KR20120088922A - Microfluidic Device for amplifying chemotactic responses of microbes and method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A microfluidic device for amplifying chemotactic responses of microbes is provided to easily observe chemotactic responses. CONSTITUTION: A microfluidic device(100) for amplifying chemotactic responses of microbes comprises: a first chamber(110) for containing a buffer solution, a second chamber(120) for containing a microbe solution, and a third chamber(130) containing a feed solution; a first channel(140), a second channel(150), and a third channel(160) which are connected to the first, second, third chambers, respectively; a microchannel(170) for moving the buffer solution, microbe solution, and feed solution; and a plurality of channels(180).

Description

미생물의 양주화성 반응의 증폭을 위한 미세유체 장치 및 그 증폭 방법{Microfluidic Device for amplifying chemotactic responses of microbes and method thereof}Microfluidic device for amplifying chemotactic responses of microbes and method

본 발명은 미생물의 양주화성 반응의 증폭을 위한 미세유체 장치 및 그 증폭 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미생물의 양주화성 반응의 관찰을 용이하게 하는 미생물의 양주화성 반응의 증폭을 위한 미세유체 장치 및 그 증폭 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microfluidic device for amplifying the cationic catalytic reaction of a microorganism, and more particularly, to a microfluidic device for amplifying a cationic catalytic reaction of a microorganism, which facilitates the observation of the cationic catalytic reaction of a microorganism. And amplification method thereof.

미세유체 디바이스(Microfluidics Device)는 마이크로미터 길이를 갖는 다양한 미생물의 생존을 연구하는데 매우 유용하게 사용되어 왔다. 이동성을 갖는 일부 미생물의 경우, 주변의 화학물질의 농도차에 자극을 받아 농도가 높은 쪽으로 이동하는 양주화성의 특성을 보인다. 이러한 미생물의 양주화성을 이용한다면 이들을 특정 채널 측으로 분리할 수 있다. Microfluidics devices have been very useful for studying the survival of various microorganisms with micrometer lengths. Some microorganisms that have mobility have characteristics of positive chemotaxis that are moved to higher concentrations by being stimulated by the concentration difference of surrounding chemicals. By using these microorganisms' cationic nature, they can be separated to specific channel side.

그런데, 미생물의 양주화성 반응의 연구를 위한 종래의 디바이스의 경우 화학유인물질에 대한 미생물의 반응 정도 내지는 민감도를 증폭할 수 없는 관계로 미생물의 양주화성 반응의 관찰이 용이하지 못한 단점이 있다.By the way, the conventional device for the study of the positive catalyzed reaction of the microorganism has a disadvantage that it is not easy to observe the positive catalyzed reaction of the microorganism because the degree of sensitivity or sensitivity of the microorganism to the chemical attractant cannot be amplified.

본 발명은 화학유인물질에 대한 미생물의 반응 정도를 증폭시켜서 미생물의 양주화성 반응의 관찰을 용이하게 하는 미생물의 양주화성 반응의 증폭을 위한 미세유체 장치 및 그 증폭 방법을 제공하는데 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a microfluidic device and an amplification method for amplifying the cationic catalyzing reaction of a microorganism which amplifies the degree of the microorganism's reaction to a chemical attractant, thereby facilitating the observation of the cationic cationic reaction.

본 발명은, 마이크로 채널의 구조를 갖는 미세유체 장치에 있어서, 완충 용액, 실험 대상 미생물이 상기 완충용액에 담겨져 있는 미생물 용액, 먹이가 상기 완충용액에 담겨져 있는 먹이 용액이 각각 투입되는 제1챔버, 제2챔버 및 제3챔버, 그리고 상기 제1챔버, 상기 제2챔버 및 상기 제3챔버에 각각 연결되고, 상기 투입된 완충 용액, 미생물 용액 및 먹이 용액이 각각 배출되게 하는 제1통과채널, 제2통과채널 및 제3통과채널, 그리고 상기 미생물 용액을 사이에 두고 양측에 완충용액 및 먹이 용액이 위치한 상태로 서로 합류하여 이동하도록, 상기 제1통과채널, 상기 제2통과채널 및 상기 제3통과채널에 일체로 연결되어 연장되고, 상기 배출된 완충 용액, 미생물 용액 및 먹이 용액이 상기 연장된 길이 방향으로 층류 이동하도록 유도하는 마이크로 채널, 및 상기 마이크로 채널의 길이 방향 양측에 대칭되도록 형성되어 상기 먹이 또는 미생물이 집중되게 하는 복수 개의 집중채널들을 포함하는 미생물의 양주화성 반응의 증폭을 위한 미세유체 장치를 제공한다.The present invention relates to a microfluidic device having a microchannel structure, comprising: a first chamber into which a buffer solution, a microorganism solution in which a test target microorganism is contained in the buffer solution, and a feed solution in which food is contained in the buffer solution, respectively, A first passage channel and a second chamber connected to the second chamber and the third chamber, and the first chamber, the second chamber, and the third chamber, respectively, to discharge the introduced buffer solution, microbial solution, and feed solution, respectively. The first passage channel, the second passage channel, and the third passage channel so as to join and move with each other with a buffer solution and a feeding solution positioned on both sides with a passage channel and a third passage channel therebetween. A microchannel integrally connected to and extending to direct the discharged buffer solution, the microbial solution and the feed solution to the laminar flow in the extended longitudinal direction, Is formed so as to be symmetrical in the longitudinal direction on both sides of the micro channel provides a microfluidic device for amplification of a chemical conversion reaction liquor of a microorganism comprising a plurality of focusing channels to be concentrated is fed, or the microorganism.

여기서, 상기 미생물의 양주화성 반응의 증폭을 위한 미세유체 장치는, 상기 마이크로 채널과 상기 집중채널 사이에 연결되어 상기 먹이 또는 미생물이 유입되는 유입채널, 및 상기 유입채널 상에서 상기 마이크로 채널을 향하여 경사각을 갖도록 연결되어, 상기 유입채널로 유입된 상기 먹이 또는 미생물이 상기 집중채널 내로 향하도록 유도하는 복수 개의 가지채널들을 더 포함할 수 있다.Here, the microfluidic device for amplifying the positive catalytic reaction of the microorganism, the inflow channel connected between the micro channel and the concentrated channel, the inlet channel for feeding or feeding the microorganism, and the inclination angle toward the micro channel on the inlet channel Is connected to have, it may further include a plurality of branch channels to guide the food or microorganisms introduced into the inflow channel toward the concentrated channel.

그리고, 상기 제1챔버에는 상기 제3챔버에 투입된 제1 먹이 용액과 다른 종류의 제2 먹이 용액이 더 투입될 수 있다. 이때, 상기 집중채널들 중 상기 마이크로 채널의 좌측 집중채널에는 상기 제2 먹이 용액이 집중되고, 우측 집중채널에는 상기 제1 먹이 용액이 집중될 수 있다. 여기서, 상기 미생물은 상기 제1 먹이 용액과 상기 제2 먹이 용액 중 보다 선호하는 먹이 용액이 존재하는 집중채널 측을 향하여 더욱 이동할 수 있다.The first chamber may further include a second feeding solution different from the first feeding solution added to the third chamber. In this case, the second feeding solution may be concentrated in the left concentrated channel of the micro channel among the concentrated channels, and the first feeding solution may be concentrated in the right concentrated channel. Here, the microorganism may further move toward the concentrated channel side in which the preferred feeding solution of the first feeding solution and the second feeding solution is present.

이외에도, 상기 제1챔버에는 상기 제3챔버에 투입된 제1 농도를 갖는 먹이 용액과 다른 제2 농도의 먹이 용액이 더 투입될 수 있다. 이때, 상기 집중채널들 중 상기 마이크로 채널의 좌측 집중채널에는 상기 제2 농도의 먹이 용액이 집중되고, 우측 집중채널에는 상기 제1 농도의 먹이 용액이 집중될 수 있다. 여기서, 상기 미생물은 상기 제1 농도의 먹이 용액과 상기 제2 농도의 먹이 용액 중 보다 선호하는 농도의 먹이 용액이 존재하는 집중채널 측을 향하여 더욱 이동할 수 있다.In addition, the first chamber may be further fed with a feed solution having a second concentration different from the feed solution having the first concentration introduced into the third chamber. At this time, the feeding solution of the second concentration may be concentrated in the left concentration channel of the micro channel among the concentration channels, and the feeding solution of the first concentration may be concentrated in the right concentration channel. Here, the microorganism may further move toward the concentrated channel side in which the food solution of the first concentration and the food solution of the second concentration is present.

그리고, 본 발명은 완충 용액, 실험 대상 미생물이 상기 완충용액에 담겨져 있는 미생물 용액, 먹이가 상기 완충용액에 담겨져 있는 먹이 용액이 각각 제1챔버, 제2챔버 및 제3챔버에 투입되는 단계와, 상기 투입된 완충 용액, 미생물 용액 및 먹이 용액이 상기 제1챔버, 상기 제2챔버 및 상기 제3챔버에 각각 연결된 제1통과채널, 제2통과채널 및 제3통과채널을 통해 각각 배출되는 단계와, 상기 제1통과채널, 상기 제2통과채널 및 상기 제3통과채널에 일체로 연결되어 연장된 마이크로 채널 상에서, 상기 미생물 용액을 사이에 두고 양측에 완충용액 및 먹이 용액이 위치한 상태로 서로 합류하여 이동하게 되어, 상기 완충 용액, 미생물 용액 및 먹이 용액이 상기 마이크로 채널의 연장된 길이 방향으로 층류 이동하도록 유도되는 단계, 및 상기 마이크로 채널의 길이 방향 양측에 대칭되도록 형성된 복수 개의 집중채널들 상에 상기 먹이 또는 미생물이 집중되는 단계를 포함하는 미생물의 양주화성 반응의 증폭 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of the buffer solution, the microorganism solution in which the test target microorganisms are contained in the buffer solution, the feed solution in which the food is contained in the buffer solution is added to the first chamber, the second chamber and the third chamber, respectively, Discharging the injected buffer solution, the microbial solution and the feed solution through the first passage channel, the second passage channel, and the third passage channel respectively connected to the first chamber, the second chamber, and the third chamber; On the micro channel extending integrally connected to the first passage channel, the second passage channel and the third passage channel, the microbial solution is joined to each other with the buffer solution and the feeding solution located on both sides with the microbial solution therebetween. Causing the buffer solution, the microbial solution and the feed solution to laminarly move in the extended longitudinal direction of the microchannel, and It provides a method for amplifying the cationic cathodic reaction of the microorganism comprising the step of concentrating the food or the microorganism on a plurality of concentrated channels formed symmetrically on both sides in the longitudinal direction.

여기서, 상기 집중채널들에 상기 먹이 또는 미생물이 집중되는 것에 의해, 상기 마이크로 채널 상에서 보다 상기 집중채널들 상에서 상기 미생물이 선호하는 먹이 종류 또는 먹이 농도의 관찰을 용이하게 할 수 있다.Here, by concentrating the food or microorganisms in the concentrated channels, it is possible to facilitate the observation of the food type or food concentration preferred by the microorganisms on the concentrated channels than on the microchannels.

본 발명에 따른 미생물의 양주화성 반응의 증폭을 위한 미세유체 장치 및 그 증폭 방법에 따르면, 화학유인물질에 대한 미생물의 반응 정도를 증폭시켜서 특정 종류의 먹이 또는 특정 농도의 먹이에 대한 미생물의 양주화성 반응의 관찰을 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.According to the microfluidic device and the amplification method for amplifying the cationic catalytic reaction of the microorganism according to the present invention, the amplification degree of the microorganism to the chemical attractant to amplify the reaction degree of the microorganism for a specific kind of food or a specific concentration of food There is an advantage that can facilitate the observation of the reaction.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미생물의 양주화성 반응의 증폭을 위한 미세유체 장치의 개략 사시도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 도 1의 유입채널의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 채널 상에서 미생물의 양주화성 반응 결과를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 집중 채널 상의 미생물 집중 정도의 결과를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 미생물의 몰농도 특성 결과를 나타낸다.1 is a schematic perspective view of a microfluidic device for amplifying a cationic reaction of a microorganism according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view of Fig.
3 is a perspective view illustrating another embodiment of the inflow channel of FIG. 1.
Figure 4 shows the results of the cationic cathodic reaction of the microorganism on the microchannel according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows the results of the degree of microbial concentration on the concentration channel according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows the results of molar concentration characteristics of microorganisms according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미생물의 양주화성 반응의 증폭을 위한 미세유체 장치의 개략 사시도이다. 도 2는 도 1의 평면도이다.1 is a schematic perspective view of a microfluidic device for amplifying a cationic reaction of a microorganism according to an embodiment of the present invention. 2 is a plan view of Fig.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 미생물의 양주화성 반응의 증폭을 위한 미세유체 장치(100)는 미세유체 디바이스(Microfluidics Device)의 전형적인 재료로 사용되는 PDMS(polydimethylsiloxane) 소재를 통해 제조되며, 마이크로 채널의 구조를 가진다. 보다 상세하게는, 상기 미세유체 장치(100)는 제1챔버(110), 제2챔버(120), 제3챔버(130), 제1통과채널(140), 제2통과채널(150), 제3통과채널(160), 마이크로 채널(170), 복수 개의 집중채널(180)들, 배출채널(195)을 포함한다.Referring to FIGS. 1 and 2, the microfluidic device 100 for amplifying the cationic cathodic reaction of the microorganism is manufactured through a PDMS (polydimethylsiloxane) material which is used as a typical material of a microfluidics device. It has the structure of a channel. More specifically, the microfluidic device 100 includes a first chamber 110, a second chamber 120, a third chamber 130, a first passage channel 140, a second passage channel 150, The third passage channel 160, the micro channel 170, the plurality of concentrated channels 180, and the discharge channel 195 are included.

먼저, 상기 제1챔버(110), 제2챔버(120) 및 제3챔버(130)에는 완충 용액, 실험 대상 미생물이 상기 완충용액에 담겨져 있는 미생물 용액, 먹이가 상기 완충용액에 담겨져 있는 먹이 용액이 각각 투입된다. 즉, 상기 제1챔버(110)에는 순수 완충 용액이, 상기 제2챔버(120)에는 완충 용액과 실험 대상 미생물이, 상기 제3챔버(130)에는 완충 용액과 먹이가 투입된다.First, in the first chamber 110, the second chamber 120 and the third chamber 130, a buffer solution, a microbial solution in which the test target microorganism is contained in the buffer solution, and a food solution in which the food is contained in the buffer solution. Are each injected. That is, the first buffer 110 is a pure buffer solution, the second chamber 120 is a buffer solution and the experiment target microorganisms, the third chamber 130 is a buffer solution and food is introduced.

이러한 제1챔버(110), 제2챔버(120), 제3챔버(130)는 서로 나란히 배열되어 있으며, 각 용액의 투입이 용이하도록 상부가 개방된 형태를 갖는다. 본 실시예에서는 상기 완충 용액에 미생물이 담겨져 있는 용액을 미생물 용액으로, 완충 용액에 먹이가 담겨져 있는 용액을 먹이 용액이라 칭한다. 상기 완충용액은 미생물의 생존을 돕거나 pH를 조절하기 위한 용액(ex, 배양액)일 수 있는데, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The first chamber 110, the second chamber 120, and the third chamber 130 are arranged side by side with each other, the upper portion is open to facilitate the introduction of each solution. In this embodiment, the solution containing the microorganisms in the buffer solution is called a microbial solution, and the solution containing the food in the buffer solution is called a food solution. The buffer solution may be a solution (eg, a culture solution) to help the microorganisms survive or adjust the pH, but the present invention is not necessarily limited thereto.

상기 제1통과채널(140), 제2통과채널(150) 및 제3통과채널(160)은, 상기 제1챔버(110), 상기 제2챔버(120) 및 상기 제3챔버(130)에 각각 연결되어 있어서, 각 챔버에 투입된 완충 용액, 미생물 용액 및 먹이 용액이 개별 배출되게 한다. 이러한 제1통과채널(140), 제2통과채널(150), 제3통과채널(160)의 단부는 상기 마이크로 채널(170)과 일체로 연결되도록 말단부가 서로 모여지는 구조를 갖는다.The first passage channel 140, the second passage channel 150, and the third passage channel 160 are connected to the first chamber 110, the second chamber 120, and the third chamber 130. Each is connected so that the buffer solution, the microbial solution and the feeding solution added to each chamber are discharged separately. End portions of the first passage channel 140, the second passage channel 150, and the third passage channel 160 have a structure in which end portions are gathered together so as to be integrally connected to the micro channel 170.

상기 마이크로 채널(170)은, 상기 미생물 용액을 사이에 두고 양측에 완충용액 및 먹이 용액이 위치한 상태로 서로 합류하여 이동하도록, 상기 제1통과채널(140), 상기 제2통과채널(150) 및 상기 제3통과채널(160)에 일체로 연결되어 연장된다. 이때, 상기 마이크로 채널(170)은 상기 배출된 완충 용액, 미생물 용액 및 먹이 용액이 상기 연장된 길이 방향(x 방향)으로 층류(Laminar flow) 이동하도록 유도하는 역할을 한다.The micro channel 170, the first passage channel 140, the second passage channel 150 and so as to join and move with each other while the buffer solution and the feed solution is located on both sides with the microbial solution therebetween. The third passage channel 160 is integrally connected and extended. In this case, the micro channel 170 serves to guide the discharged buffer solution, the microbial solution and the feeding solution to move the laminar flow in the extended longitudinal direction (x direction).

여기서, 상기 용액은 상기 마이크로 채널(170)을 따라 이동하면서 소정의 확산 과정도 함께 이루어진다. 예를 들어, 상기 먹이 용액은 상기 이동 중에 확산이 되면서 주변으로 퍼진다. 다만, 층류 이동을 바탕으로 확산이 이루어지므로 상기 먹이 용액은 마이크로 채널(170)의 폭 방향에 대해 좌측보다는 상대적으로 우측에 더 많이 존재하면서 상기 폭 방향으로 농도 기울기를 형성하게 된다. 이러한 농도 기울기는 상기 길이 방향의 각 지점 별로 서로 다른 크기로 형성될 수 있다. 또한, 상기 길이 방향의 특정 지점에서는 선형에 가까운 농도 기울기를 형성할 수도 있다. 상기 먹이 용액의 농도 기울기 형성에 따라 상기 미생물의 양주화성 반응의 이동 정도가 상기 각 지점 별로 상이하게 이루어진다.In this case, the solution moves along the microchannel 170 and also undergoes a predetermined diffusion process. For example, the feeding solution spreads around as it diffuses during the movement. However, since the diffusion is based on the laminar flow, the feeding solution is more present on the right side than the left side with respect to the width direction of the microchannel 170, and forms a concentration gradient in the width direction. The concentration gradient may be formed in a different size at each point in the longitudinal direction. In addition, at a specific point in the longitudinal direction, it is possible to form a concentration gradient close to linear. As the concentration gradient of the feed solution is formed, the degree of migration of the cationic reaction of the microorganism is different for each of the points.

상기 복수 개의 집중채널(180)들은 상기 마이크로 채널(170)의 길이 방향 양측에 대칭되도록 형성되어, 상기 먹이 또는 미생물이 집중되게 한다. 만약, 상기 먹이가 집중채널(180)에 집중되고, 이 집중된 먹이가 상기 미생물이 선호하는 먹이라면, 상기 미생물은 양주화성 반응에 의해 상기 먹이가 집중된 집중채널(180) 측으로 유입되게 된다.The plurality of concentrated channels 180 are formed to be symmetrical on both sides of the micro channel 170 in the longitudinal direction, so that the food or microorganisms are concentrated. If the food is concentrated in the concentrated channel 180, and the concentrated food is the preferred food of the microorganism, the microorganism is introduced into the concentrated channel 180 in which the food is concentrated by a positive catalytic reaction.

이러한 집중채널(180)은 상기 마이크로 채널(170)의 길이 방향(x 방향)을 따라 일정 간격(ex, 2㎜)으로 복수 개로 형성되어, 마이크로 채널(170)의 각 길이 지점 별로 미생물의 양주화성 반응의 비교 관찰을 용이하게 한다. 또한, 마이크로 채널(170)의 특정 길이 지점에서의 미생물의 반응 증폭도의 관측을 용이하게 한다.The concentrated channel 180 is formed in plural at regular intervals (ex, 2mm) along the longitudinal direction (x direction) of the microchannel 170, and the positive concentration of microorganisms at each length point of the microchannel 170. Facilitate comparative observation of the reaction. In addition, it facilitates the observation of the reaction amplification degree of the microorganism at a certain length point of the micro channel 170.

상기 마이크로 채널(170)과 상기 집중채널(180) 사이에는 유입채널(190)이 연결되어, 상기 먹이 또는 미생물이 유입되는 통로 역할을 한다. 이러한 유입채널(190)은 도 1 및 도 2에 도시된 형상 이외에 아래의 도 3의 형태도 가능하다.An inflow channel 190 is connected between the micro channel 170 and the concentrating channel 180 to serve as a passage through which the food or microorganism is introduced. The inflow channel 190 may be in the form of FIG. 3 below in addition to the shapes shown in FIGS. 1 and 2.

도 3은 도 1의 유입채널의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다. 이러한 도 3은 유입채널(190) 상에 복수 개의 가지채널(191)들이 형성된 것이다. 상기 가지채널(191)들은 상기 유입채널(190) 상에서 상기 마이크로 채널(170)을 향하여 경사각을 갖도록 연결되어, 상기 유입채널(190)로 유입된 상기 먹이 또는 미생물이 상기 집중채널(180) 내로 향하도록 유도한다(도 3의 화살표 방향 참조). 참고로, 도 3은 상기 집중채널(180)의 직경이 100㎛인 경우의 예를 나타낸다.3 is a perspective view illustrating another embodiment of the inflow channel of FIG. 1. 3 illustrates a plurality of branch channels 191 formed on the inflow channel 190. The branch channels 191 are connected to have an inclination angle toward the microchannel 170 on the inflow channel 190, so that the food or microorganisms introduced into the inflow channel 190 are directed into the concentrated channel 180. (See arrow direction in FIG. 3). For reference, FIG. 3 illustrates an example in which the diameter of the concentrating channel 180 is 100 μm.

상기 배출채널(195)은 상기 마이크로 채널(170) 상에서 그 길이 방향의 끝까지 이동된 각종 용액들이 외부로 배출되게 하는 부분으로서, 배출이 용이하도록 상부가 개방된 형태를 가질 수 있다.The discharge channel 195 is a portion for discharging the various solutions moved to the end of the longitudinal direction on the micro channel 170 to the outside, it may have a form in which the top is open to facilitate the discharge.

이하에서는, 상기 미세유체 장치(100)를 이용한 양주화성 반응의 실시예를 설명한다. Hereinafter, an embodiment of the catalyzed reaction using the microfluidic device 100 will be described.

먼저, 그 일례로서, 상술한 바와 같이, 제1챔버(110)에는 완충 용액, 제2챔버(120)에는 미생물 용액, 제2챔버(120)에는 상기 미생물이 선호하는 먹이 용액이 투입되도록 한다. 그러면, 상기 마이크로 채널(170)을 통해 각 용액에 대한 층류 이동이 유도된다(물론 용액에 대한 소정의 확산 과정도 함께 이루어진다). 이때, 챔버들 중 가장 우측에 위치한 제3챔버(130)로부터 배출된 상기 먹이는, 좌우의 집중채널(180)들 중에서 우측의 집중채널(180)로 보다 집중하게 되며, 상기 미생물도 상기 먹이를 따라 이동하게 되어 우측의 집중채널(180) 상에 보다 집중된다.First, as an example, as described above, the first chamber 110 is a buffer solution, the second chamber 120 is a microbial solution, the second chamber 120 is a feed solution preferred by the microorganisms to be introduced. Then, the laminar flow for each solution is induced through the microchannel 170 (also, a predetermined diffusion process for the solution is also performed). In this case, the food discharged from the third chamber 130 located at the rightmost side of the chambers is more concentrated in the right channel 180 of the right and left concentration channels 180, the microorganisms along the food As it moves, it is concentrated on the intensive channel 180 on the right side.

다른 예로서, 상기 일례의 상태에서 상기 제1챔버(110)에는 상기 제3챔버(130)에 투입된 제1 먹이 용액과 다른 종류의 제2 먹이 용액이 더 투입되도록 한다. 그러면, 상기 집중채널(180)들 중 상기 마이크로 채널(170)의 좌측 집중채널(180)에는 상기 제2 먹이 용액이 집중되고, 우측 집중채널에는 상기 제1 먹이 용액이 집중된다. 이때, 상기 미생물은 상기 제1 먹이 용액과 상기 제2 먹이 용액 중 보다 선호하는 먹이 용액이 존재하는 집중채널 측을 향하여 더욱 이동한다.As another example, in the exemplary state, the first chamber 110 may further include a second feeding solution different from the first feeding solution introduced into the third chamber 130. Then, the second feeding solution is concentrated in the left concentrated channel 180 of the micro channel 170 among the concentrated channels 180, and the first feeding solution is concentrated in the right concentrated channel. At this time, the microorganism further moves toward the concentrated channel side in which the preferred feeding solution of the first feeding solution and the second feeding solution is present.

또 다른 예로서, 상기 일례의 상태에서 상기 제1챔버(110)는 상기 제3챔버(130)에 투입된 제1 농도를 갖는 먹이 용액과 다른 제2 농도의 먹이 용액이 더 투입되도록 한다. 그러면, 상기 집중채널(180)들 중 상기 마이크로 채널(170)의 좌측 집중채널(180)에는 상기 제2 농도의 먹이 용액이 집중되고, 우측 집중채널에는 상기 제1 농도의 먹이 용액이 집중된다. 이때, 상기 미생물은 상기 제1 농도의 먹이 용액과 상기 제2 농도의 먹이 용액 중 보다 선호하는 농도의 먹이 용액이 존재하는 집중채널(180) 측을 향하여 더욱 이동한다. 여기서, 상기 농도란 몰농도를 의미한다.As another example, in the exemplary state, the first chamber 110 allows a feeding solution having a second concentration different from a feeding solution having a first concentration injected into the third chamber 130. Then, the feeding solution of the second concentration is concentrated in the left concentration channel 180 of the micro channel 170 among the concentration channels 180, and the feeding solution of the first concentration is concentrated in the right concentration channel. At this time, the microorganism further moves toward the concentration channel 180 in which the food solution having a more preferred concentration of the food solution of the first concentration and the food solution of the second concentration is present. Here, the concentration means molar concentration.

이하에서는 상기 미세유체 장치(100)를 이용한 미생물의 양주화성 반응의 증폭 방법에 관하여 도 1 및 도 2를 참조로 알아본다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 and 2 with respect to the amplification method of the positive cationic reaction of the microorganism using the microfluidic device 100.

먼저, 완충 용액, 실험 대상 미생물이 상기 완충용액에 담겨져 있는 미생물 용액, 먹이가 상기 완충용액에 담겨져 있는 먹이 용액이 각각 제1챔버(110), 제2챔버(120) 및 제3챔버(130)에 투입된다. First, the buffer solution, the microorganism solution in which the test target microorganism is contained in the buffer solution, and the food solution in which the food is contained in the buffer solution are respectively the first chamber 110, the second chamber 120, and the third chamber 130. Is put into.

이후, 상기 투입된 완충 용액, 미생물 용액 및 먹이 용액이 상기 제1챔버(110), 상기 제2챔버(120) 및 상기 제3챔버(130)에 각각 연결된 제1통과채널(140), 제2통과채널(150) 및 제3통과채널(160)을 통해 각각 배출된다.Subsequently, the first buffer channel 140 and the second passage in which the injected buffer solution, the microbial solution and the feed solution are connected to the first chamber 110, the second chamber 120, and the third chamber 130, respectively. It is discharged through the channel 150 and the third passage channel 160, respectively.

그런 다음, 상기 마이크로 채널(170) 상에서, 상기 미생물 용액을 사이에 두고 양측에 완충용액 및 먹이 용액이 위치한 상태로 서로 합류하여 이동하게 되어, 상기 완충 용액, 미생물 용액 및 먹이 용액이 상기 마이크로 채널의 연장된 길이 방향(x 방향)으로 층류 이동하도록 유도된다.Then, on the micro channel 170, the microbial solution is joined to each other with the buffer solution and the feeding solution located on both sides, and the buffer solution, the microbial solution and the feeding solution are moved to each other. It is induced to laminarly move in the extended longitudinal direction (x direction).

그러면, 상기 마이크로 채널(170)의 길이 방향 양측에 대칭되도록 형성된 복수 개의 집중채널(180)들 상에 상기 먹이 또는 미생물이 집중된다.Then, the food or microorganisms are concentrated on the plurality of concentrated channels 180 formed to be symmetrical to both sides of the micro channel 170 in the longitudinal direction.

본 발명의 실시예에 따르면, 제1챔버(110) 혹은 제2챔버(120) 상에 먹이의 종류와 먹이의 몰농도를 변경하여 실험이 가능하다. 이를 통해, 상기 집중채널(180)들에 상기 먹이 또는 미생물이 집중되는 것에 의해, 상기 마이크로 채널(170) 상에서보다 상기 집중채널(180)들 상에서 상기 미생물이 선호하는 먹이 종류 또는 먹이 농도의 관찰을 더욱 용이하게 한다.According to the exemplary embodiment of the present invention, the experiment may be performed by changing the type of food and the molar concentration of the food on the first chamber 110 or the second chamber 120. Through this, the concentration of the food or microorganisms in the concentrated channels 180, the observation of the type of food or food concentration preferred by the microorganisms on the concentrated channels 180 than on the micro channel 170 To make it easier.

이하에서는 본 실시예의 실험 결과를 통해 상기의 내용을 증명하도록 한다.Hereinafter, the above contents are proved through the experimental results of the present embodiment.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 채널 상에서 미생물의 양주화성 반응 결과를 나타낸 것이다. 먼저, 도 4의 (a)는 미생물에 형광 물질의 첨가를 통해 미생물에 대한 형광 밝기를 분석한 것이다. 예를 들어, 형광 신호의 분석에는 녹색의 형광성 단백질(green fluorescent protein;GFP)을 사용한다. 이러한 GFP는 형광도 즉, 밝기를 이용하여 미생물의 집적도를 확인하는 데 있어서 매우 유용하다.Figure 4 shows the result of the cationic cathodic reaction of the microorganism on the microchannel according to an embodiment of the present invention. First, Figure 4 (a) is to analyze the fluorescence brightness of the microorganism through the addition of a fluorescent material to the microorganism. For example, green fluorescent protein (GFP) is used for the analysis of fluorescent signals. Such GFP is very useful for confirming the degree of integration of microorganisms using fluorescence, that is, brightness.

도 4의 (a)의 경우는, 제1챔버(110)에 투입되는 완충 용액으로서 M9 media를 사용하고, 제3챔버(130)에 투입되는 먹이로서 글루코스(glucise 1mM)를 사용하여 미생물의 이동을 확인한 것이다. 물론, 이때 먹이는 상기 미생물이 선호하는 먹이를 사용한다. 여기서, 마이크로 채널(170) 상에서 용액의 유속은 400㎛/s으로 조절한 경우이다. In the case of FIG. 4A, microorganisms are moved using M9 media as a buffer solution to be injected into the first chamber 110 and glucose (glucise 1 mM) as food to be injected into the third chamber 130. Will be confirmed. Of course, the food used at this time is the food preferred by the microorganism. In this case, the flow rate of the solution on the microchannel 170 is adjusted to 400㎛ / s.

상기 마이크로 채널(170)은 제1챔버(110), 제2챔버(120), 제3챔버(130)로 투입된 각 용액에 대하여 층류 이동을 유도하는 것을 이러한 도 4의 (a) 결과로부터 알 수 있다. 이는 마이크로 채널(170) 내에서 폭 방향으로 3개의 흐름이 경계를 가지고 구분되는 것으로부터 확인이 가능하다. 물론, 각 챔버(110,120,130)에 투입된 용액은 마이크로 채널(170)의 길이 방향(x 방향)을 따라 점점 이동하면서 확산에 의해 그 경계가 조금씩 흐려지지만 층류 이동이 지속적으로 형성됨을 상기의 형광 밝기 신호로부터 알 수 있다.It can be seen from the result of FIG. 4A that the microchannel 170 induces laminar flow for each solution introduced into the first chamber 110, the second chamber 120, and the third chamber 130. have. This can be confirmed from the fact that the three flows in the width direction in the micro channel 170 are separated with boundaries. Of course, the solution injected into each of the chambers 110, 120, and 130 gradually moves along the longitudinal direction (x direction) of the microchannel 170, and the boundary is slightly blurred by diffusion, but the laminar flow is continuously formed. Able to know.

상기 도 4의 (a)의 형광 신호를 보면, 미생물은 상기 마이크로 채널(170) 내에서 폭 방향의 중앙 부근을 따라 x 방향으로 이동하면서 바로 우측 부근의 먹이 쪽을 향해 양주화성 반응이 일어난 것이 관찰된다. 반면, 이 미생물은 먹이가 없고 완충 용액만 있는 바로 좌측 부근을 향해서는 양주화성 반응이 거의 없음을 확인할 수 있다.Referring to the fluorescence signal of FIG. 4 (a), it is observed that the microorganism moves in the x direction along the vicinity of the center in the width direction in the microchannel 170 toward the food side near the right side. do. On the other hand, it can be seen that the microorganisms do not have any cationic catabolism toward the immediate left side where there is no food and only a buffer solution.

그리고, 도 4의 (b)는 마이크로 채널(170)의 좌우 폭 방향을 기준으로 하여, 상기 길이 방향(x 축; 도 4 (a)의 x방향)의 특정 지점(x=0,2,4,6,8㎛) 별로 상기 먹이의 농도 기울기 변화를 살펴본 것이다. 이러한 (b)의 그래프 또한 상기 유속이 400㎛/s인 경우이다. 이는 실제 먹이와 유사한 몰중량을 가지는 형광물질을 이용하여 먹이의 농도 기울기를 간접적으로 관측한 결과이다.4B illustrates a specific point (x = 0, 2, 4) in the longitudinal direction (x axis; x direction in FIG. 4 (a)) based on the left and right width directions of the microchannel 170. , 6,8㎛) will look at the change in the concentration gradient of the food. This graph of (b) is also the case where the flow rate is 400 µm / s. This is an indirect observation of the concentration gradient of the food using a fluorescent material having a molar weight similar to the actual food.

여기서, 상기 마이크로 채널(170)의 폭 방향이란 도 1에서 마이크로 채널(170)의 폭(300㎛) 범위를 의미한다. 도 4의 (b)에서 가로축은 상기 마이크로 채널(170)의 폭 방향 길이를 나타내고, 그리고 세로축은 상기 먹이의 농도와 대응되는 부분이며 먹이의 밝기 정도를 정규화된 값으로 표현한 것이다.Here, the width direction of the micro channel 170 refers to a width (300 μm) range of the micro channel 170 in FIG. 1. In FIG. 4B, the horizontal axis represents the length in the width direction of the microchannel 170, and the vertical axis represents a portion corresponding to the concentration of the food, and expresses the brightness of the food as a normalized value.

이러한 도 4의 (b)에서 좌우 방향으로 3 등분된 영역은, 상기 마이크로 채널(170) 상에서 각 챔버(110,120,130)에 투입된 용액의 층류 이동에 의해 구분되는 영역이며, 이하에서는 좌측에서 우측 방향으로 각각 제1영역, 제2영역, 제3영역으로 명명한다.In FIG. 4B, regions divided into three equal parts in the left and right directions are divided by laminar flow movements of the solutions introduced into the chambers 110, 120, and 130 on the microchannels 170, respectively. The first area, the second area, and the third area are called.

이러한 도 4의 (b)는 미생물의 투입 없이, 제1챔버(110)와 제2챔버(120)에 모두 완충 용액(Buffer)을 투입한 상태에서 제3챔버(130)에 먹이(FITC)를 투입한 경우로서, 미생물과는 관계없이 상기 마이크로 채널(170)을 통과하는 먹이에 대한 상기 특정 지점 별 농도 기울기 변화를 확인할 수 있다. 이 또한 실제 먹이와 유사한 몰중량을 가지는 형광물질을 이용하여 먹이의 농도 기울기를 간접적으로 관측한 결과이다.4 (b) shows that the FITC is fed to the third chamber 130 in a state in which a buffer solution is added to both the first chamber 110 and the second chamber 120 without introducing microorganisms. In the case of input, it is possible to check the change in concentration gradient for each specific point for the food passing through the microchannel 170 regardless of the microorganism. This is also the result of indirect observation of the concentration gradient of the food using a fluorescent material having a molar weight similar to the actual food.

예를 들어, 마이크로 채널(170)의 시작 부분인 x=0인 지점에서 제3영역 부근에는 상기 먹이가 집중되어 있으며, 버퍼 용액이 존재하는 제1영역과 제3영역 상으로는 미량의 먹이만 확산된 것을 알 수 있다. 그리고, x=2인 지점에서 x=4인 지점으로 갈수록, 먹이가 점차로 확산되며, 제2영역 상에서 먹이의 농도는 선형 농도 기울기에 가까운 특성을 나타낸다. 또한, x=6, x=8인 지점으로 향할수록 먹이의 확산이 더 진행되어, 그 이전의 지점에 비해 제1영역, 제2영역 상의 먹이의 농도가 더욱 증가한 것을 알 수 있다.For example, the food is concentrated near the third region at the point of x = 0, the beginning of the microchannel 170, and only a small amount of the food is diffused onto the first region and the third region where the buffer solution exists. It can be seen that. In addition, the food spreads gradually from the point of x = 2 to the point of x = 4, and the concentration of the food on the second region shows a characteristic close to the linear concentration gradient. In addition, it can be seen that the more the diffusion of food proceeds toward the point of x = 6, x = 8, the concentration of the food on the first region and the second region is increased more than the previous point.

도 4의 (c)도 또한, 미생물의 투입 없이, 제1챔버(110)와 제2챔버(120)에 모두 완충 용액(Buffer)을 투입한 상태에서 제3챔버(130)에 먹이(FITC)를 투입한 경우로서, 미생물에 관계없이, 마이크로 채널(170)을 통과하는 먹이에 대한 농도 기울기 변화를 x=4㎜인 지점에서 확인한 것이다. 이때, 유속(50, 100, 200, 400, 800㎛/s)에 변화를 주어 유속에 따른 먹이의 농도 기울기 변화를 확인하였다. 이를 통해, 선형 농도 기울기에 가깝게 하는 유속(ex, 400㎛/s) 범위를 확인할 수 있다. 참고로, 상기 유속은 각 챔버에 대한 시간당 용액 투입량을 변경하는 것에 의해 조절이 가능하다.FIG. 4C also shows that the first chamber 110 and the second chamber 120 are fed to the third chamber 130 in a state in which a buffer solution is added to both the first chamber 110 and the second chamber 120. In the case of inputting, regardless of the microorganism, the change in concentration gradient for the food passing through the micro-channel 170 is confirmed at the point of x = 4 mm. At this time, by changing the flow rate (50, 100, 200, 400, 800㎛ / s) was confirmed the change in the concentration gradient of the food according to the flow rate. Through this, it is possible to check the flow rate (ex, 400㎛ / s) range close to the linear concentration gradient. For reference, the flow rate can be adjusted by changing the solution amount per hour for each chamber.

이상과 같이, 상기 먹이의 농도 기울기 형성에 따라, 상기 미생물은 상기 농도 기울기에 따른 양주화성 반응에 의해 이동을 하게 된다. 이러한 이동에 따라 집중채널(180) 상에 미생물이 집중된 결과는 도 5를 참조한다.As described above, as the concentration gradient of the food is formed, the microorganisms are moved by the cationic reaction according to the concentration gradient. As a result of the concentration of microorganisms on the concentration channel 180 according to the movement, see FIG. 5.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 집중 채널 상에서의 미생물 집중 정도의 결과를 나타낸다. 이러한 도 5는 미생물에 형광성 단백질을 첨가하여 측정한 결과이다. 도 5의 (a)를 참조하면, 밝기 강도가 큰 부분은 미생물이 더욱 집중된 부분을 나타낸다. x=4㎜ 지점에 대한 좌측과 우측의 각 집중채널(초록색 박스, 빨강색 박스)들의 시간 경과에 따른 미생물의 집중도는 각각의 확대 화면을 참조한다. x=4 지점의 우측 집중채널(180)의 경우 시간의 경과에 따라 미생물의 집중도가 점점 증가하는 것이 확인되며, 좌측 집중채널(180)의 경우는 시간의 경과에 따른 미생물의 집중도 변화가 미미한 것이 관측된다. 도 5의 (c)는 마이크로 채널(170)의 길이 방향 지점(x=2,4,6,8㎛) 별로 시간 경과에 따른 미생물의 밝기 강도 및 미생물의 셀의 개수를 나타낸 것으로서, 좌측 집중채널(180) 및 우측 집중채널(180)에 대해 각각 나타낸 것이다. 제1영역에 대응되는 좌측 집중채널(180)의 경우 각 지점 별로 시간에 따른 미생물의 집중도 변화가 미미한 것이 확인이 되며, 제3영역에 대응되는 우측 집중채널(180)의 경우 각 지점 별로 시간 경과에 따른 미생물의 집중도가 증가되는 것이 확인이 된다.Figure 5 shows the results of the degree of microbial concentration on the concentration channel in accordance with an embodiment of the present invention. 5 is a result of measuring by adding a fluorescent protein to the microorganism. Referring to FIG. 5 (a), a portion having a high brightness intensity indicates a portion where microorganisms are more concentrated. Refer to the respective magnification screens for the concentration of the microorganisms over time of the respective concentration channels (green box, red box) on the left and right with respect to the x = 4 mm point. In the case of the right concentration channel 180 at the point x = 4, it is confirmed that the concentration of microorganisms gradually increases with time, and in the case of the left concentration channel 180, the concentration of microorganisms changes little over time. Is observed. FIG. 5 (c) shows the brightness intensity of the microorganisms and the number of cells of the microorganisms over time according to the longitudinal points (x = 2,4,6,8 μm) of the microchannel 170. And 180 for the right intensive channel 180, respectively. In the case of the left concentration channel 180 corresponding to the first region, it is confirmed that the concentration change of the microorganism with time is insignificant for each point, and in the case of the right concentration channel 180 corresponding to the third region, the time has elapsed for each point. It is confirmed that the concentration of microorganisms increases.

도 5의 (a)에서 x=4㎜ 지점에 대한 흰색 박스 부분은 마이크로 채널(170) 내에서의 미생물의 집중 정도의 관측 결과를 나타내다. 마이크로 채널(170) 내에는 앞서와 같이 좌측의 제1영역, 중앙의 제2영역, 우측의 제3영역으로 구분된다. 여기서, 상기 흰색 박스 부분의 밝기 만으로는 상기 미생물이 제1영역과 제3영역 중 어느 부분에 집중되어 위치하는지의 명확한 확인이 힘들다.In FIG. 5A, the white box portion at the point of x = 4 mm represents the observation result of the concentration of microorganisms in the microchannel 170. As described above, the microchannel 170 is divided into a first region on the left side, a second region on the center, and a third region on the right side. Here, the brightness of the white box portion alone makes it difficult to clearly identify which of the first and third regions are concentrated in the microorganism.

그러나, 본 실시예에서는 상기 마이크로 채널(170)의 좌우 측에 각각 집중채널(180)을 형성함에 따라, 제1영역과 제3영역에서 보다 미생물의 반응 정도를 증폭시켜서 미생물의 양주화성 반응의 관찰을 보다 용이하게 한다. 다시 말해서, 마이크로 채널(170)의 흰색 박스 내부에서는 제1영역과 제3영역의 밝기 정도에 확연한 차이가 없어서 미생물이 어떤 영역에 집중되어 있는지 확인이 어려우며, 이는 도 5의 (b)의 실제 밝기 측정 결과에서도 알 수 있다.However, according to the present embodiment, the concentration channels 180 are formed on the left and right sides of the microchannels 170, respectively, thereby amplifying the reaction rate of the microorganisms in the first region and the third region, thereby observing the cationic reaction of the microorganisms. Makes it easier. In other words, in the white box of the microchannel 170, there is no significant difference in the degree of brightness of the first region and the third region, so it is difficult to determine in which region the microorganisms are concentrated, which is the actual brightness of FIG. It can also be seen from the measurement results.

그런데, 본 발명에서는 상기 마이크로 채널(170)의 양측에 집중채널(180)을 사용함으로써 미생물의 양주화성 반응 결과를 증폭하여 확인할 수 있다. 즉, 도 5의 (a)에서 빨강 박스 상의 미생물의 밝기 정도는 초록 박스 상의 밝기보다 현저히 밝음이 확인되며, 이는 상기 집중채널(180)를 부가함으로써 미생물의 반응 정도를 증폭 시켰음을 의미한다.By the way, in the present invention, by using the concentrated channel 180 on both sides of the micro channel 170, it is possible to amplify and confirm the result of the bisponsibility reaction of the microorganism. That is, the brightness of the microorganism on the red box in Figure 5 (a) is found to be significantly brighter than the brightness on the green box, which means that the concentration of the microorganism by amplifying the concentration of the channel 180.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 미생물의 몰농도(molarity) 특성 결과를 나타낸다. 이는 미생물에 형광성 단백질을 첨가하여 측정한 결과이다.Figure 6 shows the results of the molarity (molarity) characteristics of microorganisms according to an embodiment of the present invention. This is the result of adding fluorescent protein to microorganisms.

먼저, 도 6의 (a)는 카본 소스(먹이)의 종류와 농도 별로 미생물의 양주화성 반응의 결과로서, x=4㎜ 지점에서 60분 경과 후 집중채널(180) 상에서의 미생물의 집중 강도 특성을 나타낸다.First, (a) of FIG. 6 shows the concentration intensity of microorganisms on the concentration channel 180 after 60 minutes at x = 4 mm as a result of the catalyzing reaction of the microorganisms according to the type and concentration of carbon source (feed). Indicates.

.예를 들어, 미생물은 1mM 농도의 글루코스와 갈락토스를 선호함을 알 수 있다. 여기서, 카본 소스들 사이의 확산 계수의 차이는 그들의 몰 중량이 유사하기 때문에 무시할 수 있다.For example, it can be seen that microorganisms prefer glucose and galactose at a concentration of 1 mM. Here, the difference in diffusion coefficient between the carbon sources is negligible because their molar weights are similar.

그리고, 도 6의 (b)는 x=2,4,6,8㎜ 지점에서 60분 경과 후 집중채널(180)에 집중된 미생물의 형광 강도를 나타내는 것으로서, 1mM 농도의 다양한 카본 소스에 대하여 측정된 결과이다. 실험 결과, x=4㎜ 지점에서 글루코스 먹이에 대한 양주화성 반응이 가장 활발하게 이루어진 것을 알 수 있다.6 (b) shows the fluorescence intensity of the microorganisms concentrated in the concentration channel 180 after 60 minutes at x = 2,4,6,8 mm, and measured for various carbon sources having a concentration of 1 mM. The result is. As a result of the experiment, it can be seen that the cationic reaction to glucose feed was most active at x = 4 mm.

이러한 도 6의 (b)를 참조하면, 상기 미생물의 케모리셉터(chemoreceptor)의 민감도 특성은 셀의 개수를 분석하는 것을 통해 알 수 있다. 글루코스와 갈락토스의 경우, 상기 미생물은 x=2mm 부근의 집중채널(180)에 집중되기 시작하여 x=4mm 지점의 집중채널(180)에서 포화된다. 그러나, 그 이외의 카본 소스들에 대한 미생물의 양주화성 반응은 x=2,4,6,8mm 지점을 따라 점차로 증가하는 것을 알 수 있다.Referring to (b) of FIG. 6, the sensitivity characteristic of the chemoreceptor of the microorganism may be known by analyzing the number of cells. In the case of glucose and galactose, the microorganisms begin to concentrate in the concentrating channel 180 near x = 2 mm and are saturated in the concentrating channel 180 at the point x = 4 mm. However, it can be seen that the cathodic reaction of microorganisms to other carbon sources gradually increases along the point of x = 2,4,6,8 mm.

이러한 결과로부터 미생물은 카본 소스들 중에서 만노스, 자일로스, 아라비노스보다 글루코스와 갈락토스에 더 민감함을 알 수 있다. 이는 양주화성 반응을 일으키는 각각의 카본 소스들에 대해 미생물이 서로 다른 임계의 집중도를 갖는다는 기존의 보고와 상통한다.These results indicate that the microorganisms are more sensitive to glucose and galactose than carbonaceous mannose, xylose and arabinose. This is in line with previous reports that microorganisms have different critical concentrations for each of the carbon sources causing the catastatic reaction.

도 6의 (c)는 갈락토스와 관련된 케모리셉터가 선택적으로 제거된 trg(JW1417)와 와일드 타입의 미생물에 대한 형광 강도의 비교 결과이다. 물론, 이때 사용된 카본 소스는 갈락토스이다.FIG. 6C is a comparison result of fluorescence intensity of trg (JW1417) in which chemoceptors related to galactose are selectively removed and wild type microorganisms. Of course, the carbon source used at this time is galactose.

갈락토스와 관련된 케모리셉터가 제거된 trg(JW1417)의 경우에는 먹이의 몰 농도의 변화에도 강도 변화가 전혀 없으므로 양주화성 반응이 전혀 일어나지 않고 있다. 그러나, 와일드 타입의 미생물은 갈락토스와 관련된 케모리셉터가 존재하는 미생물로서 먹이의 농도 변화에 따라 양주화성 반응이 일어남이 관찰된다. 이러한 도 6의 (c)와 같은 결과로부터 양주화성 반응은 미생물 상의 케모리셉터 부분에 화학유인물질(chemoattractant)이 부착되는 것에 의해 발생 된다는 것을 증명할 수 있다.In the case of trg (JW1417) without galactose-related chemokine receptor, there is no change in strength even when the molar concentration of food is not changed. However, the wild type of microorganism is a microorganism in which chemoceptors related to galactose are present, and it is observed that cationic reaction occurs according to the change in the concentration of the food. From the results as shown in (c) of FIG. 6, it can be proved that the cationic reaction is generated by attaching a chemoattractant to the chemoceptor portion on the microorganism.

도 6의 (d)는 듀얼 기울기(dual gradient)와 싱글 기울기(dual gradient) 환경에서 미생물의 양주화성 반응을 관찰 비교한 것이다.FIG. 6 (d) shows the comparison of the cathodic reaction of microorganisms in a dual gradient and a single gradient environment.

상기 듀얼 기울기의 경우, 제1챔버(110)와 제3챔버(130)에 각각 아라비노스와 글루코스를 주입하여, 마이크로 채널(170)의 좌우 양쪽에 각 먹이의 농도 기울기를 형성하도록 한다. 즉, 마이크로 채널(170) 상의 좌측에 해당되는 제1영역과 우측에 해당되는 제3영역에 각각 1mM 농도에 대한 글루코스의 농도 기울기(Dual grad.Glucose)와, 1mM 농도에 대한 아라비노스의 농도 기울기(Dual grad.Arabinose)를 각각 형성할 수 있다.In the dual gradient, arabinose and glucose are injected into the first chamber 110 and the third chamber 130, respectively, to form concentration gradients of the respective foods on the left and right sides of the microchannel 170. That is, the concentration gradient of glucose with respect to the concentration of 1 mM and the gradient of the concentration of arabinose with respect to the concentration of 1 mM in the first region corresponding to the left side and the third region corresponding to the right side of the microchannel 170, respectively. (Dual grad.Arabinose) can be formed separately.

싱글 기울기의 경우, 제1챔버(110)에 완충용액을 투입하고 제3챔버(130)에 먹이를 주입하여 제3영역에만 농도 기울기를 형성한 것이다. 이때, 상기 듀얼 기울기 실험과의 비교를 위해 두 가지 먹이(글루코스, 아라비노스)에 대해 각각 실험한다. 즉, 제3챔버(130)에 글루코스를 주입한 경우, 마이크로 채널(170)의 제3영역에 글루코스에 대한 농도 기울기(Single grad.Glucose)를 형성하고, 아라비노스를 주입한 경우 상기 제3영역에 아라비노스에 대한 농도 기울기(Single grad.Arabinose)를 형성한다.In the case of the single slope, the buffer solution is introduced into the first chamber 110 and the feed is injected into the third chamber 130 to form a concentration gradient only in the third region. At this time, for the comparison with the dual slope experiments are tested for each of two foods (glucose, arabinose). That is, when glucose is injected into the third chamber 130, a concentration gradient of glucose (Single grad. Glucose) is formed in the third region of the microchannel 170, and when the arabinose is injected, the third region is formed. Form a concentration gradient for arabinose at (Single grad.Arabinose).

먼저, 싱글 기울기의 결과를 살펴보면, 상기 미생물은 아라비노스 먹이보다 글루코스 먹이에 대해 양주화성 반응이 더욱 활발한 것을 알 수 있다.First, looking at the results of the single slope, it can be seen that the microorganism is more positive cathodic reaction to glucose food than arabinose food.

듀얼 기울기의 결과를 보면, 상기 글루코스와 아라비노스 모두 마이크로 채널(170)의 x=2~4mm 지점까지 미생물의 양주화성 반응이 더디게 일어나다가, 4mm 지점 이후부터는 양주화성 반응이 점차로 증가하는 것이 확인된다. 여기서, 초기의 x=2~4mm 지점까지 미생물의 양주화성 반응이 더딘 이유는 마이크로 채널(170)의 좌측과 우측에 각각 두 종류의 먹이가 개별 농도 기울기를 형성하고 있어서 양쪽의 두 먹이에 대한 미생물의 양주화성 반응의 선택에 혼란이 발생하는 이유를 포함한다. 이러한 4mm 지점을 경과한 이후에는 미생물이 더욱 선호하는 왼쪽의 글루코스 먹이에 대한 미생물의 양주화성 반응이 더욱 크게 발생하면서, 그와 동시에 미생물의 케모리셉터가 더욱 활성화되어 오른쪽의 아라비노스 먹이에 대한 양주화성 반응의 활성에도 기여하게 된다. 즉, 양쪽의 두 종류의 먹이 중에서 미생물이 어느 한 쪽의 먹이를 먹기 시작하면 케모리셉터의 활성에 따라 다른 한 쪽의 먹이에 대해서도 양주화성 반응이 증가하게 된다.From the results of the dual slope, it is confirmed that both the glucose and the arabinose have a positive catalytic reaction of microorganisms to the x = 2-4 mm point of the microchannel 170, and then the positive catalytic reaction gradually increases after the 4 mm point. . Here, the reason why the microorganism's positive catalyzed reaction is slow until the initial x = 2 ~ 4mm point is that the two kinds of foods form the respective concentration gradients on the left side and the right side of the microchannel 170, respectively. The reason why confusion arises in the selection of the cathodic reaction of After this 4 mm point, the microorganism's cathodic response to the glucose feed on the left is more pronounced, and at the same time, the microorganism's chemoriceptor is more activated, and the liquor on the arabinose feed on the right. It also contributes to the activity of the chemical reaction. In other words, when both microorganisms start to eat one of the two types of food, the cationic reaction increases with respect to the other food according to the activity of the chemokine receptor.

주목할 만한 것은, 도 6 (d)에서 x=5mm 지점 이하에서는 싱글 기울기의 아라비노스 환경의 경우, 듀얼 기울기의 아라비노스 환경에서 보다 미생물의 반응이 우세하였다. 그러나, x=5mm 지점을 벗어나면서 듀얼 기울기의 아라비노스 환경에서 미생물의 양주화성 반응의 정도가 싱글 기울기의 아라비노스 환경에서보다 역전하는 현상이 관찰되었다. 즉, 싱글 기울기 환경에서 양주화성 반응의 관찰이 어려운 먹이(ex, 아라비노스)의 경우, 제1챔버(110)와 제3챔버(130)를 이용하여 양주화성 반응도가 더욱 큰 먹이(ex, 글루코스)와 함께 주입하여 마이크로 채널(180) 상에서 듀얼 기울기를 형성하도록 함으로써, 양주화성 반응의 관찰을 보다 용이하게 할 수 있다.Remarkably, in the case of single tilted arabinose environment below the point of x = 5mm in FIG. 6 (d), the reaction of microorganisms was superior to that of the dual tilted arabinose environment. However, beyond the x = 5mm point, the degree of microbial cathodic reaction in the dual gradient arabinose environment was reversed than in the single gradient arabinose environment. That is, in the case of the food (ex, arabinose) in which it is difficult to observe the cationic reaction in a single slope environment, the food having a greater cationic reaction rate is exerted using the first chamber 110 and the third chamber 130. ) To form a dual slope on the microchannel 180, thereby making it easier to observe the catalyzed reaction.

이상과 같은 본 발명에 따른 미세유체 장치(100)는 그 구조가 간단함은 물론이며 먹이와 같은 화학유인물질에 대한 미생물의 반응 정도를 증폭시킬 수 있어서 미생물의 양주화성 반응의 관찰을 용이하게 하며, 미생물이 선호하는 먹이의 종류 및 먹이 농도를 손쉽게 파악할 수 있는 이점이 있다.The microfluidic device 100 according to the present invention as described above is not only simple in structure but also can amplify the degree of reaction of the microorganisms to the chemical attractant such as food, thereby facilitating the observation of the cationic reaction of the microorganisms. In addition, there is an advantage that it is easy to determine the type of food and the food concentration that the microorganism prefers.

즉, 상기 미세유체 장치(100)는 기존의 미세유체 장치에 비해 약 10배 이상의 분해능(resolution)을 가짐에 따라, 박테리아 미생물들에 대한 양주화성 반응의 해석을 매우 용이하게 한다. 이는 화살 형상의 래칫(ratchet) 구조(상기 가지채널)로 연결된 집중채널(180)들 상에 미생물을 단방향적으로 재배치하면서 지속적으로 집중시키는 결과를 도출한다. 결과적으로, 상기 미세유체 장치(100)는 선호하는 먹이 특성뿐만 아니라 미생물의 케모리셉터의 민감도를 분석할 수 있도록 한다. 이상과 같은 미세유체 장치(100)는 상술한 실시예 이외에도 보다 다양한 생명공학적 시스템들에 응용될 수 있음은 자명하다.That is, the microfluidic device 100 has a resolution of about 10 times or more as compared to the conventional microfluidic device, thereby facilitating the analysis of the cathodic reaction to bacterial microorganisms. This leads to a result of continuously concentrating while unidirectionally rearranging the microorganisms on the concentrating channels 180 connected by an arrow-shaped ratchet structure (the branch channel). As a result, the microfluidic device 100 enables to analyze the sensitivity of the microorganism's chemokine as well as the preferred feeding characteristics. It is apparent that the microfluidic device 100 may be applied to various biotechnological systems in addition to the above-described embodiment.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100: 미생물의 양주화성 반응의 증폭을 위한 미세유체 장치
110: 제1챔버 120: 제2챔버
130: 제3챔버 140: 제1통과채널
150: 제2통과채널 160: 제3통과채널
170: 마이크로 채널 180: 집중채널
190: 유입채널 191: 가지채널
195: 배출채널100: microfluidic device for amplification of cationic reaction of microorganism
110: first chamber 120: second chamber
130: third chamber 140: first passage channel
150: second pass channel 160: third pass channel
170: micro channel 180: intensive channel
190: inflow channel 191: branch channel
195: discharge channel

Claims (8)

마이크로 채널의 구조를 갖는 미세유체 장치에 있어서,
완충 용액, 실험 대상 미생물이 상기 완충용액에 담겨져 있는 미생물 용액, 먹이가 상기 완충용액에 담겨져 있는 먹이 용액이 각각 투입되는 제1챔버, 제2챔버 및 제3챔버;
상기 제1챔버, 상기 제2챔버 및 상기 제3챔버에 각각 연결되고, 상기 투입된 완충 용액, 미생물 용액 및 먹이 용액이 각각 배출되게 하는 제1통과채널, 제2통과채널 및 제3통과채널;
상기 미생물 용액을 사이에 두고 양측에 완충용액 및 먹이 용액이 위치한 상태로 서로 합류하여 이동하도록, 상기 제1통과채널, 상기 제2통과채널 및 상기 제3통과채널에 일체로 연결되어 연장되고, 상기 배출된 완충 용액, 미생물 용액 및 먹이 용액이 상기 연장된 길이 방향으로 층류 이동하도록 유도하는 마이크로 채널; 및
상기 마이크로 채널의 길이 방향 양측에 대칭되도록 형성되어 상기 먹이 또는 미생물이 집중되게 하는 복수 개의 집중채널들을 포함하는 미생물의 양주화성 반응의 증폭을 위한 미세유체 장치.In a microfluidic device having a microchannel structure,
A first chamber, a second chamber, and a third chamber into which a buffer solution, a microorganism solution in which the test target microorganism is contained in the buffer solution, and a feed solution in which the food is contained in the buffer solution are respectively injected;
A first passage channel, a second passage channel, and a third passage channel connected to the first chamber, the second chamber, and the third chamber, respectively, for discharging the introduced buffer solution, the microbial solution, and the feed solution;
Extends integrally connected to the first passage channel, the second passage channel, and the third passage channel so as to join and move with each other with the buffer solution and the feeding solution positioned on both sides of the microbial solution, A micro channel for directing the discharged buffer solution, microbial solution and feed solution into the laminar flow in the extended longitudinal direction; And
A microfluidic device for amplifying a catalyzing reaction of a microorganism comprising a plurality of concentrated channels formed to be symmetrical to both sides of the microchannel in the longitudinal direction to concentrate the food or the microorganism. 청구항 1에 있어서,
상기 마이크로 채널과 상기 집중채널 사이에 연결되어 상기 먹이 또는 미생물이 유입되는 유입채널; 및
상기 유입채널 상에서 상기 마이크로 채널을 향하여 경사각을 갖도록 연결되어, 상기 유입채널로 유입된 상기 먹이 또는 미생물이 상기 집중채널 내로 향하도록 유도하는 복수 개의 가지채널들을 더 포함하는 미생물의 양주화성 반응의 증폭을 위한 미세유체 장치.The method according to claim 1,
An inflow channel connected between the micro channel and the concentrating channel to which the food or microorganism is introduced; And
Amplification of the catabolism reaction of the microorganism is further connected to the inclined angle toward the microchannel on the inlet channel, the microorganism further comprises a plurality of branch channels leading to the feed or microorganisms introduced into the inlet channel Microfluidic device for. 청구항 1에 있어서,
상기 제1챔버에는 상기 제3챔버에 투입된 제1 먹이 용액과 다른 종류의 제2 먹이 용액이 더 투입되고,
상기 집중채널들 중 상기 마이크로 채널의 좌측 집중채널에는 상기 제2 먹이 용액이 집중되고, 우측 집중채널에는 상기 제1 먹이 용액이 집중되고,
상기 미생물은 상기 제1 먹이 용액과 상기 제2 먹이 용액 중 보다 선호하는 먹이 용액이 존재하는 집중채널 측을 향하여 더욱 이동하는 미생물의 양주화성 반응의 증폭을 위한 미세유체 장치.The method according to claim 1,
The first chamber is further introduced with a second type of feed solution different from the first feed solution introduced into the third chamber,
The second feeding solution is concentrated in the left concentrated channel of the microchannel among the concentrated channels, and the first feeding solution is concentrated in the right concentrated channel.
The microfluidic device is a microfluidic device for amplifying the catabolism reaction of the microorganism further moves toward the concentration channel side in which the preferred feed solution of the first feed solution and the second feed solution is present. 청구항 1에 있어서,
상기 제1챔버에는 상기 제3챔버에 투입된 제1 농도를 갖는 먹이 용액과 다른 제2 농도의 먹이 용액이 더 투입되고,
상기 집중채널들 중 상기 마이크로 채널의 좌측 집중채널에는 상기 제2 농도의 먹이 용액이 집중되고, 우측 집중채널에는 상기 제1 농도의 먹이 용액이 집중되고,
상기 미생물은 상기 제1 농도의 먹이 용액과 상기 제2 농도의 먹이 용액 중 보다 선호하는 농도의 먹이 용액이 존재하는 집중채널 측을 향하여 더욱 이동하는 미생물의 양주화성 반응의 증폭을 위한 미세유체 장치.The method according to claim 1,
The first chamber is further introduced with a feed solution having a second concentration different from the feed solution having a first concentration introduced into the third chamber,
The feeding solution of the second concentration is concentrated in the left concentration channel of the micro channel among the concentration channels, and the feeding solution of the first concentration is concentrated in the right concentration channel.
The microorganism is a microfluidic device for the amplification of the catabolism reaction of the microorganism further moves toward the concentration channel side in which the more preferred concentration of the food solution of the feed solution of the first concentration and the second concentration of the feed solution. 완충 용액, 실험 대상 미생물이 상기 완충용액에 담겨져 있는 미생물 용액, 먹이가 상기 완충용액에 담겨져 있는 먹이 용액이 각각 제1챔버, 제2챔버 및 제3챔버에 투입되는 단계;
상기 투입된 완충 용액, 미생물 용액 및 먹이 용액이 상기 제1챔버, 상기 제2챔버 및 상기 제3챔버에 각각 연결된 제1통과채널, 제2통과채널 및 제3통과채널을 통해 각각 배출되는 단계;
상기 제1통과채널, 상기 제2통과채널 및 상기 제3통과채널에 일체로 연결되어 연장된 마이크로 채널 상에서, 상기 미생물 용액을 사이에 두고 양측에 완충용액 및 먹이 용액이 위치한 상태로 서로 합류하여 이동하게 되어, 상기 완충 용액, 미생물 용액 및 먹이 용액이 상기 마이크로 채널의 연장된 길이 방향으로 층류 이동하도록 유도되는 단계; 및
상기 마이크로 채널의 길이 방향 양측에 대칭되도록 형성된 복수 개의 집중채널들 상에 상기 먹이 또는 미생물이 집중되는 단계를 포함하는 미생물의 양주화성 반응의 증폭 방법.A buffer solution, a microbial solution in which the test target microorganism is contained in the buffer solution, and a feed solution in which the food is contained in the buffer solution are added to the first chamber, the second chamber, and the third chamber, respectively;
Discharging the introduced buffer solution, the microbial solution and the feed solution through the first passage channel, the second passage channel, and the third passage channel respectively connected to the first chamber, the second chamber, and the third chamber;
On the micro channel extending integrally connected to the first passage channel, the second passage channel and the third passage channel, the microbial solution is joined to each other with the buffer solution and the feeding solution located on both sides with the microbial solution therebetween. Causing the buffer solution, the microbial solution and the feed solution to laminarly move in the extended longitudinal direction of the microchannel; And
Concentrating the feed or microorganisms on a plurality of concentrated channels formed to be symmetrical to both sides in the longitudinal direction of the microchannels. 청구항 5에 있어서,
상기 집중채널들에 상기 먹이 또는 미생물이 집중되는 것에 의해, 상기 마이크로 채널 상에서 보다 상기 집중채널들 상에서 상기 미생물이 선호하는 먹이 종류 또는 먹이 농도의 관찰을 용이하게 하는 미생물의 양주화성 반응의 증폭 방법.The method according to claim 5,
The concentration of the food or microorganisms in the concentrated channels, the method of amplifying the cationic catalytic reaction of the microorganism to facilitate the observation of the food type or the food concentration preferred by the microorganisms on the concentrated channels than on the micro-channel. 청구항 5에 있어서,
상기 제3챔버에 투입된 제1 먹이 용액과 다른 종류의 제2 먹이 용액이 상기 제1챔버에 더 투입된 경우,
상기 먹이 또는 미생물이 집중되게 하는 단계는,
상기 집중채널들 중 상기 마이크로 채널의 좌측 집중채널에는 상기 제2 먹이 용액이 집중되고, 우측 집중채널에는 상기 제1 먹이 용액이 집중되고,
상기 미생물은 상기 제1 먹이 용액과 상기 제2 먹이 용액 중 보다 선호하는 먹이 용액이 존재하는 집중채널 측을 향하여 더욱 이동하는 미생물의 양주화성 반응의 증폭 방법.The method according to claim 5,
When a second feed solution different from the first feed solution added to the third chamber is further added to the first chamber,
Concentrating the food or microorganisms,
The second feeding solution is concentrated in the left concentrated channel of the microchannel among the concentrated channels, and the first feeding solution is concentrated in the right concentrated channel.
The microorganism is amplification method of the catabolism reaction of the microorganism is further moved toward the concentrated channel side where the preferred feed solution of the first feed solution and the second feed solution is present. 청구항 5에 있어서,
상기 제3챔버에 투입된 제1 농도를 갖는 먹이 용액과 다른 제2 농도의 먹이 용액이 상기 제1챔버에 더 투입된 경우,
상기 집중채널들 중 상기 마이크로 채널의 좌측 집중채널에는 상기 제2 농도의 먹이 용액이 집중되고, 우측 집중채널에는 상기 제1 농도의 먹이 용액이 집중되고,
상기 미생물은 상기 제1 농도의 먹이 용액과 상기 제2 농도의 먹이 용액 중 보다 선호하는 농도의 먹이 용액이 존재하는 집중채널 측을 향하여 더욱 이동하는 미생물의 양주화성 반응의 증폭 방법.The method according to claim 5,
When a feeding solution having a second concentration different from the feeding solution having the first concentration introduced into the third chamber is further added to the first chamber,
The feeding solution of the second concentration is concentrated in the left concentration channel of the micro channel among the concentration channels, and the feeding solution of the first concentration is concentrated in the right concentration channel.
Wherein the microorganism is amplification method of positive catalytic reaction of the microorganism is further moved toward the concentration channel side of the food solution of the first concentration and the food solution of the second concentration of the preferred feed solution.
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