KR101306341B1

KR101306341B1 - Centrifugal force-based microfluidic device for nucleic acid extraction from biological sample and microfluidic system comprising the microfluidic system

Info

Publication number: KR101306341B1
Application number: KR1020060125084A
Authority: KR
Inventors: 조윤경; 이정건; 이범석; 박종면
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2013-09-09
Also published as: KR20080022025A

Abstract

원심력 기반의 핵산 추출용 미세유동 장치 및 상기 미세유동 장치를 포함한 미세유동 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 미세유동 장치는, 회전체; 상기 회전체에 배치되고, 다수의 챔버와 상기 다수의 챔버들을 연결하는 다수의 통로와 상기 통로에 배치되어 유체의 흐름을 통제하는 다수의 밸브를 포함하고, 상기 회전체의 회전에 따른 원심력을 이용하여 유체를 이송하는 미세유동 구조물; 및 상기 다수의 챔버 중 적어도 어느 하나에 수용되고, 해당 챔버로 유입된 생체 시료로부터 표적 물질을 선택적으로 포집하는 자성비드를 포함하고, 상기 미세유동 구조물은 표적 물질을 포집한 자성비드를 세정 및 분리하고, 상기 자성비드에 대한 외부로부터의 전자기파 조사에 의해 핵산을 분리한다. 본 발명에 따른 미세유동 시스템은 본 발명의 미세유동 장치와 함께 상기 회전체를 구동하는 회전 구동부; 및 상기 세포용해 챔버에 레이저 어블레이션을 위한 레이저빔을 조사하는 레이저 광원을 포함한다. Disclosed are a microfluidic device for centrifugal force-based nucleic acid extraction and a microfluidic system including the microfluidic device. Microfluidic device according to the present invention, a rotating body; A plurality of passages disposed in the rotating body, a plurality of passages connecting the plurality of chambers and the plurality of chambers, and a plurality of valves disposed in the passages to control the flow of the fluid, and using centrifugal force according to the rotation of the rotating body. Microfluidic structures for transporting fluids; And magnetic beads which are accommodated in at least one of the plurality of chambers and selectively collect target materials from biological samples introduced into the chambers, wherein the microfluidic structure cleans and separates the magnetic beads collecting target materials. The nucleic acid is separated by electromagnetic wave irradiation from the outside of the magnetic beads. Microfluidic system according to the present invention includes a rotation drive unit for driving the rotating body together with the microfluidic device of the present invention; And a laser light source for irradiating a laser beam for laser ablation to the lysis chamber.

미세유동 장치, 원심력, 핵산 추출, 자성비드 Microfluidic Device, Centrifugal Force, Nucleic Acid Extraction, Magnetic Beads

Description

원심력 기반의 핵산 추출용 미세유동 장치 및 상기 미세유동 장치를 포함한 미세유동 시스템{Centrifugal force-based microfluidic device for nucleic acid extraction from biological sample and microfluidic system comprising the microfluidic system}Centrifugal force-based microfluidic device for nucleic acid extraction from biological sample and microfluidic system comprising the microfluidic system

도 1은 본 발명에 따른 핵산 추출용 미세유동 장치의 제1실시예를 개략적으로 보이는 평면도이다. 1 is a plan view schematically showing a first embodiment of the microfluidic device for nucleic acid extraction according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 핵산 추출용 미세유동 장치의 제2실시예를 개략적으로 보이는 평면도이다. Figure 2 is a plan view schematically showing a second embodiment of the microfluidic device for nucleic acid extraction according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 핵산 추출용 미세유동 장치의 제3실시예를 개략적으로 보이는 평면도이다. Figure 3 is a plan view schematically showing a third embodiment of the microfluidic device for nucleic acid extraction according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 핵산 추출용 미세유동 장치의 제4실시예를 개략적으로 보이는 평면도이다. Figure 4 is a plan view schematically showing a fourth embodiment of the microfluidic device for nucleic acid extraction according to the present invention.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 미세유동 장치에서 유체 흐름을 제어하는 개방 밸브의 예를 보이는 단면도들이다. 5A and 5B are cross-sectional views showing examples of open valves for controlling fluid flow in the microfluidic device of the present invention.

도 6은 본 발명의 미세유동 장치에서 유체 흐름을 제어하는 폐쇄 밸브의 예를 보이는 평면도이다.Figure 6 is a plan view showing an example of a closing valve for controlling the fluid flow in the microfluidic device of the present invention.

도 7은 상기 도 6에 도시된 폐쇄 밸브의 단면도이다. 7 is a cross-sectional view of the closing valve shown in FIG. 6.

도 8은 순수 파라핀 왁스와, 레이저 조사에 의해 발열하는 발열입자가 포함된 파라핀 왁스에 레이저를 조사할 때 녹는점 도달시간을 비교하여 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the comparison of the melting time of the melting point when the laser irradiation to the paraffin wax containing the pure paraffin wax and the heating particles generated by the laser irradiation.

도 9는 상기 도 4의 실시예에 따른 미세유동 장치의 분해 사시도이다.9 is an exploded perspective view of the microfluidic device according to the embodiment of FIG. 4.

도 10a 및 도 10b는 자석 위치 제어 장치가 부가된 본 발명에 따른 핵산 추출용 미세유동 장치의 제5실시예를 보인다.10A and 10B show a fifth embodiment of the microfluidic device for nucleic acid extraction according to the present invention to which a magnet position control device is added.

도 11a 내지 도 11k는 상기 도 4의 실시예에 따른 미세유동 장치를 이용하여 혈액 샘플로부터 HBV의 DNA를 추출하는 과정을 보인다. 11A to 11K illustrate a process of extracting DNA of HBV from a blood sample by using the microfluidic device according to the embodiment of FIG. 4.

도 12은 상기 도 4의 실시예에 따른 미세유동 장치를 이용하여 혈액 샘플로부터 추출된 HBV의 DNA로 실시간 PCR을 수행한 결과를 보인다.Figure 12 shows the results of real-time PCR with the DNA of HBV extracted from the blood sample using the microfluidic device according to the embodiment of FIG.

도 13은 본 발명에 따른 미세유동 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다. 13 is a perspective view schematically showing the configuration of a microfluidic system according to the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >Description of the Related Art

11: 시료 챔버 12: 버퍼 챔버11: sample chamber 12: buffer chamber

13: 자성비드 챔버 14: 혼합 챔버13: magnetic bead chamber 14: mixing chamber

15,17: 웨이스트 챔버 16: 세포용해 챔버15,17: waste chamber 16: cytolysis chamber

20,21,22,23,25,26,27: 채널 30,31,32,33,34,35: 개방 밸브20, 21, 22, 23, 25, 26, 27: channel 30, 31, 32, 33, 34, 35: open valve

40,45,46,47: 폐쇄 밸브 50: 회전구동부40, 45, 46, 47: closing valve 50: rotary drive

60: 외부에너지원 70: 광 검출부60: external energy source 70: light detector

100: 회전체 231: 자석100: rotating body 231: magnet

본 발명은 회전체 상에 마련된 미세유동 구조물에서 원심력에 의해 유체의 흐름을 제어하는 원심력 기반의 미세유동 장치에 관한 것이다. 한편, 본 발명은 생체시료로부터 표적 세포 또는 바이러스의 DNA을 추출할 수 있도록 하는 장치에 관한 것이기도 하다. The present invention relates to a centrifugal force-based microfluidic device for controlling the flow of fluid by centrifugal force in the microfluidic structure provided on the rotating body. Meanwhile, the present invention also relates to an apparatus for extracting DNA of a target cell or virus from a biological sample.

일반적으로 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. In general, a microfluidic structure constituting a microfluidic device includes a chamber capable of holding a small amount of fluid, a channel through which the fluid can flow, a valve capable of controlling the flow of the fluid, And may include various functional units having the same function. Placing these microfluidic structures on chip-like substrates to perform tests involving biochemical reactions on a small chip is called a biochip, and in particular, several steps of processing and manipulation are performed on one chip. The device manufactured to do this is called a lab-on-a chip.

미세유동 구조물 내에서 유체를 이송하기 위해서는 구동 압력이 필요한데, 구동 압력으로서 모세관압이 이용되기도 하고, 별도의 펌프에 의한 압력이 이용되기도 한다. 최근에는 콤팩트디스크 형상의 회전판에 미세유동 구조물을 배치하여 원심력을 이용하는 미세유동 장치들이 제안되고 있다. 이를 일컬어 랩온어씨디(lab-on-a CD) 혹은 랩씨디(Lab CD)라 하기도 한다. 그런데, 이 경우는 프레임에 고정되지 않고 움직이는 회전체의 특성상, 그 안에서 유체의 흐름을 제어하거나, 유닛의 온도를 제어하는 등의 조작이 용이하지 않다. In order to transfer the fluid in the microfluidic structure, a driving pressure is required. Capillary pressure is used as a driving pressure, and pressure by a separate pump is used. Recently, microfluidic devices using a centrifugal force have been proposed by disposing a microfluidic structure on a compact disk-shaped rotating plate. This is also known as a lab-on-a CD or a lab CD. In this case, however, operations such as controlling the flow of the fluid or controlling the temperature of the unit are not easy due to the characteristics of the rotating body which is not fixed to the frame.

본 발명은 원심력 기반의 핵산 추출용 미세유동 장치 및 상기 미세유동 장치를 포함한 미세유동 시스템에 관한 것으로, 원심력이 작용하는 회전체 상에 마련된 미세유동 구조물에 생체 시료를 주입하면, 상기 미세유동 구조물 내에서 수행되는 일련의 과정을 통해 상기 생체 시료로부터 특정 표적 물질을 분리 및 농축하고, 상기 분리된 표적 물질을 용해하여 PCR이 가능한 핵산을 제공할 수 있도록 구성된 미세유동 장치 및 상기 미세유동 장치와 이를 구동하는 장치를 포함하는 미세유동 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention relates to a microfluidic device for extracting nucleic acids based on centrifugal force and a microfluidic system including the microfluidic device. When a biological sample is injected into a microfluidic structure provided on a rotating body in which centrifugal force is applied, the microfluidic structure The microfluidic device and the microfluidic device and the microfluidic device are configured to provide a nucleic acid capable of PCR by separating and concentrating a specific target material from the biological sample and dissolving the separated target material through a series of processes performed in It is an object of the present invention to provide a microfluidic system including a device.

본 발명에 따른 원심력 기반의 핵산 추출용 미세유동 장치는, 회전체; 상기 회전체에 배치되고, 다수의 챔버와 상기 다수의 챔버들을 연결하는 다수의 통로와 상기 통로에 배치되어 유체의 흐름을 통제하는 다수의 밸브를 포함하고, 상기 회전체의 회전에 따른 원심력을 이용하여 유체를 이송하는 미세유동 구조물; 및 상기 다수의 챔버 중 적어도 어느 하나에 수용되고, 해당 챔버로 유입된 생체 시료로부터 표적 물질을 선택적으로 포집하는 자성비드를 포함하고, 상기 미세유동 구조물은 표적 물질을 포집한 자성비드를 세정 및 분리하고, 상기 자성비드에 대한 외부로부터의 전자기파 조사에 의해 핵산을 분리한다. 상기 표적 물질은 세포 및 바이러스를 포함하는 생체 물질을 말한다.Centrifugal force-based microfluidic extraction device according to the present invention, a rotating body; A plurality of passages disposed in the rotating body, a plurality of passages connecting the plurality of chambers and the plurality of chambers, and a plurality of valves disposed in the passages to control the flow of the fluid, and using centrifugal force according to the rotation of the rotating body. Microfluidic structures for transporting fluids; And magnetic beads which are accommodated in at least one of the plurality of chambers and selectively collect target materials from biological samples introduced into the chambers, wherein the microfluidic structure cleans and separates the magnetic beads collecting target materials. The nucleic acid is separated by electromagnetic wave irradiation from the outside of the magnetic beads. The target material refers to a biological material including cells and viruses.

여기서, 상기 다수의 밸브는 모세관 밸브(capillary valve), 소수성 밸 브(hydrophobic valve), 기계적 밸브(mechanical valve) 및 상전이 밸브(phase-change valve)를 포함하는 군으로부터 선택된 것일 수 있다. 상기 상전이 밸브는 외부로부터 조사된 전자기파를 흡수하는 발열입자와 상기 발열입자가 방출하는 열에 의해 용융되는 상전이 물질을 포함하는 밸브 플러그를 구비하고, 상기 밸브 플러그의 통로 내에서의 위치에 따라 상기 통로를 통과하는 유체의 흐름을 통제하는 것이다. Here, the plurality of valves may be selected from the group comprising a capillary valve (capillary valve), hydrophobic valve (hydrophobic valve), mechanical valve (mechanical valve) and phase-change valve (phase-change valve). The phase change valve includes a valve plug including a heating particle absorbing electromagnetic waves radiated from the outside and a phase change material melted by heat emitted from the heating particle, and the passage is changed according to a position in the passage of the valve plug. To control the flow of fluid through it.

상기 자성비드는, 그 표면이 표적 세포 또는 바이러스에 친화성을 갖는 항체 또는 금속 산화물로 개질된 것일 수 있고, 상기 금속 산화물은 Al₂O₃, TiO₂, Ta₂O₃, Fe₂O₃, Fe₃O₄ 및 HfO₂로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 자성 비드는 강자성체를 띠는 Fe, Ni, Cr 및 이의 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 물질을 포함하는 것일 수 있다. The magnetic beads may be one whose surface is modified with an antibody or metal oxide having affinity for a target cell or virus, wherein the metal oxide is Al ₂ O ₃ , TiO ₂ , Ta ₂ O ₃ , Fe ₂ O ₃ , It may be selected from the group consisting of Fe ₃ O ₄ and HfO ₂ . In addition, the magnetic beads may include one or more materials selected from the group consisting of Fe, Ni, Cr, and oxides thereof having ferromagnetic material.

본 발명의 일 측면에 따른 원심력 기반의 핵산 추출용 미세유동 장치는, 회전체; 상기 회전체에 배치되고, 다수의 챔버와 상기 다수의 챔버들을 연결하는 다수의 통로와 상기 통로에 배치되어 유체의 흐름을 통제하는 다수의 밸브를 포함하고, 상기 회전체의 회전에 따른 원심력을 이용하여 유체를 이송하는 미세유동 구조물; 및 상기 다수의 챔버 중 적어도 어느 하나에 수용되고, 해당 챔버로 유입된 생체 시료로부터 표적 물질을 선택적으로 포집하는 자성비드를 포함하고, 상기 미세유동 구조물은, The microfluidic device for centrifugal force-based nucleic acid extraction according to an aspect of the present invention, a rotating body; A plurality of passages disposed in the rotating body, a plurality of passages connecting the plurality of chambers and the plurality of chambers, and a plurality of valves disposed in the passages to control the flow of the fluid, and using centrifugal force according to the rotation of the rotating body. Microfluidic structures for transporting fluids; And magnetic beads accommodated in at least one of the plurality of chambers and selectively collecting a target material from a biological sample introduced into the chamber, wherein the microfluidic structure includes:

시료를 수용하는 시료 챔버; 버퍼액을 수용하는 버퍼 챔버; 자성비드를 수용 하고, 상기 시료 챔버 및 버퍼 챔버와 통로로 연결되어 상기 각각의 통로에 배치된 밸브의 통제에 따라 유입되는 시료와 버퍼액을 수용하고, 회전체의 중심에서 가장 먼 쪽에 밸브가 마련된 출구를 가지며, 상기 자성비드와 시료액의 반응 및 상기 버퍼액을 이용한 자성비드 세정을 수행하는 혼합 챔버; 상기 혼합 챔버의 출구보다 회전체의 중심에 가까운 부분과 통로로 연결되어 상기 통로에 배치된 밸브의 통제에 따라 상기 혼합 챔버로부터 배출되는 유체를 수용하는 웨이스트 챔버; 및 상기 혼합 챔버의 출구와 통로로 연결되어 상기 출구로부터 배출되는 자성비드를 포함한 유체를 수용하는 세포용해 챔버를 포함하는 것을 특징으로 한다. A sample chamber for containing the sample; A buffer chamber containing a buffer liquid; A magnetic bead is accommodated, and the sample chamber and the buffer chamber are connected to the passage to accommodate the sample and the buffer liquid introduced under the control of the valve disposed in the respective passages. A mixing chamber having an outlet and performing a reaction between the magnetic beads and the sample liquid and cleaning the magnetic beads using the buffer liquid; A waste chamber connected to a portion closer to the center of the rotor than the outlet of the mixing chamber through a passage to receive fluid discharged from the mixing chamber under control of a valve disposed in the passage; And a lysis chamber connected to an outlet of the mixing chamber and a passage to receive a fluid including magnetic beads discharged from the outlet.

상기 혼합 챔버는 상기 시료 챔버 및 상기 버퍼 챔버보다 회전체의 중심에서 멀리 배치되고, 상기 웨이스트 챔버 및 상기 세포용해 챔버보다는 회전체의 중심에 가까이 배치되는 것이 바람직하다. 상기 버퍼챔버와 상기 혼합챔버를 연결하는 통로는 상기 혼합챔버의 출구와 인접한 부분에 연결될 수 있다. 한편, 상기 미세유동 장치는 상기 혼합챔버보다 회전체의 중심에 가깝게 배치되고 상기 혼합챔버에 연결되어 상기 혼합챔버에 자성비드를 공급하는 자성비드 챔버를 더 포함할 수 있고, 이 경우 상기 자성비드 챔버와 상기 혼합 챔버를 연결하는 통로에 밸브를 더 포함할 수 있다. Preferably, the mixing chamber is disposed farther from the center of the rotor than the sample chamber and the buffer chamber, and closer to the center of the rotor than the waste chamber and the cytolysis chamber. A passage connecting the buffer chamber and the mixing chamber may be connected to a portion adjacent to the outlet of the mixing chamber. On the other hand, the microfluidic device may further include a magnetic bead chamber disposed closer to the center of the rotating body than the mixing chamber and connected to the mixing chamber to supply magnetic beads to the mixing chamber, in which case the magnetic bead chamber And a valve in a passage connecting the mixing chamber.

상기 세포용해 챔버는 상기 유입된 유체중에서 자성비드를 모으고, 출구를 통해 나머지 유체를 배출할 수 있다. 상기 세포용해 챔버의 출구는 회전체의 중심을 향해 연장되어, 유체보다 밀도가 높은 자성비드를 원심력에 의해 상기 세포용해 챔버 내에 가두어 둘 수 있다. 상기 미세유동 장치는 상기 세포용해 챔버에 인접하 게 배치되어 자기력에 의해 상기 세포용해 챔버 내에 자성비드를 모으는 자기장 형성물질을 더 구비할 수도 있다. The lysis chamber may collect magnetic beads in the introduced fluid and discharge the remaining fluid through the outlet. The outlet of the lysis chamber extends toward the center of the rotating body so that magnetic beads having a higher density than the fluid can be trapped in the lysis chamber by centrifugal force. The microfluidic device may further include a magnetic field forming material arranged adjacent to the cytolysis chamber to collect magnetic beads in the cytolysis chamber by magnetic force.

한편, 상기 시료 챔버 및 상기 혼합 챔버로 연결된 통로와 연결되고, 상기 시료 챔버에 수용된 시료를 원심분리하여 그 일부를 상기 통로로 배출하는 원심분리 유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 원심분리 유닛은 예를 들면, 전혈을 혈구와 혈장으로 분리하고, 상층에 분리된 혈장만을 시료로서 상기 혼합 챔버로 공급할 수 있다. On the other hand, it may further comprise a centrifugal unit connected to the passage connected to the sample chamber and the mixing chamber, the centrifugal separation of the sample contained in the sample chamber to discharge a portion of the sample chamber. For example, the centrifugal separation unit may separate whole blood into blood cells and plasma, and supply only the plasma separated in the upper layer as a sample to the mixing chamber.

상기 미세유동 장치에서 상기 다수의 밸브는 모세관 밸브(capillary valve), 소수성 밸브(hydrophobic valve), 기계적 밸브(mechanical valve) 및 상전이 밸브(phase-change valve)를 포함하는 군으로부터 선택된 것일 수 있다. 상기 상전이 밸브는 외부로부터 복사에너지를 흡수하는 발열입자와 상기 발열입자가 방출하는 열에 의해 용융되는 상전이 물질을 포함하는 밸브 플러그를 구비하고, 상기 밸브 플러그의 통로 내에서의 위치에 따라 상기 통로를 통과하는 유체의 흐름을 통제하는 것일 수 있다. 이 때, 상기 상전이 밸브는, 초기에 상기 밸브 플러그가 상기 통로를 닫도록 배치되고, 상기 밸브 플러그가 열에 의해 용융되면서 상기 밸브 플러그의 초기 위치에 인접하게 마련된 여유 공간으로 이동하여 상기 통로를 여는 개방 밸브를 포함할 수 있다. 또한, 상기 상전이 밸브는, 초기 상태에 상기 밸브의 플러그는 상기 통로와 연결된 밸브 챔버에 배치되어 상기 통로를 열어두고, 상기 밸브 플러그가 열에 의해 용융 및 팽창되면서 상기 통로로 유입되어 상기 통로를 닫는 폐쇄 밸브를 포함할 수 있다. The plurality of valves in the microfluidic device may be selected from the group comprising capillary valves, hydrophobic valves, mechanical valves and phase-change valves. The phase change valve includes a valve plug including a heating particle absorbing radiant energy from the outside and a phase change material melted by heat emitted from the heating particle, and passes through the passage according to a position in the passage of the valve plug. To control the flow of fluid. At this time, the phase change valve is initially opened so that the valve plug closes the passage, and while the valve plug melts by heat, it moves to a free space provided adjacent to the initial position of the valve plug to open the passage. It may include a valve. In addition, the phase change valve, the plug of the valve in the initial state is disposed in the valve chamber connected to the passage to keep the passage open, the valve plug is introduced into the passage while melting and expanding by heat to close the passage It may include a valve.

본 발명의 다른 일 측면에 따른 미세유동 시스템은, 회전체와, 상기 회전체에 배치되고, 다수의 챔버와 상기 다수의 챔버들을 연결하는 다수의 통로와 상기 통로에 배치되어 유체의 흐름을 통제하는 다수의 밸브를 포함하고, 상기 회전체의 회전에 따른 원심력을 이용하여 유체를 이송하는 미세유동 구조물, 그리고 상기 다수의 챔버 중 적어도 어느 하나에 수용되고, 해당 챔버로 유입된 생체 시료로부터 표적물질l)을 선택적으로 포집하는 자성비드를 포함하는 미세유동 장치; 상기 미세유동 장치의 회전체를 구동하는 회전 구동부; 및 상기 표적 물질을 포집한 자성비드에 전자기파를 조사하는 외부에너지원을 포함하고, 상기 미세유동 장치는 표적 물질을 포집한 자성비드를 세정 및 분리하고, 분리된 자성비드에 대한 전자기파의 조사에 의해 핵산을 분리하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, a microfluidic system includes a rotating body, a plurality of passages disposed in the rotating body, and a plurality of passages connecting the plurality of chambers and the plurality of chambers and controlling the flow of fluid. A microfluidic structure including a plurality of valves, and transferring fluid by using centrifugal force according to the rotation of the rotating body, and a target material contained in at least one of the plurality of chambers and flowing into the chamber. Microfluidic device comprising magnetic beads for selectively collecting a); A rotation driver for driving the rotating body of the microfluidic device; And an external energy source for irradiating electromagnetic waves to the magnetic beads that collect the target material, wherein the microfluidic device cleans and separates the magnetic beads that collect the target material, and irradiates electromagnetic waves to the separated magnetic beads. It is characterized by separating nucleic acids.

여기서, 상기 다수의 밸브는 모세관 밸브(capillary valve), 소수성 밸브(hydrophobic valve), 기계적 밸브(mechanical valve) 및 상전이 밸브(phase-change valve)를 포함하는 군으로부터 선택된 것일 수 있다. 상기 상전이 밸브는 외부로부터 조사된 전자기파를 흡수하는 발열입자와 상기 발열입자가 방출하는 열 에 의해 용융되는 상전이 물질을 포함하는 밸브 플러그를 구비하고, 상기 밸브 플러그의 통로 내에서의 위치에 따라 상기 통로를 통과하는 유체의 흐름을 통제하는 것이다. Here, the plurality of valves may be selected from the group comprising a capillary valve, a hydrophobic valve, a mechanical valve, and a phase-change valve. The phase change valve includes a valve plug including a heating particle absorbing electromagnetic waves radiated from the outside and a phase change material melted by heat emitted from the heating particle, and the passage according to a position in the passage of the valve plug. To control the flow of fluid through it.

상기 미세유동 장치가 외부로부터 조사된 전자기파를 흡수하는 발열입자와 상기 발열입자가 방출하는 열에 의해 용융되는 상전이 물질을 포함하는 밸브 플러그를 구비하고, 상기 밸브 플러그의 통로 내에서의 위치에 따라 상기 통로를 통과하는 유체의 흐름을 통제하는, 다수의 상전이 밸브를 포함하는 경우, 상기 미세유동 시스템은 상기 레이저빔이 상기 다수의 상전이 밸브 중 선택된 하나의 상전이 밸브를 포함하는 영역에 도달하도록 상기 레이저 광원의 위치 또는 방향을 조정하는 레이저 광원 조정수단을 더 포함할 수 있다. The microfluidic device includes a valve plug including a heating particle absorbing electromagnetic waves radiated from the outside and a phase change material that is melted by the heat emitted by the heating particle, and the passage according to a position in the passage of the valve plug. When the microfluidic system includes a plurality of phase change valves that control the flow of fluid through the microfluidic system, the microfluidic system is configured to cause the laser beam to reach an area comprising a phase change valve selected from the plurality of phase change valves. It may further include a laser light source adjusting means for adjusting the position or direction.

이 때, 상기 회전 구동부는 상기 회전체를 정속 및 정역 회전시킬 수 있는 모터를 포함할 수 있다. 상기 외부에너지원 조정수단은 상기 회전체를 향해 설치된 상기 외부에너지원을 상기 회전체의 반지름 방향으로 이동시키는 직선 이동수단을 포함할 수 있고, 고정된 외부에너지원으로부터 방출된 전자기파를 반사시키는 적어도 하나의 반사경, 및 상기 반사경의 각도를 조절하여 전자기파의 경로를 변경하는 반사경 운동부를 포함할 수도 있다. In this case, the rotation driving unit may include a motor capable of rotating the rotating body at constant speed and forward and reverse rotation. The external energy source adjusting means may include linear moving means for moving the external energy source installed toward the rotating body in the radial direction of the rotating body, and reflecting electromagnetic waves emitted from the fixed external energy source. Reflector, and may include a reflector movement unit for changing the path of the electromagnetic wave by adjusting the angle of the reflector.

상기 자성비드는, 그 표면이 표적 세포 또는 바이러스에 친화성을 갖는 항체 또는 금속 산화물로 개질된 것일 수 있고, 상기 금속 산화물은 Al₂O₃, TiO₂, Ta₂O₃, Fe₂O₃, Fe₃O₄ 및 HfO₂로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 자성 비드는 강자성체를 띠는 Fe, Ni, Cr 및 이의 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 물질을 포함하는 것일 수 있다.The magnetic beads may be one whose surface is modified with an antibody or metal oxide having affinity for a target cell or virus, wherein the metal oxide is Al ₂ O ₃ , TiO ₂ , Ta ₂ O ₃ , Fe ₂ O ₃ , It may be selected from the group consisting of Fe ₃ O ₄ and HfO ₂ . In addition, the magnetic beads may include one or more materials selected from the group consisting of Fe, Ni, Cr, and oxides thereof having ferromagnetic material.

본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 미세유동 시스템은, 전술한 본 발명의 일 측면에 따른 미세유동 장치(시료 챔버, 버퍼 챔버, 혼합 챔버, 웨이스트 챔버 및 세포용해 챔버를 포함하는); 상기 미세유동 장치의 회전체를 구동하는 회전 구동부; 및 상기 미세유동 장치의 세포용해 챔버에 전자기파를 조사하는 외부에너지원을 포함한다. Microfluidic system according to another aspect of the present invention, the microfluidic device (including a sample chamber, buffer chamber, mixing chamber, waste chamber and cytolysis chamber) according to one aspect of the present invention described above; A rotation driver for driving the rotating body of the microfluidic device; And an external energy source for irradiating electromagnetic waves to the cell lysis chamber of the microfluidic device.

여기서, 상기 미세유동 장치의 각 구성요소들은 앞서 서술한 특징들을 가질 수 있다. 아울러, 상기 미세유동 장치가 외부로부터 조사된 전자기파를 흡수하는 발열입자와 상기 발열입자가 방출하는 열에 의해 용융되는 상전이 물질을 포함하는 밸브 플러그를 구비하고, 상기 밸브 플러그의 통로 내에서의 위치에 따라 상기 통로를 통과하는 유체의 흐름을 통제하는, 다수의 상전이 밸브를 포함하는 경우에는, 상기 미세유동 시스템은 상기 전자기파가 상기 다수의 상전이 밸브 중 선택된 하나의 상전이 밸브를 포함하는 영역에 도달하도록 상기 외부에너지원의 위치 또는 방향을 조정하는 외부에너지원 조정수단을 더 포함할 수 있다. Here, each component of the microfluidic device may have the features described above. The microfluidic device may further include a valve plug including a heating particle absorbing electromagnetic waves radiated from the outside and a phase change material melted by the heat emitted by the heating particle, depending on the position of the valve plug in the passage. If the microfluidic system comprises a plurality of phase change valves that control the flow of fluid through the passage, the microfluidic system is configured such that the electromagnetic wave reaches the region such that the electromagnetic waves reach a region comprising one of the plurality of phase change valves. External energy source adjusting means for adjusting the position or direction of the energy source may be further included.

상기 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 미세유동 시스템을 이용하여 시료로부터 표적 물질의 핵산을 추출하는 방법은, 시료 챔버에 주입된 시료를 자성비드가 수용된 혼합 챔버로 이송하고, 혼합 챔버내에서 자성비드와 상기 시료를 혼합하여 상기 자성비드 표면에 표적 세포 또는 바이러스를 포집하고, 상기 자성비드와 시료의 혼합액을 원심분리하여 상층액을 웨이스트 챔버로 배출하고, 상기 버퍼 챔버에 수용된 버퍼액을 상기 혼합 챔버로 이송하고 상기 자성비드를 헹군 뒤 다시 원심분리하여 상층액을 웨이스트 챔버로 배출하고, 상기 혼합 챔버의 출구 부분에 모인 자성비드 혼합 유체를 상기 세포용해 챔버로 이송하고, 상기 세포용해 챔버에 상기 자성비드를 가두고 레이저를 조사하여 상기 자성비드 표면에 포집된 세포 또는 바이러스를 용해시키는 과정을 포함할 수 있다. In the method for extracting a nucleic acid of a target material from a sample using the microfluidic system according to various embodiments of the present invention, the sample injected into the sample chamber is transferred to the mixing chamber containing the magnetic beads, and the magnetic beads in the mixing chamber. And the sample are mixed to collect target cells or viruses on the surface of the magnetic beads, centrifugation of the mixture of the magnetic beads and the sample to discharge the supernatant to the waste chamber, and the buffer solution contained in the buffer chamber to the mixing chamber. And the magnetic beads are rinsed and then centrifuged again to discharge the supernatant to the waste chamber, and the magnetic bead mixed fluid collected at the outlet of the mixing chamber is transferred to the cytolysis chamber, and the magnetic chamber is dissolved in the cytolysis chamber. The cells are trapped and irradiated with a laser to dissipate cells or viruses collected on the surface of the magnetic beads. It may include a process of.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 핵산 추출용 미세유동 장치의 제1실시예를 개략적으로 보이는 평면도이다. 본 실시예에 따른 미세유동 장치(101)는 대칭적 형상의 일 예로서 디스크 형상을 갖는 회전체(100)를 포함한다. 하나의 회전체(100)에는 하나 또는 다수의 미세유동 구조물이 마련될 수 있다. 예를 들면, 상기 회전체(100)를 수 개의 부채꼴 형태의 영역으로 나누고 각 영역마다 미세유동 구조물이 마련될 수 있다. 상기 도 1은 다수의 미세유동 구조물이 마련된 회전체(100)의 일 부분을 보이는 것이다. 상기 도면에서 윗쪽은 상기 회전체(100)의 중심부를, 아래쪽은 상기 회전체(100)의 외곽부를 나타낸다. 1 is a plan view schematically showing a first embodiment of the microfluidic device for nucleic acid extraction according to the present invention. The microfluidic device 101 according to the present embodiment includes a rotating body 100 having a disc shape as an example of a symmetrical shape. One rotating body 100 may be provided with one or a plurality of microfluidic structure. For example, the rotating body 100 may be divided into several fan-shaped regions, and microfluidic structures may be provided in each region. 1 shows a part of a rotating body 100 provided with a plurality of microfluidic structures. In the figure, the upper part shows the central part of the rotating body 100 and the lower part shows the outer part of the rotating body 100.

상기 회전체(100)에 마련된 미세유동 구조물은 다수의 챔버와 이들을 연결하는 다수의 통로, 그리고 상기 다수의 통로를 통한 유체의 흐름을 통제하는 다수의 밸브를 포함한다. 이러한 구조물들은 서로 포개져서 상기 디스크 형상의 회전체(100)를 이루는 두 개의 디스크와 상기 두 개의 디스크가 마주하는 면 중 어느 한 쪽에 형성된 입체 패턴에 의해 제공될 수 있다. 상기 두 개의 디스크 중 상부 디스크는 유체의 이동이나 반응에 대한 검출이 가능하도록 투명한 재료로 만들어 진 것이 바람직하다. 이와 같은 미세유동 구조물을 제조하는 방법은 본 발명의 기술 분야에서 이미 알려진 바 있다. The microfluidic structure provided in the rotating body 100 includes a plurality of chambers, a plurality of passages connecting them, and a plurality of valves for controlling the flow of fluid through the plurality of passages. These structures may be provided by a three-dimensional pattern formed on any one of two disks that overlap each other to form the disk-shaped rotating body 100 and the two disks face. The upper disk of the two disks is preferably made of a transparent material to be able to detect the movement or reaction of the fluid. Methods for producing such microfluidic structures are well known in the art.

본 실시예에 따른 장치(101)에서 미세유동 구조물의 구성을 살펴보면 다음과 같다. 상기 미세유동 구조물은, 유체 시료를 수용하는 시료 챔버(11)와 버퍼액을 수용하는 버퍼 챔버(12)를 구비한다. 상기 시료 챔버(11) 및 상기 버퍼 챔버(12)는 각각 주입구(미도시)를 구비하고, 사용자는 상기 주입구를 통해 시료와 적절한 버퍼액을 주입할 수 있다. Looking at the configuration of the microfluidic structure in the device 101 according to the embodiment as follows. The microfluidic structure includes a sample chamber 11 containing a fluid sample and a buffer chamber 12 containing a buffer solution. The sample chamber 11 and the buffer chamber 12 are each provided with an injection hole (not shown), the user can inject the sample and the appropriate buffer liquid through the injection hole.

상기 회전체(100)의 중심으로부터 상기 두 챔버보다 먼 위치에 는 혼합 챔버(14)가 배치되고, 상기 혼합 챔버(14)는 상기 시료 챔버(11) 및 상기 버퍼 챔버(12)와 각각 유체 이동 통로인 채널(21,22)을 통해 연결된다. 각 채널(21,22)에는 유체의 흐름을 통제하는 밸브(31,32)가 마련된다. 상기 혼합 챔버(14)는 상기 회전체(100)의 중심에서 가장 먼 쪽에 출구를 가지고, 상기 출구에는 밸브(34)가 마련된다. 상기 혼합 챔버(14)는 회전체의 중심에서 가까운 쪽 부분보다 먼 쪽 부분의 단면적이 좁은 것이 바람직하다. 즉, 상기 출구 밸브(34)에 가까운 부분의 단 면적이 좁은 것이 바람직하다. 이를 위해 상기 출구 밸브(34) 안쪽의 일부분이 채널 형태로 만들어질 수도 있다. 한편, 상기 버퍼 챔버(12)와 상기 혼합 챔버(14)를 연결하는 채널(22)는 상기 혼합 챔버(14)의 출구에 인접한 부분에 연결될 수 있다. 상기 혼합 챔버(14)는 미리 주입된 자성비드(M1)를 수용하고, 상기 시료 챔버(11)로부터 시료를, 상기 버퍼 챔버(12)로부터 버퍼액을 공급 받을 수 있다.The mixing chamber 14 is disposed at a position farther from the center of the rotor 100 than the two chambers, and the mixing chamber 14 fluidly moves with the sample chamber 11 and the buffer chamber 12, respectively. It is connected through channels 21 and 22 which are passages. Each channel 21, 22 is provided with valves 31, 32 that control the flow of fluid. The mixing chamber 14 has an outlet farthest from the center of the rotating body 100, and a valve 34 is provided at the outlet. It is preferable that the mixing chamber 14 has a narrow cross-sectional area of a portion farther than the portion closer to the center of the rotating body. That is, it is preferable that the end area of the part close to the said outlet valve 34 is narrow. To this end, a portion of the inside of the outlet valve 34 may be made in the form of a channel. Meanwhile, the channel 22 connecting the buffer chamber 12 and the mixing chamber 14 may be connected to a portion adjacent to the outlet of the mixing chamber 14. The mixing chamber 14 may receive the magnetic beads M1 pre-injected, receive a sample from the sample chamber 11, and receive a buffer solution from the buffer chamber 12.

상기 회전체(100)의 중심에서 상기 혼합 챔버(14)보다 먼 위치에는 웨이스트 챔버(15)가 배치된다. 상기 웨이스트 챔버(15)는 채널(25)을 통해 상기 혼합 챔버(14)의 상기 출구 밸브(34)에 가까운 부분, 즉 전술한 바와 같이 단면적이 좁은 부분에 연결될 수 있다. 다만, 상기 채널(25)이 연결된 부분과 상기 출구 밸브(34) 사이에는 상기 혼합 챔버(14)에 수용된 자성비드들이 모여 있을 수 있을 정도의 공간을 확보하는 것이 바람직하다. 상기 웨이스트 챔버(15)로 연결된 채널(25)에도 유체의 흐름을 통제하는 밸브(35,45)가 마련된다. The waste chamber 15 is disposed at a position farther from the mixing chamber 14 from the center of the rotating body 100. The waste chamber 15 may be connected to a portion close to the outlet valve 34 of the mixing chamber 14 through a channel 25, that is, a portion having a narrow cross-sectional area as described above. However, it is desirable to secure a space in which the magnetic beads accommodated in the mixing chamber 14 may be collected between the portion where the channel 25 is connected and the outlet valve 34. The channels 25 connected to the waste chamber 15 are also provided with valves 35 and 45 for controlling the flow of the fluid.

한편, 상기 회전체(100)의 중심으로부터 상기 혼합 챔버(14)의 출구보다 먼 위치에 세포용해 챔버(16)가 배치된다. 상기 세포용해 챔버(16)는 그 입구가 채널(26)을 통해 상기 혼합 챔버(14)의 출구와 연결된다. 상기 세포용해 챔버(16)의 출구는 회전체의 중심을 향해 연장될 수 있다. 이 경우, 상기 입구를 통해 유입된 자성비드(M1)를 원심력에 의해 상기 세포용해 챔버(16) 내에 가두어 둘 수 있다. 상기 세포용해 챔버(16)의 출구는 채널(27)을 통해 또 하나의 웨이스트 챔버(17)로 연결될 수 있다. 상기 세포용해 챔버(16)의 입구 및 출구와 연결된 각각의 채널(26,27)에는 각각 밸브(46,47)가 마련되어 상기 세포용해 챔버(16) 내에 농축된 자성비드(M1)가 포함된 유체를 가둘 수 있다. On the other hand, the cell lysis chamber 16 is disposed at a position farther from the center of the rotating body 100 than the outlet of the mixing chamber 14. The lysis chamber 16 has an inlet connected to an outlet of the mixing chamber 14 through a channel 26. The outlet of the lysis chamber 16 may extend toward the center of the rotor. In this case, the magnetic beads (M1) introduced through the inlet can be locked in the cell lysis chamber 16 by centrifugal force. The outlet of the lysis chamber 16 may be connected to another waste chamber 17 via a channel 27. Each channel 26, 27 connected to the inlet and the outlet of the lysis chamber 16 is provided with valves 46 and 47, respectively, and includes a fluid containing magnetic beads M1 concentrated in the lysis chamber 16. Can be trapped.

전술한 두 웨이스트 챔버(15,17)에는 유체의 유입 시에 배기할 수 있는 배기구(29)가 각각 구비될 수 있으며, 이러한 배기구(29)는 앞서 언급된 여러 챔버들에도 구비될 수 있다. The two waste chambers 15 and 17 described above may be provided with an exhaust port 29 for exhausting fluid upon inflow, and the exhaust port 29 may also be provided in the aforementioned various chambers.

상기 세포용해 챔버(16)는 그 표면에 표적 세포 또는 바이러스를 포집된 자성비드(M1)을 가두어 두고, 외부로부터의 전자기파 조사를 수반하는 세포용해 작업, 예를 들면 레이저 어블레이션(laser ablation)에 의한 세포용해 작업을 수행한다. 전자기파 및 자성 비드를 이용한 신속한 세포 용해는 액체 배지에서 가열 및 전자기파에 의한 어블레이션(ablation)에 의해 수행된다. 전자기파는 자성비드에 에너지를 공급하여 상기 자성비드에 부착된 세포에 열을 공급함과 동시에, 상기 자성비드에 물리적, 기계적 충격을 가함으로써 세포를 용해시킨다. The cell lysis chamber 16 traps magnetic beads M1 trapping target cells or viruses on its surface, and is subjected to cell lysis work involving irradiation of electromagnetic waves from the outside, for example, laser ablation. Perform cell lysis. Rapid cell lysis using electromagnetic waves and magnetic beads is performed by heating in a liquid medium and ablation by electromagnetic waves. Electromagnetic waves supply energy to magnetic beads to supply heat to cells attached to the magnetic beads, and at the same time, dissolve the cells by applying physical and mechanical shocks to the magnetic beads.

자성비드와 전자기파를 이용한 세포용해의 큰 장점중 하나는 핵산 분리 단계를 줄일 수 있다는 것인데, 이는 이러한 세포 용해가 단백질 변성을 수반하기 때문이다. 변성된 단백질 및 세포 찌꺼기는 자성비드에 다시 부착되고, 이러한 자성비드는 중력, 원심력 또는 자기력에 의해 핵산 추출 용액으로부터 분리될 수 있기 때문이다. 이는 표적 물질의 검출 한계를 낮추고, 핵산 추출 단계를 한 단계 줄임으로써 핵산 추출 시간을 대폭 절감하고, 신호 진폭을 증가시킴으로써 PCR을 통한 분석을 현저하게 개선한다. 전자기파 및 자성 비드를 이용하여 세포를 파괴하는데 요구되는 시간은 대략 30~40초 정도일 수 있다.One of the great advantages of cell lysis using magnetic beads and electromagnetic waves is that it can reduce the nucleic acid separation step because such cell lysis involves protein denaturation. The denatured protein and cell debris reattach to the magnetic beads, because such magnetic beads can be separated from the nucleic acid extraction solution by gravity, centrifugal force or magnetic force. This significantly improves analysis via PCR by lowering the detection limit of the target material, significantly reducing nucleic acid extraction time by reducing one nucleic acid extraction step, and increasing signal amplitude. The time required to destroy the cells using electromagnetic waves and magnetic beads may be approximately 30 to 40 seconds.

레이저 어블레이션이란 레이저 빔에 노출된 소재에 발생하는 현상을 총칭한 다. 레이저 어블레이션에 의해 소재 표면의 온도는 수백에서 수천도까지 급속히 상승하며 소재 표면의 온도가 증발점 이상으로 상승하면 액체 상태 재료의 증발과 함께 표면에서의 포화증기압도 급속히 상승한다. 포화증기압은 Clausius-Clapeyron 식에 의해 온도의 함수로 표시되며 고출력 펄스 레이저 가공의 경우 보통 수십기압 이상까지 상승한다. 증기의 분출과 함께 증기에 의해 소재 표면에 작용하는 압력을 반발압력이라고 하며 반발압력의 크기는 증기압을 P_sat 라고 할 때 약 0.56P_sat 정도 된다.Laser ablation generally refers to a phenomenon occurring in a material exposed to a laser beam. By laser ablation, the temperature of the surface of the material rises rapidly from hundreds to thousands of degrees. When the temperature of the material surface rises above the evaporation point, the saturated vapor pressure on the surface increases rapidly with the evaporation of the liquid material. The saturation vapor pressure is expressed as a function of temperature by the Clausius-Clapeyron equation and usually increases to over a few tens of atmospheres for high power pulsed laser machining. The pressure acting on the material surface by the steam together with the ejection of the steam is called the repulsion pressure, and the magnitude of the repulsion pressure is about 0.56P _sat when the vapor pressure is P _sat .

충격파는 주로 펄스 레이저와 같이 순간 강도가 매우 큰 레이저 가공에서 발생한다. 수나노 초 또는 수십나노 초 사이의 짧은 시간 동안에 온도가 증발점 이상으로 가열된 재료 표면에서 발생된 증기는 압력이 수기압에서 수십기압까지 상승하며, 주변의 대기 중으로 팽창해 나가면서 충격파를 형성한다. 매우 큰 압력으로 인해 팽창하는 증기는 소재에도 약 0.56Ps (여기에서 Ps 는 표면에서의 포화증기압이다)의 압력이 작용된다.Shockwave occurs mainly in laser machining, such as pulsed laser, where the instantaneous intensity is very high. Steam generated at the surface of a material heated to a temperature above the evaporation point for a short time between several nanoseconds or tens of nanoseconds will rise from several atmospheric pressure to tens of atmospheric pressure and will form a shock wave as it expands into the surrounding atmosphere . The steam expanding due to the very large pressure is also applied to the material at about 0.56Ps (where Ps is the saturated vapor pressure at the surface).

상기 레이저는 펄스 레이저 또는 연속파동 레이저를 포함할 수 있다. 너무 낮은 레이저 출력에서는 효율적으로 레이저 어블레이션 작업을 수행할 수 없으며, 레이저 출력은 연속파동(CW)의 경우 10mW 이상, 펄스 레이저의 경우 1mJ/펄스 이상을 전달해 주어야 한다. 바람직하게는 상기 펄스 레이저가 3mJ/펄스 이상이고, 연속파동 레이저가 100mW 이상의 출력을 가진다. 이는 연속파동의 경우 10mW 미만이고, 펄스 레이저의 경우 1mJ/펄스 미만이면 세포를 파괴하는 충분한 에너지 전달이 되지 않는 문제가 발생하기 때문이다.The laser may comprise a pulsed laser or a continuous wave laser. The laser ablation operation can not be performed efficiently at a too low laser output, The laser output should be at least 10 mW for continuous wave (CW) and at least 1 mJ / pulse for pulsed laser. Preferably, the pulsed laser has a power of 3 mJ / pulse or more, and the continuous wave laser has an output of 100 mW or more. This is because it is less than 10 mW for continuous waves and less than 1 mJ / pulse for pulsed lasers.

레이저 어블레이션에 의한 세포용해를 수행하는 경우, 상기 레이저는 자성 비드가 흡수하는 특정 파장대에서 발생하는 것이어야 한다. 상기 레이저는 400nm 이상의 파장대에서 발생하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 레이저는 750nm ~ 1300nm의 파장대에서 발생하는 것이 바람직하다. 이는 400nm 미만의 파장에서는 핵산의 변성 또는 손상의 문제가 발생하기 때문이다. 또한, 상기 레이저는 하나 이상의 파장대에서 발생할 수 있다. 즉, 레이저는 상기 파장 범위내의 하나의 파장일 수도 있고, 파장이 서로 상이한 2 이상의 파장일 수도 있다.When performing cell lysis by laser ablation, the laser should be at a specific wavelength band absorbed by the magnetic beads. Preferably, the laser occurs at a wavelength of 400 nm or more, and more preferably, the laser occurs at a wavelength of 750 nm to 1300 nm. This is because a problem of denaturation or damage of nucleic acid occurs at a wavelength of less than 400nm. In addition, the laser may occur in more than one wavelength band. That is, the laser may be one wavelength within the wavelength range, or may be two or more wavelengths having mutually different wavelengths.

상기 자성비드(M1)는 전혈, 타액, 소변 등의 생체 시료로부터 표적 물질(세포, 바이러스 등을 포함하는)을 포집할 수 있도록, 상기 표적 물질과의 특이적 결합이 가능한 표면을 갖는다. 상기 자성비드(M1)의 표면은 표적 세포 또는 바이러스에 친화성을 갖는 항체 또는 금속 산화물로 처리될 수 있다. The magnetic beads (M1) has a surface capable of specific binding with the target material so that the target material (including cells, viruses, etc.) can be collected from biological samples such as whole blood, saliva, and urine. The surface of the magnetic beads (M1) may be treated with an antibody or metal oxide having affinity for a target cell or virus.

상기 항체는 원하는 특정 세포 또는 바이러스만 선택적으로 포집할 수 있기 때문에, 매우 낮은 농도의 세포 또는 바이러스를 검출하고자 하는 경우에 유용할 수 있다. 세포 또는 바이러스에 특이적으로 결합할 수 있는 항체가 결합된 자성비드는 Invitrogen, Qiagen 사 등에서 시판하고 있으며, 이의 예는 Dynabeads

Genomic DNA Blood (Invitrogen), Dynabeads

anti-E.coli O157(Invitrogen), CELLection^TM Biotin Binder Kit (Invitrogen), MagAttract Virus Min M48 Kit(Qiagen) 등이 있다. 상기 특정 항체가 결합된 자성 비드를 이용하여 디프테리 아 독소(Diphtheria toxin), 엔테로코커스 패시움(Enterococcus faecium), 헬리코박터 파일로리(Helicobacter pylori), HBV, HCV, HIV, 인플루엔자(Influenza) A, Influenza B, 리스테리아(Listeria), 마이코플라스마 뉴모니애(Mycoplasma pneumoniae), 슈도모나스 종(Pseudomonas sp.), 루벨라 바이러스(Rubella virus), 로타바이러스(Rotavirus) 등을 분리할 수 있다.The antibody may be useful when it is desired to detect very low concentrations of cells or viruses because it can selectively capture only specific cells or viruses of interest. Magnetic beads incorporating antibodies that can specifically bind to cells or viruses are commercially available from Invitrogen, Qiagen, etc. Examples of this are Dynabeads.

Genomic DNA Blood (Invitrogen), Dynabeads

anti-E. coli O157 (Invitrogen), CELLection ^™ Biotin Binder Kit (Invitrogen), and MagAttract Virus Min M48 Kit (Qiagen). Diphtheria toxin, Enterococcus faecium, Helicobacter pylori, HBV, HCV, HIV, Influenza A, Influenza B using magnetic beads bound to the specific antibodies Listeria, Mycoplasma pneumoniae, Pseudomonas sp., Rubella virus, Rotavirus and the like can be isolated.

상기 금속 산화물은 Al₂O₃, TiO₂, Ta₂O₃, Fe₂O₃, Fe₃O₄, 또는 HfO₂등일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 금속 산화물은 바람직하게는 Al₂O₃또는 TiO₂이며, 더욱 바람직하게는 Al₂O₃ 이다. 상기 금속 산화물의 증착은 PVD(physical vapor deposition), ALD(atomic layer deposition), 졸-겔 방법 등에 의해 수행될 수 있다. 자성 비드의 표면에에 금속 산화물을 증착하는 방법은 공지된 기술로서, 일반적으로 PVD(physical vapor deposition), ALD(atomic layer deposition), 졸-겔 방법 등에 의해 수행될 수 있다.The metal oxide may be Al ₂ O ₃ , TiO ₂ , Ta ₂ O ₃ , Fe ₂ O ₃ , Fe ₃ O ₄ , or HfO ₂ , but is not limited thereto. The metal oxide is preferably Al ₂ O ₃ or TiO ₂ , more preferably Al ₂ O ₃ . The deposition of the metal oxide may be performed by physical vapor deposition (PVD), atomic layer deposition (ALD), sol-gel method, or the like. The method of depositing a metal oxide on the surface of the magnetic beads is a known technique, and generally, may be performed by physical vapor deposition (PVD), atomic layer deposition (ALD), sol-gel method, or the like.

상기 자성비드(M1)는 크기가 50nm ~ 1,000㎛인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 상기 자성 비드의 크기는 1㎛ ~ 50㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 자성비드(M1)는 2 가지 이상의 크기를 갖는 비드로 혼합된 것일 수 있다. 즉, 상기 자성 비드(M1)는 동일한 크기일 수도 있고, 서로 상이한 크기를 갖는 자성 비드의 혼합물일 수도 있다.The magnetic beads (M1) is preferably 50nm ~ 1,000㎛ size, more preferably, the size of the magnetic beads may be 1㎛ ~ 50㎛. In addition, the magnetic beads M1 may be mixed into beads having two or more sizes. That is, the magnetic beads M1 may be the same size or may be a mixture of magnetic beads having different sizes from each other.

상기 자성 비드(M1)의 재료로는 자성을 띠는 것이면 어느 것이라도 가능하다. 특히, 강자성를 띠는 Fe, Ni, Cr 의 금속 및 이의 산화물로 이루어진 군으로 부터 선택되는 1 이상의 물질을 포함할 수 있다.Any material may be used as the material of the magnetic beads M1 as long as it is magnetic. In particular, it may include at least one material selected from the group consisting of ferromagnetic metals of Fe, Ni, Cr and oxides thereof.

도 2는 본 발명에 따른 핵산 추출용 미세유동 장치의 제2실시예를 개략적으로 보이는 평면도이다. 본 실시예에 따른 미세유동 장치(102)는 상기 도 1의 실시예에 따른 장치(101)와 대부분이 동일하다. 다만, 상기 혼합 챔버(14)보다 회전체(100)의 중심으로부터 가까운 위치에 자성비드(M1)를 수용하는 별도의 자성비드 챔버(13)를 더 구비하고, 상기 자성비드 챔버(13)와 상기 혼합 챔버(14)를 연결하는 채널(23)에 마련된 밸브(23)를 개방하여, 상기 자성비드(M1)를 상기 혼합 챔버(14)로 공급하는 구성을 갖는 다는 점에 차이가 있다. 여기서, 상기 자성비드(M1)는 소정의 유체에 분산된 형태로 상기 자성비드 챔버(13)에 주입되는 것이 바람직하다. Figure 2 is a plan view schematically showing a second embodiment of the microfluidic device for nucleic acid extraction according to the present invention. The microfluidic device 102 according to the present embodiment is mostly the same as the device 101 according to the embodiment of FIG. 1. However, the magnetic bead chamber 13 and the magnetic bead chamber 13 is further provided to accommodate the magnetic bead M1 at a position closer to the center of the rotating body 100 than the mixing chamber 14. The difference lies in that the valve 23 provided in the channel 23 connecting the mixing chamber 14 is opened to supply the magnetic beads M1 to the mixing chamber 14. Here, the magnetic beads M1 are preferably injected into the magnetic bead chamber 13 in a form dispersed in a predetermined fluid.

도 3은 본 발명에 따른 핵산 추출용 미세유동 장치의 제3실시예를 개략적으로 보이는 평면도이다. 본 실시예에 따른 미세유동 장치(103)는 상기 도 2의 실시예에 따른 장치(102)와 대부분이 동일하다. 다만, 상기 시료 챔버(11)의 출구와 상기 혼합 챔버(18) 사이에 원심분리 유닛(18)을 더 구비한다. 상기 원심분리 유닛(18)은 상기 시료 챔버(11)의 출구로부터 회전체(100)의 바깥쪽으로 연장된 상층액 채널(182)과 상기 채널(182)의 단부에 폭이 확장된 침전물 수집부(181)를 포함하고, 상기 상층액 채널(182)의 일 부분이 밸브(31) 및 채널(21)을 통해 상기 혼합 챔버(14)로 연결된다. Figure 3 is a plan view schematically showing a third embodiment of the microfluidic device for nucleic acid extraction according to the present invention. The microfluidic device 103 according to the present embodiment is largely the same as the device 102 according to the embodiment of FIG. 2. However, a centrifugal separation unit 18 is further provided between the outlet of the sample chamber 11 and the mixing chamber 18. The centrifugation unit 18 is a supernatant channel 182 extending from the outlet of the sample chamber 11 to the outside of the rotating body 100 and a sediment collecting unit having an expanded width at an end of the channel 182. 181, a portion of the supernatant channel 182 is connected to the mixing chamber 14 through a valve 31 and a channel 21.

예를 들어, 상기 시료 챔버(11)에 전혈(whole blood)을 주입하고, 상기 회전체(100)를 회전시키면, 무거운 혈구들은 상기 침전물 수집부(181)에 수집되고, 상 기 상층액 채널(182)은 대부분 혈장으로 채워지게 된다. 이때, 상기 혼합 챔버(14)로 연결된 채널(21)의 밸브(31)가 개방되면, 상기 상층액 채널(182) 중에서 상기 채널(21)과 연결된 부분보다 회전의 중심에 가까운 부분에 채워져 있던 혈장이 상기 혼합 챔버(14)로 이송되게 된다. 본 실시예에 따른 미세유동 장치(103)는 상기 원심분리 유닛(18)에 의해 최종적인 핵산 추출액에 PCR 저해요소가 혼입될 가능성을 미리 감소시킬 수 있다. For example, when whole blood is injected into the sample chamber 11 and the rotating body 100 is rotated, heavy blood cells are collected in the precipitate collection unit 181 and the supernatant channel ( 182) is mostly filled with plasma. At this time, when the valve 31 of the channel 21 connected to the mixing chamber 14 is opened, the plasma that is filled in the portion closer to the center of rotation than the portion connected to the channel 21 of the supernatant channel 182. This is transferred to the mixing chamber 14. In the microfluidic device 103 according to the present embodiment, the possibility of incorporation of a PCR inhibitor into the final nucleic acid extract by the centrifugation unit 18 may be reduced in advance.

도 4는 본 발명에 따른 핵산 추출용 미세유동 장치의 제4실시예를 개략적으로 보이는 평면도이다. 본 실시예에 따른 미세유동 장치(104)는 상기 도 3의 실시예에 따른 미세유동 장치(103)와 대부분이 동일하다. 다만, 상기 세포용해 챔버(16)에 인접하게 배치되어 자기력에 의해 상기 세포용해 챔버(16) 내에 자성비드(M1)를 모으는 자석(231)을 더 구비한다는 점에 차이가 있다.Figure 4 is a plan view schematically showing a fourth embodiment of the microfluidic device for nucleic acid extraction according to the present invention. The microfluidic device 104 according to the present embodiment is mostly the same as the microfluidic device 103 according to the embodiment of FIG. 3. However, there is a difference that the magnet 231 is disposed adjacent to the lysis chamber 16 and collects the magnetic beads M1 in the lysis chamber 16 by magnetic force.

상기 자석(231)은 상기 미세유동 장치(104)의 회전체(100) 저면, 상면 또는 양면에 배치될 수 있다. 또한 상기 자석(231)은 상기 회전체(100)에 대하여 고정되게 배치될 수도 있고, 이동 가능하되 필요한 시기에 상기 세포용해 챔버(16)에 인접하게 위치할 수 있도록 설치될 수도 있다. 상기와 같은 조건하에 상기 자석(231)은 상기 회전체(100)의 반지름 방향으로 이동할 수 있고, 빠르게 진동할 수도 있다. 레이저 어블레이션에 의한 세포 용해 시에 상기 자석(231)이 진동함으로써 상기 세포용해 챔버(16) 내의 자성비드(M1)를 진동시킬 수 있고, 이를 통해 세포용해 작업의 효율성을 더 높일 수 있다.The magnet 231 may be disposed on the bottom, top, or both surfaces of the rotating body 100 of the microfluidic device 104. In addition, the magnet 231 may be disposed to be fixed to the rotating body 100, or may be installed to be movable adjacent to the cytolysis chamber 16 when necessary. Under the above conditions, the magnet 231 may move in the radial direction of the rotating body 100 and may vibrate quickly. When the magnet 231 vibrates during cell lysis by laser ablation, the magnetic beads M1 in the cell lysis chamber 16 may be vibrated, thereby further increasing the efficiency of cytolysis.

이상의 실시예들에 대한 설명에서 언급된 다수의 밸브(30,31,32,33,34,35, 40,45,46,47)는 모세관 밸브(capillary valve), 소수성 밸브(hydrophobic valve), 기계적 밸브(mechanical valve) 및 상전이 밸브(phase-change valve)를 포함하는 군으로부터 선택된 것일 수 있다. 상기 다수의 밸브는, 바람직하게는, 외부로부터 복사에너지를 흡수하는 발열입자와 상기 발열입자가 방출하는 열에 의해 용융되는 상전이 물질을 포함하는 밸브 플러그를 구비하고, 상기 밸브 플러그의 통로 내에서의 위치에 따라 상기 통로를 통과하는 유체의 흐름을 통제하는, 상전이 밸브일 수 있다. The plurality of valves 30, 31, 32, 33, 34, 35, 40, 45, 46, 47 mentioned in the description of the above embodiments are capillary valves, hydrophobic valves, mechanical It may be selected from the group comprising a mechanical valve and a phase-change valve. The plurality of valves are preferably provided with valve plugs comprising exothermic particles absorbing radiant energy from the outside and a phase change material that is melted by the heat emitted by the exothermic particles, the valve plug being positioned within the passage. May be a phase change valve, which controls the flow of fluid through the passage.

이 때, 상기 상전이 밸브는, 초기에 상기 밸브 플러그가 상기 통로를 닫도록 배치되고, 상기 밸브 플러그가 열에 의해 용융되면서 상기 밸브 플러그의 초기 위치에 인접하게 마련된 여유 공간으로 이동하여 상기 통로를 여는 개방 밸브를 포함할 수 있다. 또한, 상기 상전이 밸브는, 초기 상태에 상기 밸브의 플러그는 상기 통로와 연결된 밸브 챔버에 배치되어 상기 통로를 열어두고, 상기 밸브 플러그가 열에 의해 용융 및 팽창되면서 상기 통로로 유입되어 상기 통로를 닫는 폐쇄 밸브를 포함할 수도 있다. At this time, the phase change valve is initially opened so that the valve plug closes the passage, and while the valve plug melts by heat, it moves to a free space provided adjacent to the initial position of the valve plug to open the passage. It may include a valve. In addition, the phase change valve, the plug of the valve in the initial state is disposed in the valve chamber connected to the passage to keep the passage open, the valve plug is introduced into the passage while melting and expanding by heat to close the passage It may also include a valve.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 미세유동 장치에서 유체 흐름을 제어하는 개방 밸브의 예를 보이는 단면도들이다. 상전이 밸브의 일 예인 개방 밸브(30)(도 1 내지 도4의 31,32,33,34,35에 대응됨)는 상온에서 고체 상태인 상전이 물질에 발열입자가 분산된 밸브 플러그(301)를 포함한다. 상기 고체 상태의 상기 밸브 플러그(301)가 배치된 초기 위치에 인접한 상기 채널(20)의 하류에는 그 폭 또는 깊이가 확장되어 여유공간을 제공하는 채널 확장부(302)가 배치된다. 5A and 5B are cross-sectional views showing examples of open valves for controlling fluid flow in the microfluidic device of the present invention. An open valve 30 (corresponding to 31, 32, 33, 34, and 35 of FIGS. 1 to 4), which is an example of a phase change valve, has a valve plug 301 in which exothermic particles are dispersed in a phase change material in a solid state at room temperature. Include. Downstream of the channel 20 adjacent to the initial position where the valve plug 301 in the solid state is disposed, a channel extension 302 is provided that extends in width or depth to provide a clearance.

상기 밸브 플러그(301)는 상온에서 채널(20)의 소정 부분을 빈틈없이 막아 입구(I)측으로 부터 유입되는 유체(F)의 흐름을 차단한다. 상기 밸브 플러그(301)는 고온에서 용융되어 상기 채널(20)의 출구(O)측으로 흐르면서 인접하게 배치된 채널확장부(302)로 이동하여, 유체(F)의 유로를 개방한 채로 응고(301' 참조)된다. The valve plug 301 closes a predetermined portion of the channel 20 at room temperature to block the flow of the fluid F flowing from the inlet I side. The valve plug 301 is melted at a high temperature, flows to the outlet O side of the channel 20, and moves to an adjacent channel expansion part 302, where the valve plug 301 is solidified while the flow path of the fluid F is opened. 'See).

상기 밸브 플러그(301)에 열을 가하기 위해서 상기 미세유동 장치 외부에는 외부에너지원(미도시)이 배치되고, 상기 외부에너지원이 상기 밸브 플러그(301)의 초기 위치를 포함하는 영역에 복사에너지를 공급할 수 있다. 이때, 상기 외부에너지원은 레이저 빔(L)을 조사하는 레이저 광원이거나, 가시광선 또는 적외선을 조사하는 발광소자(light emitting diode) 또는 제논램프(Xenon)일 수 있고, 특히 레이저 광원인 경우 적어도 하나의 레이저 다이오드(laser diode)를 포함할 수 있다. 상기 외부에너지원은 상기 밸브 플러그(301)에 포함된 발열입자가 흡수할 수 있는 복사에너지의 파장에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 발열입자로서 앞서 설명한, 표적 물질의 분리와 세포용해를 돕는 자성비드와 유사한 복사에너지 흡수 특성을 갖는 자성비드를 이용하는 경우에는, 레이저 어블레이션에 이용되는 레이저 광원을 그대로 이용하여 상기 상전이 밸브(30)를 작동시킬 수 있다. In order to apply heat to the valve plug 301, an external energy source (not shown) is disposed outside the microfluidic device, and the external energy source radiates radiant energy to an area including an initial position of the valve plug 301. Can supply In this case, the external energy source may be a laser light source for irradiating a laser beam (L), or may be a light emitting diode (Xenon) or a xenon lamp (Xenon) for irradiating visible or infrared light, in particular at least one It may include a laser diode (laser diode) of. The external energy source may be selected according to the wavelength of the radiant energy absorbed by the heating particles included in the valve plug 301. For example, in the case of using the magnetic beads having radiation energy absorption characteristics similar to those of the magnetic beads which help the separation of the target material and the cell lysis described above as the exothermic particles, the laser light source used for laser ablation is used as it is. The phase transition valve 30 can be operated.

전술한 채널(20) 구조물은 회전체(100)를 이루는 상부 디스크(110) 또는 하부 디스크(120) 내면에 형성된 입체 패턴에 의해 제공될 수 있다. 상기 상부 디스크(110)는 외부에너지원(미도시)에서 조사된 전자기파가 상기 밸브 플러그(301)에 입사할 수 있도록 투과시키고, 외부에서 유체(F)를 관측할 수 있도록 할 수 있는, 광학적으로 투명한 재료로 만들어진 것이 바람직하다. 그 예로서, 유리 또는 투명 플라스틱 소재는 광학적 투명성이 우수하고, 제조 비용이 저렴하다는 면에서 유리하다. The aforementioned channel 20 structure may be provided by a three-dimensional pattern formed on the inner surface of the upper disk 110 or the lower disk 120 forming the rotating body 100. The upper disk 110 may transmit the electromagnetic wave irradiated from an external energy source (not shown) to be incident on the valve plug 301, and may optically observe the fluid F from the outside. It is preferred to be made of a transparent material. As an example, glass or transparent plastic material is advantageous in that it is excellent in optical transparency and low in manufacturing cost.

상기 밸브 플러그(301)에 분산된 발열입자는 수천 마이크로미터(㎛) 폭을 갖는 채널(20) 내에서 자유롭게 이동 가능한 크기를 가지는 것이 바람직하다. 상기 발열입자는 레이저가 조사되면 그 복사 에너지에 의해 온도가 급격히 상승하여 발열하는 성질을 가지며, 왁스에 고르게 분산되는 성질을 갖는다. 이러한 성질을 갖도록 상기 발열입자는 금속 성분을 포함하는 코어(core)와, 소수성(疏水性)을 띤 쉘(shell)을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 발열입자는 강자성 물질인 Fe로 이루어진 코어와, 상기 Fe에 결합되어 Fe를 감싸는 복수의 계면활성성분(surfactant)으로 이루어진 쉘을 구비한 구조를 가질 수 있다. 통상적으로, 상기 발열입자들은 캐리어 오일(carrrier oil)에 분산된 상태로 제공된다. 소수성 표면구조를 갖는 상기 발열입자가 고르게 분산될 수 있도록 캐리어 오일도 소수성인 것이 바람직하다. 상전이 물질에 상기 발열입자들이 분산된 캐리어 오일을 부어 혼합함으로써 상기 밸브 플러그(301)를 제조할 수 있다. 상기 발열입자의 입자 형태는 상기 예로써 든 형태에 한정되는 것은 아니며, 중합체 비드, 퀀텀 닷(quantum dot) 또는 자성비드(magnetic bead)일 수도 있다. The exothermic particles dispersed in the valve plug 301 may have a size freely movable in the channel 20 having a width of several thousand micrometers (μm). The exothermic particles have a property of rapidly generating a temperature when the laser is irradiated by the radiant energy, and evenly disperse the wax. In order to have these properties, the heating particles may have a structure including a core including a metal component and a hydrophobic shell. For example, the exothermic particle may have a structure having a core made of Fe, a ferromagnetic material, and a shell made of a plurality of surfactants bound to the Fe to surround Fe. Typically, the exothermic particles are provided in a dispersed state in a carrier oil. The carrier oil is preferably hydrophobic so that the exothermic particles having a hydrophobic surface structure can be evenly dispersed. The valve plug 301 may be manufactured by pouring and mixing a carrier oil in which the exothermic particles are dispersed in a phase change material. The particle shape of the exothermic particles is not limited to the above-described examples, and may be polymer beads, quantum dots, or magnetic beads.

상기 밸브 플러그(301)를 이루는 상전이 물질은 왁스(wax)일 수 있다. 상기 발열입자들이 흡수한 복사에너지를 열에너지의 형태로 주위에 전달하면 왁스는 이로인해 용융되어 유동성을 가지게 되며, 이로써 플러그(301)의 형태가 붕괴되고 유체(F)의 유로가 개방된다. 상기 플러그(401)를 구성하는 왁스는 적당한 녹는점을 가지는 것이 바람직하다. 녹는점이 너무 높으면 레이저 조사를 시작한 후 용융될 때까지 시간이 오래 소요되어 개방 시점의 정밀한 제어가 어려워지고, 반대로 녹는점이 너무 낮으면 레이저가 조사되지 않은 상태에서 부분적으로 용융되어 유체(F)가 누출될 수도 있기 때문이다. 상기 왁스로는, 예컨대 파라핀 왁스(paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(microcrystalline wax), 합성 왁스(synthetic wax), 또는 천연 왁스(natural wax) 등이 채용될 수 있다. The phase change material constituting the valve plug 301 may be wax. When the radiant energy absorbed by the exothermic particles is transferred to the surroundings in the form of thermal energy, the wax is thereby melted to have fluidity, whereby the shape of the plug 301 is collapsed and the flow path of the fluid F is opened. The wax constituting the plug 401 preferably has a suitable melting point. If the melting point is too high, it takes a long time from the start of laser irradiation to melting, which makes precise control of the opening point difficult. On the other hand, if the melting point is too low, the fluid F leaks due to partial melting without the laser being irradiated. Because it may be. As the wax, for example, a paraffin wax, a microcrystalline wax, a synthetic wax, a natural wax, or the like can be employed.

한편, 상기 상전이 물질은 겔(gel) 또는 열가소성 수지일 수도 있다. 상기 겔로는, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates), 또는 폴리비닐아미드(polyvinylamides) 등이 채용될 수 있다. 또한, 상기 열가소성 수지로는, COC, PMMA, PC, PS, POM, PFA, PVC, PP, PET, PEEK, PA, PSU, 또는 PVDF 등이 채용될 수 있다. The phase change material may be a gel or a thermoplastic resin. As the gel, polyacrylamide, polyacrylates, polymethacrylates, polyvinylamides, or the like may be employed. As the thermoplastic resin, COC, PMMA, PC, PS, POM, PFA, PVC, PP, PET, PEEK, PA, PSU or PVDF may be employed.

도 6은 본 발명의 미세유동 장치에서 유체 흐름을 제어하는 폐쇄 밸브의 예를 보이는 평면도이고, 도 7은 상기 도 6에 도시된 폐쇄 밸브의 단면도이다. 상기 상전이 밸브의 다른 예인 폐쇄 밸브(40: 도 1 내지 도 4의 45,46,47에 대응됨)는 입구(I)와 출구(O)를 가지는 채널(20)과 상기 채널(20)의 중간에 연결된 밸브 챔버(402), 그리고 상온인 초기에는 고체 상태로서 상기 밸브 챔버(402) 내에 충전되어 있다가 가열되면 용융 및 팽창되면서 상기 채널(20)로 유입되고 다시 응고되면서 상기 채널(20)을 통한 유체(F)의 흐름을 차단하는 밸브 플러그(401)를 포함한다. Figure 6 is a plan view showing an example of a closing valve for controlling the fluid flow in the microfluidic device of the present invention, Figure 7 is a cross-sectional view of the closing valve shown in FIG. Another example of the phase change valve, the closing valve 40 (corresponding to 45, 46, 47 of FIGS. 1 to 4) is a channel 20 having an inlet I and an outlet O and a middle of the channel 20. The valve chamber 402 is connected to the valve chamber 402, and is initially in a solid state, and is filled in the valve chamber 402, and when heated, enters the channel 20 while being melted and expanded and solidifies again. And a valve plug 401 to block the flow of fluid F therethrough.

상기 폐쇄 밸브(40) 구조물 또한 전술한 개방 밸브(30)와 마찬가지로, 미세 유동 장치의 회전체(100)를 이루는 상부 디스크(110) 또는 하부 디스크(120) 내면에 형성된 입체 패턴에 의해 제공될 수 있다. 상기 상판(110)은 상기 전자기파(예를 들면, 레이저 빔)가 상기 밸브 플러그(401)에 더 잘 입사할 수 있도록 생기 밸브 챔버(402)에 대응되는 천공부(110A)를 가질 수도 있다. Like the opening valve 30 described above, the closing valve 40 structure may also be provided by a three-dimensional pattern formed on the inner surface of the upper disk 110 or the lower disk 120 constituting the rotating body 100 of the microfluidic device. have. The upper plate 110 may have a perforation portion 110A corresponding to the vital valve chamber 402 so that the electromagnetic wave (for example, a laser beam) can be better incident on the valve plug 401.

상기 밸브 플러그를 이루는 상전이 물질(P)과 발열입자(M2)에 관한 사항은 앞서 개방 밸브(30)의 예를 통해 설명한 바와 같다. 또한, 상기 밸브 플러그(401)에 복사에너지(L)를 제공하는 복사열원(미도시)에 관한 사항도 앞서 설명한 바와 같다. The matters relating to the phase change material P and the heating particles M2 constituting the valve plug are the same as described above with the example of the open valve 30. In addition, the matter regarding the radiant heat source (not shown) which provides the radiant energy L to the valve plug 401 is as described above.

분산매인 상전이 물질(P)과 발열입자(M2)를 포함하는 밸브 플러그에 레이저 빔이 조사되면 상기 발열입자(M2)가 복사에너지를 흡수하여 상기 상전이 물질(P)을 가열시킨다. 이로 인해 상기 밸브 플러그(401)는 용융되면서 부피가 팽창하고, 연결된 통로(403)를 통해 상기 채널(20)로 유입된다. 상기 채널(20) 내에서 유체(F)와 접촉하면서 다시 냉각된 밸브 플러그(401)는 상기 채널(20)을 통한 유체(F)의 흐름을 차단한다. When the laser beam is irradiated onto the valve plug including the phase change material P and the heating particles M2 as the dispersion medium, the heating particles M2 absorb the radiant energy to heat the phase change material P. As a result, the valve plug 401 is melted and expands in volume, and flows into the channel 20 through the connected passage 403. The valve plug 401 cooled again in contact with the fluid F in the channel 20 blocks the flow of the fluid F through the channel 20.

도 8은 순수 파라핀 왁스와, 레이저 조사에 의해 발열하는 발열입자가 포함된 파라핀 왁스에 레이저를 조사할 때 녹는점 도달시간을 비교하여 나타낸 그래프이다. 실선으로 도시된 그래프가 순수(100%) 파라핀 왁스의 온도 그래프이고, 점선으로 도시된 그래프가 평균 직경 10 nm 의 발열입자가 분산된 캐리어 오일과 파라핀 왁스가 1 대 1 비율로 혼합된 50% 불순물(발열입자) 파라핀 왁스의 온도 그래프이며, 이점 쇄선으로 도시된 그래프는 평균 직경 10 nm 의 발열입자가 분산된 캐리 어 오일과 파라핀 왁스가 1 대 4 비율로 혼합된 20% 불순물(발열입자) 파라핀 왁스의 온도 그래프이다. 808 ㎚ 의 파장을 갖는 레이저가 실험에 사용되었다. 파라핀 왁스의 녹는점은 대략 섭씨 68 내지 74도이다. 상기 도 8를 참조하면, 순수 파라핀 왁스는 레이저 조사 후 20초 이상이 경과되어야 녹는점에 도달한다((ii) 참조). 반면에, 50% 불순물(발열입자) 파라핀 왁스 및 20% 불순물(발열입자) 파라핀 왁스는 레이저 조사 후 급속히 가열되어 대략 5초 만에 녹는점에 도달하는 것을 확인할 수 있다((i) 참조).8 is a graph showing the comparison of the melting time of the melting point when the laser irradiation to the paraffin wax containing the pure paraffin wax and the heating particles generated by the laser irradiation. The solid graph shows the temperature of pure (100%) paraffin wax, and the dotted line shows the 50% impurity in which the carrier oil and paraffin wax are dispersed in a one-to-one ratio in which exothermic particles having an average diameter of 10 nm are dispersed. (Exothermic Particles) A graph of the temperature of paraffin wax, and the graph shown by the dashed line shows 20% impurity (pyrogenic particle) paraffin mixed with carrier oil and paraffin wax in a ratio of 1 to 4 dispersed with exothermic particles having an average diameter of 10 nm. Wax temperature graph. A laser with a wavelength of 808 nm was used for the experiment. The melting point of paraffin wax is approximately 68 to 74 degrees Celsius. Referring to FIG. 8, the pure paraffin wax reaches a melting point only 20 seconds or more after laser irradiation (see (ii)). On the other hand, it can be seen that the 50% impurity (pyrogenic particle) paraffin wax and the 20% impurity (pyrogenic particle) paraffin wax are rapidly heated after laser irradiation and reach a melting point in about 5 seconds (see (i)).

도 9는 상기 도 4의 실시예에 따른 미세유동 장치의 분해 사시도이다. 본 실시예에 따른 미세유동 장치(104)는 상부 디스크(110)와 하부 디스크(120), 그리고 상부 디스크(110)와 하부 디스크(120)를 서로 부착시키는 양면 접착시트(115)로 구성될 수 있다. 상부 디스크(110) 및 하부 디스크(120)는 투명한 플라스틱 판, 예를 들면 폴리카보네이트(polycarbonate) 판으로 만들어질 수 있다. 9 is an exploded perspective view of the microfluidic device according to the embodiment of FIG. 4. The microfluidic device 104 according to the present embodiment may be composed of an upper disk 110 and a lower disk 120, and a double-sided adhesive sheet 115 for attaching the upper disk 110 and the lower disk 120 to each other. have. The upper disk 110 and the lower disk 120 may be made of a transparent plastic plate, for example a polycarbonate plate.

상기 상부 디스크(110)에는 그 상하면을 관통하는 다수의 주입구(111)와 다수의 천공부(110A)가 마련된다. 상기 다수의 주입구(111)는 전술한 시료 챔버, 자성비드 챔버, 및 버퍼 챔버에 대응되는 위치에 각각 마련되고, 상기 다수의 천공부(110A)는 전술한 다수의 상전이 밸브에서 밸브 플러그 초기 위치에 대응되게 마련될 수 있다. The upper disk 110 is provided with a plurality of injection holes 111 and a plurality of perforations 110A penetrating the upper and lower surfaces thereof. The plurality of injection holes 111 are provided at positions corresponding to the sample chamber, the magnetic bead chamber, and the buffer chamber, respectively, and the plurality of perforations 110A are positioned at the valve plug initial position in the aforementioned plurality of phase change valves. It may be provided correspondingly.

상기 하부 디스크(120)에는 소정의 깊이로 파여 상기 상부 디스크(110)와 함께 챔버 구조를 형성하는 다수의 홈(127)이 마련된다. 상기 소정의 깊이는 예를 들면, 3 mm일 수 있다. 또한, 상기 하부 디스크(120)에는 상부 디스크(110)와 함께 전술한 채널 확장부(302) 및 밸브 챔버(402)를 이루는 음각 구조물들이 더 마련될 수 있다. The lower disk 120 is provided with a plurality of grooves 127 digging to a predetermined depth to form a chamber structure together with the upper disk 110. The predetermined depth may be 3 mm, for example. In addition, the lower disk 120 may be further provided with an intaglio structure forming the channel expansion unit 302 and the valve chamber 402 together with the upper disk 110.

상기 양면 접착시트(115)는 종래에 알려진 상용 양면 접착 테잎으로 만들어질 수 있다. 예를 들면, Flexmount DFM 200 Clear V-95150 POLY H-9 V-96 4, FLEXcon Inc., MA, USA 로 만들어질 수 있다. 양면 접착시트(115)에는 상기 다수의 홈(127)에 대응되는 다수의 챔버 윤곽(117)이 마련되고, 상기 도 4에서 설명된 채널들에 각각 대응되는 채널 윤곽(116)이 마련된다. 상기 채널 윤곽(116)은 그 폭이 1mm일 수 있다. 앞서 언급된 상용 양면 접착테잎의 두께는 100㎛이므로, 이 경우, 상기 상부 디스크(110)와 하부 디스크(120) 및 양면 접착시트(115)에 의해 형성된 채널의 깊이는 100㎛이다. 채널의 깊이는 상기 양면 접착시트(115)의 두께 선택에 따라 쉽게 변경될 수 있다. The double-sided adhesive sheet 115 may be made of a commercial double-sided adhesive tape known in the art. For example, it can be made with Flexmount DFM 200 Clear V-95150 POLY H-9 V-96 4, FLEXcon Inc., MA, USA. The double-sided adhesive sheet 115 is provided with a plurality of chamber contours 117 corresponding to the plurality of grooves 127 and channel contours 116 respectively corresponding to the channels described with reference to FIG. 4. The channel contour 116 may have a width of 1 mm. Since the aforementioned thickness of the commercial double-sided adhesive tape is 100 μm, in this case, the depth of the channel formed by the upper disc 110 and the lower disc 120 and the double-sided adhesive sheet 115 is 100 μm. The depth of the channel can be easily changed according to the thickness of the double-sided adhesive sheet 115 selected.

전술한 주입구(111), 천공부(110A), 홈(127) 및 채널 윤곽(116) 등의 구조물들은 기존의 CNC(computer numerical contol) 가공(machining)에 의해 상기 상부 디스크(110), 하부 디스크(120) 및 양면 접착시트(115) 각각에 형성될 수 있다.Structures such as the inlet 111, the perforation 110A, the groove 127 and the channel contour 116 described above are the upper disk 110, lower disk by conventional computer numerical machining (CNC) machining (machining) It may be formed on each of the 120 and the double-sided adhesive sheet 115.

이상에서 설명한 미세유동 장치의 구체적인 구조 및 규격은 하나의 예에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 상부 디스크(110)와 하부 디스크(120)는 양면 접착시트(115)에 의해 접합되는 대신, 써멀 본딩(thermal bonding), 저온 본딩(low temterature bonding), 화학 접착제에 의한 본딩(chemical bonding) 또는 초음파 본딩과 같이 다양한 플라스틱 본딩 방법에 의해 접합될 수 있다. 상기 채널 및 챔버의 규격은 미세유동 장치(104) 전체의 크기 및 처리하고자 하는 샘플의 용량 등에 따라 더 커지거나 작아질 수 있다. 또한, 전술한 실시예에서는 미세유동 구조물이 하나의 층에 마련되었지만, 미세유동 장치가 복수의 층으로 이루어지고, 각 층에 채널 및 챔버 등을 포함하는 미세유동 구조물이 마련되는 것도 가능하다. Specific structure and specification of the microfluidic device described above is just one example, and the present invention is not limited thereto. For example, the upper disk 110 and the lower disk 120 are bonded by a double-sided adhesive sheet 115, instead of thermal bonding, low temterature bonding, bonding with a chemical adhesive ( bonding by various plastic bonding methods such as chemical bonding or ultrasonic bonding. The size of the channel and chamber may be larger or smaller depending on the size of the microfluidic device 104 as a whole and the capacity of the sample to be processed. In addition, in the above-described embodiment, the microfluidic structure is provided in one layer, but the microfluidic device may be formed of a plurality of layers, and the microfluidic structure including the channel and the chamber may be provided in each layer.

도 10a 및 도 10b는 자석 위치 제어 장치가 부가된 본 발명에 따른 핵산 추출용 미세유동 장치의 제5실시예를 보인다. 본 실시예에 따르면, 상기 도 4에 도시된 것과 같은 미세유동 장치의 아래에서 제1자석(230)의 위치를 제어함으로써 상기 미세유동 장치 내에서 자성비드를 이동시키거나 트랩핑(trapping)할 수 있도록 하는 자석 위치 제어 장치가 구비된다. 이러한 자석 위치 제어 장치의 일부 구성요소들은 상기 도 9에 도시된 것과 같이 조립된 미세유동 장치에서 하부 디스크(120)의 바닥 층에 일체로 구비될 수 있다. 10A and 10B show a fifth embodiment of the microfluidic device for nucleic acid extraction according to the present invention to which a magnet position control device is added. According to this embodiment, the magnetic bead can be moved or trapped in the microfluidic device by controlling the position of the first magnet 230 under the microfluidic device as shown in FIG. 4. Magnet position control device is provided. Some components of the magnet position control device may be integrally provided on the bottom layer of the lower disk 120 in the assembled microfluidic device as shown in FIG. 9.

자석 위치 제어 장치는 그 내부에 제1자석(230)을 수용하고, 상기 제1자석(230)의 이동 경로를 안내하는 가이드 레일(210) 및 상기 제1자석(230)의 이동 경로 중에서 회전의 중심으로부터 가장 가까운 위치에 대응되는 상기 미세유동 장치 외부에 배치된 제2자석(231)을 포함한다. 미세유동 장치가 회전할 때 상기 가이드 레일(210) 내의 제1자석(230)에는 반지름 바깥쪽 방향의 원심력과 상기 제2자석(231)에 의한 자기력(인력)이 작용하고, 제1자석(230)은 상기 두 힘이 평형을 이루는 위치로 이동하게 된다. 상기 제1자석(230)과 제2자석(231)은 영구자석으로서 서로 간에 인력이 작용하도록 배치된 것이다. 상기 제1자석(230)과 제2자석(231)으로는 영구자석의 일 예로서 이른바 네오디움 자석(Nd-Fe-B, JungWoo, Korea)이 채 용될 수 있다. The magnet position control device accommodates the first magnet 230 therein, and rotates in the guide rail 210 and the movement path of the first magnet 230 to guide the movement path of the first magnet 230. It includes a second magnet 231 disposed outside the microfluidic device corresponding to the position nearest to the center. When the microfluidic device rotates, the centrifugal force in the radially outward direction and the magnetic force (force) caused by the second magnet 231 act on the first magnet 230 in the guide rail 210, and the first magnet 230 ) Moves to a position where the two forces are in equilibrium. The first magnet 230 and the second magnet 231 is arranged as a permanent magnet so that the attraction force between each other. As the first magnet 230 and the second magnet 231, so-called neodymium magnets (Nd-Fe-B, JungWoo, Korea) may be used as an example of the permanent magnet.

도 10a는 미세유동 장치가 시계방향(CW)으로 회전하는 경우를 나타낸다. 미세유동 장치가 대략 480rpm의 속도로 회전하면 상기 제1자석(230)이 B위치로 이동하고, 상기 미세유동 장치가 대략 180rpm의 속도로 회전하면 상기 제1자석(230)이 A위치로 이동한다. 상기 제1자석(230)을 B위치에서 A위치로 이동시킴으로써 원심력에 의해 혼합 챔버(14) 내에서 좁은 출구 밸브(34) 안쪽에 모여 있는 자성비드를 다시 상기 혼합 챔버(14)의 넓은 부분으로 끌어올릴 수 있다. 10A shows a case in which the microfluidic device rotates in the clockwise direction CW. If the microfluidic device rotates at a speed of approximately 480 rpm, the first magnet 230 moves to the B position, and if the microfluidic device rotates at a speed of approximately 180 rpm, the first magnet 230 moves to the A position. . By moving the first magnet 230 from the B position to the A position, magnetic beads gathered inside the narrow outlet valve 34 in the mixing chamber 14 by centrifugal force are transferred back to the wider portion of the mixing chamber 14. I can pull it up.

도 10b는 미세유동 장치가 반시계방향(CCW)으로 회전하는 경우를 나타낸다. 미세유동 장치가 대략 480rpm의 속도로 회전하면 상기 제1자석(230)이 C위치로 이동하고, 미세유동 장치의 회전속도가 대략 600rpm을 넘어서면 원심력이 자기력을 이기고 상기 제1자석(230)을 D위치까지 이동시킨다. 이러한 제1자석(230)의 움직임을 이용하여 미세유동 장치에서 원심력에 의해 상기 혼합 챔버(14) 내부로부터 채널(26)을 통해 이동해온 자성비드들이 세포용해 챔버(16)에 집속되도록 할 수 있다. 10B illustrates a case in which the microfluidic device rotates in a counterclockwise direction (CCW). When the microfluidic device rotates at a speed of approximately 480 rpm, the first magnet 230 moves to the C position, and when the rotational speed of the microfluidic device exceeds about 600 rpm, the centrifugal force overcomes the magnetic force and moves the first magnet 230. Move to the D position. By using the movement of the first magnet 230, the magnetic beads that have moved from the inside of the mixing chamber 14 through the channel 26 by the centrifugal force in the microfluidic device may be focused on the cell lysis chamber 16. .

이상에서, 가이드 레일의 형상은 미세유동 장치 내에서의 챔버 및 채널들의 배치 형태 및 자성비드를 포함하는 유체의 이동 순서 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 상기 가이드 레일은 회전축으로부터의 거리가 서로 다른 여러 위치들을 연결하고 상기 제1자석(230)의 이동을 가능하게 하는 통로이면 충분하다. In the above, the shape of the guide rail may vary depending on the arrangement of the chambers and channels in the microfluidic device and the movement order of the fluid including the magnetic beads. Accordingly, the guide rail may be a path connecting various positions having different distances from the rotation axis and allowing the movement of the first magnet 230.

도 11a 내지 도 11k는 상기 도 4의 실시예에 따른 미세유동 장치를 이용하여 혈액 샘플로부터 HBV의 DNA를 추출하는 과정을 보인다. 이하의 설명을 통해 본 발 명에 따른 미세유동 장치의 특징이 더 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 11A to 11K illustrate a process of extracting DNA of HBV from a blood sample by using the microfluidic device according to the embodiment of FIG. 4. Through the following description will be understood more clearly the characteristics of the microfluidic device according to the present invention.

실험에 앞서 자성비드(M1)를 준비한다. Prepare the magnetic beads (M1) before the experiment.

1) 자성비드 및 표면 개질을 위한 항체 준비1) Antibody Preparation for Magnetic Beads and Surface Modification

비오틴이 부착된 B형 간염 바이러스 표면 항원에 특이적 친화성을 가지는 이차항체(Virostat, 1817, host animal: rabbit) 용액 10㎕를 준비한다. 10 μl of a secondary antibody (Virostat, 1817, host animal: rabbit) solution having specific affinity for biotin-labeled hepatitis B virus surface antigen is prepared.

2) 자성비드 세정2) Magnetic Bead Cleaning

스트렙트아비딘으로 레이블된 직경 1.0㎛의 Dynabeads® Streptavidin C1 100㎕를 혼합하여 균질 용액을 제조하였다. 제조된 용액 100㎕를 튜브에 담고, 자석에 놓고 2분 동안 방치하였다. 피펫으로 상층액을 취해서 제거하였다. 튜브를 자석에서 꺼내고, 완충액 1(0.1% BSA를 포함하는 PBS, pH7.4)을 100㎕ 첨가하고 혼합하였다. 다시 자석에 놓고 2분 동안 방치하였다. 피펫으로 상층액을 취해서 제거하였다. 튜브를 자석에서 꺼내고, 완충액 1(0.1% BSA를 포함하는 PBS, pH7.4)을 100㎕ 첨가하고 혼합하였다.A homogeneous solution was prepared by mixing 100 μl of Dynabeads Streptavidin C1 with a diameter of 1.0 μm labeled with streptavidin. 100 제조 of the prepared solution was put in a tube, placed on a magnet, and allowed to stand for 2 minutes. The supernatant was removed by pipette. The tube was removed from the magnet, and 100 완 of Buffer 1 (PBS containing 0.1% BSA, pH 7.4) was added and mixed. Placed on a magnet again and left for 2 minutes. The supernatant was removed by pipette. The tube was removed from the magnet, and 100 완 of Buffer 1 (PBS containing 0.1% BSA, pH 7.4) was added and mixed.

3) 항체를 이용한 비드의 예비코팅3) Precoating of Beads Using Antibodies

상기와 같이 준비된 비드 용액 100㎕에 비오틴이 부착된 HBV 이차항체(Virostat, 1817) 8㎍ 를 넣고 혼합하였다. 수차례 뒤집어 혼합하면서 실온에서 30분 동안 인큐베이션하였다. 자석을 이용하여 자성비드를 2분 동안 모으고, 상층액을 제거하였다. 세정 완충액(1% BSA를 포함하는 PBS, pH7.4) 2 ml 을 첨가하여 수차례 뒤집어 혼합하였다. 자석을 이용하여 비드를 1분 동안 모으고, 상층액을 제거하였다. 완충액 1(0.1% BSA를 포함하는 PBS, pH7.4) 100㎕를 첨가하여 예비코 팅된 자성 비드를 재현탁하였다.To 100 μl of the bead solution prepared as described above, 8 μg of HBV secondary antibody (Virostat, 1817) attached with biotin was added and mixed. Incubate for 30 minutes at room temperature with mixing upside down several times. Magnetic beads were collected for 2 minutes using a magnet, and the supernatant was removed. 2 ml of washing buffer (PBS containing 1% BSA, pH 7.4) was added, and the mixture was inverted several times. The beads were collected for 1 minute using a magnet and the supernatant was removed. 100 μl of Buffer 1 (PBS with 0.1% BSA, pH7.4) was added to resuspend the precoated magnetic beads.

위와 같은 과정으로 준비된 자성비드(M1)와 상기 도 4의 실시예에 따른 미세유동 장치(104)를 이용하여 혈액 샘플로부터 HBV의 DNA 추출하는 실험을 다음과 같이 진행하였다. Using the magnetic beads (M1) prepared in the above process and the microfluidic device 104 according to the embodiment of FIG. 4 was carried out the experiment of DNA extraction of HBV from blood samples as follows.

먼저 시료 챔버(11)에 HBV가 스파이크된 혈액 100㎕를, 자성비드 챔버(13)에는 표면에 항체가 부착된 자성비드(M1) 용액 100㎕를, 버퍼 챔버(12)에는 PBS 버퍼액 100㎕를 각각 주입하고(도 11a 참조), 회전체(100)를 회전시키면서 원심분리 유닛(18)을 이용하여 상기 혈액 샘플을 원심분리한다(도 11b 참조). First, 100 μl of HBV spiked blood in the sample chamber 11, 100 μl of a magnetic bead (M1) solution having an antibody attached to the surface in the magnetic bead chamber 13, and 100 μl of PBS buffer solution in the buffer chamber 12. Are injected respectively (see FIG. 11A), and the blood sample is centrifuged using the centrifugation unit 18 while rotating the rotor 100 (see FIG. 11B).

그 다음, 상기 원심분리 유닛(18)과 혼합 챔버(14) 사이의 밸브(31)를 열어 분리된 혈장 30㎕를 상기 혼합 챔버(14)로 이송하는 한편(도 11c 참조), 상기 자성비드 챔버(13)와 혼합 챔버(14) 사이의 밸브(33)를 열어 자성비드(M1) 용액을 역시 상기 혼합 챔버(14)로 이송한다(도 11d 참조).Then, the valve 31 between the centrifugation unit 18 and the mixing chamber 14 was opened to transfer 30 μl of separated plasma to the mixing chamber 14 (see FIG. 11C), while the magnetic bead chamber The valve 33 between 13 and the mixing chamber 14 is opened to transfer the magnetic bead M1 solution to the mixing chamber 14 as well (see FIG. 11D).

회전체(100)를 양 방향으로 번갈아가며 5분간 회전시키면서, 상기 자성비드(M1)을 혈장과 혼합하고 상기 자성비드(M1) 표면에 표적 세포인 HBV를 포집한다(도 11e 참조). 그런 다음, 회전체(100)를 다시 한 방향으로 회전시켜 자성비드(M1)를 상기 혼합 챔버(14)의 출구 쪽으로 집속한다(도 11f 참조). While rotating the rotating body 100 in both directions for 5 minutes, the magnetic beads M1 are mixed with plasma and HBV, which is a target cell, is collected on the surface of the magnetic beads M1 (see FIG. 11E). Then, the rotating body 100 is rotated again in one direction to focus the magnetic beads M1 toward the outlet of the mixing chamber 14 (see FIG. 11F).

상기 혼합 챔버(14)와 웨이스트 챔버(15) 사이의 개방 밸브(35)를 열어 상층액(HBV가 분리되고 남은 잔여 혈장)을 상기 웨이스트 챔버(15)로 배출하고(도 11g 참조), 상기 개방 밸브(35)와 같은 채널(25)에 배치된 폐쇄 밸브(45)를 닫는다(도 11h 참조). 그런 다음, 상기 버퍼 챔버(12)와 혼합 챔버(14) 사이의 개방 밸브(32) 를 열어 상기 버퍼액을 상기 혼합 챔버(14)로 이송한다(도 11i 참조).Open the opening valve 35 between the mixing chamber 14 and the waste chamber 15 to discharge the supernatant (residual plasma remaining after HBV is separated) into the waste chamber 15 (see FIG. 11G), and the opening The closing valve 45 disposed in the same channel 25 as the valve 35 is closed (see FIG. 11H). Then, the open valve 32 between the buffer chamber 12 and the mixing chamber 14 is opened to transfer the buffer liquid to the mixing chamber 14 (see FIG. 11I).

다시 상기 회전체(100)를 양 방향으로 번갈아가며 20초간 회전시키면서, 상기 버퍼액으로 상기 자성비드(M1)을 세정한다(도 11j 참조). 그런 다음, 상기 혼합 챔버(14)의 출구에 마련된 개방 밸브(34)를 열고, 상기 혼합 챔버(14) 내의 자성비드(M1)를 포함한 유체를 세포용해 챔버(16)로 이송한다. 상기 유체는 상기 두 챔버(14,16) 사이의 채널(26)과 상기 세포용해 챔버(16)를 거쳐 또 하나의 웨이스트 챔버(17)로 이송되고, 그 과정에서 상기 표면에 HBV를 포집한 자성비드(M1)는 원심력 및 자기력에 의해 상기 세포용해 챔버(16) 내에 남겨진다(도 11k 참조).The magnetic beads M1 are washed with the buffer solution while rotating the rotor 100 alternately in both directions for 20 seconds (see FIG. 11J). Then, the open valve 34 provided at the outlet of the mixing chamber 14 is opened, and the fluid including the magnetic beads M1 in the mixing chamber 14 is transferred to the cell lysis chamber 16. The fluid is transferred to another waste chamber 17 via the channel 26 between the two chambers 14 and 16 and the cell lysis chamber 16, and in the process, the magnetic material that collects HBV on the surface. Bead M1 is left in the cytolysis chamber 16 by centrifugal and magnetic forces (see FIG. 11K).

그 다음, 상기 세포용해 챔버(16) 전/후의 폐쇄 밸브(46,47)를 닫고, 상기 세포용해 챔버(16)에 레이저빔을 조사하여 레이저 어블레이션을 수행한다. 이때, 전술한 바와 같이, 상기 자성비드(M1) 표면에 부착된 HBV가 파괴되면서 DNA를 내어 놓고, HBV의 파괴 시에 발생한 찌꺼기들은 다시 자성비드(M1) 표면에 부착된다. 따라서, 상기 세포용해를 마친 상기 세포용해 챔버(16)에서는 바로 PCR을 수행할 수 있을 정도의 DNA가 제공된다. Then, the closing valves 46 and 47 before and after the lysis chamber 16 are closed, and a laser beam is irradiated to the lysis chamber 16 to perform laser ablation. At this time, as described above, the HBV attached to the surface of the magnetic beads (M1) is destroyed while leaving the DNA, the debris generated during the destruction of the HBV is again attached to the surface of the magnetic beads (M1). Thus, the cytolysis chamber 16 that has completed the cell lysis is provided with DNA that is capable of performing PCR immediately.

도 12은 상기 도 4의 실시예에 따른 미세유동 장치를 이용하여 혈액 샘플로부터 추출된 HBV의 DNA로 실시간 PCR을 수행한 결과를 보인다. 상기 도 11a 내지 도 11k와 같은 실험을 5차례 반복하고, 각각의 결과물을 이용하여 실시간 PCR을 수행한 결과를 보이는 것이다. 결과가 안정적일 뿐만 아니라, 숙련자의 수작업에 의한 결과와 비교해도 손색 없음을 확인할 수 있다. Figure 12 shows the results of real-time PCR with the DNA of HBV extracted from the blood sample using the microfluidic device according to the embodiment of FIG. 11A to 11K are repeated five times, and the results of real-time PCR using the respective results are shown. Not only is the result stable, but also inferior to the result of manual work by a skilled person.

도 13은 본 발명에 따른 미세유동 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 사시 도이다. 본 발명에 따른 미세유동 시스템(105)은, 상기 회전체(100) 상에 마련된 것으로서 전술한 다양한 실시 형태에 따른 미세유동 장치와 상기 회전체(100)를 회전시키는 회전 구동부(50) 및 상기 회전체(100) 상의 선택된 영역에 레이저빔을 조사할 수 있는 레이저 광원(60)을 포함한다. 한편, 상기 미세유동 장치에서 이루어지는 반응의 중간 산물 또는 결과물을 광학적으로 관측할 수 있는 광 검출부(70)를 더 포함할 수도 있다. 13 is a perspective view schematically showing the configuration of a microfluidic system according to the present invention. The microfluidic system 105 according to the present invention includes a microfluidic device according to various embodiments described above, a rotary drive unit 50 for rotating the rotary body 100, and the rotational body provided on the rotary body 100. A laser light source 60 capable of irradiating a laser beam to a selected area on the whole 100 is included. On the other hand, it may further include a light detection unit 70 for optically observing the intermediate product or the result of the reaction made in the microfluidic device.

상기 레이저 광원(60)은 전술한 레이저 어블레이션에 사용될 수 있는 것으로서, 적어도 하나의 레이저 다이오드를 포함할 수 있고, 앞서 설명한 출력, 파장 등의 조건을 만족할 수 있는 것이면 족하다. 또한, 상기 미세유동 장치에 자성비드 등의 발열입자를 포함하는 상전이 밸브가 채용된 경우에는, 상기 상전이 밸브를 작동시키기 위해서도 사용될 수 있다. The laser light source 60 may be used for the above-described laser ablation, and may include at least one laser diode, and the laser light source 60 may satisfy the above-described conditions such as output and wavelength. In addition, when the phase change valve including exothermic particles such as magnetic beads is employed in the microfluidic device, it may also be used to operate the phase change valve.

상기 미세유동 시스템(105)은 상기 레이저 광원(60)의 위치 또는 방향을 조정하여, 이로부터 조사된 레이저빔이 상기 회전체(100) 상의 원하는 영역에, 구체적으로는, 상기 미세유동장치에 포함된 다수의 상전이 밸브(31) 또는 세포용해 챔버 중에서 선택된 것에 해당하는 영역에 집중적으로 도달할 수 있도록 하는, 레이저 광원 조정수단(미도시)을 포함할 수 있다. The microfluidic system 105 adjusts the position or direction of the laser light source 60, so that the laser beam irradiated therefrom is included in the desired region on the rotating body 100, specifically, in the microfluidic device. A plurality of phase change valves 31 or laser lysis chambers may be provided to intensively reach a region corresponding to the selected one.

상기 도 13의 시스템(105)에서 외부에너지원 조정수단(미도시)은 회전체(100)를 향해 설치된 상기 레이저광원(60)을 그 위에 표시된 화살표 방향, 즉 회전체(100)의 반지름 방향으로 움직일 수 있다. 상기 레이저 광원(60)을 직선 이동시키는 메커니즘은 다양하게 제공될 수 있으며, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이므로 본 명세서에서는 그에 대한 설명을 생략한다. In the system 105 of FIG. 13, the external energy source adjusting means (not shown) moves the laser light source 60 installed toward the rotating body 100 in the direction of the arrow indicated thereon, that is, the radial direction of the rotating body 100. I can move it. Mechanisms for linearly moving the laser light source 60 may be provided in various ways, and it will be obvious to those skilled in the art, and thus, a description thereof will be omitted.

한편, 상기 미세유동 시스템(105)은 상기 회전체(101)를 구동하는 회전 구동부(50)를 포함한다. 도면에 도시된 회전 구동부(50)는 상기 회전체(100)를 안착시키고, 회전력을 전달하기 위한 장치의 일 부분이고, 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 회전체(100)를 정속 및 정역 회전시킬 수 있는 모터 및 그와 관련된 부품들을 포함할 수 있다. 상기 회전 구동부(50)에 대한 구체적인 구성의 예는 본 명세서에서 생략하기로 한다. 상기 도 13의 시스템(101)에서 상기 레이저 광원(60)은 상기 레이저 광원 조정수단(미도시)과 상기 회전 구동부(50)의 도움으로 레이저빔을 상기 미세유동 장치의 회전체(100) 상에서 선택된 영역에 집중적으로 조사할 수 있다.On the other hand, the microfluidic system 105 includes a rotation drive unit 50 for driving the rotating body 101. The rotation drive unit 50 shown in the drawing is part of a device for seating the rotating body 100 and transmitting rotational force, and although not shown in the drawing, the rotating body 100 may rotate at constant speed and forward and reverse. Which may include a motor and related parts thereof. An example of a specific configuration of the rotation driving unit 50 will be omitted herein. In the system 101 of FIG. 13, the laser light source 60 selects a laser beam on the rotating body 100 of the microfluidic device with the aid of the laser light source adjusting means (not shown) and the rotation driver 50. You can focus on the area.

예를 들어, 현 시점에서 작동되어야 할 상전이 밸브(31)가 선택된 경우, 레이저광원(60)을 조준하기 시작하는 시점에 상기 상전이 밸브(31)의 위치를 파악하여 현재 레이저광원(60)의 위치와의 편차, Δ(r,θ)를 구한다. 그리고 회전 구동부(50)를 이용하여 상기 회전체(100)를 Δθ만큼 정역 회전시키고, 상기 레이저광원 조정수단(미도시)을 이용하여 상기 레이저광원(60)을 상기 회전체(100)의 반지름 방향으로 Δr만큼 이동시킬 수 있다. For example, when the phase change valve 31 to be operated at the present time is selected, the position of the phase change valve 31 is determined at the point when the laser light source 60 starts to be aimed at, and thus the position of the current laser light source 60. And the deviation Δ (r, θ). Then, the rotary body 100 is rotated by Δθ by using the rotation driver 50, and the laser light source 60 is moved in the radial direction of the rotary body 100 by using the laser light source adjusting means (not shown). Can be shifted by Δr.

상기 미세유동 장치의 회전체(100) 아래에는 제2자석(231)이 배치될 수 있다. 상기 제2자석(231)은 미세유동 장치 내의 자성비드에 직접적으로 영향을 미치거나, 상기 도 10a 및 도 10b에 도시된 실시예와 같이 미세유동장치 하부에 자석 위치 제어장치(미도시)가 구비된 경우 제1자석(230)을 통해 간접적으로 영향을 미 칠 수 있다. 상기 제2자석(231)은 회전체(100)의 반지름 방향으로 움직일 수 있도록 설치될 수 있다. A second magnet 231 may be disposed below the rotating body 100 of the microfluidic device. The second magnet 231 directly affects the magnetic beads in the microfluidic device, or a magnet position control device (not shown) is provided below the microfluidic device as shown in FIGS. 10A and 10B. If so, it may affect indirectly through the first magnet (230). The second magnet 231 may be installed to move in the radial direction of the rotating body (100).

이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.Although the preferred embodiment according to the present invention has been described above, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Accordingly, the scope of protection of the present invention should be determined by the appended claims.

본 발명에 따른 핵산 추출용 미세유동 장치 및 상기 미세유동 장치를 포함하는 미세유동 시스템은, 상기 미세유동 장치에 시료를 주입하는 한 차례의 수작업만으로, 상기 미세유동 구조물 내에서 짧은 시간 내에 수행되는 일련의 과정을 통해 상기 생체 시료로부터 특정 셀(cell)을 분리 및 농축하고, 상기 분리된 셀(cell)을 용해하여 PCR이 가능한 DNA를 제공할 수 있다. 따라서, 숙련자의 많은 수작업을 필요로 했던 종래의 DNA 추출 작업을 극히 간소화하여 시간과 노력을 크게 절약할 수 있도록 하는 효과가 있다. 또한, 소량의 시료만으로 표적 물질의 DNA 추출을 가능하게 하는 효과가 있다. The microfluidic device for extracting nucleic acids and the microfluidic system including the microfluidic device according to the present invention is performed in a short time in the microfluidic structure by only one manual operation of injecting a sample into the microfluidic device. Through the process of separating and concentrating a specific cell from the biological sample, and dissolving the separated cells (cell) can provide a DNA capable of PCR. Therefore, there is an effect that can greatly save time and effort by greatly simplifying the conventional DNA extraction work that required a lot of manual work of the skilled person. In addition, there is an effect of enabling DNA extraction of the target substance with only a small amount of the sample.

Claims

회전체;Rotating body;

상기 회전체에 배치되고, 다수의 챔버와 상기 다수의 챔버들을 연결하는 다수의 통로와 상기 통로에 배치되어 유체의 흐름을 통제하는 다수의 밸브를 포함하고, 상기 회전체의 회전에 따른 원심력을 이용하여 유체를 이송하는 미세유동 구조물;A plurality of passages disposed in the rotating body, a plurality of passages connecting the plurality of chambers and the plurality of chambers, and a plurality of valves disposed in the passages to control the flow of the fluid, and using centrifugal force according to the rotation of the rotating body. Microfluidic structures for transporting fluids;

상기 다수의 챔버 중 적어도 어느 하나에 수용되고, 해당 챔버로 유입된 생체 시료로부터 표적 물질을 선택적으로 포집하는 자성비드를 포함하고,A magnetic bead contained in at least one of the plurality of chambers and selectively collecting a target material from a biological sample introduced into the chamber;

상기 미세유동 구조물은 표적 물질을 포집한 자성비드를 세정 및 분리하고, 상기 자성비드에 대한 외부로부터의 전자기파 조사에 의해 핵산을 분리하되, 상기 다수의 밸브 중 적어도 하나의 밸브는 상전이 밸브(phase-change valve)인 것을 특징으로 하는 원심력 기반의 핵산 추출용 미세유동 장치.The microfluidic structure cleans and separates magnetic beads collecting target material, and separates nucleic acids by electromagnetic radiation from the outside of the magnetic beads, wherein at least one of the plurality of valves is a phase-transfer valve. Centrifugal force-based nucleic acid extraction microfluidic device, characterized in that the change valve).

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 다수의 밸브는 모세관 밸브(capillary valve), 소수성 밸브(hydrophobic valve) 및 기계적 밸브(mechanical valve)를 포함하는 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 미세유동 장치. Said plurality of valves selected from the group comprising capillary valves, hydrophobic valves and mechanical valves.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 상전이 밸브는, 외부로부터 복사에너지를 흡수하는 발열입자와 상기 발열입자가 방출하는 열에 의해 용융되는 상전이 물질을 포함하는 밸브 플러그를 구비하고, 상기 밸브 플러그의 통로 내에서의 위치에 따라 상기 통로를 통과하는 유체의 흐름을 통제하는 것을 특징으로 하는 미세유동 장치. The phase change valve includes a valve plug including a heating particle absorbing radiant energy from the outside and a phase change material that is melted by the heat emitted by the heating particle, and the passage is changed according to a position in the passage of the valve plug. Microfluidic device, characterized in that it controls the flow of fluid through it.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 자성비드는, 그 표면이 표적 세포 또는 바이러스에 친화성을 갖는 항체 또는 금속 산화물로 개질된 것을 특징으로 하는 미세유동 장치.The magnetic beads, microfluidic device, characterized in that the surface is modified with an antibody or metal oxide having affinity for the target cell or virus.

제4항에 있어서,5. The method of claim 4,

상기 금속 산화물은 Al₂O₃, TiO₂, Ta₂O₃, Fe₂O₃, Fe₃O₄ 및 HfO₂로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 미세유동 장치.Wherein said metal oxide is selected from the group consisting of Al ₂ O ₃ , TiO ₂ , Ta ₂ O ₃ , Fe ₂ O ₃ , Fe ₃ O ₄ and HfO ₂ .

제1항에 있어서, The method of claim 1,

상기 자성 비드는 강자성체를 띠는 Fe, Ni, Cr 및 이의 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동 장치.The magnetic bead is a microfluidic device comprising at least one material selected from the group consisting of ferromagnetic Fe, Ni, Cr and oxides thereof.

회전체;Rotating body;

상기 회전체에 배치되고, 다수의 챔버와 상기 다수의 챔버들을 연결하는 다수의 통로와 상기 통로에 배치되어 유체의 흐름을 통제하는 다수의 밸브를 포함하고, 상기 회전체의 회전에 따른 원심력을 이용하여 유체를 이송하는 미세유동 구조물; 및A plurality of passages disposed in the rotating body, a plurality of passages connecting the plurality of chambers and the plurality of chambers, and a plurality of valves disposed in the passages to control the flow of the fluid, and using centrifugal force according to the rotation of the rotating body. Microfluidic structures for transporting fluids; And

상기 다수의 챔버 중 적어도 어느 하나에 수용되고, 해당 챔버로 유입된 생체 시료로부터 표적 물질을 선택적으로 포집하는 자성비드를 포함하고, 상기 다수의 밸브 중 적어도 하나의 밸브는 상전이 밸브이며, 상기 미세유동 구조물은, A magnetic bead contained in at least one of the plurality of chambers and selectively collecting a target material from a biological sample introduced into the chamber, wherein at least one of the plurality of valves is a phase change valve, and the microfluidic The structure,

시료를 수용하는 시료 챔버;A sample chamber for containing the sample;

버퍼액을 수용하는 버퍼 챔버;A buffer chamber containing a buffer liquid;

자성비드를 수용하고, 상기 시료 챔버 및 버퍼 챔버와 통로로 연결되어 상기 각각의 통로에 배치된 밸브의 통제에 따라 유입되는 시료와 버퍼액을 수용하고, 회전체의 중심에서 가장 먼 쪽에 밸브가 마련된 출구를 가지며, 상기 자성비드와 시료액의 반응 및 상기 버퍼액을 이용한 자성비드 세정을 수행하는 혼합 챔버;A magnetic bead is accommodated, and the sample chamber and the buffer chamber are connected to the passage to accommodate the sample and the buffer liquid introduced under the control of the valve disposed in the respective passages, and the valve is provided farthest from the center of the rotating body. A mixing chamber having an outlet and performing a reaction between the magnetic beads and the sample liquid and cleaning the magnetic beads using the buffer liquid;

상기 혼합 챔버의 출구보다 회전체의 중심에 가까운 부분과 통로로 연결되어 상기 통로에 배치된 밸브의 통제에 따라 상기 혼합 챔버로부터 배출되는 유체를 수용하는 웨이스트 챔버; 및A waste chamber connected to a portion closer to the center of the rotor than the outlet of the mixing chamber through a passage to receive fluid discharged from the mixing chamber under control of a valve disposed in the passage; And

상기 혼합 챔버의 출구와 통로로 연결되어 상기 출구로부터 배출되는 자성비드를 포함한 유체를 수용하는 세포용해 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동 장치.And a cell lysis chamber connected to an outlet of the mixing chamber and a passage to receive a fluid including magnetic beads discharged from the outlet.

제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein

상기 혼합 챔버는 상기 시료 챔버 및 상기 버퍼 챔버보다 회전체의 중심에서 멀리 배치되고, 상기 웨이스트 챔버 및 상기 세포용해 챔버보다는 회전체의 중심에 가까이 배치된 것을 특징으로 하는 미세유동 장치.And the mixing chamber is disposed farther from the center of the rotor than the sample chamber and the buffer chamber, and closer to the center of the rotor than the waste chamber and the cytolysis chamber.

제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein

상기 버퍼챔버와 상기 혼합챔버를 연결하는 통로는 상기 혼합챔버의 출구와 인접한 부분에 연결된 것을 특징으로 하는 미세유동 장치. And a passage connecting the buffer chamber and the mixing chamber to a portion adjacent to the outlet of the mixing chamber.

제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein

상기 혼합챔버보다 회전체의 중심에 가깝게 배치되고 상기 혼합챔버에 연결되어 상기 혼합챔버에 자성비드를 공급하는 자성비드 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동 장치. And a magnetic bead chamber disposed closer to the center of the rotating body than the mixing chamber and connected to the mixing chamber to supply magnetic beads to the mixing chamber.

제10항에 있어서,The method of claim 10,

상기 자성비드 챔버와 상기 혼합 챔버를 연결하는 통로에 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동 장치.The microfluidic device further comprises a valve in a passage connecting the magnetic bead chamber and the mixing chamber.

제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein

상기 세포용해 챔버는 상기 유입된 유체중에서 자성비드를 모으고, 출구를 통해 나머지 유체를 배출하는 것을 특징으로 하는 미세유동 장치. The cell lysis chamber collects magnetic beads in the introduced fluid and discharges the remaining fluid through the outlet.

제12항에 있어서,The method of claim 12,

상기 세포용해 챔버의 출구는 회전체의 중심을 향해 연장되어, 유체보다 밀도가 높은 자성비드를 원심력에 의해 상기 세포용해 챔버 내에 가두는 것을 특징으로 하는 미세유동 장치.The outlet of the lysis chamber extends toward the center of the rotating body, characterized in that the magnetic beads having a higher density than the fluid is confined in the lysis chamber by centrifugal force.

제12항에 있어서,The method of claim 12,

상기 세포용해 챔버에 인접하게 배치되어 자기력에 의해 상기 세포용해 챔버 내에 자성비드를 모으는 자기장 형성물질을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 미세유동 장치.And a magnetic field forming material arranged adjacent to the lysis chamber and collecting magnetic beads in the lysis chamber by a magnetic force.

제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein

상기 시료 챔버 및 상기 혼합 챔버로 연결된 통로와 연결되고, 상기 시료 챔버에 수용된 시료를 원심분리하여 그 일부를 상기 통로로 배출하는 원심분리 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동 장치.And a centrifugal unit connected to a passage connected to the sample chamber and the mixing chamber, the centrifugal unit for centrifuging a sample contained in the sample chamber and discharging a portion of the sample into the passage.

제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein

제16항에 있어서,17. The method of claim 16,

제17항에 있어서,18. The method of claim 17,

상기 상전이 밸브는,The phase change valve,

초기에 상기 밸브 플러그가 상기 통로를 닫도록 배치되고, 상기 밸브 플러그가 열에 의해 용융되면서 상기 밸브 플러그의 초기 위치에 인접하게 마련된 여유 공간으로 이동하여 상기 통로를 여는 개방 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동 장치.The valve plug is initially arranged to close the passage, and the valve plug includes an open valve which moves to a free space provided adjacent to the initial position of the valve plug while the valve plug is melted by heat to open the passage. Microfluidic devices.

제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein

상기 상전이 밸브는, The phase change valve,

초기 상태에 상기 밸브의 플러그는 상기 통로와 연결된 밸브 챔버에 배치되어 상기 통로를 열어두고, 상기 밸브 플러그가 열에 의해 용융 및 팽창되면서 상기 통로로 유입되어 상기 통로를 닫는 폐쇄 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동 장치. The plug of the valve in the initial state is disposed in the valve chamber connected to the passage to keep the passage open, the valve plug is melted and expanded by heat, characterized in that it comprises a closing valve which flows into the passage to close the passage; Microfluidic device.

제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein

제20항에 있어서,21. The method of claim 20,

제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein

회전체와, 상기 회전체에 배치되고, 다수의 챔버와 상기 다수의 챔버들을 연결하는 다수의 통로와 상기 통로에 배치되어 유체의 흐름을 통제하는 다수의 밸브를 포함하고, 상기 회전체의 회전에 따른 원심력을 이용하여 유체를 이송하는 미세유동 구조물, 그리고 상기 다수의 챔버 중 적어도 어느 하나에 수용되고, 해당 챔버로 유입된 생체 시료로부터 표적 물질을 선택적으로 포집하는 자성비드를 포함하되, 상기 다수의 밸브는 다수의 상전이 밸브를 포함하는 미세유동 장치;And a plurality of valves disposed in the rotor, a plurality of passages connecting the plurality of chambers and the plurality of chambers, and a plurality of valves disposed in the passages to control the flow of the fluid. Microfluidic structure for transferring fluid using the centrifugal force according to the above, and magnetic beads contained in at least one of the plurality of chambers, and selectively collect the target material from the biological sample introduced into the chamber, The valve comprises a microfluidic device comprising a plurality of phase change valves;

상기 미세유동 장치의 회전체를 구동하는 회전 구동부; 및A rotation driver for driving the rotating body of the microfluidic device; And

상기 표적 물질을 포집한 자성비드에 전자기파를 조사하는 외부에너지원을 포함하고, An external energy source for irradiating electromagnetic waves to the magnetic beads that collect the target material,

상기 미세유동 장치는 표적 물질을 포집한 자성비드를 세정 및 분리하고, 상기 자성비드에 대한 외부로부터의 전자기파 조사에 의해 핵산을 분리하는 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템.The microfluidic device is a microfluidic system, characterized in that to wash and separate the magnetic beads trapping the target material, and to separate the nucleic acid by electromagnetic radiation from the outside to the magnetic beads.

제23항에 있어서,24. The method of claim 23,

상기 미세유동 장치의 다수의 상전이 밸브는. 외부로부터 조사된 전자기파를 흡수하는 발열입자와 상기 발열입자가 방출하는 열에 의해 용융되는 상전이 물질을 포함하는 밸브 플러그를 구비하고, 상기 밸브 플러그의 통로 내에서의 위치에 따라 상기 통로를 통과하는 유체의 흐름을 통제하고, A plurality of phase change valves of the microfluidic device. And a valve plug including a heating particle absorbing electromagnetic waves irradiated from the outside and a phase change material melted by the heat emitted by the heating particle, wherein the fluid passes through the passage according to a position in the passage of the valve plug. To control the flow,

상기 전자기파가 상기 다수의 상전이 밸브 중 선택된 하나의 상전이 밸브를 포함하는 영역에 도달하도록 상기 레이저 광원의 위치 또는 방향을 조정하는 외부에너지원 조정수단을 더 포함하는 미세유동 시스템.And an external energy source adjusting means for adjusting the position or direction of the laser light source such that the electromagnetic wave reaches a region including a selected one of the plurality of phase change valves.

제23항에 있어서,24. The method of claim 23,

상기 회전 구동부는 상기 회전체를 정속 및 정역 회전시킬 수 있는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템.The rotation drive unit is a microfluidic system, characterized in that it comprises a motor capable of rotating the rotating body at constant speed and forward and reverse.

제23항에 있어서,24. The method of claim 23,

상기 외부에너지원 조정수단은 상기 회전체를 향해 설치된 상기 외부에너지원을 상기 회전체의 반지름 방향으로 이동시키는 직선 이동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템. And said external energy source adjusting means comprises a linear movement means for moving said external energy source installed toward said rotating body in the radial direction of said rotating body.

제23항에 있어서,24. The method of claim 23,

상기 외부에너지원은 레이저빔을 방출하는 레이저 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템. The external energy source comprises a laser light source for emitting a laser beam.

제27항에 있어서,28. The method of claim 27,

상기 외부에너지원 조정수단은 고정된 외부에너지원으로부터 방출된 전자기파를 반사시키는 적어도 하나의 반사경, 및 상기 반사경의 각도를 조절하여 레이저빔의 경로를 변경하는 반사경 운동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템. The external energy source adjusting means may include at least one reflector reflecting electromagnetic waves emitted from a fixed external energy source, and a reflector moving unit configured to change a path of a laser beam by adjusting an angle of the reflector. system.

제23항에 있어서,24. The method of claim 23,

상기 자성비드는, 그 표면이 표적 세포 또는 바이러스에 친화성을 갖는 항체 또는 금속 산화물로 개질된 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템.The magnetic beads, microfluidic system, characterized in that the surface is modified with an antibody or metal oxide having affinity for the target cell or virus.

제29항에 있어서,30. The method of claim 29,

상기 금속 산화물은 Al₂O₃, TiO₂, Ta₂O₃, Fe₂O₃, Fe₃O₄ 및 HfO₂로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템.Wherein said metal oxide is selected from the group consisting of Al ₂ O ₃ , TiO ₂ , Ta ₂ O ₃ , Fe ₂ O ₃ , Fe ₃ O ₄ and HfO ₂ .

제23항에 있어서, 24. The method of claim 23,

상기 자성 비드는 강자성체를 띠는 Fe, Ni, Cr 및 이의 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템.The magnetic bead is a microfluidic system, characterized in that it comprises at least one material selected from the group consisting of ferromagnetic Fe, Ni, Cr and oxides thereof.

제7항의 미세유동 장치;A microfluidic device of claim 7;

상기 세포용해 챔버에 레이저 어블레이션을 위한 레이저빔을 조사하는 외부에너지원을 포함하는 미세유동 시스템.Microfluidic system comprising an external energy source for irradiating a laser beam for laser ablation to the lysis chamber.

제32항에 있어서,33. The method of claim 32,

상기 혼합 챔버는 상기 시료 챔버 및 상기 버퍼 챔버보다 회전체의 중심에서 멀리 배치되고, 상기 웨이스트 챔버 및 상기 세포용해 챔버보다는 회전체의 중심에 가까이 배치된 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템.And the mixing chamber is disposed farther from the center of the rotor than the sample chamber and the buffer chamber, and closer to the center of the rotor than the waste chamber and the cytolysis chamber.

제32항에 있어서,33. The method of claim 32,

상기 버퍼챔버와 상기 혼합챔버를 연결하는 통로는 상기 혼합챔버의 출구와 인접한 부분에 연결된 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템. And a passage connecting the buffer chamber and the mixing chamber is connected to a portion adjacent to the outlet of the mixing chamber.

제32항에 있어서,33. The method of claim 32,

상기 혼합챔버보다 회전체의 중심에 가깝게 배치되고 상기 혼합챔버에 연결되어 상기 혼합챔버에 자성비드를 공급하는 자성비드 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템. And a magnetic bead chamber disposed closer to the center of the rotating body than the mixing chamber and connected to the mixing chamber to supply magnetic beads to the mixing chamber.

제35항에 있어서,36. The method of claim 35 wherein

상기 자성비드 챔버와 상기 혼합 챔버를 연결하는 통로에 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템.And a valve in a passage connecting the magnetic bead chamber and the mixing chamber.

제32항에 있어서,33. The method of claim 32,

상기 세포용해 챔버는 상기 유입된 유체중에서 자성비드를 모으고, 출구를 통해 나머지 유체를 배출하는 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템. The lysis chamber collects magnetic beads in the introduced fluid and discharges the remaining fluid through the outlet.

제37항에 있어서,39. The method of claim 37,

상기 세포용해 챔버의 출구는 회전체의 중심을 향해 연장되어, 유체보다 밀도가 높은 자성비드를 원심력에 의해 상기 세포용해 챔버 내에 가두는 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템.And the outlet of the lysis chamber extends toward the center of the rotating body to confine the magnetic beads having a higher density than the fluid into the lysis chamber by centrifugal force.

제37항에 있어서,39. The method of claim 37,

상기 세포용해 챔버에 인접하게 배치되어 자기력에 의해 상기 세포용해 챔버 내에 자성비드를 모으는 자기장 형성물질을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템.And a magnetic field forming material disposed adjacent to the lysis chamber and collecting magnetic beads in the lysis chamber by magnetic force.

제32항에 있어서,33. The method of claim 32,

상기 시료 챔버 및 상기 혼합 챔버로 연결된 통로와 연결되고, 상기 시료 챔버에 수용된 시료를 원심분리하여 그 일부를 상기 통로로 배출하는 원심분리 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템.And a centrifugal separation unit connected to a passage connected to the sample chamber and the mixing chamber, the centrifugal unit for centrifuging a sample contained in the sample chamber and discharging a portion of the sample into the passage.

제32항에 있어서,33. The method of claim 32,

상기 다수의 밸브는 모세관 밸브(capillary valve), 소수성 밸브(hydrophobic valve), 기계적 밸브(mechanical valve) 및 상전이 밸브(phase-change valve)를 포함하는 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템. Said plurality of valves selected from the group comprising a capillary valve, a hydrophobic valve, a mechanical valve and a phase-change valve.

제32항에 있어서,33. The method of claim 32,

상기 미세유동 장치는. 외부로부터 조사된 전자기파를 흡수하는 발열입자와 상기 발열입자가 방출하는 열에 의해 용융되는 상전이 물질을 포함하는 밸브 플러 그를 구비하고, 상기 밸브 플러그의 통로 내에서의 위치에 따라 상기 통로를 통과하는 유체의 흐름을 통제하는, 다수의 상전이 밸브를 포함하고, The microfluidic device is. A valve plug including a heating particle absorbing electromagnetic waves irradiated from the outside and a phase change material melted by the heat emitted by the heating particle, the fluid of the fluid passing through the passage according to the position in the passage of the valve plug Includes a plurality of phase change valves to control the flow,

상기 전자기파가 상기 다수의 상전이 밸브 중 선택된 하나의 상전이 밸브를 포함하는 영역에 도달하도록 상기 외부에너지원의 위치 또는 방향을 조정하는 외부에너지원 조정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템.And an external energy source adjusting means for adjusting the position or direction of the external energy source such that the electromagnetic wave reaches a region including a selected one of the plurality of phase change valves.

제42항에 있어서,43. The method of claim 42,

제42에 있어서,The method of claim 42,

제45항에 있어서,46. The method of claim 45,

상기 외부에너지원 조정수단은 고정된 외부에너지원으로부터 방출된 전자기파를 반사시키는 적어도 하나의 반사경, 및 상기 반사경의 각도를 조절하여 레이저빔의 경로를 변경하는 반사경 운동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템.The external energy source adjusting means may include at least one reflector reflecting electromagnetic waves emitted from a fixed external energy source, and a reflector moving unit configured to change a path of a laser beam by adjusting an angle of the reflector. system.

제42항에 있어서,43. The method of claim 42,

상기 상전이 밸브는,The phase change valve,

초기에 상기 밸브 플러그가 상기 통로를 닫도록 배치되고, 상기 밸브 플러그가 열에 의해 용융되면서 상기 밸브 플러그의 초기 위치에 인접하게 마련된 여유 공간으로 이동하여 상기 통로를 여는 개방 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템.The valve plug is initially arranged to close the passage, and the valve plug includes an open valve which moves to a free space provided adjacent to the initial position of the valve plug while the valve plug is melted by heat to open the passage. Microfluidic systems.

제42항에 있어서,43. The method of claim 42,

상기 상전이 밸브는, The phase change valve,

초기 상태에 상기 밸브의 플러그는 상기 통로와 연결된 밸브 챔버에 배치되어 상기 통로를 열어두고, 상기 밸브 플러그가 열에 의해 용융 및 팽창되면서 상기 통로로 유입되어 상기 통로를 닫는 폐쇄 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동 시스템. The plug of the valve in the initial state is disposed in the valve chamber connected to the passage to keep the passage open, the valve plug is melted and expanded by heat, characterized in that it comprises a closing valve which flows into the passage to close the passage; Microfluidic system.

제42항에 있어서,43. The method of claim 42,

제32항에 있어서,33. The method of claim 32,

제49항에 있어서,50. The method of claim 49,

제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,

제7항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 미세유동 장치를 이용한 핵산 추출방법으로서,A nucleic acid extraction method using the microfluidic device according to any one of claims 7 to 22,

시료 챔버에 주입된 시료를 자성비드가 수용된 혼합 챔버로 이송하고, Transfer the sample injected into the sample chamber to the mixing chamber containing the magnetic beads,

혼합 챔버내에서 자성비드와 상기 시료를 혼합하여 상기 자성비드 표면에 표적 세포 또는 바이러스를 포집하고, Magnetic beads and the sample are mixed in a mixing chamber to collect target cells or viruses on the surface of the magnetic beads,

상기 자성비드와 시료의 혼합액을 원심분리하여 상층액을 웨이스트 챔버로 배출하고,Centrifuging the mixed solution of the magnetic beads and the sample to discharge the supernatant to the waste chamber,

상기 버퍼 챔버에 수용된 버퍼액을 상기 혼합 챔버로 이송하고 상기 자성비드를 헹군 뒤 상기 자성비드와 버퍼액의 혼합 유체를 이송하면서 상기 세포용해 챔버 내에 자성비드를 분리하고, Transferring the buffer liquid contained in the buffer chamber to the mixing chamber, rinsing the magnetic beads, and separating the magnetic beads in the cell lysis chamber while transferring the mixed fluid of the magnetic beads and the buffer liquid,

상기 세포용해 챔버에 외부로부터 전자기파를 조사하여 상기 자성비드 표면에 포집된 세포 또는 바이러스를 용해시키는 과정을 포함하는 미세유동 시스템을 이용한 표적 물질의 핵산 추출 방법. The method of extracting a nucleic acid of a target substance using a microfluidic system comprising irradiating the cell lysis chamber with electromagnetic waves from the outside to dissolve cells or viruses collected on the magnetic bead surface.

회전체;Rotating body;

상기 회전체에 배치되고, 다수의 챔버와 상기 다수의 챔버들을 연결하는 다수의 통로와 상기 통로에 배치되어 유체의 흐름을 통제하는 다수의 밸브를 포함하고, 상기 회전체의 회전에 따른 원심력을 이용하여 유체를 이송하되 상기 다수의 밸브 중 적어도 하나의 밸브는 상전이 밸브인 미세유동 구조물; A plurality of passages disposed in the rotating body, a plurality of passages connecting the plurality of chambers and the plurality of chambers, and a plurality of valves disposed in the passages to control the flow of the fluid, and using centrifugal force according to the rotation of the rotating body. To transfer fluid, wherein at least one of the plurality of valves is a microfluidic structure that is a phase change valve;

상기 다수의 챔버 중 적어도 어느 하나에 수용되고, 해당 챔버로 유입된 생체 시료로부터 표적 물질을 선택적으로 포집하는 자성비드;Magnetic beads contained in at least one of the plurality of chambers, and selectively collecting a target material from a biological sample introduced into the chamber;

상기 회전체의 상기 미세유동 구조물이 마련된 층과 다른 한 층에 일체로 형성된 것으로, 회전축으로부터의 거리가 서로 다른 여러 위치들을 연결하는 통로 형태를 가지고 그 내부에 제1자석이 이동 가능하게 안치된 가이드 레일; 및The microfluidic structure of the rotating body is formed integrally with one other layer, the guide having a shape of a passage connecting a plurality of positions having a different distance from the axis of rotation and the first magnet therein to be movable therein rail; And

상기 회전체 외부에, 상기 가이드 레인 중에서 상기 회전판의 회전축에 가장 가까운 위치에 대응되는 위치에 적어도 일시적으로 고정되게 배치되는 제2자석을 포함하고, 상기 미세유동 구조물은, And a second magnet disposed outside the rotating body at least temporarily fixed to a position corresponding to a position closest to the rotation axis of the rotating plate among the guide lanes, wherein the microfluidic structure includes:

상기 혼합 챔버의 출구와 통로로 연결되어 상기 출구로부터 배출되는 자성비드를 포함한 유체를 수용하는 세포용해 챔버를 포함하는 미세유동 장치.And a lysis chamber connected to an outlet of the mixing chamber and a passage to receive a fluid including magnetic beads discharged from the outlet.

제54항에 있어서,55. The method of claim 54,

상기 제1자석과 상기 제2자석은 서로 인력이 작용하도록 배치된 것을 특징으로 하는 미세유동 장치.The first magnet and the second magnet is a microfluidic device, characterized in that arranged so that the attraction force to each other.

제54항에 있어서,55. The method of claim 54,

상기 가이드 레일은 상기 회전체의 회전축에 가장 가까운 위치를 기준으로 해서 회전축으로부터 먼 쪽이 두 갈래로 갈라진 통로 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동 장치.The guide rail is a microfluidic device, characterized in that it comprises a passage shape bifurcated on the side away from the rotation axis on the basis of the position closest to the rotation axis of the rotating body.

제54항에 있어서,55. The method of claim 54,

상기 가이드 레일은 상기 혼합챔버의 출구와 상기 세포용해 챔버에 각각 대응되는 위치들을 서로 연결하는 통로 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 미세유동 장치. The guide rail is a microfluidic device characterized in that it has a passage shape for connecting the outlets of the mixing chamber and the positions corresponding to the cytolysis chamber, respectively.