KR20130113207A - 타겟 물질 포획용 필터 - Google Patents

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KR20130113207A
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이준영
문희성
김민석
김연정
백상현
심태석
오진미
이정건
이헌주
정효영
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Abstract

타겟 물질 포획용 필터를 제공한다. 본 타겟 물질 포획용 필터는 유체가 유입되는 유입구; 상기 유체의 적어도 일부가 배출되는 배출구; 상기 유입구와 연결된 제1 유로; 상기 배출구와 연결된 제2 유로; 및 상기 제1 유로와 상기 제2 유로 사이에 배치되며, 상기 제1 유로에 흐르는 유체의 적어도 일부를 낙하시켜 타겟 물질을 포획하는 필터부;를 포함한다.

Description

타겟 물질 포획용 필터{filter for capturing target material}
개시된 실시예들은 타겟 물질 포획용 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원 타겟 물질 포획용 필터에 관한 것이다.
암은 조기 발견이 중요하기 때문에, 빠르고 간편하며 정확한 검사 방법을 찾기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 최근에는 혈액 내에 포함되어 있는 순환 종양 세포(circulating tumor cell; CTC)를 혈액으로부터 포획하여 암을 진단하는 방법이 제안되고 있다. 그러나 CTC는 109 개의 세포 중에서 1 개가 발견될 정도로 그 양이 매우 적기 때문에 포획하기가 매우 어렵다. 예를 들어, 유방암의 경우에는 혈액 약 7.5㎖ 중에 약 5개 미만의 CTC가 발견되며, 대장암의 경우에는 혈액 약 7.5㎖ 중에 약 3개 미만의 CTC가 발견될 수 있다. 따라서, 정확한 암진단을 위해서는 희소한 CTC를 소실없이 포획하는 것이 중요하다. 뿐만 아니라, CTC는 쉽게 사멸되기 때문에 세포에 악영향을 미치는 환경을 최소화 하면서 포획이 이루어져야 한다.
CTC의 포획은 예를 들어 혈액 내의 적혈구와 백혈구를 흘려보내고 CTC만을 걸러내는 타겟 물질 포획용 필터를 이용할 수 있다. 그러한 타겟 물질 포획용 필터는 통상적으로 혈액이 흐를 수 있는 미세 유로 내에 기둥 형태의 다수의 복잡한 패턴들이 형성된 구조를 갖는다. 그러면 비교적 크기가 작은 적혈구와 백혈구는 패턴들 사이를 지나갈 수 있지만, 크기가 큰 CTC는 패턴들 사이에 포획될 수 있다. 그러나, 이러한 구조의 타겟 물질 포획용 필터에서는 포획된 CTC에 의해 유로가 폐색될 수 있다. 일단 폐색이 발생하게 되면, CTC에 스트레스가 작용하여 CTC가 손상될 수도 있으며, CTC와 함께 백혈구들이 포획되어 분석 효율이 저하되고 분석 시간이 증가하게 될 수 있다.
본 개시는 유체를 3차원으로 흐르게 하여 유체내의 타겟 물질을 안전하게 포획할 수 있는 타겟 물질 포획용 필터를 제공한다.
일 유형에 따른 타겟 물질 포획용 필터는, 유체가 유입되는 유입구; 상기 유체의 적어도 일부가 배출되는 배출구; 상기 유입구와 연결된 제1 유로; 상기 배출구와 연결된 제2 유로; 및 상기 제1 유로와 상기 제2 유로 사이에 배치되며, 상기 제1 유로에 흐르는 유체의 적어도 일부를 낙하시켜 타겟 물질을 포획하는 필터부;를 포함한다.
그리고, 상기 제1 유로에 흐르는 유체의 진행 방향과 상기 제2 유로에 흐르는 유체의 진행방향은 서로 나란할 수 있다. 상기 제1 유로에 흐르는 유체의 진행 방향과 상기 제2 유로에 흐르는 유체의 진행방향은, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로 사이에 배치된 필터부의 두께 이상 이격되어 서로 나란할 수 있다.
또한, 상기 제1 유로에 흐르는 유체의 진행 방향과 상기 필터부에서 낙하되는 유체의 진행 방향은 서로 수직할 수 있다.
그리고, 상기 필터부는 적어도 하나의 개구를 포함할 수 있다. 상기 필터부는 하나 이상의 개구를 가진 기판일 수 있다. 상기 기판은 평판(plate) 또는 막의 형태를 가는 것일 수 있다. 상기 개구의 길이 즉, 제1 유로, 또는 제2 유로 방향의 길이는 상기 개구의 폭 즉, 제1 유로, 또는 제2 유로 방향과 수직인 방향의 길이보다 길 수 있다. 상기 개구의 깊이 즉, 상기 기판의 두께에 해당하는 길이는 상기 타켓 물질을 통과시킬 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 깊이는 5um 내지 50um일 수 있다. 즉, 상기 개구는 제1 유로, 또는 제2 유로 방향으로 길죽한 형태일 수 있다. 또한, 상기 적어도 하나의 개구는 1차원 또는 2 차원 어레이 형태일 수 있다. 1차원 어레이는 제1 유로, 또는 제2 유로 방향으로 길죽한 형태의 개구가 병렬적으로 나열된 것일 수 있다. 2차원 어레이는 제1 유로, 또는 제2 유로 방향으로 길죽한 형태의 개구가 병렬적으로 2회 이상 나열된 것일 수 있다.
그리고, 상기 개구는 다각형, 원형 및 타원 중 적어도 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 개구의 폭은 타켓 물질이외의 물질을 통과시킬 수 있는 것일 수있다. 상기 개구의 폭은 상기 타겟 물질의 직경보다 작을 수 있다.
그리고, 상기 개구의 길이는 상기 타겟 물질의 직경보다 클 수 있다.
또한, 상기 타겟 물질은 상기 필터부의 일 영역상에 축적될 수 있다.
그리고, 상기 타겟 물질은 상기 필터부 중 상기 타겟 물질의 속도가 줄어드는 영역에 축적될 수 있다.
또한, 상기 제1 유로내에 배치되어 상기 제1 유로에 흐르는 유체를 제어하는 유체 저항부;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 유체 저항부는 마름모 및 다이아몬드의 형태 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유체 저항부는 상기 제1 유로의 내부쪽으로 돌출되어 형성될 수 있다.
한편, 다른 유형에 따른 타겟 물질 포획용 필터는, 제1 기판; 제1 기판과 이격 배치된 제2 기판; 상기 제1 기판의 하면 및 상기 제2 기판의 하면과 접하는 제3 기판; 상기 제1 기판의 하면을 식각하여 형성된 제1 유로; 상기 제2 기판의 상면을 식각하여 형성된 제2 유로; 및 상기 제3 기판을 관통하여 형성되며, 상기 제1 유로에 흐르는 유체 중 타겟 물질을 포획하고 상기 유체 중 적어도 일부를 상기 제2 유로로 흐르도록 하는 필터부;를 포함한다.
그리고, 상기 제1 기판을 관통하여 상기 제1 유로와 접하는 유입구;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 기판 및 상기 제3 기판을 관통하여 상기 제2 유로와 접하는 배출구;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제2 기판을 관통하여 상기 제2 유로와 접하는 배출구;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 필터부는 적어도 하나의 개구를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 개구는 다각형, 원형 및 타원 중 적어도 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 개구의 폭은 상기 타겟 물질의 직경보다 작을 수 있다.
그리고, 상기 개구의 길이는 상기 타겟 물질의 직경보다 클 수 있다.
또한, 상기 타겟 물질은 상기 필터부의 일 영역상에 축적될 수 있다.
그리고, 상기 타겟 물질은 상기 필터부 중 상기 타겟 물질의 속도가 줄어드는 영역에 축적될 수 있다.
개시된 타겟 물질 포획용 필터는 필터부를 통과하는 유체의 진행 방향과 필터부에서 포획되는 타겟 물질의 진행 방향을 다르게 하여 필터부에 가해지는 압력 변화를 최소화할 수 있다
따라서, 압력 변화가 최소화되기 때문에 포획된 타겟 물질의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 포획된 타겟 물질들은 필터부의 일부 영역에 축적되기 때문에 타겟 물질의 분석이 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 물질 포획용 필터의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1타겟 물질 포획용 필터의 분해 사시도이다.
도 3은 상술한 구조를 갖는 타겟 물질 포획용 필터의 개략적인 단면도로서, 도 1의 타겟 물질 포획용 필터를 A-A' 방향으로 절단한 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터부상에서 유체의 y축 방향의 속도를 측정한 결과를 나타낸 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터부상에서 유체의 x축 방향의 속도를 측정한 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터부의 일 영역에 축적된 타겟 물질을 촬영한 도면이다.
도 6a 내지 도 6e은 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 물질 포획용 필터를 제조하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 타겟 물질 포획용 필터의 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 타겟 물질 포획용 필터의 분해 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 타겟 물질을 용이하게 포획할 수 있는 타겟 물질 포획용 필터에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조 부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
먼저, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 물질 포획용 필터(100)의 개략적인 사시도이다. 도 2는 이러한 기판(110, 120, 130)의 표면 구조를 보이는 본 실시예에 따른 타겟 물질 포획용 필터(100)의 개략적인 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2을 참조하면, 일 실시예에 따른 타겟 물질 포획용 필터(100)는 검사될 유체가 유입되는 유입구(112), 검사된 유체가 배출되는 배출구(114), 유입구(112)와 연결되며 유입구(112)를 통해 유입된 유체가 흐르는 제1 유로(116), 배출구(114)와 연결되며 배출구(114)로 유체가 흐르는 제2 유로(152), 제1 유로(116)와 제2 유로(152) 사이에 배치되며 제1 유로(116)에서 흐르는 유체를 낙하시켜 타겟 물질을 포획하는 필터부(132)를 포함할 수 있다.
본 발명의 타겟 물질 포획용 필터에 흐르는 유체는 제1 유로(116), 필터부(132) 및 제2 유로(152)를 흐를 때 진행 방향이 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 유로(116)에 흐르는 유체의 진행 방향과 제2 유로(152)에 흐르는 유체의 진행 방향을 서로 나란할 수 있다. 상기 제1 유로에 흐르는 유체의 진행 방향과 상기 제2 유로에 흐르는 유체의 진행방향은, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로 사이에 배치된 필터부의 두께 이상 이격되어 서로 나란할 수 있다. 그리고, 제1 유로(116)에 흐르는 유체의 진행 방향과 필터부(132)에서 낙하되는 유체의 진행 방향은 서로 수직일 수 있다.
본 실시예에 따른 타겟 물질 포획용 필터(100)는, 예컨대, 상술한 유입구(112), 배출구(114), 제1 유로(116), 제2 유로(152), 필터부(132) 등이 형성되어 있는 평평한 표면을 갖는 3장의 기판(110, 120, 130)을 접합하여 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 먼저 제1 기판(110)은 제1 기판(110)을 관통하여 형성된 유입구(112), 유입구(112)와 연결되어 있으면서 제1 기판(110)의 하면을 식각하여 형성된 제1 유로(116) 및 유입구(112)와 이격 배치되면서 제1 기판(110)을 관통하여 형성된 배출구(114)의 일부(이하 제1 배출구(114a)라고 한다.)를 포함할 수 있다. 제1 기판(110)은 폭(W)이 길이(L)보다 2배 또는 그 이상 넓은 장방형의 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(110)의 폭(W)은 약 3cm, 길이(L)는 약 1.5cm일 수 있다.
제1 기판(110)은 투명한 유리나 투명한 플라스틱 재료로 이루어질 수 있지만, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 제1 기판(110)은 유리, 아크릴레이트(acrylate), 폴리메틸아크릴레이트(polymethylacrylate), PMMA(polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리이미드(polyimide), 에폭시 수지(epoxy resin), PDMS(Polydimethylsiloxane), 파릴렌(parylene) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
제2 기판(130)은 제1 유로(116)에 흐르는 유체 중 타겟 물질을 포획하고 나머지를 통과시키는 필터부(132)를 포함할 수 있다. 필터부(132)는 제2 기판(130)을 관통하는 적어도 하나의 개구(133)로 형성될 수 있다. 상기 필터부는 하나 이상의 개구를 가진 기판일 수 있다. 상기 기판은 평판(plate) 또는 막의 형태를 가는 것일 수 있다. 상기 개구의 길이 즉, 제1 유로, 또는 제2 유로 방향의 길이는 상기 개구의 폭 즉, 제1 유로, 또는 제2 유로 방향과 수직인 방향의 길이보다 길 수 있다. 상기 개구의 깊이 즉, 상기 기판의 두께에 해당하는 길이는 상기 타켓 물질을 통과시킬 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 깊이는 5um 내지 50um일 수 있다. 즉, 상기 개구는 제1 유로, 또는 제2 유로 방향으로 길죽한 형태일 수 있다.
개구(133)는 다각형, 원형 및 타원 중 적어도 하나의 형상으로 형성될 수 있다. 도 2에서 개구(133)는 사각형 형성으로 도시되어 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 상기한 개구(133)의 폭은 상기 타겟 물질의 직경 미만이고, 상기 개구의 폭은 타켓 물질이외의 물질을 통과시킬 수 있는 것일 수있다. 그리하여, 타겟 물질은 개구(133)를 통과하지 않아 필터부(132)상에 축적될 수 있다. 또한, 개구(133)의 길이는 상기 타겟 물질의 직경을 초과할 수 있다. 개구(133)의 길이는 타겟 물질의 직경보다 크기 때문에 타겟 물질로 인해 필터부(132)가 폐색(clogging)되는 것이 방지될 수 있다. 예를 들어, 개구(133)의 폭은 수 내지 수백 um이고, 개구(133)의 길이는 수십 um 내지 수 mm일 수 있다.
또한, 필터부(132)의 적어도 하나의 개구(133)는 1차원 또는 2 차원 어레이 형태일 수 있다. 1차원 어레이는 제1 유로, 또는 제2 유로 방향으로 길죽한 형태의 개구가 병렬적으로 나열된 것일 수 있다. 2차원 어레이는 제1 유로, 또는 제2 유로 방향으로 길죽한 형태의 개구가 병렬적으로 2회 이상 나열된 것일 수 있다.
또한, 제2 기판(130)은 필터부(132)와 이격 배치되면서 제2 기판(130)을 관통하여 형성된 배출구(114)의 나머지(이하 '제2 배출구(114b)'라고 한다)를 포함할 수 있다. 제2 기판(130)도 제1 기판(110)과 동일한 폭(W)과 길이(L)를 가질 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 제2 기판(130)은 제1 기판(110)보다 폭 또는 길이가 다를 수도 있다.
제2 기판(130)은 유리, 석영, 투명 플라스틱, 폴리머, 실리콘, 폴리실록사인(polysiloxanes), 폴리우레탄(polyurethanes), 폴리실리콘-폴리우레탄, 고무, 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머(ethylene-vinyl acetate copolymer), 페놀릭 나이트릴 고무(phnolic nitrile rubber), 스티렌 부타디엔 고무(syrene butadiene rubber), 폴리에테르-블럭-아미드(polyrther-block-amides), 및 폴리올레핀(polyolefins) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
제3 기판(150)은 제3 기판(150)의 상면을 식각하여 형성된 제2 유로(152)를 포함할 수 있다. 제2 유로(152)의 일단은 필터부(132)와 연결되고 타단은 제2 배출구(114b)와 연결될 수 있다. 제3 기판(150)도 역시 제1 기판(110)과 동일한 폭(W)과 길이(L)를 가질 수 있다. 그러나, 필요에 따라서는, 제3 기판(150)이 제 1 기판(110)보다 더 크거나 또는 더 작을 수도 있다. 제3 기판(150)은 포획된 세포나 입자를 관찰할 수 있도록 투명한 유리, 석영, 플라스틱, 폴리머 등의 재료로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 제1 유로(116)는 유입구(112)와 연결되는 영역인 제1 단부(116a), 필터부(132)와 연결되는 영역인 제2 단부(116b), 및 상기 제1 단부(116a)와 제2 단부(116b) 사이의 영역인 제1 중심부(116c)를 가질 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 단부(116a) 및 제2 단부(116b) 각각은 유입구(112) 및 필터부(132)와 대응되는 형태를 갖는다. 그리고, 제1 중심부(116c)는 테이퍼진 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 중심부(116c)는 제1 단부(116a)로부터 제2 단부(116b)를 향하여 점점 넓어질 수 있다. 중심부(124c)는 길이보다 폭이 매우 넓게 형성될 수 있다. 또한, 제2 단부(116b)의 폭과 길이의 비는 3:1 또는 그 이상일 수 있으며, 100:1 이하일 수 있다. 이 경우, 유체의 유속이 지나치게 빨라지는 것을 방지할 수 있고 필터부(132)에 가해지는 압력을 감소시킬 수 있다.
그리고, 제2 유로(152)는 배출구(114)와 연결되는 영역인 제3 단부(152a), 필터부(132)와 연결되는 영역인 제4 단부(152b), 및 상기 제3 단부(152a)와 제4 단부(152b) 사이의 영역인 제2 중심부(152c)를 가질 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제3 단부(152a) 및 제4 단부(152b) 각각은 유입구(112) 및 필터부(132)와 대응되는 형태를 갖는다. 그리고, 제2 중심부(152c)는 테이퍼진 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 중심부(152c)는 제3 단부(152a)로부터 제4 단부(152b)를 향하여 점점 좁아질 수 있다. 그리하여, 배출구(114)로 유체가 용이하게 배출될 수 있다.
도 3은 상술한 구조를 갖는 타겟 물질 포획용 필터(100)의 개략적인 단면도로서, 도 1의 타겟 물질 포획용 필터(100)를 A-A' 방향으로 절단한 단면도이다. 도 3을 참조하여 타겟 물질 포획용 필터(100)의 동작을 설명한다. 예를 들어, 유입구(112)를 통해 유체가 유입되면, 유체는 제1 유로(116), 필터부(132), 제2 유로(152)를 따라 배출구(114)로 흐르게 된다. 여기서 유체는 혈액 유체일 수 있다. 제1 유로(116)의 높이 즉, 제1 기판(110)의 하면에 식각되어 형성된 면과 제2 기판(130)의 상면 사이의 간격은 유체가 용이하게 흐를 수 있는 크기일 수 있다. 예를 들어, 제1 유로(116)의 높이는 약 50um일 수 있다. 이를 위해, 제1 기판(110)의 하면을 식각할 때 약 50um의 깊이로 식각할 수 있다.
타겟 물질 포획용 필터(100)의 길이 방향으로 진행한 유체는 필터부(132)상으로 인집하게 된다. 이때, 유체 중 개구(133)의 폭보다 작은 물질은 개구(133)를 통과하여 제2 유로(152)로 낙하된다. 예를 들어, 상기 제1 유로에 흐르는 유체의 진행 방향과 상기 필터부에서 낙하된 유체의 진행 방향은 서로 수직할 수 있다
상기 제1 유로에 흐르는 유체의 진행 방향과 상기 제2 유로에 흐르는 유체의 진행방향은 서로 나란할 수 있다.
반면, 개구(133)의 폭보다 직경이 큰 타겟 물질은 필터부(132)에 걸리게 된다. 예를 들어, 개구(133)의 폭이 10um일 때, 혈액 유체 내의 적혈구들은 지름이 약 7~8um이고 두께가 약 1~2um인 납작한 원반 형태이기 때문에 필터부(132) 즉, 개구(133)를 통과할 수 있다. 반면, 직경이 약 20um정도로, 개구(133)의 폭보다 크기가 큰 CTC들은 개구(133)를 통과하지 못하여 필터부(132)에 포획될 수 있다.
한편, 필터부(132) 상의 유체는 필터부(132)의 위치에 따라 속도가 다르다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터부(132)상에서 유체의 y축 방향의 속도를 측정한 결과를 나타낸 도면이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터부(132)상에서 유체의 x축 방향의 속도를 측정한 결과를 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b에서 x축은 유입구(112)쪽에서 배출구(114)쪽으로 개구(133)의 길이 나타내며, y축은 유체의 속도를 나타낸다. 예를 들어, 유입구(112)에서 유입된 유체가 개구(133)와 접하는 지점인 개구(133)의 일단을 제1 영역(133a)이라 하고, 제1 영역(133a)과 대향하는 개구의 타단을 제2 영역(133b)이라고 한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 유체는 제1 영역(133a)에서 제2 유로(152) 쪽으로 속도가 급격히 증가하였다가 개구(133)의 가운데 영역에서는 일정한 속도를 유지한다. 그리고, 유체는 제2 영역(133b)쪽으로 갈수록 속도가 급격히 감소하여 제2 영역(133b)에서 O이 된다. 또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 유체는 제1 영역(133a)에서 제2 영역(133b)쪽으로 속도가 급격히 증가하였다가 개구(133)의 가운데 영역에서는 속도가 없다. 그리고, 유체는 제2 영역(133b) 부근에서 속도가 다시 조금 증가하였다가 감소하였다.
도 4a 및 도 4b로부터 유체는 개구(133)의 제1 영역(133a)에서 제2 유로(152) 및 제2 영역(133b)쪽으로 최대의 힘을 받으므로, 대부분의 유체는 제2 영역(133a)에 필터부(132)를 통과한다. 반면, 개구(133)의 폭보다 크기가 큰 타겟 물질은 제1 영역(133a)에서 제2 영역(133b)으로 이동하다가 제2 영역(133b) 부근에서는 힘을 받지 않는다. 따라서, 타겟 물질은 속도가 감소하여 제2 영역(133b) 부근에서 축적되게 된다.
또한, 개구(133)의 길이는 타겟 물질의 직경에 비해 매우 크다. 그리하여, 필터부(132)의 일부 영역에 타겟 물질들이 막고 있더라도, 개구(133)는 유체가 통과할 수 있는 충분한 공간이 있다. 따라서, 필터부(132)가 폐색되지 않는다.
그리고, 타겟 물질이 축적된 영역에는 유체의 유속 및 유압이 거의 없으므로, 포획된 타겟 물질들이 유속 및 유압에 의해 손상되는 일이 거의 발생하지 않는다.
뿐만 아니라, 대부분의 유체는 제1 영역(133a)에서 필터부(132)를 통과하므로, 연속적으로 유입되는 유체와 제2 영역(133b)에 축적된 타겟 물질은 충돌하지 않는다. 그리하여, 타겟 물질이 유체의 충돌에 의한 손상 또는 탈조를 방지할 수 있고, 타겟 물질의 회수율을 높일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 타겟 물질 포획용 필터(100)는 포획된 타겟 물질들을 관찰하기에도 편리하다. 타겟 물질들이 포획되었는지 여부 및 포획된 타겟 물질들의 갯수는 일직선 형태로 형성되어 있는 필터부(132)의 가장자리를 따라 현미경으로 관찰하면 알 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터부(132)의 일 영역에 축적된 타겟 물질을 촬영한 도면이다. 도 5에 도시된 도면으로부터 필터부(132)에 포획된 타겟 물질은 필터부(132)의 가장 자리에 축적됨을 알 수 있다.
다음은 도 6a 내지 도 6e를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 물질 포획용 필터(100)를 제조하는 방법을 설명한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 제1 기판(110)의 상면 및 하면상에 식각 마스크층(310, 320)을 형성한다. 제1 기판(110)은 투명한 유리나 투명한 플라스틱 재료로 이루어질 수 있지만, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 제1 기판(110)은 아크릴레이트(acrylate), 폴리메틸아크릴레이트(polymethylacrylate), PMMA(polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리이미드(polyimide), 에폭시 수지(epoxy resin), PDMS(Polydimethylsiloxane), 파릴렌(parylene) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
식각 마스크층(310, 320)을 포토리소그래피 공정으로 패터닝한다. 그리고, HF 용액에 제1 기판(110)을 습식 식각하여 제1 유로(116)를 형성한다. 제1 유로(116)의 형성시 타겟 물질의 손상을 방지하기 위해 제1 유로(116) 중 유체의 진행 방향이 변경되는 영역은 곡선으로 형성할 수 있다.
그리고, 제1 기판(110)으로부터 식각 마스크층(310, 320)을 제거한 후, 도 6b에 도시된 바와 같이, 제1 기판(110)을 관통하는 유입구(112) 및 제1 배출구(114a)를 형성한다. 유입구(112) 및 제1 배출구(114a)는 샌드 블래스트(sand blast) 공정을 통해 형성될 수 있다. 유입구(112)과 제1 배출구(114a)는 서로 이격 배치되도록 형성될 수 있다. 그리고, 유입구(112)는 제1 유로(116)와 접하도록 형성하고 제1 배출구(114a)는 제1 유로(116)와 접하지 않도록 형성할 수 있다.
다음은 제3 기판(150) 상에 제2 기판(130)을 형성한다. 제2 기판(130)은 실리콘, 폴리실록사인(polysiloxanes), 폴리우레탄(polyurethanes), 폴리실리콘-폴리우레탄, 고무, 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머(ethylene-vinyl acetate copolymer), 페놀릭 나이트릴 고무(phnolic nitrile rubber), 스티렌 부타디엔 고무(syrene butadiene rubber), 폴리에테르-블럭-아미드(polyrther-block-amides), 및 폴리올레핀(polyolefins) 중 적어도 하나로 형성될 수 있고, 제3 기판(150)은 제1 기판(110)은, 유리, 아크릴레이트(acrylate), 폴리메틸아크릴레이트(polymethylacrylate), PMMA(polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리이미드(polyimide), 에폭시 수지(epoxy resin), PDMS(Polydimethylsiloxane), 파릴렌(parylene) 등으로 형성될 수 있다. 또한, 제2 기판(130)과 제3 기판(150)은 하나의 SOG(Silicon On Glass) 웨이퍼일 수 있다.
그리고, 도 6c에 도시된 바와 같이, 제2 기판(130)을 관통하는 제2 배출구(114b) 및 필터부를 형성할 수 있다. 예를 들어, SOG 웨이퍼를 포토리소그래피 공정으로 패터닝한다. 그리고, DRIE(Deep Reactive Ion Etching) 공정으로 실리콘층에 제2 배출구(114b) 및 필터부를 형성한다. 필터부는 적어도 하나의 개구(133)를 포함할 수 있다. 개구(133)의 폭은 타겟 물질의 직경 미만일 수 있다. 그리하여 타겟 물질이 개구(133)를 통과하지 못하게 한다. 반면, 개구(133)의 길이는 타겟 물질의 직경을 초과할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 개구(133)는 1차원 어레이 형태일 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 적어도 하나의 개구(133)는 2차원 어레이 형태일 수도 있다. 제2 배출구(114b)는 적어도 하나의 개구(133)와 이격 배치되도록 형성될 수 있다.
또한, 도 6d에 도시된 바와 같이, 제2 기판(130)의 일부를 식각하여 제2 유로(152)를 형성한다. 제2 유로(152)는 일단은 필터부(132)와 연결되고 타단은 제2 배출구(114b)와 연결되도록 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 배출구(114a) 및 필터부(132)가 형성된 SOW 웨이퍼를 HF 용액으로 습식 식각한다.
그리고 나서, 도 6e에 도시된 바와 같이, 유입구(112), 제1 유로(116) 및 제1 배출구(114a)가 형성된 제1 기판(110)을 제2 배출구(114b) 및 적어도 하나의 개구(133)가 형성된 제2 기판(130)에 결합시킨다. 양극 접합 공정을 이용하여 제1 기판(110)과 제2 기판(130)을 결합시킬 수 있다. 이와 같이, 식각 공정을 이용하여 타겟 물질 포획용 필터(100)를 용이하게 생산할 수 있다.
한편, 타겟 물질 포획용 필터(100)는 제1 유로(116)에 흐르는 유체를 제어하는 수단을 더 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 타겟 물질 포획용 필터(200)의 개략적인 사시도이다. 도 7의 타겟 물질 포획용 필터(200)는 제1 유로(116)의 내부쪽으로 돌출되어 형성된 유체 저항부(118)를 더 포함할 수 있다. 유체 저항부(118)로 인해, 도 7에 도시된 바와 같이, 유입구(112)로부터 유입된 유체는 유체 저항부(118)와 제1 유로(116)의 내벽 사이에 형성된 2개의 좁은 미세 채널(119a, 119b)을 통해 제1 유로(116)의 가장가리 쪽으로 흐르게 된다. 그런 후 유체는 제1 유로(116) 의 가장자리로부터 중앙으로 흐르게 될 수 있다.
이러한 유체 저항부(118)는 유입구(112)로 유입된 유체의 속도와 유선(stream line)의 분포 등을 제어할 수 있다. 예를 들어, 유체 저항부(118)는 유입구(112)로부터 유입된 유체가 직접 제1 유로(116)로 흘러들어가는 것을 방지하여 유체의 속도를 감소시킬 수 있으며, 제1 유로(116)에서의 유체의 속도를 일정한 범위 내에서 유지되게 할 수 있다. 또한, 유체 저항부(118)는 유체의 유선이 제1 유로(116) 내에서 고르게 분포하게 할 수 있으며 각 유선의 길이가 비슷하게 할 수 있다. 따라서, 유체 저항부(118)에 의해 유체가 제1 유로(116)를 따라 고르게 흐르게 될 수 있으며, 필터부(132)의 어느 특정 영역에 유체가 집중되는 것을 방지할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 유체 저항부(118)는 마름모 또는 다이아몬드의 형태를 가질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 유체 저항부(118)의 모양은 삼각형, 사각형 등의 다각형일 수 있으며, 또한, 원형, 타원형, 부채꼴, 유선형 또는 상기 모양들을 조합한 형태 등일 수도 있다.
또한, 도 1 및 도 7에는 제1 기판(110)에 유입구(112)와 배출구(114)가 함께 형성된 것으로 도시되어 있지만, 이는 단순한 하나의 예일 뿐이다. 유입구(112)와 배출구(114)는 다른 기판에 형성될 수도 있다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 타겟 물질 포획용 필터(300)를 도시한 단면도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 유입구(112)는 제1 기판(110)을 관통하여 제1 유로(116)와 접하도록 형성될 수 있고, 배출구(114)는 제3 기판(150)을 관통하여 제2 유로(152)와 접하도록 형성될 수도 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 타겟 물질 포획용 필터에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
100, 200, 300 : 타겟 물질 포획용 필터
110 : 제1 기판 112 : 유입구
114, 154 : 배출구 130 : 제2 기판
132 : 필터부 133 : 개구
150 : 제3 기판 152 : 제2 유로
116 : 제1 유로

Claims (23)

  1. 유체가 유입되는 유입구;
    상기 유체의 적어도 일부가 배출되는 배출구;
    상기 유입구와 연결된 제1 유로;
    상기 배출구와 연결된 제2 유로; 및
    상기 제1 유로와 상기 제2 유로 사이에 배치되며, 상기 제1 유로에 흐르는 유체의 적어도 일부를 낙하시켜 타겟 물질을 포획하는 필터부;를 포함하는 타겟물질 포획용 필터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 유로에 흐르는 유체의 진행 방향과 상기 제2 유로에 흐르는 유체의진행방향은 서로 나란한 타겟 물질 포획용 필터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 유로에 흐르는 유체의 진행 방향과 상기 필터부에서 낙하된 유체의 진행 방향은 서로 수직한 타겟 물질 포획용 필터.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 필터부는 적어도 하나의 개구를 포함하는 타겟 물질 포획용 필터.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개구는 1차원 또는 2 차원 어레이 형태인 타겟 물질 포획용 필터.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 개구는 다각형, 원형 및 타원 중 적어도 하나의 형상으로 형성된 타겟 물질 포획용 필터.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 개구의 폭은 상기 타겟 물질의 직경보다 작은 타겟 물질 포획용 필터.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 개구의 길이는 상기 타겟 물질의 직경보다 큰 타겟 물질 포획용 필터.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 타겟 물질은 상기 필터부의 일 영역상에 축적되는 타겟 물질 포획용 필터.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 타겟 물질은 상기 필터부 중 상기 타겟 물질의 속도가 줄어드는 영역에 축적되는 타겟 물질 포획용 필터.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 유로내에 배치되어 상기 제1 유로에 흐르는 유체를 제어하는 유체 저항부;를 더 포함하는 타겟 물질 포획용 필터.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 저항부는 마름모 및 다이아몬드의 형태 중 적어도 하나를 포함하는 타겟 물질 포획용 필터.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 저항부는 상기 제1 유로의 내부쪽으로 돌출되어 형성된 타겟 물질 포획용 필터.
  14. 제1 기판;
    제1 기판과 이격 배치된 제2 기판;
    상기 제1 기판의 하면 및 상기 제2 기판의 하면과 접하는 제3 기판;
    상기 제1 기판의 하면을 식각하여 형성된 제1 유로;
    상기 제2 기판의 상면을 식각하여 형성된 제2 유로; 및
    상기 제3 기판을 관통하여 형성되며, 상기 제1 유로에 흐르는 유체 중 타겟 물질을 포획하고 상기 유체 중 적어도 일부를 상기 제2 유로로 흐르도록 하는 필터부;를 포함하는 타겟 물질 포획용 필터.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제1 기판을 관통하여 상기 제1 유로와 접하는 유입구;를 더 포함하는 타겟 물질 포획용 필터.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 상기 제3 기판을 관통하여 상기 제2 유로와 접하는 배출구;를 더 포함하는 타겟 물질 포획용 필터.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 제2 기판을 관통하여 상기 제2 유로와 접하는 배출구;를 더 포함하는 타겟 물질 포획용 필터.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 필터부는 적어도 하나의 개구를 포함하는 타겟 물질 포획용 필터.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 개구는 다각형, 원형 및 타원 중 적어도 하나의 형상으로 형성된 타겟 물질 포획용 필터.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 개구의 폭은 상기 타겟 물질의 직경보다 작은 타겟 물질 포획용 필터.
  21. 제 18항에 있어서,
    상기 개구의 길이는 상기 타겟 물질의 직경보다 큰 타겟 물질 포획용 필터.
  22. 제 14항에 있어서,
    상기 타겟 물질은 상기 필터부의 일 영역상에 축적되는 타겟 물질 포획용 필터.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 타겟 물질은 상기 필터부 중 상기 타겟 물질의 속도가 줄어드는 영역에 축적되는 타겟 물질 포획용 필터.
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