 원심력 기반의 미세유동장치를 이용하여 시료에 포함된 성분을 분석하는 시료 분석 방법으로서,
    상기 미세유동장치의 시료 챔버에 시료를 주입하는 단계;
    상기 미세유동장치를 회전구동부에 장착하는 단계;
    검출기를 이용하여 온도의 변화와 수분의 함량에 따라서 그 흡광도가 변하는 물질이 수용된 변성확인챔버의 흡광도를 측정하여, 상기 미세유동장치의 보관상태를 확인하는 단계;를 포함하는 시료 분석 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 회전구동부를 이용하여 상기 미세유동장치를 회전시켜 원심력에 의하여 상기 시료 챔버로부터 시료 분배부로 시료를 이송시키는 단계;
    검출기를 이용하여 상기 시료 분배부의 말단에 위치된 시용여부확인챔버의 흡광도를 측정하여 상기 미세유동장치가 사용된 미세유동장치인지를 판별하는 단계;를 포함하는 시료 분석 방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 회전구동부를 이용하여 상기 미세유동장치를 회전시켜 원심력에 의하여 상기 시료 챔버로부터 시료 분배부로 시료를 이송시키는 단계;
    상기 검출기를 이용하여 상기 시료 분배부의 용적을 초과하는 시료가 수용되는 과잉시료챔버의 흡광도를 측정하여, 시료의 양을 확인하는 단계;를 포함하는 시료 분석 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 시료 챔버로부터 시료를 공급받는 복수의 상기 분석유닛을 구비하는 경우에, 상기 과잉시료챔버에는 최종 분석유닛의 시료 분배부의 용적을 초과하는 시료가 수용되는 시료 분석 방법.
  27. 제23항에 있어서,
    상기 검출기를 이용하여 온도에 따라 흡광도가 변하는 물질이 수용된 온도검출챔버의 흡광도를 측정하여, 상기 미세유동장치의 온도를 검출하는 단계;를 포함하는 시료 분석 방법.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 회전구동부를 이용하여 상기 미세유동장치를 회전시켜 원심력에 의하여 상기 시료 챔버로부터 시료 분배부로 시료를 이송시키고, 상기 시료분배부에 수용된 시료로부터 상청액을 원심 분리하는 단계;
    상기 검출기를 이용하여 시료 분배부로부터 상청액을 공급받는 상청액확인챔버의 흡광도를 측정하고, 상기 측정된 흡광도가 상기 상청액확인챔버가 비어있는 상태에서 나타나는 흡광도인 경우에는 상기 시료 분배부의 출구에 위치된 밸브가 오작동하는 것으로 판단하고 상기 측정된 흡광도가 상기 상청액확인챔버에 시료가 채워진 상태에서 나타나는 흡광도인 경우에는 상기 측정된 흡광도를 이용하여 상청액의 상태를 표시하는 지수를 구하는 단계;를 포함하는 시료 분석 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 시료 분배부로부터 상청액을 상청액 계량 챔버로 이동시켜 정량의 상청액을 계량하는 단계;
    상청액 계량 챔버의 용적을 초과하는 상청액을 과잉상청액챔버로 이동시키는 단계;
    상기 과잉상청액챔버의 흡광도를 측정하여, 상청액의 양을 확인하는 단계;를 포함하는 시료 분석 방법.
  30. 제23항에 있어서,
    상기 회전구동부를 이용하여 상기 미세유동장치를 회전시켜 원심력에 의하여 상기 시료 챔버로부터 시료 분배부로 시료를 이송시키고, 상기 시료분배부에 수용된 시료로부터 상청액을 원심 분리하는 단계;
    상기 검출기를 이용하여 시료 분배부로부터 상청액을 공급받는 적어도 하나의 제1농도검출챔버의 흡광도를 측정하는 단계;
    상기 상청액을 희석 챔버에 수용된 희석액과 혼합하여 시료 희석액을 형성하는 단계;
    분배 채널을 통하여 상기 희석 챔버로부터 적어도 두 번째에 위치되는 챔버인 제2농도검출챔버로 시료 희석액을 공급하고, 상기 제2농도검출챔버의 흡광도를 측정하는 단계;
    상기 제1, 제2농도검출챔버의 흡광도값과 상기 제1, 제2농도검출챔버의 깊이를 이용하여 시료희석액의 희석비율을 산출하는 단계;를 포함하는 시료 분석 방법.
  31. 제23항에 있어서,
    상기 회전구동부를 이용하여 상기 미세유동장치를 회전시켜 원심력에 의하여 상기 시료 챔버로부터 시료 분배부로 시료를 이송시키고, 상기 시료분배부에 수용된 시료로부터 상청액을 원심 분리하는 단계;
    상기 상청액을 희석 챔버에 수용된 희석액과 혼합하여 시료 희석액을 형성하는 단계;
    분배채널을 통하여 순차로 위치되는 제2농도검출챔버, 시약이 수용된 복수의 반응 챔버, 및 시료희석액확인챔버로 시료 희석액을 공급하는 단계;
    상기 제2농도검출챔버의 흡광도와, 상기 시료희석액확인챔버와 상기 복수의 반응 챔버 중 가장 말단에 위치되는 반응 챔버 중 적어도 하나의 흡광도를 측정하여, 시료 희석액의 희석비율의 균일성을 확인하는 단계;를 포함하는 시료 분석 방법.
  32. 제23항에 있어서,
    상기 회전구동부를 이용하여 상기 미세유동장치를 회전시켜 원심력에 의하여 상기 시료 챔버로부터 시료 분배부로 시료를 이송시키고, 상기 시료분배부에 수용된 시료로부터 상청액을 원심 분리하는 단계;
    상기 상청액을 희석 챔버에 수용된 희석액과 혼합하여 시료 희석액을 형성하는 단계;
    분배채널을 통하여 시약이 수용된 복수의 반응 챔버로 시료 희석액을 공급하는 단계;
    상기 복수의 반응 챔버의 흡광도를 측정하여, 복수의 반응 챔버 내의 버블의 양을 확인하는 단계;를 포함하는 시료 분석 방법.
  33. 제23항에 있어서,
    상기 회전구동부를 이용하여 상기 미세유동장치를 회전시켜 원심력에 의하여 상기 시료 챔버로부터 시료 분배부로 시료를 이송시키고, 상기 시료분배부에 수용된 시료로부터 상청액을 원심 분리하는 단계;
    상기 상청액을 희석 챔버에 수용된 희석액과 혼합하여 시료 희석액을 형성하는 단계;
    분배채널을 통하여 시약이 수용된 복수의 반응 챔버로 시료 희석액을 공급하는 단계;
    상기 복수의 반응 챔버 중 가장 말단의 반응 챔버의 흡광도를 측정하여, 복수의 반응 챔버에 수용된 유체가 시료 희석액인지를 확인하는 단계;를 포함하는 시료 분석 방법.
  34. 제23항 내지 제33항 증 어느 한 항에 있어서,
    바코드 리더를 이용하여 상기 미세유동장치의 측부에 마련된 바코드로부터 상기 미세유동장치의 제조일자, 유효기간, 검출된 흡광도와 성분의 농도와의 관계에 관한 정보 중 적어도 하나를 취득하는 단계;를 포함하는 시료 분석 방법.
  35. 시료 챔버와, 상기 시료 챔버로부터 시료를 공급받아 시약과의 반응시키고 그 흡광도를 측정하여 상기 시료에 포함된 성분을 검출하는 하나 이상의 분석유닛을 구비하는 원심력 기반의 미세유동장치를 이용하여 시료에 포함된 성분을 분석하는 시료 분석 방법으로서,
    상기 미세유동장치의 시료 챔버에 시료를 주입하는 단계;
    회전구동부를 이용하여 상기 미세유동장치를 회전시켜 원심력에 의하여 상기 시료 챔버로부터 시료 분배부로 시료를 이송시키고, 상기 시료분배부에 수용된 시료로부터 상청액을 원심 분리하는 단계;
    상기 상청액을 희석 챔버에 수용된 희석액과 혼합하여 시료 희석액을 형성하는 단계;
    분배채널을 통하여 시약이 수용되는 복수의 반응 챔버를 포함하는 복수의 챔버로 시료 희석액을 분배하는 단계;
    상기 분배 채널로부터 적어도 두 번째에 위치되는 상기 시약이 수용되지 않는 챔버의 흡광도와, 상기 분배 채널의 말단에 위치되는 두 개의 챔버 중 적어도 하나의 흡광도를 측정하여 시료 희석액의 희석비율의 균일성을 확인하는 단계;를 포함하는 시료 분석 방법.
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