KR102363347B1

KR102363347B1 - 모듈형 미세 유체 장치 및 이를 이용한 유체 분석 방법

Info

Publication number: KR102363347B1
Application number: KR1020190176284A
Authority: KR
Inventors: 이태재; 이석재; 이문근; 배남호; 이경균; 박유민
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2022-02-15
Also published as: KR20210083710A

Abstract

본 발명은, 유체가 유동 가능한 적어도 하나의 채널, 및 상기 적어도 하나의 채널과 연통하고 유체를 내측에 수용하도록 구성된 수용 챔버를 포함하는 바디부, 바디부의 적어도 일부를 내측에 수용하고, 적어도 하나의 채널과 대응하여 유체의 유입이 가능한 주입부, 및 다른 모듈형 유체칩과 연결 가능한 결합부를 포함하는 하우징부, 및 바디부의 내측에 삽입되고, 삽입 시 수용 챔버의 하부에 배치되는 반응부를 포함하는, 모듈형 미세 유체 장치 및 이를 이용한 유체 분석 방법, 및 유체 분석을 위한 키트를 제공한다.

Description

모듈형 미세 유체 장치 및 이를 이용한 유체 분석 방법{MODULAR MICROFLUIDIC DEVICE AND METHOD FOR FLUID ANALISYS USING THE SAME}

본 발명은 모듈형 미세 유체 장치 및 이를 이용한 유체 분석 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 유체 시료의 수집 및 목적 반응을 유도하는 모듈형의 미세 유체 장치, 이를 이용한 유체 분석 방법에 관한 것이다.

기존의 진단 기법의 단점을 극복하기 위해 랩온어칩 (Lab-on-a-chip, LOC) 기술이 각광을 받고 있다. 랩온어칩 기술은 NT, IT, BT의 융합기술의 대표적인 예로 MEMS나 NEMS와 같은 기술을 이용하여 시료의 희석, 혼합, 반응, 분리, 정량 등 시료의 모든 전처리 및 분석 단계를 하나의 칩 위에서 수행하도록 하는 기술을 의미할 수 있다.

이와 같은, 랩온어칩 기술이 적용된 미세 유체 장치 (microfluidic devices) 는 반응 채널을 흐르는 유체 시료의 유동 혹은 반응 채널에 공급된 유체 시료와 시약의 반응을 분석할 수 있다. 나아가, 상기와 같은 미세 유체 장치는 유체 시료의 제어와 관련된 여러 단계의 처리 및 조작을 하나의 칩에서 수행할 수 있도록 유리, 실리콘 또는 플라스틱으로 된 수 ㎠ 크기의 소형의 칩 상에 분석에 필요한 다수의 유닛이 구비된 형태로 제작될 수 있다.

이와 같은 구조적 특징에 의해 미세 유체 장치는 휴대성이 높고 복잡한 분석 절차를 간소화할 수 있어, 유체 분석 시스템에 적용될 수 있다. 예를 들어, 유체 시료가 이송되는 미세 채널 및 분석 챔버가 구비된 미세 유체 장치는, 외부의 PCR (polymerase chain reaction) 장치에 삽입되어 분석 챔버 내의 표적 유전자에 대한 온도 변화에 따른 PCR 반응을 유도할 수 있다. 즉, 상기와 같은 구조의 미세 유체 장치는 유체의 반응을 유도하여 표적 유전자에 대한 정성 및 정량 분석과 유체 분석 환경을 제공할 수 있다.

한편, 종래의 미세 유체 장치는 유전자 증폭과 같은 유도 반응에 따라 다수의 미세 유체와 연관된 기능을 가지도록 제작되므로, 하나의 기능에 문제가 생기거나 변동사항이 생겨도 장치 전체를 새로 제작해야만 하고, 이로 인해 제조비용이 증가함은 물론, 관리가 용이하지 못한 문제점이 있었다.

나아가, 한번 제작된 미세 유체 장치는 설계의 변경이 어렵고, 다른 미세 유체 장치와의 호환이 불가능하여 정해진 실험 이외에 다른 실험을 수행할 수 없는 문제점이 있었다.

이에, 종래의 미세 유체 장치들의 구조적 특성에 의해 야기되는 문제점들을 해결하고, 보다 간단하게 유체 시료에 대한 분석이 가능한, 새로운 미세 유체 장치의 개발이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.

발명의 배경이 되는 기술은 본 발명에 대한 이해를 보다 용이하게 하기 위해 작성되었다. 발명의 배경이 되는 기술에 기재된 사항들이 선행기술로 존재한다고 인정하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
선행문헌: 유럽 특허출원공개공보 EP3190172(2017.07.12.)

전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해, 본 발명의 발명자들은, 유체 내의 표적 물질의 검출 및 분석과 같은 핵심 기술의 구현이 가능한 미세 유체 장치를 개발하는 것에 주목하였다.

특히, 본 발명의 발명자들은, 개별 핵심 요소가 구현될 수 있는 모듈화된 미세 유체 장치를 상호 체결 및 연결 가능하도록 설계함으로써, 종래의 미세 유체 장치의 구조적 한계를 극복할 수 있음을 인지할 수 있었다.

그 결과, 본 발명의 발명자들은 유체 분석에 있어서 핵심 기술의 구현이 가능하며 현장에 적용하기 용이한 모듈형의 미세 유체 장치를 개발하기에 이르렀다.

이때, 본 발명이 발명자들은, 모듈형의 미세 유체 장치에 대하여, 반응이 일어나는 동안 유체의 누수를 방지하고, 반응 효율을 높이기 위한 구성들을 배치하여, 유체 내의 표적 물질에 대한 다양한 반응을 유도하는 기술 구현이 가능하도록 설계하였다.

보다 구체적으로, 본 발명의 발명자들은, 유체 채널이 형성된 바디와, 유체를 수용하는 수용 챔버, 유체의 반응에 따른 다양한 신호를 감지하기 위한 반응부가 구비된 미세 유체 장치를 제공할 수 있었다.

이때, 본 발명의 발명자들은 유체 채널 각각에 대하여 유체가 복수의 방향으로 흐르도록 설계하고자 하였다. 그 결과, 본 발명의 발명자들은 중력에 의해 유속이 제어되며, 수용 챔버에 보다 안정적으로 유체가 수용될 수 있음을 확인할 수 있었다. 더욱이 본 발명의 발명자들은, 상기와 같은 구조적 특징에 의해 반응부가 유체 내의 표적 물질과 반응하기에 충분한 시간이 제공될 수 있음을 인지할 수 있었다.

나아가, 본 발명의 발명자들은 반응 효율을 높이기 위한 온도 조절부, 및 공기를 주입하여 유체의 터뷸런스 (turbulence) 를 유도하는 조절부가 구비된 미세 유체 장치를 제공할 수 있었다. 이에, 본 발명의 발명자들은 미세 유체 장치가 유체에 대하여 다양한 반응을 유도하는 환경을 제공할 수 있음을 인지할 수 있었다.

한편, 본 발명의 발명자들은, 모듈형 미세 유체 장치를 복수의 기능성 유닛들이 적층된 구조를 갖도록 설계하였다. 특히, 본 발명의 발명자들은, 모듈형 미세 유체 장치내의 수용 챔버와 반응부 사이에 실링부를 배치하여, 유체의 누수를 막고자 하였다.

이에, 본 발명의 발명자들은, 유체를 보다 안정적으로 수용하고, 유체에 대하여 다양한 반응 환경을 제공하는 모듈형의 미세 유체 장치를 제공할 수 있었다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 수용 챔버를 포함하는 바디부, 및 이를 수용하는 하우징부, 이들 사이에 삽입 가능한 반응부와 함께 다양한 기능성 유닛을 포함하는, 모듈형 미세 유체 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 모듈형 미세 유체 장치에 표적 물질을 포함하는 유체를 주입하는 단계, 및 반응부를 분석하는 단계를 포함하는, 유체 분석 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치가 제공된다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치는, 유체가 가능한 적어도 하나의 채널, 및 적어도 하나의 채널과 연통하고 유체를 내측에 수용하도록 구성된 수용 챔버를 포함하는 바디부, 바디부의 적어도 일부를 내측에 수용하고 적어도 하나의 채널과 대응하여 유체의 유입이 가능한 주입부와 다른 모듈형 미세 유체 장치와 연결 가능한 결합부를 포함하는 하우징부, 및 바디부의 내측에 삽입되고 삽입 시 수용 챔버의 하부에 배치되는 반응부를 포함한다.

본 발명의 특징에 따르면, 수용 챔버에 수용된 유체의 누수를 방지하도록, 수용 챔버 및 반응부 사이에 배치되는 실링부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 바디부는, 실링부의 적어도 일면을 수용하는 트렌치부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 적어도 하나의 채널은 유체를 주입부로부터 바디부의 상부로 유동시키도록 구성된 제1 관통부, 및 상부로 유동한 유체를 수용 챔버 내부로 유동시키도록 구성된 제2 관통부를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 관통부는 주입부로부터 바디부 내부로 연통하는 제1 수평부, 및 제1 수평부와 연통하고 바디부의 상부와 연통하는 제1 수직부를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 모듈형 미세 유체 장치는 바디부의 상부에 배치되고, 적어도 하나의 채널을 연결하는 연결 채널, 및 수용 챔버에 대응하는 메인홀을 포함하는, 유체 유동부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 유체 유동부는, 메인홀과 연통하고, 수용 챔버 내의 공기를 주입 및 배출하도록 구성된 조절부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 조절부는, 조절부의 상부에 배치되는 공기 필터부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 반응부는, 전기신호, 형광신호, 광학신호, 전기화학신호, 화학신호 및 분광학신호 중 적어도 하나를 검출하도록 구성된 바이오 센서를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 반응부는, USB 포트에 삽입 가능한 커넥터부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 바디부는, 적어도 하나의 채널, 및 수용 챔버가 배치된 제1 바디부, 및 제1 바디부의 하부에 배치되고, 제1 바디부의 적어도 일부와 체결 가능한 제2 바디부를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 반응부는, 제1 바디부 및 제2 바디부 사이에 배치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 하우징부에 설치되어, 반응부 또는 바디부를 가열 또는 냉각시키는 온도 조절부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 하우징부는, 하부를 형성하는 제1 하우징부, 및 상부를 형성하고, 제1 하우징부의 적어도 일면과 체결 가능하고, 상부의 적어도 일면이 개구된 제2 하우징부를 포함할 수 있다. 이때, 제2 하우징부는, 바디부의 적어도 일부를 내측에 수용하도록 구성되고, 결합부가 배치되며, 주입부는 제1 하우징부 및 상 제2 하우징부의 체결에 의해 형성된 홀로 정의될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 모듈형 미세 유체 장치는, 바디부의 상부면의 적어도 일부를 덮고, 바디부와 체결 가능한 커버부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 모듈형 미세 유체 장치는, 커버부와 바디부를 고정하도록 구성된 체결부를 더 포함할 수 있다. 이때, 커버부 및 바디부는, 서로 대응하는 위치에 일방향으로 관통하는 체결홀을 각각 포함할 수 있다. 또한, 체결부는, 체결홀을 통해 커버부 및 바디부를 관통하여 고정하도록 구성될 수 있다.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치가 제공된다. 이때, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치는, 유체가 유동 가능한 적어도 하나의 채널, 및 적어도 하나의 채널과 연통하고 유체를 내측에 수용하도록 구성된 수용 챔버를 포함하는 바디부, 바디부의 적어도 일부를 내측에 수용하고 적어도 하나의 채널과 대응하여 유체의 유입이 가능한 주입부, 및 다른 모듈형 미세 유체 장치와 연결 가능한 결합부를 포함하는 하우징부, 바디부의 내측에 삽입되고, 삽입 시 수용 챔버의 하부에 배치되는 반응부, 및 하우징부에 설치되어, 반응부 또는 바디부를 가열 또는 냉각시키는 온도 조절부를 포함한다.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치가 제공된다. 이때, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치는, 유체가 유동 가능한 적어도 하나의 채널, 및 적어도 하나의 채널과 연통하고 유체를 내측에 수용하도록 구성된 수용 챔버를 포함하는 바디부, 바디부의 적어도 일부를 내측에 수용하고, 적어도 하나의 채널과 대응하여 유체의 유입이 가능한 주입부, 및 다른 모듈형 미세 유체 장치와 연결 가능한 결합부를 포함하는 하우징부, 바디부의 내측에 삽입되고, 삽입 시 수용 챔버의 하부에 배치되는 반응부, 및 바디부의 상부에 배치되고, 적어도 하나의 채널을 연결하는 연결 채널, 및 수용 챔버에 대응하는 메인홀로 이루어진 유체 유동부를 포함한다.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기판을 포함하는 유체 분석 방법이 제공된다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석 방법은, 모듈형 미세 유체 장치에 표적 물질을 포함하는 유체를 주입하는 단계, 및 표적 물질의 반응에 따른 신호를 감지하도록 구성된, 모듈형 미세 유체 장치 내의 반응부를 분석하는 단계를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 키트가 제공된다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분석용 키트는, 모듈형 미세 유체 장치, 및 유체 내의 표적 물질에 대하여 표적 반응을 유도하는 시약을 포함한다.

본 발명은, 개별 핵심 요소가 구현될 수 있는 모듈화된 미세 유체 장치를 제공함으로써, 고가의 장비의 요구, 이송의 어려움 및 기술의 난제 등에 따라 현장에서 적용하기 어려운 종래의 미세 유체 장치의 한계를 극복할 수 있는 효과가 있다.

특히, 본 발명은, 유체 분석과 같은 하나의 기능을 수행할 수 있는 유체 장치를 모듈 형태로 제공함으로써, 필요에 따라 서로 다른 기능을 수행 가능한 복수개의 유체 장치를 서로 연결하여 형상 혹은 크기의 제약 없이 다양한 구조의 유체 유동 시스템을 구현할 수 있다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 구조의 미세 유체 장치를 제공함으로써, 다양하고 정확한 실험 데이터를 획득할 수 있음은 물론, 특정 부위의 변형 혹은 파손 시 해당 부분의 유체칩만을 교체 가능하여 제조 및 유지 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 유체가 일 방향이 아닌, 복수의 방향으로 흐르도록 설계된 복수의 유체 채널을 갖는 모듈형 미세 유체 장치를 제공할 수 있다. 이에 유체는 중력에 의해 흐름이 제어되고, 수용 챔버에 보다 안정적으로 수용될 수 있다. 이에, 본 발명은, 반응부가 유체 내의 표적 물질과 반응하기에 충분한 시간을 제공할 수 있다.

나아가, 본 발명은, 반응이 유도되는 동안 유체의 누수를 방지하고, 반응 효율을 높이기 위한 구성들을 배치하여, 유체 내의 표적 물질의 검출 등을 위한 반응을 유도하는 기술의 구현이 가능한 모듈형의 미세 유체 장치를 제공할 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명은, 수용 챔버와 반응부 사이에 실링부가 배치되고, 반응 효율을 높이기 위한 온도 조절부 및/ 또는 공기를 주입하여 유체의 터뷸런스 (turbulence) 를 유도하는 조절부가 구비된 미세 유체 장치를 제공할 수 있다.

이에, 본 발명은, 유체를 보다 안정적으로 수용하고, 유체에 대하여 다양한 반응을 유도하는 환경을 제공할 수 있다.

더욱이, 본 발명은, 보다 용이하게 표적 물질에 대한 정성 및 정량 분석의 수행이 가능한 유체 분석 방법을 제공함에 따라, 저 농도로 존재하고 빠른 검출 결과가 요구되는 식중독 균과 같은 병원체의 검출과 같은 현장 진단 검사 시스템에 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치가 수평 방향으로 연결된 유체 유동 시스템을 예시적으로 도시한 것이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치 및 이의 구성을 예시적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 하우징부를 예시적으로 도시한 것이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 바디부를 예시적으로 도시한 것이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 실링부를 예시적으로 도시한 것이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 실링부 및 이에 대응하는 트렌치부를 예시적으로 도시한 것이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 반응부를 예시적으로 도시한 것이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 반응부, 실링부, 및 바디부의 결합 구조를 예시적으로 도시한 것이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 유체 유동부를 예시적으로 도시한 것이다.
도 7b 내지 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 유체 유동부를 통한 반응부로의 유체 이동 경로를 예시적으로 도시한 것이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 커버부를 예시적으로 도시한 것이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 커버부 및 이의 결합 구조를 예시적으로 도시한 것이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 체결부를 예시적으로 도시한 것이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 체결부 및 바디부의 결합 구조를 예시적으로 도시한 것이다.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 온도 조절부를 예시적으로 도시한 것이다.
도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 온도 조절부 상의 바디부 및 반응부를 예시적으로 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치에 기초한 유체 분석의 절차를 예시적으로 도시한 것이다.

발명의 이점, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우, '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

본 명세서의 해석의 명확함을 위해, 이하에서는 본 명세서에서 사용되는 용어들을 정의하기로 한다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "유체"는 본 발명의 모듈형 미세 유체 장치를 이용하여 분석하고자 하는 모든 유체 시료를 의미할 수 있다. 예를 들어, 유체 시료는 세포 용해물, 전혈, 혈장, 혈청, 침, 안구액, 뇌척수액, 땀, 뇨, 젖, 복수액, 활액 및 복막액일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

한편, 본원 명세서 내에 유체는, 표적 유전자, 병원균, 호르몬, 단백질 중 적어도 하나의 표적 물질을 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "바디부"는 유체를 모듈형 미세 유체 장치의 내부로 유동시키고, 유체를 수용하도록 구성된 유닛일 수 있다.

이때, 바디부는, 유체가 유동하는 적어도 하나의 채널이 형성되고, 및 유체를 수용하도록 구성된 수용 챔버를 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "적어도 하나의 채널"은, 유체가 유동하도록 바디부를 관통하는 채널을 의미할 수 있다.

이때, 적어도 하나의 채널은, 유체를 바디부의 상부로 유동시키도록 구성된 제1 관통부, 및 바디부의 상부로 유동한 유체를 수용 챔버 내부로 유동시키도록 구성된 제2 관통부로 이루어질 수 있다.

즉, 제1 관통부 및 제2 관통부에서 유체의 흐름이 반대 방향을 가질 수 있다. 이러한 구조적 특징에 의해, 유체는 중력의 영향을 받아 유속이 제어될 수 있다. 나아가, 유체는 수용 챔버의 하부부터 채워질 수 있고, 반응부가 유체 내의 표적 물질과 반응하기에 충분한 시간이 제공될 수 있다.

한편, 제1 관통부는, 입부로부터 바디부 내부로 연통하는 제1 수평부, 및 제1 수평부와 연통하고 바디부의 상부와 연통하는 제1 수직부로 이루어질 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "수용 챔버"는 유체를 수용하는 영역, 또는 공간을 의미할 수 있다.

이때, 수용 챔버는 상부 및 하부가 개구된 기둥 형태로, 이의 상부 및 하부에 적층된 유닛에 의해 유체를 수용할 수 있도록 구성될 수 있다. 그러나, 수용 챔버는 이에 제한되는 것은 아니다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "하우징부"는 모듈형 미세 유체 장치의 외측을 형성하는 유닛을 의미할 수 있다. 이때, 하우징부는 바디부의 적어도 일부를 내측에 수용하도록 구성될 수 있다.

이때, 하우징부는 유체가 유입 가능한 주입부, 유체가 배출 가능한 배출부 및 타 모듈형 미세 유체 장치와 연결 가능한 결합부를 포함할 수 있다.

한편, 하우징부는 금속, 세라믹 및 폴리머 중 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다. 여기서 금속은, Au, Mg, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Al, Zr, Nb, Mo, Ru, Ag, Sn, 등과 같이 화학주기율표에서 금속으로 명명되는 원소로 구성된 물질로, 전술한 금속 물질 중 어느 하나로 형성되거나, 적어도 1종 이상 혼합된 금속 혼합물로 형성될 수 있다. 나아가, 세라믹은, 실리콘, 알루미늄, 타이타늄, 지르코늄과 같이 금속원소가 산소, 탄소, 질소와 결합하여 만든 산화물, 탄화물, 질화물로 구성된 물질 중 적어도 하나, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 또한, 폴리머는, COC, PMMA, PDMS, PC, TIPP, CPP, TPO, PET, PP, PS, PEEK, Teflon, PI, PU, 등으로 구성된 물질 중 적어도 하나, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 하우징부는 가로 세로 길이가 동일한 정사각형 구조를 갖고, 일정한 두께의 프레임을 가질 수 있다. 예를 들어, 하우징부는 가로 길이 4 cm, 세로 길이 4 cm의 정사각형의 형태를 가질 수 있다. 나아가, 하우징부 상에 약 5mm 두께의 프레임이 형성될 수 있다. 그러나, 하우징부의 형태 및 크기는 이에 제한되는 것이 아니다.

본 발명의 특징에 따르면, 하우징부는 제1 하우징부 및 제2 하우징부를 포함할 수 있다.

이때, 본 명세서에서 사용되는 용어, "제1 하우징부"는 하우징부의 하부를 형성하는 바디로, 타 모듈형 미세 유체 장치와 결합 가능하도록 구성된 결합부가 배치될 수 있다. "제2 하우징부"는 제1 하우징부의 적어도 일면과 체결 가능하고, 하우징부의 상부를 형성하는 바디일 수 있다. 이때, 제1 하우징부 및 제2 하우징부는, 적어도 일면이 개구된 형태일 수 있다.

한편, 제1 하우징부 및 제2 하우징부는 체결 시 홀을 형성하도록 대응하는 면 각각에 대칭을 이루는 홈을 포함할 수 있다. 이때, 하우징부의 체결에 의해 생성된 홀은, 유체의 주입이 가능한 주입부 및 유체가 배출되는 배출부 각각에 대응할 수 있다. 나아가, 상기 홀 상에 튜브가 배치될 수 있어, 유체는, 누수 없이 미세 유체 장치 내부로 유동하거나, 누수 없이 타 유체 장치로 유동할 수도 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "결합부"는 모듈의 외측, 즉 하우징부에 형성되어 다른 모듈형 미세 유체 장치와 연결 가능하도록 구성된 유닛일 수 있다.

이때, 결합부는, 하우징부의 외측에 형성된 제1 결합부, 및 다른 모듈형 미세 유체 장치의 결합부와 체결 가능한 제2 결합부로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 제1 결합부 및 상기 제2 결합부 각각은, 오목부 또는 볼록부거나, 후크 형상 또는 후크 형상에 대한 홈이거나, 나사산을 구비한 볼트 형상 또는 나사산에 대한 홈일 수 있다. 나아가, 제1 결합부 및 제2 결합부는 자성 물질로 구성될 수도 있고, 각각의 결합부가 N극 또는 S극을 이루어 다른 모듈형 미세 유체 장치와 체결되도록 구성될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "반응부"는, 유체 시료 내의 표적 물질에 대한 반응에 의한 신호를 센싱하는 유닛을 의미할 수 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 반응부는 전기신호, 형광신호, 광학신호, 전기화학신호, 화학신호 및 분광학신호 중 적어도 하나를 검출하도록 구성된 바이오 센서일 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이때, 반응부는 크게 유체 내의 표적 물질을 포획하는 등의 반응 영역 내의 반응에 따른 신호를 감지하는 센싱 영역으로 이루어질 수 있다.

반응부는 바디부의 내측, 바람직하게 제1 바디부 및 제2 바디부 사이에 배치될 수 있고, 반응부의 반응 영역은 수용 챔버의 하부에 배치될 수 있다.

나아가, 센싱 영역은 측정 시스템과 연결 가능하도록 커넥터부의 기능을 수행할 수 있고, 반응 영역 내의 반응 효율을 높이기 위한 히팅 시스템과도 연결될 수 있다. 예를 들어, 센싱 영역은, USB 포트에 삽입 가능한 구조를 가질 수도 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "실링부"는, 수용 챔버에 수용된 유체의 누수를 방지하도록 구성된 유닛일 수 있다.

이때, 실링부는 수용 챔버 및 반응부 사이에 배치될 수 있다. 바람직하게, 실링부는 수용 챔버와 반응부의 반응 영역의 접촉면에 배치되어, 수용 챔버 내의 유체의 누수를 방지하도록 구성될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "트렌치부"는, 바디부의 하부에 형성된 유닛으로, 실링부를 수용하도록 구성된 홈일 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "유체 유동부"는, 바디부에 형성된 적어도 하나의 채널을 연결시키는 유닛을 의미할 수 있다.

이때, 유체 유동부는 바디부에 상부에 배치되고, 바디부에 형성된 각각의 채널을 연결하는 연결 채널 및 수용 챔버의 크기에 대응하는 메인홀로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 연결 채널은, 제1 관통홀과 제2 관통홀과 유체로 연통하도록 구성될 수 있다. 이에 제1 관통홀을 통해 바디부의 상부로 유동한 유체는, 연결 채널을 통해 수평 이동한 후, 제2 관통홀을 통해 수용 챔버로 유동할 수 있다.

한편 유체 유동부의 연결 채널은 일부면이 외부로 노출된 형태일 수 있다. 이때, 유체 유동부의 상부 및 하부에 적층된 유닛에 의해 노출된 면이 커버되고, 유체는 누수 없이 연결 채널 내에서 유동할 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고, 연결 채널은 유체 유동부의 내부에 형성된 내부 채널일 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "조절부"는, 유체의 흐름을 조절하고, 나아가 수용부 내부의 압력을 조절하기 위해 공기압을 조절하는 유닛일 수 있다.

이때, 조절부는 메인홀과 연통하고, 수용 챔버 내의 공기를 주입 및 배출하도록 구성된 홀일 수 있다. 이때, 조절부의 상부에 공기 필터부가 더욱 배치되어, 공기는 배출하고 유체가 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "커버부"는, 개구된 수용 챔버의 상부를 형성하도록, 바디부의 상부면을 덮는 유닛일 수 있다. 이때, 커버부는 반응부를 덮고, 하우징부와 체결 가능하도록 구성될 수 있다. 나아가, 커버부는 전술한 유체 유동부의 상부에 부착된 형태로, 유체 유동부의 연결 채널의 개구된 일면을 커버할 수 있다.

이때, 커버부 및 바디부는 서로 대응하는 위치에 일방향으로 관통하는 체결홀이 배치될 수 있고, 체결홀을 관통하는 체결부를 통해 고정될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "온도 조절부"는 미리 결정된 수준의 온도를 제공하기 위한 유닛으로, 유체의 반응 효율을 높일 수 있는 히팅 또는 쿨링 시스템의 기능을 수행할 수 있다.

이때, 온도 조절부 상에는 온도 센서가 배치될 수 있고, 전압의 인가에 따라 열을 전도하도록 구성된 열 전도부 및 상기 열 전도부와 연결된 전극을 포함할 수 있다. 바람직하게, 온도 조절부는 전류의 방향에 따라 열 방출 또는 열 흡수되는 면이 상이한 펠티어 소자일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 특징에 따르면, 온도 조절부의 적어도 일 면은 온도 편차를 줄이기 위한 금속 층이 더욱 코팅될 수 있다.

한편, 온도 조절부는, 반응부에 열이 전달되는 한 다양한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 온도 조절부는 반응부가 배치된 바디부 (제2 바디부) 의 하부, 또는 반응부의 하부에 배치될 수 있다. 이에, 반응부의 유체는 온도 조절부를 통해 직간접적으로 전달된 열기에 의해, 반응 효율이 증가할 수 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 온도 조절부 및 반응부 사이에 열 확산부가 더욱 배치될 수 있다.

이때, 열 확산부는 온도 조절부로부터 발생된 열의 온도 편차를 줄이기 위한 유닛일 수 있다. 이에, 온도 조절부로부터 발생된 열은, 열 확산부에 의해 반응부의 전면에 일정한 수준으로 전달될 수 있다.

이하에서는, 도 1, 2a 및 도 2b를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치가 수평 방향으로 연결된 유체 유동 시스템을 예시적으로 도시한 것이다. 도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치 및 이의 구성을 예시적으로 도시한 것이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치 (100) 는 유체의 수용 및 반응을 유도하는 모듈로서 형성되고, 타 모듈형 미세 유체 장치 (200) 와 연결되어, 다양한 구조의 유체 유동 시스템 (1000) 을 구현할 수 있다.

보다 구체적으로, 유체 유동 시스템 (1000) 에서, 모듈형 미세 유체 장치 (100) 는, 체액, 혈액, 타액, 뇨 등을 포함하는 액체 시료 등과 같은 유체로부터 샘플 채취, 샘플 파쇄, 채취된 샘플로부터 유전자 또는 단백질 등과 같은 물질 추출, 필터링, 믹싱, 유전자 증폭 각각을 수행하는 타 모듈형 미세 유체 장치 (200) 로부터 유동된 유체를 수용할 수 있다. 이때, 모듈형 미세 유체 장치 (100) 는, 유체 시료의 분석을 위해, 항원 항체 반응, 친화크로마토그래피 (Affinity Chromatography) 및 전기적 센싱, 전기화학적 센싱, 캐패시터형 전기적 센싱, 형광물질을 포함하거나 포함하지 않는 광학적 센싱 등의 분석/검출 각각을 수행하도록 구성될 수 있다.

그러나, 모듈형 미세 유체 장치 (100) 를 통해 구현 가능한 유체 유동 시스템 (1000) 은 전술한 기능으로 한정되는 것은 아니며, 유체 분석 및 진단을 위한 다양한 기능을 수행할 수 있다.

또한, 모듈형 미세 유체 장치 (100) 를 통해 구현 가능한 유체 유동 시스템 (1000) 은 또 다른 유체 유동 시스템 (1000) 과의 연결을 통하여, 랩온어칩 (Lab-on-a-chip) 기술의 상위 개념인 팩토리온어칩 (Factory-on-a-chip) 기술을 구현할 수 있다. 이를 통해 각 유체 유동 시스템 (1000) 에서 서로 다른 유체에 관한 유체 분석 및 진단을 동시에 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 복수의 유체 유동 시스템 (1000) 을 이용하여 수행할 수 있는 유체와 관련된 모든 실험 (예를 들어, 화학 반응 및 물질 합성 등) 을 동시에 수행할 수 있다.

또한, 모듈형 미세 유체 장치 (100) 는 타 모듈형 미세 유체 장치 (200) 들과 수평 방향 (X 축 및 Y축 방향) 으로 연결되어 하나의 유체 유동 시스템 (1000) 을 구현할 수 있다.

보다 구체적으로, 모듈형 미세 유체 장치 (100) 는 도면 상에서 수평 방향을 나타내는 X축 및 Y축 방향을 따라 타 모듈형 미세 유체 장치 (200) 와 연결되어 복수개의 유체 유동 및 분석 구간을 구비한 하나의 유체 유동 시스템 (1000) 을 구현할 수 있다. 이에 따라, X 축 및 Y 축 방향으로 유체가 자유롭게 이동할 수 있다. 예를 들어, 타 모듈형 미세 유체 장치 (200) 는 모듈형 미세 유체 장치 (100) 를 중심으로, X 축 및 Y 축 방향을 따라 1 개 내지 10,000 개 사이의 수량만큼 연결이 가능할 수도 있다.

다음으로, 도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치 (100) 가 도시된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치 (100) 는, 모듈형 미세 유체 장치의 외부를 형성하는 하우징부 (110), 하우징부 (110) 의 내부에 수용되는 바디부 (120), 의 상부면을 커버하는 커버부 (130) 로 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 하우징부 (110) 의 외측에는 타 모듈형 미세 유체 장치와 물리적으로 연결 가능하도록 구성된 결합부 (112a, 112b) 가 배치될 수 있다. 나아가, 하우징부 (110) 의 외측에 유체의 주입이 가능한 주입부 (114) 가 더욱 배치될 수 있다. 이때, 주입부 (114) 를 통해, 타 모듈형 미세 유체 장치로부터 하우징부 (110) 의 내부로 유체가 유동할 수 있다.

바디부 (120) 는, 적어도 하나의 채널 (미도시), 수용 챔버 (110) 로 이루어질 수 있다. 이때, 적어도 하나의 채널은 주입부 (114), 및 수용 챔버와 직/간접적으로 연결될 수 있다. 이에, 유체는 주입부 (114) 를 통해 수용 챔버로 유동할 수 있다. 한편, 바디부 (120) 의 내측에 반응부 (미도시) 가 더욱 삽입될 수 있다.

커버부 (130) 는 바디부 (120) 의 상부를 덮고, 체결부 (미도시) 를 통해 바디부 (120) 와 체결 가능하며, 이를 통해 수용 챔버 내의 유체의 오염 및 누수를 방지할 수 있다.

한편, 모듈형 미세 유체 장치 (100) 의 구조는 전술한 것에 제한되는 것은 아니다.

이하에서는 도 2b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치 (100) 의 기능성 유닛들의 결합 관계에 대하여 설명한다.

먼저, 하우징부 (110) 는, 하우징부의 외측을 형성하는 유닛으로, 하부에 배치되는 제1 하우징부 (110a), 및 제1 하우징부 (110a) 와 체결 가능하고, 하우징부 (110) 의 상부를 형성하는 제2 하우징부 (110b) 로 이루어진다.

이때, 제1 하우징부 (110a) 및 제2 하우징부 (110b) 사이에, 수용 챔버와 적어도 하나의 채널이 형성된 제1 바디부 (120a) 및 제2 바디부 (120b) 가 배치될 수 있고, 이들의 상부 또는 하부에 다양한 기능성 유닛들이 배치될 수 있다.

보다 구체적으로, 제1 바디부 (120a) 및 제2 바디부 (120b) 사이에 삽입 가능하고, 수용 챔버에 대응하는 반응부 (150) 가 배치되고, 제1 바디부 (120a) 및 반응부 (150) 사이에 유체의 누수를 방지하기 위한 실링부 (140) 가 배치될 수 있다. 다음으로, 제1 바디부 (120a) 의 상부면에, 제1 바디부 (120a) 의 적어도 하나의 채널을 연결하는 유체 유동부 (160) 가 배치될 수 있다. 이때, 유체 유동부 (160) 의 상부에 커버부 (130) 가 배치될 수 있는데, 유체 유동부 (160) 및 커버부 (130) 는 부착된 하나의 유닛으로 존재할 수 있다. 한편, 커버부 (130), 유체 유동부 (160), 바디부 (120) 는 복수의 체결부 (132) 및 체결부 (132) 가 관통하는 체결홀 (134) 에 의해 고정될 수 있다. 나아가, 반응부 (150) 의 반응 효율 증대를 위해 온도 조절부 (170) 가 제2 바디부 (120b) 의 하부에 더욱 배치될 수 있다.

이하에서는, 도 3, 도 4a 내지 4c, 도 5a 및 5b, 도 6a 및 도 6b, 도 7a 내지 7d, 도 8a 및 8b, 9a 및 9b, 도 10a 및 10b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치 (100) 를 이루는 구성에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 하우징부를 예시적으로 도시한 것이다.

도 3의 (a) 및 (b)를 참조하면, 하우징부 (110) 는 하부를 형성하고, 결합부 (112a, 112b) 가 배치된 제1 하우징부 (110a), 및 제1 하우징부 (110a) 와 체결 가능하고, 하우징부 (110) 의 상부를 형성하는 제2 하우징부 (110b) 로 이루어진다. 이때, 제1 하우징부 (110a) 및 제2 하우징부 (110b) 는 체결 시 홀을 형성하도록 대응하는 면 각각에 대칭을 이루는 홈을 포함할 수 있다. 하우징부들 (110a, 110b) 의 체결에 의해 생성된 홀은, 유체의 주입이 가능한 주입부 (114) 및 유체가 배출되는 배출부 (미도시) 각각에 대응할 수 있다. 한편, 주입부 (114) 상에, 누수 없이 미세 유체 장치 내부로 유체를 유동시키거나, 누수 없이 타 모듈형 미세 유체 장치로 유체를 유동시키도록 구성된, 튜브가 배치될 수 있다. 한편, 제1 하우징부 (110a) 및 제2 하우징부 (110b) 는 바디부 (120) 의 적어도 일부를 내측에 수용하도록, 적어도 일면이 개구된 형태를 가질 수 있다. 이때, 주입부 (114) 는 바디부 (120) 에 형성된 적어도 하나의 채널과 연결되고, 유체는 주입부 (114) 에 의해 바디부 (120) 의 수용 챔버로 유동할 수 있다.

다음으로, 도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 바디부를 예시적으로 도시한 것이다.

먼저, 도 4a를 참조하면, 바디부 (120) 는 제1 바디부 (120a) 및 제2 바디부 (120b) 로 이루어질 수 있다. 이때, 제1 바디부 (120a) 는 유체가 수용되는 공간인 수용 챔버 (122) 를 포함할 수 있다. 한편, 제1 바디부 (120a) 및 제2 바디부 (120b) 사이에, 삽입 가능한 형태의 반응부가 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 1 바디부 (120a) 및 제2 바디부 (120b) 사이에 공간이 형성될 수 있고, 반응부 (미도시) 가 삽입되면 수용 챔버 (122) 의 하부에 배치될 수 있다.

제1 바디부 (120a) 상에 수용 챔버 (122) 내부로 유동시키거나, 바디부 (120a) 의 외부로 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 채널이 형성될 수 있다.

보다 구체적으로, 도 4b의 (a) 및 (b)를 참조하면, 적어도 하나의 채널은, 하우징부의 주입부 (114) 에 대응하는 홀 (123) 이 형성되고, 유체를 바디부 (120) 의 상부로 유동시키도록 구성된 제1 관통부 (124a, 124b), 및 바디부의 상부로 유동한 유체를 수용 챔버 (122) 의 내부 또는 외부로 유동시키도록 구성된 제2 관통부 (126a, 126b) 로 이루어질 수 있다. 이때, 제1 관통부 (124a, 124b) 는, 주입부 (114) 로부터 제1 바디부 (120a) 의 내부로 연통하는 제1 수평부 (미도시) 및 제1 수평부와 연통하고 제1 바디부 (120a) 상부와 연통하는 제1 수직부 (미도시) 로 이루어질 수 있다. 즉, 제1 관통부 (124a, 124b) 및 제2 관통부 (126a, 126b) 에서 유체의 흐름이 반대 방향을 가질 수 있다. 이러한 구조적 특징에 의해, 유체는 중력의 영향을 받아 유속이 제어될 수 있다. 나아가, 유체는 수용 챔버 (122) 의 하부부터 채워질 수 있다.

다음으로, 도 4c를 참조하면, 제2 바디부 (120b) 는 반응부 (미도시) 가 배치되는 내부 공간을 갖고, 반응부가 배치되는 영역보다 높이가 높은 프레임이 형성될 수 있다. 이때, 프레임 상에 제1 바디부 (120a) 와 체결부 (미도시) 를 통해 체결 가능한 체결홀 (127) 이 배치될 수 있다.

다음으로, 도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 실링부를 예시적으로 도시한 것이다. 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 실링부 및 이에 대응하는 트렌치부를 예시적으로 도시한 것이다.

도 5a를 참조하면, 오링 구조의 실링부 (140) 가 도시된다. 이때, 실링부 (140) 는 수용 챔버 (122) 및 반응부의 접촉면의 적어도 일부에 배치될 수 있다. 한편, 실링부 (140) 의 형태는 이에 제한되는 것이 아니며, 수용 챔버 (122) 의 형태, 후술할 반응부의 반응 영역에 따라 다양하게 선택될 수 있다.

도 5b의 (a) 및 (b)를 함께 참조하면, 제1 바디부 (120a) 의 하부에 실링부 (140) 의 적어도 일부를 수용하도록 구성된 트렌치부 (128) 가 더욱 배치될 수 있다. 이에, 실링부 (140) 는 보다 안정적으로 제1 바디부 (120a) 및 반응부 사이에 배치되어 수용 챔버 (122) 에 수용된 유체의 누수를 방지할 수 있다.

다음으로, 도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 반응부를 예시적으로 도시한 것이다. 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 반응부, 실링부, 및 바디부의 결합 구조를 예시적으로 도시한 것이다.

먼저, 도 6a를 참조하면, 반응부 (150) 는 유체 내의 표적 물질을 포획하는 등의 반응 영역 (152) 과 반응에 따른 신호를 감지하는 센싱 영역 (154) 으로 이루어질 수 있다. 이때, 반응부 (150) 는 삽입이 용이한 칩 구조를 가질 수 있다. 나아가, 반응부 (150) 는 전기신호, 형광신호, 광학신호, 전기화학신호, 화학신호 및 분광학신호 중 적어도 하나를 검출하도록 구성된 바이오 센서일 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니다.

한편, 센싱 영역 (154) 은 측정 시스템과 연결 가능하도록 커넥터부의 기능을 수행할 수 있고, 반응 영역 내의 반응 효율을 높이기 위한 히팅 시스템과도 연결될 수 있다. 예를 들어, 센싱 영역 (154) 은, USB 포트에 삽입 가능한 구조를 가질 수도 있다.

도 6b를 함께 참조하면, 반응부 (150) 는 바디부 (120) 의 내측, 바람직하게 제1 바디부 (120a) 및 제2 바디부 (120b) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 반응부의 반응 영역 (152) 은 수용 챔버 (122) 의 하부에 배치될 수 있다. 나아가, 수용 챔버 (122) 및 반응 영역 (152) 사이에 실링부 (140) 가 더욱 배치될 수 있다. 이에, 제1 바디부 (120a), 반응부 (150), 및 제2 바디부 (120b) 는 보다 안정적으로 체결될 수 있고, 반응부 (150) 의 반응 영역 (152) 에 대응하는 수용 챔버 (122) 상에 유체가 안정적으로 수용될 수 있다.

다음으로, 도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 유체 유동부를 예시적으로 도시한 것이다. 도 7b 내지 7d는 본 발명의 일실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 유체 유동부를 통한 반응부로의 유체 이동 경로를 예시적으로 도시한 것이다.

먼저, 도 7a를 참조하면, 유체 유동부 (160) 는 적어도 하나의 채널을 연결하도록 구성된 연결 채널 (162a, 162b) 및 수용 챔버에 대응하는 메인홀 (164), 메인홀과 연통하고 유체의 흐름 및/또는 공기압을 조절하도록 구성된 조절부 (166) 를 포함할 수 있다. 이때, 유체 유동부 (160) 는 체결홀 (140) 을 더욱 포함하여 상부 및 하부에 배치되는 유닛들과 체결될 수 있다. 한편, 제1 관통부로부터 상부로 유동한 유체는, 연결 채널 (162a, 162b) 에 의해 수용 챔버 (122) 와 연결된 제2 관통부 (126a) 로 유동할 수 있다.

도 7b의 (a), (b), (c) 및 (d)를 함께 참조하면, 제1 바디부 (120a) 의 상부에 유체 유동부 (160) 가 배치된다. 이때, 수용 챔버 (122) 와 대응하는 영역에 메인홀 (164) 이 위치한다. 유체는 주입부와 연통하는 홀 (123) 을 통해 바디부 (120) 의 내부로 주입된다. 그 다음, 유체는 제1 관통부 (124) 를 거쳐 상부로 유동하고, 연결 채널 (162a) 을 통해 제2 관통부 (126) 로 유동하게 된다. 제2 관통부 (126) 로 유동한 유체는, 수용 챔버 (122) 에 수용될 수 있다.

보다 구제척으로, 도 7c 및 도 7d를 함께 참조하면, 제1 관통부 (124a) 에 의해 제1 바디부 (120a) 의 상부로 유동한 유체는, 유체 유동부 (160) 에 배치된 연결 채널 (162a) 로 유동한 후, 제2 관통부 (126a) 로 유동한다. 그 다음, 유체는 하부로 유동하여 수용 챔버 (122) 에 수용된다. 이때, 제1 관통부 (124a), 연결 채널 (162a), 및 제2 관통부 (126a) 에서 유체의 흐름은 서로 다른 방향을 가질 수 있다. 이러한 구조적 특징에 의해, 유체는 중력의 영향을 받아 유속이 제어될 수 있다. 나아가, 유체는 수용 챔버 (122) 의 하부부터 채워질 수 있다. 동시에, 유체 내의 표적 물질은 수용 챔버 (122) 의 하부에 배치된 반응부 (150) 보다 구체적으로, 반응 영역과 반응하게 된다. 한편, 제1 바디부 (120a) 및 반응부 (150) 사이에 실링부 (140) 가 배치되어 유체의 누수가 방지될 수 있다. 다음으로, 유체는 제2 관통부 (126b) 를 통해 다시 제1 바디부 (120a) 의 상부로 유동하고, 연결 채널 (162b) 을 거쳐, 제1 관통부 (124b) 로 유동한다. 이때, 제1 관통부 (124b) 는 하우징부 (110) 의 배출부 (미도시) 와 연통하도록 구성될 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치 (100) 의 구조적 특징에 의해, 유속이 제어되고, 반응부가 유체 내의 표적 물질과 반응하기에 충분한 시간이 제공될 수 있다.

다음으로, 도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 커버부를 예시적으로 도시한 것이다. 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 커버부 및 이의 결합 구조를 예시적으로 도시한 것이다.

도 8a를 참조하면, 개구된 수용 챔버 (122) 의 상부를 형성하도록, 바디부 (120) 의 상부면을 덮는 커버부 (130) 상에, 다른 유닛들과 체결부 (미도시) 에 의해 결합 가능하도록 복수의 체결홀 (134) 이 배치된다.

도 8b의 (a)를 함께 참조하면, 커버부 (130) 및 유체 유동부 (160) 는 서로 대응하는 위치에 형성된 체결홀 (134, 168) 이 배치될 수 있다. 한편, 커버부 (130) 상에 홀 (138) 은, 공기의 유출입이 가능하도록 유체 유동부 (160) 의 조절부 (166) 에 대응할 수 있다. 이때, 홀 (138) 의 상부에는, 공기만을 배출, 주입하도록 구성된 공기 필터 (136) 가 더욱 배치될 수 있다. 도 8b의 (b)를 더욱 참조하면, 커버부 (130) 는 유체 유동부 (160) 의 상부에 부착된 형태로, 유체 유동부 (160) 의 연결 채널 (162) 및 메인홀 (164) 의 상부를 커버하도록 구성될 수 있다. 즉, 유체 유동부 (160) 및 커버부 (130) 는 결합된 하나의 유닛으로 이루어질 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니다.

다음으로, 도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 체결부를 예시적으로 도시한 것이다. 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 체결부 및 바디부의 결합 구조를 예시적으로 도시한 것이다.

도 9a를 참조하면, 체결부 (132) 는 유체 유동부 (160) 및 커버부 (130) 에 형성된 체결홀 (134, 168) 과 제1 바디부 (120a) 에 형성된 체결홀 (125) 을 관통하여 이들 유닛들을 고정시키도록 구성될 수 있다.

도 9b를 함께 참조하면, 체결부 (132) 는 유체 유동부 (160) 및 커버부 (130) 의 체결홀 (134, 168) 을 통과한 후, 제1 바디부 (120a) 의 체결홀 (125) 을 통과하여 제2 바디부 (120b) 상에 고정될 수 있다. 즉, 체결부는 바디부 (120) 의 내부에서 복수의 유닛들을 고정하도록 구성될 수 있다. 나아가, 유체 유동부 (160) 및 커버부 (130) 는 제1 바디부 (120a) 의 상부에 부착될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 체결부 (132) 는 체결홀 (134, 168) 보다 큰 직경을 갖고, 복수의 유닛들에 대응하는 높이를 가져, 제1 바디부 (120a) 의 외측에서 복수의 유닛들을 고정하도록 구성될 수도 있다.

다음으로, 도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 온도 조절부를 예시적으로 도시한 것이다. 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치의 온도 조절부 상의 바디부 및 반응부를 예시적으로 도시한 것이다.

먼저, 도 10a를 참조하면, 온도 조절부 (170) 는, 전압의 인가에 따라 열을 전도하도록 구성된 열 전도부 (170a) 및 상기 열 전도부와 연결된 전극 (170b) 를 포함할 수 있다. 바람직하게, 온도 조절부 (170) 는 전류의 방향에 따라 열 방출 또는 열 흡수되는 면이 상이한 펠티어 소자일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 10b를 함께 참조하면, 온도 조절부 (170) 의 열 전도부 (170a) 는, 반응부 (150) 가 상부에 배치된 제2 바디부 (120b) 의 하부에 배치되어, 반응부 (150) 의 반응 효율을 높이도록 구성될 수 있다. 한편, 온도 조절부 (170) 의 위치는 이에 제한되는 것이 아니며 반응부 (150) 의 하부에 직접 배치될 수도 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 온도 조절부 (170) 의 적어도 일 면은 온도 편차를 줄이기 위한 금속 층 (미도시) 이 더욱 배치될 수 있다. 본 발명의 다른 특징에 따르면, 온도 조절부 (170) 의 상부면에 열 확산부 (미도시) 가 배치될 수 있다. 이때, 열 확산부는 열 전도성을 갖고 있어, 온도 조절부 (170) 로부터 발생된 열의 온도 편차를 줄이도록 구성될 수 있다. 즉, 열 확산부에 의해, 온도 조절부 (170) 로부터 발생된 열은 반응부 (150) 의 전면에 일정한 수준으로 전달될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치는, 전술한 구조적 특징에 따라, 유체의 누수를 방지하고 유체의 흐름을 제어하여 수용 챔버 내에 보다 안정적으로 유체를 수용할 수 있다. 나아가, 반응부가 유체 내의 표적 물질과 반응하기에 충분한 시간을 제공할 수 있다.

이에, 본 발명은, 유체를 보다 안정적으로 수용하고, 유체에 대하여 다양한 반응을 유도하는 환경을 제공할 수 있다. 이에, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치는, 유체 분석을 위한 키트로서 제공될 수 있다.

더욱이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치는, 고가의 장비의 요구, 이송의 어려움 및 기술의 난제 등에 따라 현장에서 적용하기 어려운 종래의 미세 유체 장치의 한계를 극복할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 구조의 미세 유체 장치를 제공함으로써, 다양하고 정확한 실험 데이터를 획득할 수 있음은 물론, 특정 부위의 변형 혹은 파손 시 해당 부분의 유체 칩만을 교체 가능하여 제조 및 유지비용을 절감할 수 있다.

이하에서는, 도 11을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치에 기초한 유체 분석 방법을 설명한다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치에 기초한 유체 분석의 절차를 예시적으로 도시한 것이다.

도 11을 참조하면, 먼저 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치에 표적 물질을 포함하는 유체가 주입된다 (S110). 그 다음, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모듈형 미세 유체 장치 내의 반응부가 분석된다 (S120).

보다 구체적으로, 표적 물질을 포함하는 유체가 주입되는 단계 (S110) 에서, 유체는 모듈형 미세 유체 장치의 주입부를 통해 주입될 수 있다.

예를 들어, 표적 물질을 포함하는 유체가 주입되는 단계 (S110) 에서, 유체는 모듈형 미세 유체 장치와 연결된 타 모듈 미세 유체장치로부터 주입부를 통해 내부로 주입될 수 있다. 그 다음, 유체는 모듈형 미세 유체 장치의 제1 관통홀, 유체 유동부, 및 제2 관통홀을 통해 수용 챔버로 유동하고, 수용 챔버 하부에 위치한 반응부의 반응 영역에 도달할 수 있다. 이때, 반응 영역은 표적 물질의 검출을 위한 특이적인 리셉터를 포함할 수 있다. 즉, 표적 물질을 포함하는 유체가 주입되는 단계 (S110) 에서, 표적 물질 및 리셉터와의 결합과 같은 반응이 일어날 수 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 표적 물질을 포함하는 유체가 주입되는 단계 (S110) 이전에, 전처리가 수행되는 단계가 더 수행될 수 있다.

예를 들어, 전처리가 수행되는 단계에서, 유체 시료는, 유체 시료의 종류에 유체 시료 내의 불순물을 제거하기 위한 필터링 과정, 또는 표적 물질의 검출을 위한 리셉터와의 믹싱 과정을 거칠 수도 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 표적 물질을 포함하는 유체가 주입되는 단계 (S110) 이후에, 반응 영역 내의 반응 효율 증대를 위해, 온도 조절부와 같은 히팅 시스템이 반응부의 적어도 일면에 배치될 수 있다.

마지막으로, 모듈형 미세 유체 장치 내의 반응부가 분석되는 단계 (S120) 에서, 반응부 내의 표적 물질의 포획 등에 따른 반응부의 신호 변화가 분석된다.

예를 들어, 모듈형 미세 유체 장치 내의 반응부가 분석되는 단계 (S120) 에서, 반응 영역 내의 표적 물질의 검출에 따른 센싱 영역의 전기신호, 형광신호, 광학신호, 전기화학신호, 화학신호, 또는 분광학신호 변화가 분석된다. 이를 통해, 유체 내의 표적 물질에 대한 정성, 정량 분석 등이 가능할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 모듈형 미세 유체 장치 내의 반응부가 분석되는 단계 (S120) 에서, 센싱 영역은 측정 시스템과 연결될 수 있다.

예를 들어, 반응부의 커넥터부가 USB 포트에 삽입되면서, 유체에 대한 신호 데이터가 측정 시스템에 수신될 수 있다.

이상의 다양한 실시예에 따른 유체 분석 방법에 의해, 보다 용이하게 유체 내의 표적 물질에 대한 분석이 가능할 수 있다. 이에, 상기 방법은 저 농도로 존재하고 빠른 검출 결과가 요구되는 식중독 균과 같은 병원체의 검출과 같은 현장 진단 검사 시스템에 적용될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 모듈형 미세 유체 장치
200: 타 모듈형 미세 유체 장치
110: 하우징부
110a: 제1 하우징부
110b: 제2 하우징부
112a: 제1 결합부
112b: 제2 결합부
114: 주입부
120: 바디부
120a: 제1 바디부
120b: 제2 바디부
122: 수용 챔버
123: 홀
124, 124a, 124b: 제1 관통부
125, 127, 134, 168: 체결홀
126, 126a, 126b: 제2 광통부
128: 트렌치부
130: 커버부
132: 체결부
136: 공기 필터
138: 조절부 연결 홀
140: 실링부
150: 반응부
152: 반응 영역
154: 감지 영역
160: 유체 유동부
162a, 162b: 연결 채널
164: 메인홀
166: 조절부
170: 온도 조절부
170a: 열 전도부
170b: 전극
1000: 유체 유동 시스템

Claims

모듈형 미세 유체 장치로서,
유체가 유동 가능한 적어도 하나의 채널, 및 상기 적어도 하나의 채널과 연통하고 상기 유체를 내측에 수용하도록 구성된 수용 챔버를 포함하는 바디부;
상기 바디부의 적어도 일부를 내측에 수용하고, 상기 적어도 하나의 채널과 대응하여 상기 유체의 유입이 가능한 주입부, 및 다른 모듈형 미세 유체 장치와 연결 가능한 결합부를 포함하는 하우징부; 및
상기 바디부의 내측에 삽입되고, 삽입 시 상기 수용 챔버의 하부에 배치되는 반응부를 포함하고,
상기 적어도 하나의 채널은,
상기 유체를 상기 주입부로부터 상기 바디부의 상부로 유동시키도록 구성된 제1 관통부, 및
상기 상부로 유동한 유체를 상기 수용 챔버 내부로 유동시키도록 구성된 제2 관통부를 포함하는, 모듈형 미세 유체 장치.
제1항에 있어서,
상기 수용 챔버에 수용된 상기 유체의 누수를 방지하도록, 상기 수용 챔버 및 상기 반응부 사이에 배치되는 실링부를 더 포함하는, 모듈형 미세 유체 장치.
제2항에 있어서,
상기 바디부는,
상기 실링부의 적어도 일면을 수용하는 트렌치부를 더 포함하는, 모듈형 미세 유체 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 관통부는,
상기 주입부로부터 상기 바디부 내부로 연통하는 제1 수평부, 및
상기 제1 수평부와 연통하고 상기 바디부의 상부와 연통하는 제1 수직부를 포함하는, 모듈형 미세 유체 장치.
제1항에 있어서,
상기 바디부의 상부에 배치되고,
상기 적어도 하나의 채널을 연결하는 연결 채널, 및
상기 수용 챔버에 대응하는 메인홀을 포함하는, 유체 유동부를 더 포함하는, 모듈형 미세 유체 장치.
제6항에 있어서,
상기 유체 유동부는,
상기 메인홀과 연통하고, 상기 수용 챔버 내의 공기를 주입 및 배출하도록 구성된 조절부를 더 포함하는, 모듈형 미세 유체 장치.
제7항에 있어서,
상기 조절부는,
상기 조절부의 상부에 배치되는 공기 필터부를 더 포함하는, 모듈형 미세 유체 장치.
제1항에 있어서,
상기 반응부는,
전기신호, 형광신호, 광학신호, 전기화학신호, 화학신호 및 분광학신호 중 적어도 하나를 검출하도록 구성된 바이오 센서를 포함하는, 모듈형 미세 유체 장치.
제1항에 있어서,
상기 반응부는,
USB 포트에 삽입 가능한 커넥터부를 더 포함하는, 모듈형 미세 유체 장치.
제1항에 있어서,
상기 바디부는,
상기 적어도 하나의 채널, 및 상기 수용 챔버가 배치된 제1 바디부, 및
상기 제1 바디부의 하부에 배치되고, 상기 제1 바디부의 적어도 일부와 체결 가능한 제2 바디부를 포함하는, 모듈형 미세 유체 장치.
제11항에 있어서,
상기 반응부는,
상기 제1 바디부 및 상기 제2 바디부 사이에 배치되는, 모듈형 미세 유체 장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징부에 설치되어, 상기 반응부 또는 상기 바디부를 가열 또는 냉각시키는
온도 조절부를 더 포함하는, 모듈형 미세 유체 장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징부는,
하부를 형성하는 제1 하우징부, 및
상부를 형성하고, 상기 제1 하우징부의 적어도 일면과 체결 가능하고, 상부의 적어도 일면이 개구된 제2 하우징부를 포함하고,
상기 제2 하우징부는,
상기 바디부의 적어도 일부를 내측에 수용하고, 상기 결합부를 포함하고
상기 주입부는 상기 제1 하우징부 및 상기 제2 하우징부의 체결에 의해 형성된 홀로 정의되는, 모듈형 미세 유체 장치.
제1항에 있어서,
상기 바디부의 상부면의 적어도 일부를 덮고, 상기 바디부와 체결 가능한 커버부를 더 포함하는, 모듈형 미세 유체 장치.
제15항에 있어서,
상기 커버부와 상기 바디부를 고정하도록 구성된 체결부를 더 포함하고,
상기 커버부 및 상기 바디부는, 서로 대응하는 위치에 일방향으로 관통하는 체결홀을 각각 포함하고,
상기 체결부는,
상기 체결홀을 통해 상기 커버부 및 상기 바디부를 관통하여 고정하도록 구성된, 모듈형 미세 유체 장치.
모듈형 미세 유체 장치로서,
유체가 유동 가능한 적어도 하나의 채널, 및 상기 적어도 하나의 채널과 연통하고 상기 유체를 내측에 수용하도록 구성된 수용 챔버를 포함하는 바디부;
상기 바디부의 적어도 일부를 내측에 수용하고, 상기 적어도 하나의 채널과 대응하여 상기 유체의 유입이 가능한 주입부, 및 다른 모듈형 미세 유체 장치와 연결 가능한 결합부를 포함하는 하우징부;
상기 바디부의 내측에 삽입되고, 삽입 시 상기 수용 챔버의 하부에 배치되는 반응부, 및
상기 하우징부에 설치되어, 상기 반응부 또는 상기 바디부를 가열 또는 냉각시키는 온도 조절부를 포함하고,
상기 적어도 하나의 채널은
상기 유체를 상기 주입부로부터 상기 바디부의 상부로 유동시키도록 구성된 제1 관통부, 및
상기 상부로 유동한 유체를 상기 수용 챔버 내부로 유동시키도록 구성된 제2 관통부를 포함하는, 모듈형 미세 유체 장치.
모듈형 미세 유체 장치로서,
유체가 유동 가능한 적어도 하나의 채널, 및 상기 적어도 하나의 채널과 연통하고 상기 유체를 내측에 수용하도록 구성된 수용 챔버를 포함하는 바디부;
상기 바디부의 적어도 일부를 내측에 수용하고, 상기 적어도 하나의 채널과 대응하여 상기 유체의 유입이 가능한 주입부, 및 다른 모듈형 미세 유체 장치와 연결 가능한 결합부를 포함하는 하우징부;
상기 바디부의 내측에 삽입되고, 삽입 시 상기 수용 챔버의 하부에 배치되는 반응부, 및
상기 바디부의 상부에 배치되고, 상기 적어도 하나의 채널을 연결하는 연결 채널, 및 상기 수용 챔버에 대응하는 메인홀로 이루어진 유체 유동부를 포함하고,
상기 적어도 하나의 채널은
상기 유체를 상기 주입부로부터 상기 바디부의 상부로 유동시키도록 구성된 제1 관통부, 및
상기 상부로 유동한 유체를 상기 수용 챔버 내부로 유동시키도록 구성된 제2 관통부를 포함하는, 모듈형 미세 유체 장치.
제1항 내지 제3항, 제5항 내지 18항 중 어느 한 항의 모듈형 미세 유체 장치에 표적 물질을 포함하는 유체를 주입하는 단계, 및
상기 표적 물질의 반응에 따른 신호를 감지하도록 구성된, 상기 모듈형 미세 유체 장치 내의 반응부를 분석하는 단계를 포함하는, 유체 분석 방법.
제1항 내지 제3항, 제5항 내지 18항 중 어느 한 항의 모듈형 미세 유체 장치, 및
유체 내의 표적 물질에 대하여 표적 반응을 유도하는 시약을 포함하는, 유체 분석을 위한 키트.