KR20120091592A - 디스크형 미세유동장치 - Google Patents

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KR20120091592A
KR20120091592A KR1020110011453A KR20110011453A KR20120091592A KR 20120091592 A KR20120091592 A KR 20120091592A KR 1020110011453 A KR1020110011453 A KR 1020110011453A KR 20110011453 A KR20110011453 A KR 20110011453A KR 20120091592 A KR20120091592 A KR 20120091592A
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삼성전자주식회사
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Abstract

디스크형 미세유동장치의 삽입 오류를 조기에 발견할 수 있도록 개선된 구조를 가지는 디스크형 미세유동장치를 개시한다. 디스크형 미세유동장치는 디스크형의 몸체와, 상기 몸체를 구동하는 구동장치가 결합될 수 있도록 상기 몸체의 중앙부를 관통하는 관통홀을 포함하고, 상기 관통홀은, 상기 구동장치가 상기 몸체의 어느 한 방향으로만 결합될 수 있도록 상기 몸체의 두께를 나누는 중심선을 기준으로 상하 비대칭으로 형성된다.

Description

디스크형 미세유동장치{DISK TYPE MICROFLUIDIC DEVICE}
본 발명은 디스크형 미세유동장치에 관한 것으로, 특히 하나의 디스크형 몸체 내에서 다수의 미세유동구조물이 배치된 장치에서 혈액을 이용한 면역혈청 검사 또는 생화학 검사 등 혈액검사를 수행할 수 있는 디스크형 미세유동장치에 관한 것이다.
소형의 칩(chip) 상에서 생화학적 반응을 포함한 시험을 수행할 수 있도록, 칩 형태의 기판에 미세유동 구조물을 배치하고 여러 단계의 처리 및 조작을 수행할 수 있도록 제작된 장치를 랩온어칩(lab-on-a chip)이라 한다.
미세유동 구조물 내에서 유체를 이송하기 위해서는 구동 압력이 필요한데, 구동 압력으로서 모세관압이 이용되기도 하고, 별도의 펌프에 의한 압력이 이용되기도 한다. 최근에는 디스크 형상의 몸체에 미세유동 구조물을 배치하고 원심력을 이용하여 유체를 이동시키며 일련의 작업을 수행하는 디스크형 미세유동장치들이 제안되고 있다. 이를 일컬어 랩씨디(Lab CD) 또는 랩온어디스크(Lab-on a disk) 또는 디지탈 바이오 디스크(Digital Bio Disk:DBD)라 한다.
디스크형 미세유동장치는 유체를 가두어 둘 수 있는 챔버와, 유체가 흐를 수 있는 채널 및 유체의 흐름을 조절할 수 있는 밸브를 포함하여 이루어지며, 이들의 다양한 조합에 의해 만들어질 수 있다.
디스크형 미세유동장치를 이용하여 혈액검사를 수행하기 위해서 일반적으로 드라이브 장치(일 예로 혈액 검사장치)가 사용되는데, 사용자가 드라이브 장치 내로 디스크형 미세유동장치를 삽입하면 드라이브 장치에 포함된 스핀들 모터 및 스핀들 모터의 축에 결합된 턴테이블이 상향 이동하여 디스크형 미세유동장치의 중앙에 형성된 홀과 결합한 후 디스크형 미세유동장치를 회전시키게 된다.
턴테이블과 결합되는 디스크형 미세유동장치의 중앙에 형성된 홀에는 상하 구분이 되어 있지 않으므로 디스크형 미세유동장치가 상하가 뒤바뀐 상태로 드라이브 장치에 잘못 삽입되는 경우에도 스핀들 모터가 회전할 수 있게 된다. 이러한 경우 약간의 원심력 또는 외부 접촉에도 민감한 디스크형 미세유동장치에 치명적인 손상이 가해질 수 있다.
본 발명의 실시예의 일 측면은 디스크형 미세유동장치를 회전시키는 스핀들 모터의 축에 결합된 턴테이블이 디스크형 미세유동장치의 어느 한 방향으로만 결합될 수 있도록 개선된 디스크형 미세유동장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 디스크형 미세유동장치는 디스크형의 몸체;와, 상기 몸체를 구동하는 구동장치가 결합될 수 있도록 상기 몸체의 중앙부를 관통하는 관통홀;을 포함하고,상기 관통홀은, 상기 구동장치가 상기 몸체의 어느 한 방향으로만 결합될 수 있도록 상기 몸체의 두께를 나누는 중심선을 기준으로 상하 비대칭으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 구동장치는 상기 관통홀과 결합되는 턴테이블과, 상기 턴테이블을 회전시키는 스핀들 모터를 포함할 수 있다.
상기 관통홀에는 상기 턴테이블이 삽입되는 것을 방지하기 위해 상기 중심선을 기준으로 상기 중심선의 상부에 마련되는 적어도 하나 이상의 단차부가 마련될 수 있다.
상기 관통홀은 상기 중심선을 기준으로 상하가 서로 다른 직경을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 턴테이블이 삽입되는 것을 방지하기 위해 상기 중심선을 기준으로 상기 중심선의 상부 직경이 상기 중심선의 하부 직경보다 상대적으로 작게 형성될 수 있다.
상기 몸체의 상면에는 상기 턴테이블이 삽입되는 것을 방지하기 위해 상기 몸체의 상면으로부터 상기 몸체의 두께 방향으로 상향 연장되는 돌기부가 형성될 수 있다.
상기 관통홀의 내주면에는 상기 턴테이블의 삽입을 검출하기 위한 센서가 결합될 수 있다.
상기 관통홀은 경사부를 포함할 수 있다.
상기 턴테이블은 상기 경사부에 삽입될 수 있도록 그 일단이 경사지게 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 다른 측면에 따른 디스크형 미세유동장치는 디스크형의 몸체;와, 상기 몸체를 회전시키는 구동장치가 상기 몸체의 어느 한 방향으로만 결합될 수 있도록 상기 몸체의 중앙부를 관통하며, 상기 몸체의 두께 방향으로 경사지게 형성되는 적어도 하나의 경사부;를 구비하는 관통홀;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 관통홀은 상기 관통홀의 내주면으로부터 돌출되는 적어도 하나의 단차부를 포함할 수 있다.
상기 단차부는 상기 몸체의 하면보다 상대적으로 상기 몸체의 상면에 더 가깝게 배치될 수 있다.
상기 몸체의 상면에는 상기 관통홀과 연통되는 돌출부가 마련될 수 있다.
상기 관통홀의 내주면에는 상기 구동장치의 삽입을 검출하기 위한 센서가 결합될 수 있다.
본 발명에 따르면 디스크형 미세유동장치의 삽입 오류를 조기에 발견할 수 있으므로 오삽입된 디스크형 미세유동장치가 회전하여 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 간단한 구조를 통해 디스크형 미세유동장치의 삽입 오류를 검출할 수 있으므로 디스크형 미세유동장치의 삽입 오류를 검출하기 위한 별도의 장치가 불필요하여 생산비용이 절감된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세유동장치의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세유동장치를 포함하는 혈액검사장치의 구성도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세유동장치의 단면도 및 디스크형 미세유동장치가 구동장치에 정상 삽입된 상태와 오 삽입된 상태를 각각 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 이 실시예에 따른 디스크형 미세유동장치의 단면도 및 디스크형 미세유동장치가 구동장치에 정상 삽입된 상태와 오 삽입된 상태를 각각 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 삼 실시예에 따른 디스크형 미세유동장치의 단면도 및 디스크형 미세유동장치가 구동장치에 정상 삽입된 상태와 오 삽입된 상태를 각각 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세유동장치에 검출센서가 결합된 상태를 도시한 단면도 및 디스크형 미세유동장치가 구동장치에 정상 삽입된 상태와 오 삽입된 상태를 각각 도시한 도면이다.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세유동장치의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 디스크형 미세유동장치(10)는 회전 가능한(예컨대, 디스크 형상의) 몸체(11)와, 몸체(11) 내에 구획되어 유체가 수용될 수 있는 복수의 챔버 및 유체가 흐를 수 있는 복수의 채널과, 몸체(11)의 원통부(12)에 마련된 데이터영역부(13)를 포함한다.
몸체(11)는 그 중심(C)을 축으로 하여 회전할 수 있다. 몸체(11) 내에 배치된 챔버 및 채널에서는 몸체(11)의 회전에 따른 원심력의 작용에 의해 시료의 이동, 원심분리, 혼합 등이 이루어진다.
몸체(11)는 성형이 용이하고, 그 표면이 생물학적으로 비활성인 아크릴, PDMS 등의 플라스틱 소재로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 화학적, 생물학적 안정성과 광학적 투명성 그리고 기계적 가공성을 가지는 소재가 모두 사용될 수 있다.
몸체(11)는 여러 층의 판으로 이루어질 수 있다. 판과 판이 서로 맞닿는 면에 챔버나 채널 등에 해당하는 음각 구조물을 만들고 이들을 접합함으로써 몸체(11) 내부에 공간과 통로를 제공할 수 있다. 판과 판의 접합은 접착제나 양면 접착테이프를 이용한 접착이나 초음파 융착, 레이저 용접 등 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.
몸체(11)의 반경방향 내측에 시료챔버(20)가 배치된다. 시료챔버(20)는 소정량의 혈액을 수용할 수 있도록 구획되고, 시료챔버(20)의 상면에는 시료챔버(20)내부로 혈액을 주입하기 위한 시료주입구(21)가 형성된다.
시료챔버(20)의 바깥쪽에는 반응챔버부(80)가 배치된다. 반응챔버부(80)는 시표챔버와 채널(미도시)들로 연결된다. 반응챔버부(80)에는 시료(혈액)와 각기 다른 종류의 반응을 일으키는 시약들이 각각 저장된다. 시료주입구(21)를 통해 주입된 시료(혈액)는 시료챔버(20) 및 채널(미도시)을 거쳐 반응챔버부(80)로 유입되며, 반응챔버부(80)에 저장된 시약과 혼합된다.
시료챔버(20)와 반응챔버부(80)를 연결하는 채널(미도시)에는 밸브(미도시)가 마련되어 채널(미도시)을 선택적으로 개방하거나 폐쇄함으로써 유체의 흐름을 제어한다.
디스크형 미세유동장치의 원통부(12)에는 미세유동장치의 기준위치를 설정하기 위한 홈포지션부(14)가 반사부재 형태로 마련되고, 원통부(12)의 외면에는 데이터영역부(13)가 마련된다.
데이터영역부(13)는 원통부(12)의 외면에 마련되기 때문에 디스크형 미세유동장치의 사이즈를 증가시킬 필요없이 데드 스페이스를 이용하여 데이터영역부(13)를 마련할 수 있다.
데이터영역부(13)는 바코드의 형식으로 정보를 저장하게 할 수 있다. 바코드(13)에는 디스크형 미세유동장치임을 확인하는 정보, 디스크형 미세유동장치가 정품인지를 인증하는 정보, 검사타입 정보, 제조자 정보, 각 디스크형 미세유동장치에 따라 특정한 진단동작을 수행하게 하는 정보, 유효기간 정보, 시리얼 넘버 등 디스크형 미세유동장치의 식별정보가 포함될 수 있으며, 이 이외에도 필요에 따라 다양한 정보를 포함시킬 수 있음은 물론이다.
따라서, 혈액검사장치는 디스크형 미세유동장치의 바코드(13)를 검지하여 혈액검사장치에 장착된 것이 디스크형 미세유동장치인지 여부를 확인하고, 정품인지 모조품인지 인증할 수 있으며, 미세유동장치(10)의 종류를 판단한 후 해당 디스크의 종류에 적합한 검사방법을 결정할 수 있다.
또한, 검사전 미세유동장치의 유효기간을 확인하여 유효기간이 도과한 미세유동장치의 경우 검사를 보류할 수 있다.
또한, 혈액검사장치는 디스크형 미세유동장치(10)의 시리얼넘버를 확인하여 이미 검사된 디스크형 미세유동장치의 재검사를 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세유동장치를 포함하는 혈액검사장치의 구성도이다.
혈액검사장치는 디스크형 미세유동장치를 회전시키는 구동장치(100)와, 데이터판독부(110), 홈포지션설정부(120), 밸브개폐장치(130), 혈액검사부(140), 출력부(150) 및 상기 각 구성을 제어하는 제어부(160)를 포함하여 이루어진다.
구동장치(100)는 디스크형 미세유동장치를 회전시키고, 반응챔버부(80)가 특정 위치에 도달하도록 디스크형 미세유동장치를 정지 또는 회전시킬 수 있다.
구동장치(100)는 비록 도시되지는 않았으나, 디스크형 미세유동장치(10)의 각 위치(angular position)를 제어할 수 있는 모터 드라이브(motor drive) 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 모터 드라이브 장치는 스텝 모터를 이용한 것일 수도 있고, 직류 모터를 이용한 것일 수도 있다.
데이터판독부(110)는 일 예로 바코드 리더기(110)일 수 있으며, 디스크형 미세유동장치(10)의 원통부(12)에 배치된 데이타영역부(일 예로 바코드)(13)에 광을 조사하고 반사되는 광을 수용하기 위해 원통부(12)를 마주보며 원통부(12)에 소정간격 이격되어 미세유동장치(10)의 몸체(11)에 평행하게 배치된다.
따라서, 데이터판독부(110)는 미세유동장치(10)의 몸체(11)의 상, 하측에 배치되지 아니하고 몸체의 둘레부 외측에 배치함으로써, 혈액검사장치를 슬림화할 수 있다.
본 실시예에 따른 혈액검사장치는 정확한 검사를 위해 디스크형 미세유동장치의 정밀한 기준점 설정이 요구된다.
이를 위해 혈액검사장치는 홈포지션설정부(120)가 마련되는데, 홈포지션설정부(120)는 광원(121)과, 광원(121)의 빛을 받아 전기적 신호를 발생하는 광센서(122)를 포함한다.
광원(121)은 미세유동장치(10)의 원통부(12)를 향해 빛을 조사할 수 있도록 원통부(12)의 외측에서 미세유동장치(10)의 높이에 대응하는 높이에 마련되고, 광센서(122)는 미세유동장치(10)에서 반사되는 빛을 수용할 수 있도록 미세유동장치(10)의 상측에 마련된다.
홈포지션을 설정하기 위한 광경로의 중도에 반사판 등을 설치하여 다양한 광경로를 설정하는 것도 가능함은 물론이다.
광원(121)의 빛이 홈포지션부(14)에 의해 반사된 후 광센서(122)에 입사되는 위치가 홈포지션이 된다.
밸브개폐장치(130)는 디스크형 미세유동장치(10)의 밸브들(미도시)을 개폐하기 위해 마련되는 것으로, 외부에너지원(131)과, 외부에너지원(131)을 개방이 요구되는 밸브(미도시)로 이송시키는 이동유닛(132)을 포함하여 이루어질 수 있다.
외부에너지원(131)은 레이저 빔을 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.
이동유닛(132)은 구동모터(134)와, 외부에너지원(131)이 장착되어 구동모터(134)의 회전에 따라 외부에너지원(131)을 개방이 요구되는 밸브의 상측으로 이동시키기 위한 기어부(133)를 포함하여 이루어질 수 있다.
혈액검사부(140)은 적어도 하나 이상의 발광부(141)와, 발광부(141)에 대응하도록 마련되어 미세유동장치(10)의 반응챔버부(80)를 투과한 빛을 수광하는 수광부(142)를 포함하여 이루어진다.
발광부(141)는 소정 주파수로 점멸하는 광원으로써, 채용 가능한 광원에는 LED(light emitting diode), LD(laser diode) 등의 반도체 발광 소자와 할로겐 램프나 제논(Xenon) 램프와 같은 가스 방전 램프(gas dischare lamp)가 포함된다.
또한, 발광부(141)는 발광부(141)에서 방출된 빛이 반응챔버부(80)를 거쳐 수광부(142)에 도달할 수 있는 위치에 위치된다.
수광부(142)는 입사광의 세기에 따른 전기적 신호를 발생시키는 것으로서, 예를 들면 공핍층 포토 다이오드(depletionlayer photo diode)나 애벌란시 포토 다이오드(APD: avalanche photo diode) 또는 광전자증배관(PMT: photomultiplier tubes) 등이 채용될 수 있다.
본 실시예에서는 발광부(141)가 디스크형 미세유동장치(10)의 상측에 배치되고 수광부(142)는 발광부(141)에 대응하여 디스크형 미세유동장치(10)의 하측에 배치되고 있으나, 발광부(141)와 수광부(142)는 상호 반대의 위치에 위치될 수도 있으며, 반사경 또는 도광 부재(light guide member)(미도시) 등을 이용하여 광 경로를 조정할 수 있음은 물론이다.
제어부(160)는 구동장치(100), 데이터판독부(110), 홈포지션설정부(120), 밸브개폐장치(130), 혈액검사부(140) 등을 제어하여 혈액검사장치의 동작을 원활하게 수행하고, 진단 DB(170)를 검색하여 혈액검사부(140)으로부터 검출된 정보와 진단 DB를 비교 판단함으로써 디스크형 미세유동장치(10)상의 반응챔버부(80)에 수용된 핼액의 질병 유무를 검사한다.
출력부(150)는 진단 내용 및 완료여부를 외부에 출력하기 위한 것으로, 출력부(150)는 LCD(Liquid Crystal Display) 등의 시각적 출력 수단 또는 스피커(Speaker) 등의 청각적 출력 수단 또는 시청각적 출력수단으로 구성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예들에 따른 디스크형 미세유동장치의 오삽입을 방지하기 위한 구성에 대해 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세유동장치의 단면도 및 디스크형 미세유동장치가 구동장치에 정상 삽입된 상태와 오 삽입된 상태를 각각 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세유동장치(10)는 디스크형의 몸체(11)를 회전시키기 위한 구동장치(100)가 결합될 수 있도록 몸체(11)의 중앙부를 관통하는 관통홀(118)을 포함한다.
구동장치(100)는 회전 구동력을 발생시키는 스핀들 모터(102)와, 스핀들 모터(102)와 연결되는 회전축(108)과, 회전축(108)에 결합되며 관통홀(118)에 삽입되어 몸체(11)를 회전시키는 턴테이블(106)을 포함하며, 턴테이블(106)은 관통홀(118)에 삽입되어 관통홀(118)의 내주면에 밀착되는 삽입부(106a)와 턴테이블(106)이 관통홀(118)에 완전히 삽입되었을 때 몸체(11)의 하면(16)에 접하는 지지부(106b)를 구비한다. 구동장치(100)는 몸체(11)가 장착된 상태에서 상향 이동하여 몸체(11)에 형성된 관통홀(118)과 결합한 후 몸체(11)를 회전시키게 된다.
관통홀(118)은 턴테이블(106)이 몸체(11)의 어느 한 방향으로만 결합될 수 있도록 몸체(11)의 두께(t)를 나누는 중심선(C1)을 기준으로 상하 비대칭으로 형성될 수 있다. 관통홀(118)의 내주면은 턴테이블(106)이 삽입될 수 있도록 턴테이블(106)의 삽입부(106a)의 형상에 대응하도록 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세유동장치(10)에 형성되는 관통홀(118)은 턴테이블(106)이 몸체(11)의 어느 한 방향으로만 결합될 수 있도록 경사부(116)를 구비한다. 경사부(116)는 몸체(11)의 하면(16)과 연결되는 관통홀(118)의 일단으로부터 몸체(11)의 상면(15)을 향하는 방향(두께(t)방향)으로 소정 길이 연장된다. 경사부(116)의 일단으로부터 몸체(11)의 상면(15)과 연결되는 관통홀(118)의 타단까지는 일정한 직경(d)을 형성하는 연장부(115)가 형성된다.
이와 같이 관통홀(118)에 경사부(116)와 연장부(115)가 형성됨으로써 몸체(11)의 두께(t)를 나누는 중심선(C1)을 기준으로 상하가 비대칭하게 형성되며, 특히 중심선(C)의 상부 직경이 중심선(C1)의 하부 직경보다 상대적으로 작게 형성된다. 따라서 턴테이블(106)은 경사부(116)와 몸체(11)의 하면(16)이 만나는 부분을 통해 관통홀(118)에 진입하여 삽입될 수는 있으나, 연장부(115)를 통해서는 관통홀(118)에 삽입될 수 없다.
도 4는 디스크형 미세유동장치(10)가 구동장치(100)에 정상 삽입된 상태를 나타낸 것으로, 턴테이블(106)의 삽입부(106a)는 중심선(C1)을 기준으로 중심선(C1)의 하부에 형성된 경사부(116)를 통해 관통홀(118)로 진입하여 경사부(116)와 밀착하게 된다.
그리고 정상적으로 삽입된 디스크형 미세유동장치(10)는 턴테이블(106)과 연결된 스핀들 모터(102), 모터 드라이브(motor drive) 장치(미도시), 제어부(160)에 의한 통상적인 서보 동작에 의해 설정된 속도로 회전하게 된다. 몸체(11)의 회전에 따른 원심력의 작용에 의해 몸체(11) 내부에 주입된 시료의 이동, 원심분리, 몸체(11)의 외주면으로 이동한 시료와 반응챔버부(80)에 위치한 시약들이 서로 혼합되는 과정 등이 정상적으로 수행된다.
한편 디스크형 미세유동장치(10)가 상하가 뒤집힌 상태로 오 삽입된 경우 도 5에 도시된 바와 같이, 연장부(115)의 입구가 턴테이블(106)의 경사진 부분에 걸리게 됨으로써, 턴테이블(106)과 관통홀(118)이 정상적인 상태로 결합되지 못하고 턴테이블(106)의 지지부(106b)와 몸체(11)의 하면(16)은 소정 거리(G1) 만큼 이격된다.
모터 드라이브(motor drive) 장치(미도시) 및 모터 드라이브(motor drive) 장치를 제어하는 제어부(160)는 턴테이블(106)이 관통홀(118)에 완전히 삽입되지 못하는 상태가 일정 시간 유지되거나, 턴테이블(106)이 연장부(115)의 입구에 의해 일정 정도 이상의 압력을 지속적으로 받을 경우 이를 인식하여 구동장치(100)가 관통홀(118)로부터 이탈될 수 있도록 하향 이동시키며, 구동장치(100)를 하향 이동시킨 상태에서 사용자가 몸체(11)를 다시 정상적으로 삽입시킬 수 있도록 디스크형 미세유동장치(10)가 외부로 배출될 수 있도록 한다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세유동장치(10)는 몸체(11)의 중앙부에 마련되는 관통홀(118)에 경사부(116)를 포함함으로써, 사용자가 실수 등에 의해 몸체(11)의 상면(15)과 하면(16)을 반대로 하여 삽입하는 경우에 구동장치(100)가 몸체(11)에 정상적으로 삽입될 수 없게 하여, 오 삽입된 디스크형 미세유동장치(10)가 구동장치(100)에 의해 구동되는 현상을 원천적으로 예방할 수 있도록 한다.
또한, 디스크형 미세유동장치(10)의 몸체(11)와 일체로 형성되는 관통홀(118)의 형상만을 적절히 조절하여 오 삽입된 디스크형 미세유동장치(10)가 구동장치(100)에 의해 구동되는 현상을 방지할 수 있으므로, 디스크형 미세유동장치(10)의 삽입 오류를 검출하기 위한 별도의 장치가 불필요하다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 이 실시예에 따른 디스크형 미세유동장치의 단면도 및 디스크형 미세유동장치가 구동장치에 정상 삽입된 상태와 오 삽입된 상태를 각각 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이 실시예에 따른 디스크형 미세유동장치(200)에 형성되는 관통홀(218)은 턴테이블(106)이 몸체(211)의 어느 한 방향으로만 결합될 수 있도록 마련되는 경사부(216)와, 경사부(216)의 일단으로부터 몸체(211)의 상면(225)과 연결되는 관통홀(218)의 타단까지 일정한 직경(d)을 형성하는 연장부(215)와, 연장부(215)의 내주면으로부터 소정 길이만큼 돌출되는 단차부(219)를 포함한다. 경사부(216)는 연장부(215) 및 단차부(219)에 비해 상대적으로 몸체(211)의 하면(226)에 가깝게 위치한다.
관통홀(218)에 경사부(216) 및 연장부(215)와 단차부(219)가 형성됨으로써 몸체(211)의 두께(t)를 나누는 중심선(C2)을 기준으로 상하가 비대칭하게 형성되며, 특히 중심선(C2)의 상부 직경이 중심선(C2)의 하부 직경보다 상대적으로 작게 형성된다. 따라서 턴테이블(106)은 경사부(216)와 몸체(211)의 하면(226)이 만나는 부분을 통해 관통홀(218)에 진입하여 삽입될 수는 있으나, 단차부(219)를 통해서는 관통홀(218)에 삽입될 수 없다.
도 6은 디스크형 미세유동장치(200)가 구동장치(100)에 정상 삽입된 상태를 나타낸 것으로, 턴테이블(106)의 삽입부(106a)는 중심선(C2)을 기준으로 중심선(C2)의 하부에 형성된 경사부(216)를 통해 관통홀(218)로 진입하여 경사부(216)와 밀착하게 된다.
그리고 정상적으로 삽입된 디스크형 미세유동장치(200)는 턴테이블(106)과 연결된 스핀들 모터(102), 모터 드라이브(motor drive) 장치(미도시), 제어부(160)에 의한 통상적인 서보 동작에 의해 설정된 속도로 회전하게 된다. 몸체(211)의 회전에 따른 원심력의 작용에 의해 몸체(211) 내부에 주입된 시료의 이동, 원심분리, 몸체(211)의 외주면으로 이동한 시료와 반응챔버부(80)에 위치한 시약들 이 서로 혼합되는 과정 등이 정상적으로 수행된다.
한편 디스크형 미세유동장치(200)가 상하가 뒤집힌 상태로 오 삽입된 경우 도 7에 도시된 바와 같이, 단차부(219)가 턴테이블(106)과 걸리게 되어 턴테이블(106)과 관통홀(218)이 정상적인 상태로 결합되지 못하며, 턴테이블(106)의 지지부(106b)와 몸체(211)의 하면(226)은 소정 거리(G2) 만큼 이격된다.
모터 드라이브(motor drive) 장치(미도시) 및 모터 드라이브(motor drive) 장치를 제어하는 제어부(160)는 턴테이블(106)이 관통홀(218)에 완전히 삽입되지 못하는 상태가 일정 시간 유지되거나, 턴테이블(106)이 단차부(219)에 의해 일정 정도 이상의 압력을 지속적으로 받을 경우 이를 인식하여 구동장치(100)가 관통홀(218)로부터 이탈될 수 있도록 하향 이동시키며, 구동장치(100)를 하향 이동시킨 상태에서 사용자가 몸체(211)를 다시 정상적으로 삽입시킬 수 있도록 디스크형 미세유동장치(200)가 외부로 배출될 수 있도록 한다.
이와 같이 연장부(215)의 내주면에 단차부(219)를 추가적으로 형성함으로써 턴테이블(106)이 연장부(215)에 걸리기 전에 단차부(219)에 먼저 걸리게 되므로, 단차부(219)가 없는 구성에 비해 더욱 신속하게 디스크형 미세유동장치(200)의 오 삽입 여부를 검출할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 삼 실시예에 따른 디스크형 미세유동장치의 단면도 및 디스크형 미세유동장치가 구동장치에 정상 삽입된 상태와 오 삽입된 상태를 각각 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 삼 실시예에 따른 디스크형 미세유동장치(300)에 형성되는 관통홀(318)은 턴테이블(106)이 몸체(311)의 어느 한 방향으로만 결합될 수 있도록 마련되는 경사부(316)와, 경사부(316)의 일단으로부터 몸체(311)의 상면(325)과 연결되는 관통홀(318)의 타단까지 일정한 직경을 형성하는 연장부(315)와, 몸체(311)의 상면(325)으로부터 몸체(311)의 두께 방향으로 상향 연장되는 돌기부(332)를 포함한다. 경사부(316)는 연장부(315) 및 돌기부(332)에 비해 상대적으로 몸체(311)의 하면(326)에 가깝게 위치한다.
관통홀(318)에 경사부(316) 및 연장부(315)와 돌기부(332)가 형성됨으로써 몸체(311)의 두께(t)를 나누는 중심선(C3)을 기준으로 상하가 비대칭하게 형성되며, 특히 중심선(C3)의 상부 직경이 중심선(C3)의 하부 직경보다 상대적으로 작게 형성된다. 따라서 턴테이블(106)은 경사부(316)와 몸체(311)의 하면(326)이 만나는 부분을 통해 관통홀(318)에 진입하여 삽입될 수는 있으나, 돌기부(332)를 통해서는 관통홀(318)에 삽입될 수 없다.
도 8은 디스크형 미세유동장치(300)가 구동장치(100)에 정상 삽입된 상태를 나타낸 것으로, 턴테이블(106)의 삽입부(106a)는 중심선(C3)을 기준으로 중심선(C3)의 하부에 형성된 경사부(316)를 통해 관통홀(318)로 진입하여 경사부(316)와 밀착하게 된다.
그리고 정상적으로 삽입된 디스크형 미세유동장치(300)는 턴테이블(106)과 연결된 스핀들 모터(102), 모터 드라이브(motor drive) 장치(미도시), 제어부(160)에 의한 통상적인 서보 동작에 의해 설정된 속도로 회전하게 된다. 몸체(311)의 회전에 따른 원심력의 작용에 의해 몸체(311) 내부에 주입된 시료의 이동, 원심분리, 몸체(311)의 외주면으로 이동한 시료와 반응챔버부(80)에 위치한 시약들 이 서로 혼합되는 과정 등이 정상적으로 수행된다.
한편 디스크형 미세유동장치(300)가 상하가 뒤집힌 상태로 오 삽입된 경우 도 9에 도시된 바와 같이, 돌기부(332)가 턴테이블(106)과 걸리게 되어 턴테이블(106)과 관통홀(318)이 정상적인 상태로 결합되지 못하며, 턴테이블(106)의 지지부(106b)와 몸체(311)의 하면(326)은 소정 거리(G3) 만큼 이격된다.
모터 드라이브(motor drive) 장치(미도시) 및 모터 드라이브(motor drive) 장치를 제어하는 제어부(160)는 턴테이블(106)이 관통홀(318)에 완전히 삽입되지 못하는 상태가 일정 시간 유지되거나, 턴테이블(106)이 단차부(319)에 의해 일정 정도 이상의 압력을 지속적으로 받을 경우 이를 인식하여 구동장치(100)가 관통홀(318)로부터 이탈될 수 있도록 하향 이동시키며, 구동장치(100)를 하향 이동시킨 상태에서 사용자가 몸체(311)를 다시 정상적으로 삽입시킬 수 있도록 디스크형 미세유동장치(300)가 외부로 배출될 수 있도록 한다.
이와 같이 돌기부(332)를 추가적으로 형성함으로써 턴테이블(106)이 연장부(315)에 걸리기 전에 돌기부(332)에 먼저 걸리게 되므로, 돌기부(332)가 없는 구성에 비해 더욱 신속하게 디스크형 미세유동장치(300)의 오 삽입 여부를 검출할 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세유동장치에 검출센서가 결합된 상태를 도시한 단면도 및 디스크형 미세유동장치가 구동장치에 정상 삽입된 상태와 오 삽입된 상태를 각각 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세유동장치(10)의 관통홀(118)에는 구동장치(100)의 턴테이블(106)의 삽입 여부를 검출할 수 있는 검출센서(190)가 더 마련될 수 있다.
검출센서(190)는 관통홀(118)에 삽입되는 턴테이블(106)과 간섭되지 않도록 경사부(116)의 내주면에 삽입될 수 있다. 검출센서(190)는 신호를 발신하는 발신부(미도시)와 발신된 신호가 대상물에 부딪혀 반사되어 돌아오는 것을 수신하는 수신부(미도시)를 포함한다.
도 10은 디스크형 미세유동장치(300)가 구동장치(100)에 정상 삽입된 상태를 나타낸 것으로, 턴테이블(106)의 삽입부(106a)는 중심선(C1)을 기준으로 중심선(C1)의 하부에 형성된 경사부(116)를 통해 관통홀(118)로 진입하며, 삽입부(106a)가 관통홀(118)로 진입하는 과정에서 검출센서(190)는 발신부 및 수신부를 통해 삽입부(106a)의 이동 및 삽입을 감지하게 되며, 검출센서(190)에 의한 감지작업이 완료되면 정상적으로 삽입된 디스크형 미세유동장치(10)는 턴테이블(106)과 연결된 스핀들 모터(102), 모터 드라이브(motor drive) 장치(미도시), 제어부(160)에 의한 통상적인 서보 동작에 의해 설정된 속도로 회전하게 된다.
한편 디스크형 미세유동장치(10)가 상하가 뒤집힌 상태로 오 삽입된 경우 도 11에 도시된 바와 같이, 연장부(115)의 입구가 턴테이블(106)의 경사진 부분에 걸리게 됨으로써, 턴테이블(106)과 관통홀(118)이 정상적인 상태로 결합되지 못하며, 삽입부(106a)는 검출센서(190)에 감지되지 않는다.
모터 드라이브(motor drive) 장치(미도시) 및 모터 드라이브(motor drive) 장치를 제어하는 제어부(160)는 턴테이블(106)의 삽입부(106a)가 검출센서(190)에 의해 일정 시간 동안 감지되지 않는 경우 이를 인식하여 구동장치(100)가 관통홀(118)로부터 이탈될 수 있도록 하향 이동시키며, 구동장치(100)를 하향 이동시킨 상태에서 사용자가 몸체(11)를 다시 정상적으로 삽입시킬 수 있도록 디스크형 미세유동장치(100)가 외부로 배출될 수 있도록 한다.
도시하지는 않았지만 검출센서(190)는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 디스크형 미세유동장치(200,300)의 관통홀(218,318)에 결합되어 상기와 같은 과정을 수행할 수 있음은 자명하다.
10,200,300 : 미세유동장치 11,211,311 : 몸체
12 : 원통부 13 : 데이터영역부
20 : 시료챔버 21 : 시료주입구
80 : 반응챔버부 100 : 구동장치
102 : 스핀들 모터 106 : 턴테이블
110 : 데이터판독부 115,215,315 : 연장부
116,216,316 : 경사부 118,218,318 : 관통홀
120 : 홈포지션설정부 130 : 밸브개폐장치
140 : 혈액검사부 150 : 출력부
160 : 제어부 190 : 검출센서
219 : 단차부 332 : 돌기부

Claims (14)

  1. 디스크형의 몸체;와,
    상기 몸체를 구동하는 구동장치가 결합될 수 있도록 상기 몸체의 중앙부를 관통하는 관통홀;을 포함하고,
    상기 관통홀은,
    상기 구동장치가 상기 몸체의 어느 한 방향으로만 결합될 수 있도록 상기 몸체의 두께를 나누는 중심선을 기준으로 상하 비대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동장치는 상기 관통홀과 결합되는 턴테이블과, 상기 턴테이블을 회전시키는 스핀들 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 관통홀에는 상기 턴테이블이 삽입되는 것을 방지하기 위해 상기 중심선을 기준으로 상기 중심선의 상부에 마련되는 적어도 하나 이상의 단차부가 마련되는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 관통홀은 상기 중심선을 기준으로 상하가 서로 다른 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 턴테이블이 삽입되는 것을 방지하기 위해 상기 중심선을 기준으로 상기 중심선의 상부 직경이 상기 중심선의 하부 직경보다 상대적으로 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 몸체의 상면에는 상기 턴테이블이 삽입되는 것을 방지하기 위해 상기 몸체의 상면으로부터 상기 몸체의 두께 방향으로 상향 연장되는 돌기부가 형성되는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 관통홀의 내주면에는 상기 턴테이블의 삽입을 검출하기 위한 센서가 결합되는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 관통홀은 경사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 턴테이블은 상기 경사부에 삽입될 수 있도록 그 일단이 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  10. 디스크형의 몸체;와,
    상기 몸체를 회전시키는 구동장치가 상기 몸체의 어느 한 방향으로만 결합될 수 있도록 상기 몸체의 중앙부를 관통하며, 상기 몸체의 두께 방향으로 경사지게 형성되는 적어도 하나의 경사부;를 구비하는 관통홀;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 관통홀은 상기 관통홀의 내주면으로부터 돌출되는 적어도 하나의 단차부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 단차부는 상기 몸체의 하면보다 상대적으로 상기 몸체의 상면에 더 가깝게 배치되는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 몸체의 상면에는 상기 관통홀과 연통되는 돌기부가 마련되는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 관통홀의 내주면에는 상기 구동장치의 삽입을 검출하기 위한 센서가 결합되는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
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