KR20210012723A - Microfluidics apparatus and method for separation of animalcule - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a microfluidic apparatus for the separation of animalcules, including: a filter unit to which a cultured animalcule sample including animalcules, animalcule eggs, algae as feed for animalcules is introduced to carry out filtering of the algae; and a separation unit which includes a piezoelectric plate, a combed electrode deposited on the piezoelectric plate and receiving alternating signals to generate surface elastic waves, and a microfluidic chip adhered onto the piezoelectric plate, while being spaced apart from the combed electrode, and provided with a micro-scaled channel portion formed with a predetermined length and receiving the cultured animalcule sample, from which the algae is filtered by the filter unit, so that the sample may flow in the microfluidic chip linearly and then may be divided into both sides to discharge the animalcules from one side and to discharge the animalcule eggs and algae from the other side, wherein the surface elastic waves generated at the combed electrode after the application of the alternating signals are transferred to the channel portion in such a manner that the cultured animalcule sample may be moved in the transverse direction in the channel portion.

Description

미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치 및 방법{MICROFLUIDICS APPARATUS AND METHOD FOR SEPARATION OF ANIMALCULE}Microfluidic device and method for separation of micro-animals {MICROFLUIDICS APPARATUS AND METHOD FOR SEPARATION OF ANIMALCULE}

본 발명은 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 미소동물 배양 샘플에서 미세조류 군집을 제거한 후 음향 방사력을 이용하여 미소동물을 비접촉식으로 분리할 수 있는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microfluidic device and method for separating microanimals, and specifically, microanimal separation capable of non-contact separation of microanimals using acoustic radiation after removing microalgae clusters from microanimal culture samples It relates to a microfluidic device and method for the.

미소동물(animalcule)이란 육안으로는 식별이 어렵고 현미경으로 볼 수 있는 동물을 일컫는 말이다.The term “animalcule” refers to an animal that is difficult to identify with the naked eye and can be seen under a microscope.

특히, 일반적으로 물곰이라고 알려져 있는 완보동물(tardigrade)은 현존 동물 중 가장 뛰어난 생존력을 바탕으로 극지는 물론 적도, 심해, 고산지대에 이르기까지 지구 전체에 걸쳐 서식한다.(도 1)In particular, tardigrade, which is generally known as a water bear, inhabits the entire earth from polar regions as well as equator, deep sea, and alpine regions based on the best viability among existing animals (Fig. 1).

이러한 완보동물의 강력한 생존력은 극한 환경에 노출되면 신진대사를 멈추고 휴면상태(cryptobiosis)로 전환하는 것에 기인한다.(도 2)The strong viability of these slow animals is due to their metabolism stops and transitions to cryptobiosis when exposed to extreme environments (Fig. 2).

신진대사가 멈춰진 휴면상태의 완보동물은 먹지도 않고 호흡하지도 않으며 생명을 유지한다.Dormant slow-down animals whose metabolism is stopped do not eat or breathe and sustain life.

휴면상태에서 완보생물은 단백질, 체내 수분 등을 트레할로스(trehalose)라는 당분으로 감싸 세포 파괴를 방지하며, 항산화제를 다량으로 생산하여 DNA 파괴를 막고 손상된 DNA를 보수한다.In the dormant state, the complementary organism wraps proteins and water in the body with a sugar called trehalose to prevent cell destruction, and produces a large amount of antioxidants to prevent DNA destruction and repair damaged DNA.

학계에 보고된 바에 따르면, 완보동물은 절대영도에 가까운 -272℃의 극저온, 150℃ 이상의 고온, 대기압의 1000배 이상의 고압, 진공상태에서 생존할 수 있고, 570000 rad 이상의 방사능(인간 치사량 약 500 rad)과 각종 독성물질에도 강한 내성을 갖고 있다.According to academia, carcasses can survive in cryogenic temperatures of -272°C, high temperatures of 150°C or more, high pressures more than 1000 times the atmospheric pressure, and vacuum conditions close to absolute zero, and radioactivity of 570,000 rad or more (human lethal dose about 500 rad). ) And various toxic substances.

완보동물은 다양한 극한 환경에서 생존할 수 있는 고유한 특성 때문에 발생생물학적 연구를 위한 새로운 모델동물(model animal)로 각광받고 있다.Because of their unique characteristics that can survive in a variety of extreme environments, carcasses are in the spotlight as new model animals for developmental biology studies.

다양한 극한 환경에서 생존하기 위한 휴면상태 전환 연구를 중심으로 활발한 연구가 수행되고 있으며, 휴면상태 전환 능력에 연관된 유전체, 단백질체, 대사체 분석 연구도 각광을 받고 있다.Active research is being conducted centering on the study of the dormant state transition to survive in various extreme environments, and studies on the analysis of genomes, proteomics, and metabolites related to the dormant state transition ability are also in the spotlight.

완보동물 연구를 위해서는 자연에서 채집된 완보동물을 실험실 내에서 배양한 후 배양샘플에서 분리해야 한다.For the study of carcasses, carcasses collected in nature must be cultured in a laboratory and then separated from culture samples.

이때, 배양샘플은 완보동물의 먹이인 미세조류(algae), 완보동물 알(egg)을 포함한다.At this time, the culture sample includes microalgae, which is food for slow animals, and eggs of slow animals.

1 mm 이내의 크기를 갖는 완보동물 분리를 위해서 수작업 기반의 방법이 널리 사용되고 있다.A manual-based method is widely used for separating carcasses having a size within 1 mm.

대표적인 방법으로는 미세한 바늘(needle), 마이크로파이펫(micropipette), 와이어 어윈 루프(wire Irwin loop)를 이용한 방법이 있다.(비특허문헌 1 내지 3)Representative methods include a method using a fine needle, a micropipette, and a wire Irwin loop (Non-Patent Documents 1 to 3).

하지만, 이들 방법은 사람이 일일이 손으로 개별 완보동물을 분리해야 하기 때문에 많은 시간과 노력을 요구한다.However, these methods require a lot of time and effort because humans have to separate individual carcasses by hand.

또한, 최근 보고된 연구에 따르면 이러한 수작업 기반의 완보동물 분리 방법은 완보동물과 분리 도구의 접촉을 요구하기 때문에 샘플오염에 취약하여 잘못된(false-positive;긍정오류) 연구 결과의 원인이 된다.In addition, according to a recently reported study, this manual-based method of separating the caravan requires contact between the caravan and the separating tool, so it is susceptible to sample contamination and is the cause of false-positive research results.

아울러, 다른 완보동물 분리 방법으로 여과지(filter paper)를 이용한 방법이 있다.(비특허문헌 4)In addition, there is a method using filter paper as another method for separating slow animals (Non-Patent Document 4).

하지만 여과지 기반 완보동물 분리는 분리 시간이 오래 걸리고, 완보동물이 여과지의 기공(pore)으로 기어가는 것(crawling)에 의존하기 때문에 분리된 완보동물의 개체수가 일정하지 않다는 한계를 지닌다. However, since the separation of the filter paper-based slower animals takes a long time to separate and depends on the crawling of the slower animals into the pores of the filter paper, the number of separated slower animals is not constant.

상술한 바와 같이 배양된 완보동물로 실험을 하기 위해서는 배양액에서 미세한 바늘(needle), 마이크로파이펫(micropipette), 와이어 어윈 루프(wire Irwin loop), 여과지(filter paper) 등을 이용하여 접촉식 방식으로 완보동물을 분리해야 하는데, 1㎜ 이내의 몸길이를 갖는 완보동물을 접촉식 방식으로 분리하는 것은 숙련된 연구자에게도 매우 까다로운 작업이다.In order to experiment with the cultured slower animals as described above, use a fine needle, micropipette, wire Irwin loop, filter paper, etc. in the culture medium in a contact method. It is necessary to separate animals, but separating a carcass with a body length of less than 1 mm by a contact method is a very tricky task even for experienced researchers.

또한, 이처럼 접촉식 방식으로 분리한 완보동물을 대상으로 한 연구는 Koutsovoulos 등 (2016)이 지적한 바와 같이, 샘플 오염이 빈번히 발생해 정확한 완보동물 연구가 어려운 문제점이 있다.In addition, as pointed out by Koutsovoulos et al. (2016), the study on the tenacious animal separated by the contact method has a problem that it is difficult to accurately study the tenacious animal due to frequent sample contamination.

KR 10-1810066 B1 (2017.12.20.공고)KR 10-1810066 B1 (2017.12.20.announcement)

Gross V, Minich I, Mayer G. 2017. External morphogenesis of the tardigrade Hypsibius dujardini as revealed by scanning electron microscopy. Journal of Morphology 278: 563-573. Gross V, Minich I, Mayer G. 2017. External morphogenesis of the tardigrade Hypsibius dujardini as revealed by scanning electron microscopy. Journal of Morphology 278: 563-573. Degma P, Katina S, Sabatovicova L. 2011. Horizontal distribution of moisture and Tardigrada in a single moss cushion. Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research 49: 71-77. Degma P, Katina S, Sabatovicova L. 2011. Horizontal distribution of moisture and Tardigrada in a single moss cushion. Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research 49: 71-77. Sands CJ, Convey P, Linse K, McInnes SJ. 2008. Assessing meiofaunal variation among individuals utilising morphological and molecular approaches: an example using the Tardigrada. BMC Ecology 8: 7. Sands CJ, Convey P, Linse K, McInnes SJ. 2008. Assessing meiofaunal variation among individuals utilising morphological and molecular approaches: an example using the Tardigrada. BMC Ecology 8: 7. Koutsovoulos G, Kumar S, Laetsch DR, Stevens L, Daub J, Conlon C, Maroon H, Thomas F, Aboobaker AA, Blaxter M. 2016. No evidence for extensive horizontal gene transfer in the genome of the tardigrade Hypsibius dujardini. Proceedings of the National Academy of Sciences 113: 5053-5058. Koutsovoulos G, Kumar S, Laetsch DR, Stevens L, Daub J, Conlon C, Maroon H, Thomas F, Aboobaker AA, Blaxter M. 2016.No evidence for extensive horizontal gene transfer in the genome of the tardigrade Hypsibius dujardini. Proceedings of the National Academy of Sciences 113: 5053-5058.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 여러 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 미소동물 배양 샘플에서 미세조류 군집을 제거한 후 음향 방사력을 이용하여 미소동물을 비접촉식으로 분리할 수 있는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been conceived to solve the various problems of the prior art as described above, and after removing the microalgae cluster from the microanimal culture sample, using the acoustic radiation force for the separation of microanimals capable of non-contact separation of microanimals An object thereof is to provide a microfluidic device and method.

본 발명의 다른 목적은, 미소동물을 비접촉식으로 분리하여 미소동물 배양 샘플이 오염되는 것을 방지하여 미소동물에 대한 연구를 정확하게 수행할 수 있고, 고속으로 분리할 수 있어 분리시간을 크게 줄일 수 있도록 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치 및 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to separate micro-animals in a non-contact manner to prevent contamination of micro-animal culture samples so that research on micro-animals can be accurately carried out, and separation time can be greatly reduced by separating at high speed. It is to provide a microfluidic device and method for separating microanimals.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1관점에 따른 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치는, 미소동물, 미소동물의 알(egg), 미소동물의 먹이가 되는 미세조류(algae)를 포함하여 이루어진 미소동물 배양샘플이 내부로 유입되어 미세조류 군집을 필터링하는 필터 유닛; 및 압전기판과, 상기 압전기판 위에 증착되어 교류 신호를 인가받아 표면 탄성파를 발생시키는 빗살무늬전극(IDT;Interdigital Transducer)과, 블럭 형태로 이루어져 상기 빗살무늬전극과 이격되어 상기 압전기판 위에 접착되고 내부에는 상기 필터 유닛에서 미세조류 군집이 필터링된 미소동물 배양샘플이 주입되어 일직선으로 유동하다가 양 갈래로 나뉘어 한쪽으로는 미소동물이 배출되고 다른 한쪽으로는 미소동물의 알과 미세조류가 배출되도록 마이크로 스케일의 채널부가 소정 길이로 형성되는 미세 유체칩으로 이루어진 분리 유닛;을 포함하고, 상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파는 상기 채널부 내에서 미소동물 배양샘플이 횡방향으로 이동가능하게 상기 채널부에 전달되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above objects, the microfluidic device for separating micro-animals according to the first aspect of the present invention includes micro-algae, micro-animals, eggs of micro-animals, and algae. A filter unit for filtering microalgae clusters by flowing into the microanimal culture sample comprising a; And a piezoelectric substrate, an interdigital transducer (IDT) that is deposited on the piezoelectric substrate to generate a surface acoustic wave by receiving an alternating current signal, and is formed in a block shape, which is separated from the comb pattern electrode and adhered to the piezoelectric substrate. The micro-animal culture sample filtered by the microalgae cluster from the filter unit is injected into the micro-scale so that it flows in a straight line, and then is divided into two branches to discharge micro-animals on one side and the eggs and microalgae of micro-algae on the other side. A separation unit consisting of a microfluidic chip in which the channel portion of the channel portion is formed to have a predetermined length, and the surface acoustic wave generated from the comb-patterned electrode by receiving the alternating current signal allows the microanimal culture sample to move horizontally within the channel portion It is characterized in that the transmitted to the channel unit.

이때, 상기 필터 유닛은, 소정 길이로 이루어지고, 일측에는 유입구가 형성되며, 타측에는 유출구가 형성되고, 상기 유입구 및 유출구와 각각 연통되게 소정 길이로 내부에 채널이 형성된 필터칩; 및 복수로 마련되어 상호간 이격되게 상기 채널에 설치되어 상기 유입구로부터 유입되는 미소동물 배양샘플 중 미세조류 군집을 필터링하는 마이크로 필터;를 포함하여 이루어진다.At this time, the filter unit is made of a predetermined length, an inlet is formed on one side, an outlet is formed on the other side, and a filter chip having a channel formed therein to a predetermined length so as to communicate with the inlet and outlet, respectively; And a plurality of micro-filters provided in the channel to be spaced apart from each other to filter the microalgal clusters among micro-animal culture samples introduced from the inlet.

또한, 상기 마이크로 필터는, 기둥 형태로 이루어진 복수의 마이크로포스트(micropost)가 서로 인접하여 배치되되, 상기 유출구 방향으로 볼록한 호(弧) 형태로 배치되는 것이 바람직하다.In addition, in the micro-filter, a plurality of microposts formed in a columnar shape are disposed adjacent to each other, and it is preferable that they are disposed in a convex arc shape in the direction of the outlet.

이러한 마이크로포스트는 원기둥 또는 다각 기둥 형태로 형성되고, 상기 복수의 마이크로포스트 상호 간의 간격은 미소동물, 미소동물의 알 및 미세조류는 통과할 수 있지만 미세조류 군집은 통과할 수 없게 수십 ㎛로 이루어지는 것이 바람직하다.These microposts are formed in the form of a cylinder or a polygonal column, and the space between the plurality of microposts is made of several tens of µm so that micro-algae, eggs of micro-algae, and microalgae can pass, but microalgae colonies cannot pass. desirable.

아울러, 상기 빗살무늬전극은, 상기 압전기판의 양측 단부에 형성된 각각의 제1전극단자 및 제2전극단자로부터 이들의 방향을 따라 서로 교번하고 서로를 향해 폭 방향으로 연장 형성되는 복수의 제1손가락 전극 및 제2손가락 전극이 서로의 사이에 끼워져 포크 2개의 끝이 마주보도록 겹치되 서로 닿지 않도록 엇갈리게 놓인 패턴 형상으로 증착된 것을 특징으로 한다.In addition, the comb-patterned electrode is a plurality of first fingers formed at both ends of the piezoelectric substrate alternately along their directions from each of the first electrode terminals and the second electrode terminals and extending in the width direction toward each other. It is characterized in that the electrode and the second finger electrode are sandwiched between each other and overlapped so that the ends of the two forks face each other, but are deposited in a pattern shape in which they are placed alternately so as not to touch each other.

이때, 상기 복수의 제1손가락 전극 및 제2손가락 전극을 이루는 금속선들은

Figure pat00001
의 너비를 가지며, 각 금속선 간의 간격도
Figure pat00002
로 형성되되, 여기서, λ는 상기 표면 탄성파의 파장이다.At this time, the metal wires constituting the plurality of first finger electrodes and second finger electrodes
Figure pat00001
Has a width, and the spacing between each metal wire is also
Figure pat00002
It is formed as, where λ is the wavelength of the surface acoustic wave.

또한, 상기 복수의 제1손가락 전극 및 제2손가락 전극의 각각의 너비와 상기 제1손가락 전극 및 제2손가락 전극 사이의 간격은 길이방향을 따라 선형적으로 가변되게 형성되어 전체적으로 사다리꼴 형상의 경사진 빗살무늬 형태를 이루도록 할 수도 있다.In addition, the widths of each of the plurality of first and second finger electrodes and the distance between the first and second finger electrodes are formed to be linearly variable along the length direction, and are generally inclined in a trapezoidal shape. You can also try to form a comb pattern.

아울러, 상기 채널부는, 상기 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 전달되도록 소정 길이로 이루어지되, 상기 필터 유닛에서 상기 미세조류 군집이 필터링된 미소동물 배양샘플이 주입되는 주입구와 연결되어 일직선으로 형성된 제1채널; 상기 제1채널의 끝단 중 상기 빗살무늬전극과 인접한 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제1배출구와 연결된 제2채널; 및 상기 제1채널의 끝단 중 상기 빗살무늬전극과 먼 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제2배출구와 연결된 제3채널;로 이루어지고, 상기 제2채널 및 제3채널은 역 브이자(∧) 형태로 이루어지며, 상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 상기 제1채널에 전달되는 경우 상기 미소동물의 알과 미세조류는 상기 제2채널로 유동하여 제1배출구로 배출되고, 상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 상기 제1채널에 전달되는 경우 미소동물은 상기 제3채널로 유동하여 제2배출구로 배출되는 것을 특징으로 한다.In addition, the channel portion is formed in a predetermined length so that the surface acoustic wave generated from the comb electrode is transmitted, and the filter unit is connected to an injection port through which the microalgal culture sample filtered. 1 channel; A second channel extending obliquely downward from the outer side of the first channel from a portion of the end of the first channel adjacent to the comb electrode and connected to the first outlet; And a third channel extending obliquely downward from the end of the first channel to the outer side of the first channel from a portion far from the comb pattern electrode and connected to the second outlet, wherein the second channel and the third channel are It is made in the form of an inverted vija (∧), and when the surface acoustic wave generated from the comb-patterned electrode is transmitted to the first channel by receiving the AC signal, the eggs and microalgae of the micro-animal flow to the second channel. When the surface acoustic wave generated by the comb pattern electrode is transmitted to the first channel by being discharged through the first discharge port and receiving the AC signal, the micro animal flows through the third channel and is discharged through the second discharge port. .

또한, 상기 채널부는, 상기 주입구와 인접한 상기 제1채널 부분에서 상기 빗살무늬전극과 인접한 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제1유체 주입구와 연결된 제1가이드 채널; 및 상기 주입구와 인접한 상기 제1채널 부분에서 상기 빗살무늬전극과 먼 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제2유체 주입구와 연결된 제2가이드 채널;을 더 포함하고, 상기 제1가이드 채널 및 제2가이드 채널은 브이자 형태(∨)로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the channel portion may include: a first guide channel extending from a portion adjacent to the comb-pattern electrode at a portion of the first channel adjacent to the injection hole to be inclined upwardly outward of the first channel and connected to the first fluid injection hole; And a second guide channel extending obliquely upwardly outward of the first channel from a portion distant from the comb pattern electrode at a portion of the first channel adjacent to the injection port and connected to the second fluid injection port, and the first channel. It is preferable that the guide channel and the second guide channel have a Vja shape (∨).

이때, 상기 제1유체 주입구와 제2유체 주입구로 주입되는 유체는, 생체적합액체(biocompatible liquid)이고, 상기 제1가이드 채널을 통해 유동하는 유체의 유량보다 상기 제2가이드 채널을 통해 유동하는 유체의 유량이 더 많아 미소동물 배양샘플이 빗살무늬전극과 가깝게 위치하도록 하는 것이 바람직하다.At this time, the fluid injected into the first fluid inlet and the second fluid inlet is a biocompatible liquid, and the fluid flowing through the second guide channel is higher than the flow rate of the fluid flowing through the first guide channel. It is preferable that the micro-animal culture sample is located close to the comb electrode because the flow rate of is higher.

한편, 본 발명의 제2관점에 따른 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 방법은, 소정 길이로 이루어지고 일측에는 유입구가 형성되며 타측에는 유출구가 형성되고 상기 유입구 및 유출구와 각각 연통되게 소정 길이로 내부에 채널이 형성된 필터칩과, 복수로 마련되어 상호간 이격되게 상기 채널에 설치되어 상기 유입구로부터 유입되는 미소동물 배양샘플 중 미세조류 군집을 필터링하는 마이크로 필터를 포함하는 필터 유닛을 이용하여 미세조류 군집을 필터링하는 필터링 단계; 및 압전기판과, 상기 압전기판 위에 증착되어 교류 신호를 인가받아 표면 탄성파를 발생시키는 빗살무늬전극과, 블럭 형태로 이루어져 상기 빗살무늬전극과 이격되어 상기 압전기판 위에 접착되고 내부에는 상기 필터링 단계에서 미세조류 군집이 필터링된 미소동물 배양샘플이 주입되어 일직선으로 유동하다가 양 갈래로 나뉘어 한쪽으로는 미소동물이 배출되고 다른 한쪽으로는 미소동물의 알과 미세조류가 배출되도록 마이크로 스케일의 채널부가 소정 길이로 형성되는 미세 유체칩으로 이루어진 분리 유닛을 이용하여 미소동물을 분리하는 미소동물 분리단계;를 포함하고, 상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파는 상기 채널부 내에서 미소동물 배양샘플이 횡방향으로 이동가능하게 상기 채널부에 전달되도록 하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the microfluidic method for separating microanimals according to the second aspect of the present invention has a predetermined length, an inlet is formed on one side, and an outlet is formed on the other side, and has a predetermined length so as to communicate with the inlet and outlet, respectively. Filtering microalgae clusters using a filter chip including a filter chip having a plurality of channels and a micro filter installed in the channel to be spaced apart from each other to filter the microalgae clusters among the microalgae culture samples introduced from the inlet. Filtering step; And a piezoelectric substrate, a comb-pattern electrode deposited on the piezoelectric substrate to generate a surface acoustic wave by receiving an alternating current signal, and a block shape, spaced apart from the comb-pattern electrode, and adhered to the piezoelectric plate. The micro-animal culture sample filtered from the algae community is injected and flows in a straight line, and then divided into two branches to discharge the micro-animals on one side and the eggs and microalgae of micro-animals on the other. Micro-animal separation step of separating micro-animals using a separation unit made of a microfluidic chip to be formed; Including, the surface acoustic wave generated from the comb pattern electrode by receiving the AC signal is a micro-animal culture sample in the channel portion It is characterized in that it is transmitted to the channel portion so as to be movable in the transverse direction.

또한, 상기 채널부는, 상기 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 전달되도록 소정 길이로 이루어지되, 상기 필터 유닛에서 상기 미세조류 군집이 필터링된 미소동물 배양샘플이 주입되는 주입구와 연결되어 일직선으로 형성된 제1채널; 상기 제1채널의 끝단 중 상기 빗살무늬전극과 인접한 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제1배출구와 연결된 제2채널; 및 상기 제1채널의 끝단 중 상기 빗살무늬전극과 먼 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제2배출구와 연결된 제3채널;로 이루어지고, 상기 제2채널 및 제3채널은 역 브이자(∧) 형태로 이루어지며, 상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 상기 제1채널에 전달되는 경우 상기 미소동물의 알과 미세조류는 상기 제2채널로 유동하여 제1배출구로 배출되고, 상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 상기 제1채널에 전달되는 경우 미소동물은 상기 제3채널로 유동하여 제2배출구로 배출된다.In addition, the channel portion is formed in a predetermined length so that the surface acoustic wave generated from the comb electrode is transmitted, and the filter unit is connected to an injection port through which the microalgae culture sample filtered. 1 channel; A second channel extending obliquely downward from the outer side of the first channel from a portion of the end of the first channel adjacent to the comb electrode and connected to the first outlet; And a third channel extending obliquely downward from the end of the first channel to the outer side of the first channel from a portion far from the comb pattern electrode and connected to the second outlet, wherein the second channel and the third channel are It is made in the form of an inverted vija (∧), and when the surface acoustic wave generated from the comb-patterned electrode is transmitted to the first channel by receiving the AC signal, the eggs and microalgae of the micro-animal flow to the second channel. When the surface acoustic wave generated by the comb electrode is transmitted to the first channel by being discharged through the first discharge port and receiving the AC signal, the micro animal flows through the third channel and discharged through the second discharge port.

아울러, 상기 채널부는, 상기 주입구와 인접한 상기 제1채널 부분에서 상기 빗살무늬전극과 인접한 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제1유체 주입구와 연결된 제1가이드 채널; 및 상기 주입구와 인접한 상기 제1채널 부분에서 상기 빗살무늬전극과 먼 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제2유체 주입구와 연결된 제2가이드 채널;을 더 포함하고, 상기 제1가이드 채널 및 제2가이드 채널은 브이자 형태(∨)로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the channel portion may include: a first guide channel extending from a portion adjacent to the comb-pattern electrode at a portion of the first channel adjacent to the injection hole to be inclined upwardly outward of the first channel to be connected to the first fluid injection hole; And a second guide channel extending obliquely upwardly outward of the first channel from a portion distant from the comb pattern electrode at a portion of the first channel adjacent to the injection port and connected to the second fluid injection port, and the first channel. It is preferable that the guide channel and the second guide channel have a Vja shape (∨).

또한, 상기 제1가이드 채널을 통해 유동하는 유체의 유량보다 상기 제2가이드 채널을 통해 유동하는 유체의 유량이 더 많아 미소동물 배양샘플이 빗살무늬전극과 가깝게 위치하도록 하는 것이 바람직하다.In addition, since the flow rate of the fluid flowing through the second guide channel is higher than the flow rate of the fluid flowing through the first guide channel, it is preferable that the microanimal culture sample is located close to the comb electrode.

전술한 과제의 해결수단에 의하면 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.According to the above-described problem solving means, the present invention has the following effects.

본 발명은 필터 유닛과 분리 유닛을 마련함으로써 미소동물 배양 샘플에서 미세조류 군집을 제거한 후 음향 방사력을 이용하여 미소동물을 비접촉식으로 분리할 수 있도록 하여 미소동물 배양 샘플이 오염되는 것을 방지하여 미소동물에 대한 연구를 정확하게 수행할 수 있고, 고속으로 분리할 수 있어 분리시간을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.The present invention provides a filter unit and a separation unit to remove microalgae clusters from micro-animal culture samples, and then use acoustic radiation to separate micro-animals in a non-contact manner to prevent contamination of micro-animal culture samples. It is possible to accurately conduct research on and separating at high speed, thus greatly reducing the separation time.

이처럼 미소동물이 오염되지 않도록 분리하여 미소동물의 생존 메커니즘을 규명함으로써 인간을 포함한 유기체의 생명력을 증진시킬 수 있고, 기존의 초파리나 예쁜 꼬마선충 등을 대체할 수 있는 차세대 모델 생물을 확보하여 우주 생물학과 극지 생물학을 비롯한 생물학 연구 전반에 막대한 기여를 할 수 있을 것이다.By separating micro-animals from contamination and identifying the survival mechanisms of micro-animals, the vitality of organisms including humans can be improved, and next-generation model organisms that can replace existing fruit flies and pretty little nematodes are secured, It will be able to make a huge contribution to all biological research, including polar biology.

도 1은 완보동물을 나타낸 도면이다.
도 2는 다양한 극한 환경에 대한 완보동물의 휴면상태 전환을 나타낸 도면이다.
도 3은 완보동물 배양 샘플에서 완보동물을 분리하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치에 채용된 필터 유닛을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 A부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 6은 현미경을 이용하여 도 4의 필터 유닛을 관찰하는 상태를 나타낸 사진이다.
도 7은 도 5의 마이크로 필터에 미세조류 군집(algal cluster)이 필터링된 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치에 채용된 분리 유닛을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 (b-c)부분을 확대하여 나타낸 도면으로서, 빗살무늬전극에 교류 신호가 인가되지 않아 표면 탄성파가 채널부로 전달되지 않는 상태를 나타낸 것이다.
도 10은 도 8의 (b-c)부분을 확대하여 나타낸 도면으로서, 빗살무늬전극에 교류 신호가 인가되어 표면 탄성파가 채널부로 전달되는 상태를 나타낸 것이다.
도 11은 도 8에서 빗살무늬전극을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11의 빗살무늬전극의 변형예를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a slow-down animal.
2 is a diagram showing the transition of the dormant state of the slow-down animal to various extreme environments.
3 is a diagram schematically showing a process of separating a slow animal from a slow animal culture sample.
4 is a view showing a filter unit employed in the microfluidic device for separating microanimals according to the present invention.
5 is an enlarged view of part A of FIG. 4.
6 is a photograph showing a state of observing the filter unit of FIG. 4 using a microscope.
FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which algal clusters are filtered through the micro filter of FIG. 5.
8 is a view showing a separation unit employed in the microfluidic device for separation of micro-animals according to the present invention.
FIG. 9 is an enlarged view of a portion (bc) of FIG. 8, and shows a state in which surface acoustic waves are not transmitted to the channel portion because an AC signal is not applied to the comb electrode.
FIG. 10 is an enlarged view of part (bc) of FIG. 8, and shows a state in which an AC signal is applied to the comb-patterned electrode so that the surface acoustic wave is transmitted to the channel part.
11 is a view showing an enlarged comb pattern electrode in FIG. 8.
12 is a diagram showing a modified example of the comb pattern electrode of FIG. 11.

이하, 본 발명에 따른 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들에 의거하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어와 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석해야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of a microfluidic device and method for separating microanimals according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. For reference, terms and words used in the specification and claims should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventors appropriately explain the concept of terms in order to describe their own invention in the best way. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. In addition, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical spirit of the present invention, so various alternatives that can be substituted for them at the time of application It should be understood that there may be equivalents and variations.

도 3은 완보동물 배양 샘플에서 완보동물을 분리하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.3 is a diagram schematically showing a process of separating a slow animal from a slow animal culture sample.

본 발명은 미소동물을 비접촉 방식으로 분리하기 위한 미세유체역학 장치에 관한 것으로서, 이하에서는 완보동물(tardigrades)을 예로 들어서 설명하기로 한다.The present invention relates to a microfluidic device for separating micro-animals in a non-contact manner, and hereinafter, it will be described by taking tardigrades as an example.

본 발명에 따른 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치는, 미세조류 군집(Algal cluster)을 제거하기 위한 필터 유닛과, 미세조류 군집이 포함된 완보동물 배양샘플(Raw sample)에서 완보동물(tardigrade)을 선택적으로 분리하기 위한 분리 유닛을 포함하여 이루어진다.The microfluidic device for separation of microalgae according to the present invention includes a filter unit for removing algal clusters, and a tardigrade from a raw sample containing a microalgal cluster. It comprises a separation unit for selectively separating.

필터 유닛에는 1㎜ 이내의 크기를 갖는 완보동물은 통과할 수 있으면서 1㎜ 이상의 크기를 갖는 미세조류 군집은 필터링할 수 있도록 마이크로 스케일의 마이크로 필터가 마련되는데, 이를 통해 완보동물 배양샘플에서 완보동물의 먹이인 미세조류(algae)가 서로 엉겨 붙어 형성된 미세조류 군집(algal cluster)을 필터링하게 된다.The filter unit is provided with a micro-scale micro-filter to filter the microalgae clusters having a size of 1 mm or more while passing through the carcasses having a size of less than 1 mm. The algal clusters formed by entanglement of food algae are filtered.

이는 분리 유닛에서 표면 탄성파 기반 음향 방사력을 이용하여 완보동물을 분리할 때 완보동물과 함께 미세조류 군집이 분리되는 것을 방지하기 위함이다.This is to prevent the microalgal colony from being separated together with the slow animal when separating the slow animal using the surface acoustic wave-based acoustic radiation force in the separation unit.

이때, 필터 유닛을 통과한 완보동물 배양샘플(algal cluster-free sample)은 완보동물(tardigrade)(장방형으로 장축 약 100-500 ㎛, 단축 약 50-100 ㎛), 완보동물의 알(egg)(구형으로 약 40 ㎛ 직경), 완보동물의 먹이가 되는 미세조류(algae, 구형으로 약 10 ㎛ 직경) 등으로 구성된다.At this time, the algal cluster-free sample that has passed through the filter unit is a tardigrade (rectangular, long axis about 100-500 µm, short axis about 50-100 µm), and eggs (egg) ( It consists of a spherical shape of about 40 μm in diameter), and microalgae (algae, a spherical shape of about 10 μm in diameter) that become food for slow animals.

이때 미세조류는 뭉치려는 특성으로 인해 미세조류 군집(algal cluster)를 이루며 이는 200 ㎛ 이상의 크기를 갖는다.At this time, the microalgae form an algal cluster due to the nature of clustering, which has a size of 200 μm or more.

따라서, 후술할 분리 유닛의 미세 유체칩의 채널부 내에서 고주파수의 표면 탄성파(음파)에 노출되었을 때 음향 방사현상으로 인해 발생하는 음향 방사력은 완보동물에 가장 크게 작용한다.Therefore, when exposed to a high-frequency surface acoustic wave (sound wave) in the channel portion of the microfluidic chip of the separation unit to be described later, the acoustic radiation force generated by the acoustic radiation phenomenon acts the most on the slow animal.

이에 따라, 완보동물을 선택적으로 비접촉식 방식으로 분리할 수 있게 된다.Accordingly, it is possible to selectively separate the slow animal in a non-contact manner.

이와 같이 이루어진 본 발명은, 완보동물 샘플 준비에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대되고, 후술할 필터유닛의 마이크로포스트 어레이(마이크로필터) 크기를 달리하면 완보동물과 비슷한 크기 뿐만 아니라 다양한 크기의 미소동물 분리에도 적용 가능할 것이다.The present invention made as described above is expected to be widely used in preparation of a testament animal sample, and if the size of the micropost array (microfilter) of the filter unit to be described later is different, not only the size similar to that of the companion animal, but also the various size It will also be applicable.

도 4는 본 발명에 따른 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치에 채용된 필터 유닛을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4의 A부분을 확대하여 나타낸 도면이다.4 is a view showing a filter unit employed in the microfluidic device for separating micro-animals according to the present invention, and FIG. 5 is an enlarged view of part A of FIG. 4.

필터 유닛(10)은 완보동물(tardigrade), 완보동물의 알(egg), 완보동물의 먹이가 되는 미세조류(algae)를 포함하여 이루어진 완보동물 배양샘플(Raw sample)이 내부로 유입되어 미세조류 군집(algal cluster)을 필터링하는 것으로서, 필터칩(11)과 마이크로 필터(12)를 포함하여 이루어진다.The filter unit 10 includes a tardigrade, an egg of a tardiger, and an algae that serves as a food for a slower animal. As for filtering an algal cluster, it includes a filter chip 11 and a micro filter 12.

필터칩(11)은 소정 길이로 이루어지고, 일측에는 유입구(11a)가 형성되며, 타측에는 유출구(11b)가 형성되고, 유입구(11a) 및 유출구(11b)와 각각 연통되게 소정 길이로 내부에 채널(11c)이 형성된다.The filter chip 11 has a predetermined length, an inlet 11a is formed on one side, an outlet 11b is formed on the other side, and has a predetermined length so as to communicate with the inlet 11a and the outlet 11b, respectively. A channel 11c is formed.

이때, 필터칩(11)은 실리콘 기반 폴리머, 고분자화합물, 유리(glass). 플라스틱, 금속 등 큰 변형없이 유체를 담을 수 있는 그 어떤 재료 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 결합으로 이루어질 수 있다.At this time, the filter chip 11 is a silicon-based polymer, a polymer compound, and glass. It may be made of any one or a combination of two or more selected from any material that can contain a fluid without major deformation such as plastic or metal.

여기서, 실리콘 기반 폴리머(Silicone-Based Polymer)는 PDMS(Polydimethylsiloxane)인 것을 포함할 수 있다.Here, the silicone-based polymer may include polydimethylsiloxane (PDMS).

또한, 고분자화합물(plastic)은 PMMA(Polymethyl Methacrylate), PP(polypropylene), COC, 또는 PETE(Polyethylene Terephthalate)을 포함할 수 있다.In addition, the polymer compound (plastic) may include polymethyl methacrylate (PMMA), polypropylene (PP), COC, or polyethylene terephthalate (PETE).

마이크로 필터(12)는 복수로 마련되어 상호간 이격되게 필터칩(11)의 내부에 형성된 채널(11c)에 설치되어 유입구(11a)로부터 유입되는 완보동물 배양샘플 중 미세조류 군집을 필터링한다.A plurality of micro-filters 12 are provided in a channel 11c formed inside the filter chip 11 to be spaced apart from each other to filter the microalgae clusters among the slow animal culture samples introduced from the inlet 11a.

이러한 마이크로 필터(12)는, 기둥 형태로 이루어진 복수의 마이크로포스트(micropost)(12a)가 서로 인접하여 배치되되, 유출구(11b) 방향으로 볼록한 호(弧) 형태로 배치되는 것이 바람직하다.In the micro-filter 12, a plurality of microposts 12a formed in a columnar shape are disposed adjacent to each other, and are preferably disposed in a convex arc shape in the direction of the outlet 11b.

이에 따라, 마이크로 필터(12)는 마이크로포스트(12a) 어레이(micropost array)로 명명될 수도 있을 것이다.Accordingly, the micro filter 12 may be referred to as a micropost array 12a.

이와 같은 마이크로포스트(12a)는 원기둥 또는 다각 기둥 형태로 형성되고, 복수의 마이크로포스트(12a) 상호 간의 간격은 완보동물, 완보동물의 알 및 미세조류는 통과할 수 있지만 미세조류 군집은 통과할 수 없게 수십 ㎛로 이루어지는 것이 바람직하다.Such microposts (12a) are formed in the form of a cylinder or a polygonal column, and the distance between the plurality of microposts (12a) is able to pass through the slower animals, the eggs and microalgae of the slower animals, but the microalgal colonies can pass. It is preferably made of several tens of μm.

이때, 필터칩(11)의 내부에 형성된 마이크로 스케일의 채널(11c)의 상하높이는 마이크로포스트(12a)의 높이와 동일하게 이루어지는데, 대략 100 내지 500 ㎛ 정도이다.At this time, the height of the microscale channel 11c formed inside the filter chip 11 is the same as the height of the micropost 12a, which is approximately 100 to 500 μm.

이처럼 마이크로 포스트(12a) 상호 간의 간격을 조절하여 원하는 발육상태의 완보동물을 배양샘플로부터 분리할 수 있을 것이다.In this way, by adjusting the spacing between the microposts 12a, it will be possible to separate the support animals of the desired developmental state from the culture sample.

전술한 바와 같이 필터 유닛(10)에 의해 필터링된 배양샘플은 다시 주사기(syringe)에 넣어 수동 혹은 자동으로 후술할 분리유닛의 미세 유체칩에 형성된 주입구에 주입된다.As described above, the culture sample filtered by the filter unit 10 is again put into a syringe and manually or automatically injected into an inlet formed in the microfluidic chip of the separation unit to be described later.

본 출원인은 주사기 펌프(syringe pump)를 이용하여 자동으로 주입하였다.Applicant automatically injected using a syringe pump.

도 6은 현미경(S)을 이용하여 도 4의 필터 유닛을 관찰하는 상태를 나타낸 사진이고, 도 7은 도 5의 마이크로 필터에 미세조류 군집(algal cluster)이 필터링된 상태를 나타낸 도면이다.6 is a photograph showing a state of observing the filter unit of FIG. 4 using a microscope (S), and FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which algal clusters are filtered by the micro filter of FIG. 5.

도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 마이크로포스트(12a)로 이루어진 마이크로 필터(12)에 미세조류 군집이 필터링되고, 완보동물, 완보동물의 알 및 미세조류는 마이크로포스트(12a) 사이를 통과하게 된다.As shown in FIG. 7, microalgae clusters are filtered by the micro-filter 12 made of a plurality of microposts 12a, and the slower animals, eggs and microalgae of the slower animals pass between the microposts 12a. do.

도 8은 본 발명에 따른 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치에 채용된 분리 유닛을 나타낸 도면이다.8 is a view showing a separation unit employed in the microfluidic device for separation of micro-animals according to the present invention.

분리 유닛(20)은 압전기판(21), 빗살무늬전극(IDT;Interdigital Transducer)(22) 및 미세 유체칩(23)을 포함하여 구성된다.The separation unit 20 includes a piezoelectric plate 21, an interdigital transducer (IDT) 22, and a microfluidic chip 23.

압전기판(21)은 리튬리니오베이트(LiNbO3), 석영(quartz), 리튬탄탈레이트 (LiTaO3), 리튬보레이트(Li2B4O7) 또는 랑가사이트(La3Ga5SiO14) 중에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.The piezoelectric substrate 21 is in lithium liniobate (LiNbO 3 ), quartz, lithium tantalate (LiTaO 3 ), lithium borate (Li 2 B 4 O 7 ) or langase (La 3 Ga 5 SiO 14 ). It can be made of any one selected.

빗살무늬전극(22)은 압전기판(21) 위에 증착되고 교류 신호를 인가받아 표면 탄성파(SAW)를 발생시키는 것으로서, 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 또는 이들을 포함하는 금속 화합물들 중에서 선택된 하나 이상으로 이루어질 수 있다.The comb pattern electrode 22 is deposited on the piezoelectric substrate 21 and is applied with an AC signal to generate a surface acoustic wave (SAW). Aluminum (Al), platinum (Pt), gold (Au), rhodium (Rh), It may be made of at least one selected from iridium (Ir), copper (Cu), titanium (Ti), tungsten (W), chromium (Cr), nickel (Ni), or metal compounds containing these.

여기서, 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극(22)에서 발생된 표면 탄성파(SAW)는 미세 유체칩(23)에 형성된 채널부 내에서 배양샘플이 횡방향으로 이동가능하게 채널부에 전달되게 된다. Here, the surface acoustic wave SAW generated by the comb electrode 22 by receiving the AC signal is transmitted to the channel portion so that the culture sample can be moved in the transverse direction within the channel portion formed on the microfluidic chip 23.

이처럼 소정의 신호 발생기(미도시)를 통해 기설정된 주파수의 전류 신호를 발생시켜 빗살무늬전극(22)에 교류 신호를 인가하는 기술은 한국등록특허 10-1810066호 등에 개시되어 있으므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.As such, a technology for applying an AC signal to the comb electrode 22 by generating a current signal of a preset frequency through a predetermined signal generator (not shown) is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1810066, and a description thereof is omitted. I will do it.

미세 유체칩(23)은 블럭 형태로 이루어져 빗살무늬전극(22)과 이격되어 압전기판(21) 위에 접착되고 내부에는 필터 유닛(10)에서 미세조류 군집이 필터링된 완보동물 배양샘플이 주입되어 일직선으로 유동하다가 양 갈래로 나뉘어 한쪽으로는 완보동물(Tardigrade)이 배출되고 다른 한쪽으로는 완보동물의 알(Egg)과 미세조류(Algae)가 배출되도록 마이크로 스케일의 채널부가 소정 길이로 형성된다.The microfluidic chip 23 is formed in a block shape, separated from the comb electrode 22 and adhered on the piezoelectric plate 21, and a culture sample of a complementary animal in which microalgae clusters are filtered by the filter unit 10 is injected into a straight line. The channel portion of the micro-scale is formed to have a predetermined length so that the flow is divided into two forks so that the tardigrade is discharged on one side and the eggs and algae of the slower animal are discharged on the other.

이러한 미세 유체칩(23)은 실리콘 기반 폴리머(Silicon-based polymers), 고분자 화합물(Plastics), 유리(Glass). 금속(Metal), 실리콘(Si) 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 결합으로 이루어질 수 있다.These microfluidic chips 23 are silicon-based polymers, high molecular compounds (Plastics), and glass (Glass). It may be formed of any one selected from metal and silicon (Si), or a combination of two or more.

이때, 실리콘 기반 폴리머는, PDMS(Polydimethylsiloxane)인 것이 바람직하다.At this time, the silicone-based polymer is preferably PDMS (Polydimethylsiloxane).

아울러, 고분자 화합물은, PMMA(Polymethyl Methacrylate), PP(polypropylene), COC(cyclic olefin copolymer), 또는 PET(Polyethylene Terephthalate) 중 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.In addition, the polymer compound may be made of one or more selected from polymethyl methacrylate (PMMA), polypropylene (PP), cyclic olefin copolymer (COC), or polyethylene terephthalate (PET).

이처럼 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극(22)에서 발생된 표면 탄성파(SAW)는 미세 유체칩(23)의 내부에 형성된 채널부 내에서 완보동물 배양샘플이 횡방향으로 이동가능하게 채널부에 전달됨으로써, 미세 유체칩(23)의 채널부 내에서 발생된 고주파수의 표면 탄성파(음파)(SAW)가 유체영역 내의 완보동물을 만나 음향 방사력을 가해 완보동물의 횡방향 위치를 제어하여 원하는 때에 선택적으로 완보동물을 고속으로 분리할 수 있게 되는 것이다.In this way, the surface acoustic wave (SAW) generated by the comb electrode 22 by receiving the AC signal is transmitted to the channel part so that the complementary animal culture sample can move in the transverse direction in the channel part formed inside the microfluidic chip 23. As a result, the high-frequency surface acoustic wave (sound wave) (SAW) generated in the channel portion of the microfluidic chip 23 meets the carcass in the fluid area and applies acoustic radiation to control the transverse position of the carcass, and selectively when desired. As a result, it is possible to separate the slower animals at high speed.

한편, 미세 유체칩(23)에 형성된 채널부는 빗살무늬전극(22)에서 발생된 표면 탄성파가 전달되도록 소정 길이로 이루어지되, 필터 유닛(10)에서 미세조류 군집(Algal cluster)이 필터링된 완보동물 배양샘플이 주입되는 주입구(I)와 연결되어 일직선으로 형성된 제1채널(C1); 제1채널(C1)의 끝단(주입구(I)와 반대쪽에 위치한 단부) 중 빗살무늬전극(22)과 인접한 부분으로부터 제1채널(C1)의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제1배출구(O1)와 연결된 제2채널(C2); 및 제1채널(C1)의 끝단(주입구(I)와 반대쪽에 위치한 단부) 중 빗살무늬전극(22)과 먼 부분으로부터 제1채널(C1)의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제2배출구(O2)와 연결된 제3채널(C3);로 이루어진다.On the other hand, the channel portion formed in the microfluidic chip 23 is formed of a predetermined length so that the surface acoustic wave generated from the comb electrode 22 is transmitted, but the algal cluster is filtered by the filter unit 10 A first channel (C1) connected to the inlet (I) into which the culture sample is injected and formed in a straight line; The first outlet (O1) is formed to extend obliquely downward to the outer side of the first channel (C1) from a portion adjacent to the comb-patterned electrode (22) among the ends of the first channel (C1) (ends located opposite the inlet (I)) A second channel C2 connected to the channel; And a second outlet (O2) extending obliquely downward from the outer side of the first channel C1 from a portion far from the comb-patterned electrode 22 among the ends of the first channel C1 (the end located opposite the inlet I). ) And connected to the third channel C3;

이때, 제2채널(C2) 및 제3채널(C3)은 역 브이자(∧) 형태로 이루어지며, 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극(22)에서 발생된 표면 탄성파(SAW)가 제1채널(C1)에 전달되는 경우 완보동물의 알(Egg)과 미세조류(Algae)는 제2채널(C2)로 유동하여 제1배출구(O1)로 배출된다.At this time, the second channel (C2) and the third channel (C3) is made in the form of an inverted vija (∧), and the surface acoustic wave (SAW) generated from the comb electrode 22 by receiving an AC signal is the first channel When delivered to (C1), the eggs and microalgae of the slow animal flow through the second channel (C2) and are discharged through the first outlet (O1).

아울러, 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극(22)에서 발생된 표면 탄성파(SAW)가 제1채널(C1)에 전달되는 경우 완보동물(Tardigrade)은 제3채널(C3)로 유동하여 제2배출구(O2)로 배출된다.In addition, when an AC signal is applied and the surface acoustic wave SAW generated from the comb electrode 22 is transmitted to the first channel C1, the tardigrade flows to the third channel C3 and the second outlet. It is discharged as (O2).

이러한 채널부는, 주입구(I)와 인접한 제1채널(C1) 부분에서 빗살무늬전극(22)과 인접한 부분으로부터 제1채널(C1)의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제1유체 주입구(F1)와 연결된 제1가이드 채널(G1); 및 주입구(I)와 인접한 제1채널(C1) 부분에서 빗살무늬전극(22)과 먼 부분으로부터 제1채널(C1)의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제2유체 주입구(F2)와 연결된 제2가이드 채널(G2);을 더 포함할 수 있다.Such a channel portion is formed to extend obliquely upward from the portion adjacent to the comb electrode 22 in the portion of the first channel C1 adjacent to the injection hole I to the first fluid injection hole F1 and A connected first guide channel G1; And a second fluid inlet (F2) connected to the second fluid inlet (F2) by extending obliquely upward from the portion distant from the comb electrode 22 in the portion of the first channel (C1) adjacent to the inlet (I). It may further include a guide channel (G2).

이때, 제1가이드 채널(G1) 및 제2가이드 채널(G2)은 브이자 형태(∨)로 이루어지는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the first guide channel G1 and the second guide channel G2 have a Vja shape (∨).

또한, 제1유체 주입구(F1)와 제2유체 주입구(F2)로 주입되는 유체는 동일한 생체적합액체(biocompatible liquid)(예를 들면, 물)이고, 제1가이드 채널(G1)을 통해 유동하는 유체의 유량보다 제2가이드 채널(G2)을 통해 유동하는 유체의 유량이 더 많아 미소동물 배양샘플이 빗살무늬전극과 가깝게 위치하도록 하는 것이 바람직하다.In addition, the fluid injected into the first fluid inlet (F1) and the second fluid inlet (F2) is the same biocompatible liquid (for example, water), and flows through the first guide channel (G1). Since the flow rate of the fluid flowing through the second guide channel G2 is greater than the flow rate of the fluid, it is preferable that the microanimal culture sample is located close to the comb electrode.

도 9는 도 8의 (b-c)부분을 확대하여 나타낸 도면으로서, 빗살무늬전극에 교류 신호가 인가되지 않아 표면 탄성파가 채널부로 전달되지 않는 상태를 나타낸 것이다.FIG. 9 is an enlarged view of a portion (b-c) of FIG. 8, and shows a state in which surface acoustic waves are not transmitted to the channel portion because an AC signal is not applied to the comb electrode.

빗살무늬전극(IDT;Interdigital Transducer)(22)에 교류신호를 인가하면 표면 탄성파가 발생된다.When an AC signal is applied to the interdigital transducer (IDT) 22, surface acoustic waves are generated.

이와 같이 발생된 표면 탄성파는 미세 유체칩(23)의 내부에 형성된 채널부 내 유체영역으로 집속되어 종파(longitudinal wave, compressional wave)로 변환되어 음향장(acoustic field)을 형성한다.The surface acoustic wave generated as described above is focused to a fluid region in the channel portion formed inside the microfluidic chip 23 and converted into a longitudinal wave (compressional wave) to form an acoustic field.

음향장에 노출된 완보동물 배양 샘플 내 완보동물, 완보동물 알, 미세조류는 음향 방사력을 받게 된다.The slower animals, the slower eggs, and microalgae in the slow animal culture samples exposed to the acoustic field are subjected to acoustic radiation.

이때, 음향장에 노출된 물체에 인가되는 음향 방사력은 물체의 크기의 여섯 제곱에 비례한다.At this time, the acoustic radiation force applied to the object exposed to the acoustic field is proportional to the sixth square of the size of the object.

따라서, 완보동물에 비해 크기가 작은 미세조류와 완보동물의 알에 인가되는 음향 방사력의 세기는 거의 미약한 반면, 완보동물은 음향 방사력에 의해 음파의 전파방향으로 밀려난다.Accordingly, the intensity of the acoustic radiation applied to the eggs of microalgae and slower animals, which are smaller in size than the slower animals, is almost weak, whereas the slower animals are pushed in the propagation direction of sound waves by the acoustic radiation force.

도 8에 도시된 바와 같이 미세 유체칩(23)에는 주입구(I), 제1유체주입구(F1), 제2유체주입구(F2), 제1배출구(O1) 및 제2배출구(O2)가 형성된다.As shown in Fig. 8, the microfluidic chip 23 has an injection port (I), a first fluid inlet (F1), a second fluid inlet (F2), a first outlet (O1), and a second outlet (O2). do.

가운데에 위치한 주입구(I)에 미세조류 군집이 필터링된 배양샘플을 주입하고 좌측과 우측에 각각 위치한 제1유체 주입구(F1)와 제2유체 주입구(F2)에는 제1가이드유체 및 제2가이드유체(sheath flow)를 주입하여 채널부(즉, 제1채널(C1)) 내에서 좌측으로 완보동물 배양 샘플이 집속되도록 한다.Inject the culture sample filtered microalgae cluster into the inlet (I) located in the center, and the first fluid inlet (F1) and the second fluid inlet (F2) located on the left and the right side respectively have the first guide fluid and the second guide fluid. (sheath flow) is injected so that the slow animal culture sample is focused to the left in the channel portion (ie, the first channel C1).

이때, 좌측의 제1가이드유체의 유량보다 우측의 제2가이드유체의 유량을 더 많게 하여 미소동물 배양샘플이 빗살무늬전극과 가깝게 위치하도록 한다.At this time, the flow rate of the second guide fluid on the right is increased more than the flow rate of the first guide fluid on the left, so that the microanimal culture sample is located close to the comb electrode.

이에 따라, 도 9에 도시된 바와 같이 음향장이 인가되지 않았을 때에는 모든 완보동물 배양 샘플(완보동물, 알, 미세조류)이 좌측의 제1배출구(O1)로 향한다.Accordingly, as shown in FIG. 9, when the acoustic field is not applied, all of the complementary animal culture samples (supplementary animals, eggs, and microalgae) are directed to the first outlet O1 on the left.

도 10은 도 8의 (b-c)부분을 확대하여 나타낸 도면으로서, 빗살무늬전극에 교류 신호가 인가되어 표면 탄성파가 채널부로 전달되는 상태를 나타낸 것이다.FIG. 10 is an enlarged view of a portion (b-c) of FIG. 8, and shows a state in which an AC signal is applied to the comb-patterned electrode and the surface acoustic wave is transmitted to the channel portion.

도 10에 도시된 바와 같이, 우측으로 진행하는 표면 탄성파에 의해 음향장이 형성되면 완보동물만 선택적으로 우측의 제2배출구(O2)로 향하는 것을 볼 수 있다.As shown in FIG. 10, when an acoustic field is formed by the surface acoustic wave traveling to the right, it can be seen that only the slow animal is selectively directed to the second outlet O2 on the right.

반복실험에서 제2배출구(O2)로 나온 샘플을 분석한 결과, 주입구(I)를 통해 주입된 완보동물 대비 약 95%의 완보동물이 제2배출구(O2)에서 회수되었으며, 약 4% 정도의 불순물(완보동물 알, 미세조류)이 검출되었다.As a result of analyzing the sample from the second outlet (O2) in the repeated experiment, about 95% of the slower animals were recovered from the second outlet (O2), compared to the slower animals injected through the inlet (I), and about 4% Impurities (complement animal eggs, microalgae) were detected.

도 11은 도 8에서 빗살무늬전극을 확대하여 나타낸 도면이다.11 is a view showing an enlarged comb pattern electrode in FIG. 8.

빗살무늬전극(22)은, 압전기판(21)의 양측 단부에 형성된 각각의 제1전극단자(21a) 및 제2전극단자(21b)로부터 이들의 방향을 따라 서로 교번하고 서로를 향해 폭 방향으로 연장 형성되는 복수의 제1손가락 전극(22a) 및 제2손가락 전극(22b)이 서로의 사이에 끼워져 포크 2개의 끝이 마주보도록 겹치되 서로 닿지 않도록 엇갈리게 놓인 패턴 형상으로 증착된다.The comb-patterned electrodes 22 alternate with each other along their directions from each of the first electrode terminals 21a and the second electrode terminals 21b formed on both ends of the piezoelectric substrate 21 and move toward each other in the width direction. A plurality of extended first finger electrodes 22a and second finger electrodes 22b are sandwiched between each other so that the ends of the forks are overlapped so as to face each other, but are deposited in a pattern shape interposed so as not to touch each other.

이때, 복수의 제1손가락 전극(22a) 및 제2손가락 전극(22b)을 이루는 금속선들은

Figure pat00003
의 너비를 가지며, 각 금속선 간의 간격도
Figure pat00004
로 형성되되, 여기서, λ는 상기 표면 탄성파의 파장이다.At this time, the metal lines forming the plurality of first finger electrodes 22a and second finger electrodes 22b are
Figure pat00003
Has a width, and the spacing between each metal wire is also
Figure pat00004
It is formed as, where λ is the wavelength of the surface acoustic wave.

또한, 빗살무늬전극(22)의 제1 손가락 전극(22a) 및 제2 손가락 전극(22b)을 이루는 금속선은 바닥층을 이루는 크롬(Cr)과 상부층을 이루는 금(Au)이 서로 적층 형성된 Cr/Au 적층 구조를 갖도록 형성될 수 있다.In addition, the metal wires forming the first finger electrode 22a and the second finger electrode 22b of the comb pattern electrode 22 are Cr/Au formed by stacking chromium (Cr) forming the bottom layer and gold (Au) forming the upper layer. It may be formed to have a stacked structure.

도 12는 도 11의 빗살무늬전극의 변형예를 나타낸 도면이다.12 is a diagram showing a modified example of the comb pattern electrode of FIG. 11.

복수의 제1손가락 전극(22a) 및 제2손가락 전극(22b)의 각각의 너비(W)와 제1손가락 전극(22a) 및 제2손가락 전극(22b) 사이의 간격(T)은 길이방향을 따라 선형적으로 가변되게 형성되어 전체적으로 사다리꼴 형상의 경사진 빗살무늬 형태를 이루도록 할 수도 있다.The width W of each of the plurality of first finger electrodes 22a and 22b and the distance T between the first finger electrode 22a and the second finger electrode 22b are in the longitudinal direction. Accordingly, it may be formed to be linearly variable to form a trapezoidal inclined comb pattern as a whole.

선형적으로 가변되는 제1손가락 전극(22a) 및 제2손가락 전극(22b)의 각각의 너비(W)와 제1손가락 전극(22a) 및 제2손가락 전극(22b) 사이의 간격(T)으로 인해 경사진 빗살무늬 형태의 전극은 위치에 따라 서로 다른 공진주파수를 가지며, 이는

Figure pat00005
식에 따라 결정된다.The width (W) of each of the first finger electrode (22a) and the second finger electrode (22b) that is linearly variable and the distance (T) between the first finger electrode (22a) and the second finger electrode (22b) Therefore, the inclined comb pattern electrode has different resonant frequencies depending on the position, which
Figure pat00005
It is determined according to the equation.

여기서, f는 인가된 교류신호의 주파수를, c는 압전기판에서의 음파의 진행속도를, λ는 표면 탄성파의 파장으로서 전극 간 거리와 전극 너비(

Figure pat00006
)의 4배이다.Where f is the frequency of the applied AC signal, c is the speed of sound wave in the piezoelectric substrate, and λ is the wavelength of the surface acoustic wave, the distance between electrodes and the width of the electrode (
Figure pat00006
) Is 4 times.

따라서, 경사진 빗살무늬 형태의 SIDT(Slanted Finger Interdigital Transducer) 전극은 전극에 인가되는 교류전류의 주파수에 따라 원하는 위치에서 표면 탄성파를 선택적으로 발생시킬 수 있다.Accordingly, the SIDT (Slanted Finger Interdigital Transducer) electrode in the form of an inclined comb pattern can selectively generate a surface acoustic wave at a desired position according to the frequency of the AC current applied to the electrode.

이때, 표면 탄성파는 압전기판의 표면을 따라서 전파되는 파동을 말한다.In this case, the surface acoustic wave refers to a wave propagating along the surface of the piezoelectric plate.

일반적으로 직사각형 형태의 빗살무늬전극의 경우에는 단일 공진주파수를 갖는 반면, 경사진 빗살무늬 형태의 SIDT 전극은 공진주파수대역, 즉 복수의 공진주파수를 갖는 장점이 있다.In general, a rectangular comb pattern electrode has a single resonant frequency, whereas an inclined comb pattern SIDT electrode has a resonant frequency band, that is, a plurality of resonant frequencies.

여기에서는 직사각형 형태의 빗살무늬전극(IDT), 경사진 빗살무늬전극(SIDT)에 대해서 설명하였지만, 집속 빗살무늬전극(FIDT;Focused Interdigital Transducer)도 사용가능하다.Here, a rectangular comb pattern electrode (IDT) and an inclined comb pattern electrode (SIDT) have been described, but a focused interdigital transducer (FIDT) can also be used.

이러한 집속 빗살무늬전극(FIDT;Focused Interdigital Transducer)에 대해서는 본 출원인의 한국등록특허인 제10-1753776호에 상세히 기술되어 있으므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.The focused interdigital transducer (FIDT) is described in detail in Korean Patent No. 10-1753776 of the present applicant, so a description thereof will be omitted.

한편, 본 발명에 따른 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 방법은, 필터링 단계 및 미소동물 분리단계를 포함하여 이루어진다.Meanwhile, the microfluidic method for separating micro-animals according to the present invention includes a filtering step and a micro-animal separation step.

이하에서는 미소동물에 대해서 완보동물(tardigrades)을 예로 들어서 설명하기로 한다.(도 4 내지 도 10 참고)Hereinafter, a description will be given of micro animals by taking tardigrades as an example (see FIGS. 4 to 10).

필터링 단계에서는, 소정 길이로 이루어지고 일측에는 유입구(11a)가 형성되며 타측에는 유출구(11b)가 형성되고 유입구(11a) 및 유출구(11b)와 각각 연통되게 소정 길이로 내부에 채널(11c)이 형성된 필터칩(11)과, 복수로 마련되어 상호간 이격되게 상기 채널(11c)에 설치되어 유입구(11a)로부터 유입되는 완보동물 배양샘플 중 미세조류 군집을 필터링하는 마이크로 필터(12)를 포함하는 필터 유닛(10)을 이용하여 미세조류 군집을 필터링한다.In the filtering step, the channel 11c is formed with a predetermined length, an inlet 11a is formed on one side, an outlet 11b is formed on the other side, and communicates with the inlet 11a and the outlet 11b, respectively. A filter unit comprising a formed filter chip 11, and a micro filter 12 provided in a plurality and provided in the channel 11c to be spaced apart from each other to filter microalgae clusters among the slow animal culture samples introduced from the inlet 11a Filter the microalgae community using (10).

완보동물 분리단계에서는, 압전기판(21)과, 압전기판(21) 위에 증착되어 교류 신호를 인가받아 표면 탄성파(SAW)를 발생시키는 빗살무늬전극(IDT;Interdigital Transducer)(22)과, 블럭 형태로 이루어져 빗살무늬전극(22)과 이격되어 압전기판(21) 위에 접착되고 내부에는 필터링 단계에서 미세조류 군집이 필터링된 완보동물 배양샘플이 주입되어 일직선으로 유동하다가 양 갈래로 나뉘어 한쪽으로는 완보동물이 배출되고 다른 한쪽으로는 완보동물의 알과 미세조류가 배출되도록 마이크로 스케일의 채널부가 소정 길이로 형성되는 미세 유체칩(23)으로 이루어진 분리 유닛(20)을 이용하여 미소동물을 분리한다.In the step of separating the companion animal, the piezoelectric plate 21, the interdigital transducer (IDT) 22, which is deposited on the piezoelectric plate 21 to receive an AC signal to generate a surface acoustic wave (SAW), and a block form It consists of comb-patterned electrodes 22 and is separated from the piezoelectric plate 21 and adhered to the piezoelectric plate 21. In the filtering step, the microalgae cluster is filtered, and a culture sample of a slower animal is injected and flows in a straight line. The micro-animals are separated using a separation unit 20 made of a microfluidic chip 23 having a micro-scale channel portion having a predetermined length so that eggs and microalgae of a slow animal are discharged to the other side.

이때, 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극(22)에서 발생된 표면 탄성파는 채널부 내에서 완보동물 배양샘플이 횡방향으로 이동가능하게 채널부(즉, 제1채널(C1))에 전달되도록 한다.At this time, the surface acoustic wave generated by the comb pattern electrode 22 by receiving the AC signal is transmitted to the channel part (ie, the first channel C1) so that the complementary animal culture sample can move in the transverse direction within the channel part. .

또한, 채널부는, 빗살무늬전극(22)에서 발생된 표면 탄성파가 전달되도록 소정 길이로 이루어지되, 필터 유닛(10)에서 미세조류 군집이 필터링된 완보동물 배양샘플이 주입되는 주입구(I)와 연결되어 일직선으로 형성된 제1채널(C1); 제1채널(C1)의 끝단 중 빗살무늬전극(22)과 인접한 부분으로부터 제1채널(C1)의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제1배출구(O1)와 연결된 제2채널(C2); 및 제1채널(C1)의 끝단 중 빗살무늬전극(22)과 먼 부분으로부터 제1채널(C1)의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제2배출구(O2)와 연결된 제3채널(C3);로 이루어진다.In addition, the channel portion is made of a predetermined length so that the surface acoustic wave generated from the comb electrode 22 is transmitted, but is connected to the inlet (I) through which the supplementary animal culture sample filtered from the microalgae cluster is injected by the filter unit 10 A first channel C1 formed in a straight line; A second channel C2 extending obliquely downward from the outer side of the first channel C1 from a portion adjacent to the comb pattern electrode 22 among the ends of the first channel C1 and connected to the first outlet O1; And a third channel C3 extending obliquely downward from the outer side of the first channel C1 from a portion of the end of the first channel C1 far from the comb pattern electrode 22 and connected to the second outlet O2; Done.

이러한 제2채널(C2) 및 제3채널(C3)은 역 브이자(∧) 형태로 이루어지며, 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극(22)에서 발생된 표면 탄성파(SAW)가 제1채널(C1)에 전달되는 경우 완보동물의 알과 미세조류는 제2채널(C2)로 유동하여 제1배출구(O1)로 배출되고, 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극(22)에서 발생된 표면 탄성파가 제1채널(C1)에 전달되는 경우 완보동물은 제3채널(C3)로 유동하여 제2배출구(O3)로 배출된다.These second and third channels C2 and C3 are formed in an inverted Vja (∧) shape, and a surface acoustic wave SAW generated from the comb electrode 22 by receiving an AC signal is transmitted to the first channel ( When transmitted to C1), the eggs and microalgae of the slow animal flow through the second channel C2 and are discharged through the first outlet O1, and surface acoustic waves generated from the comb electrode 22 by receiving an AC signal are transmitted. When delivered to the first channel (C1), the slow animal flows to the third channel (C3) and is discharged through the second outlet (O3).

한편, 채널부는, 주입구(I)와 인접한 제1채널(C1) 부분에서 빗살무늬전극(22)과 인접한 부분으로부터 제1채널(C1)의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제1유체 주입구(F1)와 연결된 제1가이드 채널(G1); 및 주입구(I)와 인접한 제1채널(C1) 부분에서 빗살무늬전극(22)과 먼 부분으로부터 제1채널(C1)의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제2유체 주입구(F2)와 연결된 제2가이드 채널(G2);을 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the channel portion is formed to extend obliquely upward from the portion adjacent to the comb electrode 22 in the portion of the first channel C1 adjacent to the injection hole I to the outer side of the first channel C1, and the first fluid injection hole F1 A first guide channel G1 connected to the; And a second fluid inlet (F2) connected to the second fluid inlet (F2) by extending obliquely upward from the portion distant from the comb electrode 22 in the portion of the first channel (C1) adjacent to the inlet (I). It may further include a guide channel (G2).

이때, 제1가이드 채널(G1) 및 제2가이드 채널(G2)은 브이자 형태(∨)로 이루어지는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the first guide channel G1 and the second guide channel G2 have a Vja shape (∨).

또한, 제1가이드 채널(G1)을 통해 유동하는 유체의 유량보다 제2가이드 채널(G2)을 통해 유동하는 유체의 유량이 더 많아 미소동물 배양샘플이 빗살무늬전극과 가깝게 위치하도록 하는 것이 바람직한데, 이는 도 9에 도시된 바와 같이 음향장이 인가되지 않았을 때에는 모든 완보동물 배양 샘플(완보동물, 알, 미세조류)이 좌측의 제1배출구(O1)로 향하게 하고, 도 10에 도시된 바와 같이 우측으로 진행하는 표면 탄성파에 의해 음향장이 형성되면 완보동물만 선택적으로 우측의 제2배출구(O2)로 향하게 하기 위함이다.In addition, since the flow rate of the fluid flowing through the second guide channel G2 is higher than the flow rate of the fluid flowing through the first guide channel G1, it is desirable that the microanimal culture sample is located close to the comb electrode. , As shown in FIG. 9, when the acoustic field is not applied, all the complementary animal culture samples (supplementary animals, eggs, microalgae) are directed to the first outlet (O1) on the left, and the right as shown in FIG. When the acoustic field is formed by the surface acoustic wave propagating to, only the slow animal is selectively directed to the second outlet (O2) on the right.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible within the scope of the technical spirit of the present invention. It will be obvious to those of ordinary skill in

10 : 필터 유닛 11 : 필터칩
11a : 유입구 11b : 유출구
11c : 채널 12 : 마이크로 필터
12a : 마이크로 포스트 20 : 분리 유닛
21 : 압전기판 21a : 제1전극단자
21b : 제2전극단자 22 : 빗살무늬전극
22a : 제1손가락전극 22b : 제2손가락전극
23 : 미세 유체칩 I : 주입구
O1 : 제1배출구 O2 : 제2배출구
F1 : 제1유체주입구 F2 : 제2유체주입구
C1 : 제1채널 C2 : 제2채널
C3 : 제3채널 G1 : 제1가이드채널
G2 : 제2가이드채널10: filter unit 11: filter chip
11a: inlet 11b: outlet
11c: channel 12: micro filter
12a: micro post 20: separation unit
21: piezoelectric board 21a: first electrode terminal
21b: second electrode terminal 22: comb pattern electrode
22a: first finger electrode 22b: second finger electrode
23: microfluidic chip I: inlet
O1: first outlet O2: second outlet
F1: 1st fluid injection port F2: 2nd fluid injection port
C1: 1st channel C2: 2nd channel
C3: 3rd channel G1: 1st guide channel
G2: 2nd guide channel

Claims (15)

미소동물, 미소동물의 알(egg), 미소동물의 먹이가 되는 미세조류(algae)를 포함하여 이루어진 미소동물 배양샘플이 내부로 유입되어 미세조류 군집을 필터링하는 필터 유닛; 및
압전기판과, 상기 압전기판 위에 증착되어 교류 신호를 인가받아 표면 탄성파를 발생시키는 빗살무늬전극(IDT;Interdigital Transducer)과, 블럭 형태로 이루어져 상기 빗살무늬전극과 이격되어 상기 압전기판 위에 접착되고 내부에는 상기 필터 유닛에서 미세조류 군집이 필터링된 미소동물 배양샘플이 주입되어 일직선으로 유동하다가 양 갈래로 나뉘어 한쪽으로는 미소동물이 배출되고 다른 한쪽으로는 미소동물의 알과 미세조류가 배출되도록 마이크로 스케일의 채널부가 소정 길이로 형성되는 미세 유체칩으로 이루어진 분리 유닛;을 포함하고,
상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파는 상기 채널부 내에서 미소동물 배양샘플이 횡방향으로 이동가능하게 상기 채널부에 전달되는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
A filter unit for filtering microalgal clusters by introducing microanimal culture samples including microanimals, eggs of microanimals, and algae used as food for microalgae; And
A piezoelectric plate, an interdigital transducer (IDT) that is deposited on the piezoelectric plate to generate a surface acoustic wave by receiving an AC signal, and a block-shaped electrode that is spaced apart from the comb-patterned electrode and adhered to the piezoelectric plate. In the filter unit, microalgal culture samples filtered from microalgae clusters are injected and flowed in a straight line, and then divided into two branches to discharge microalgae on one side, and eggs and microalgae of microalgae on the other. Including; a separation unit made of a microfluidic chip in which the channel portion is formed in a predetermined length,
Microfluidic device for separating micro-animals, characterized in that the surface acoustic wave generated from the comb-patterned electrode by receiving the alternating current signal is transmitted to the channel part so that the micro-animal culture sample is movable in the transverse direction within the channel part .
 청구항 1에 있어서,
상기 필터 유닛은,
소정 길이로 이루어지고, 일측에는 유입구가 형성되며, 타측에는 유출구가 형성되고, 상기 유입구 및 유출구와 각각 연통되게 소정 길이로 내부에 채널이 형성된 필터칩; 및
복수로 마련되어 상호간 이격되게 상기 채널에 설치되어 상기 유입구로부터 유입되는 미소동물 배양샘플 중 미세조류 군집을 필터링하는 마이크로 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
The method according to claim 1,
The filter unit,
A filter chip having a predetermined length, having an inlet at one side, an outlet at the other side, and having a channel formed therein with a predetermined length so as to communicate with the inlet and the outlet, respectively; And
Microfluidic device for separating micro-animals comprising a plurality of micro-filters provided in the channel to be spaced apart from each other to filter the microalgal clusters among micro-animal culture samples introduced from the inlet.
 청구항 2에 있어서,
상기 마이크로 필터는,
기둥 형태로 이루어진 복수의 마이크로포스트(micropost)가 서로 인접하여 배치되되, 상기 유출구 방향으로 볼록한 호(弧) 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
The method according to claim 2,
The micro filter,
A microfluidic device for separating microanimals, characterized in that a plurality of microposts in a columnar shape are disposed adjacent to each other, and are arranged in a convex arc shape in the direction of the outlet.
 청구항 3에 있어서,
상기 마이크로포스트는 원기둥 또는 다각 기둥 형태로 형성되고,
상기 복수의 마이크로포스트 상호 간의 간격은 미소동물, 미소동물의 알 및 미세조류는 통과할 수 있지만 미세조류 군집은 통과할 수 없게 수십 ㎛로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
The method of claim 3,
The micropost is formed in a cylindrical or polygonal column shape,
Microfluidic device for separating micro-animals, characterized in that the distance between the plurality of microposts is made of several tens of µm so that micro-algae, eggs and microalgae of micro-algae can pass, but microalgae clusters cannot pass.
 청구항 1에 있어서,
상기 빗살무늬전극은,
상기 압전기판의 양측 단부에 형성된 각각의 제1전극단자 및 제2전극단자로부터 이들의 방향을 따라 서로 교번하고 서로를 향해 폭 방향으로 연장 형성되는 복수의 제1손가락 전극 및 제2손가락 전극이 서로의 사이에 끼워져 포크 2개의 끝이 마주보도록 겹치되 서로 닿지 않도록 엇갈리게 놓인 패턴 형상으로 증착된 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
The method according to claim 1,
The comb pattern electrode,
A plurality of first and second finger electrodes formed at both ends of the piezoelectric substrate alternately along their directions and extending in the width direction toward each other from each of the first and second electrode terminals A microfluidic device for separating micro-animals, characterized in that the two forks overlap each other so that the ends of the forks face each other, but are deposited in a pattern shape that is interposed so as not to touch each other.
 청구항 5에 있어서,
상기 복수의 제1손가락 전극 및 제2손가락 전극을 이루는 금속선들은
Figure pat00007
의 너비를 가지며, 각 금속선 간의 간격도
Figure pat00008
로 형성되되, 여기서, λ는 상기 표면 탄성파의 파장인 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
The method of claim 5,
Metal wires forming the plurality of first finger electrodes and second finger electrodes
Figure pat00007
Has a width, and the spacing between each metal wire is also
Figure pat00008
Microfluidic device for separation of micro-animals, characterized in that formed as, wherein λ is the wavelength of the surface acoustic wave.
 청구항 6에 있어서,
상기 복수의 제1손가락 전극 및 제2손가락 전극의 각각의 너비와 상기 제1손가락 전극 및 제2손가락 전극 사이의 간격은 길이방향을 따라 선형적으로 가변되게 형성되어 전체적으로 사다리꼴 형상의 경사진 빗살무늬 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
The method of claim 6,
The widths of each of the plurality of first and second finger electrodes and the distance between the first and second finger electrodes are formed to be linearly variable along the length direction, so that the overall trapezoidal inclined comb pattern Microfluidic device for separation of micro-animals, characterized in that forming a shape.
 청구항 1에 있어서,
상기 채널부는,
상기 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 전달되도록 소정 길이로 이루어지되, 상기 필터 유닛에서 상기 미세조류 군집이 필터링된 미소동물 배양샘플이 주입되는 주입구와 연결되어 일직선으로 형성된 제1채널;
상기 제1채널의 끝단 중 상기 빗살무늬전극과 인접한 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제1배출구와 연결된 제2채널; 및
상기 제1채널의 끝단 중 상기 빗살무늬전극과 먼 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제2배출구와 연결된 제3채널;로 이루어지고,
상기 제2채널 및 제3채널은 역 브이자(∧) 형태로 이루어지며,
상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 상기 제1채널에 전달되는 경우 상기 미소동물의 알과 미세조류는 상기 제2채널로 유동하여 제1배출구로 배출되고,
상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 상기 제1채널에 전달되는 경우 미소동물은 상기 제3채널로 유동하여 제2배출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
The method according to claim 1,
The channel part,
A first channel having a predetermined length so that the surface acoustic wave generated from the comb electrode is transmitted, and connected to an injection port through which the microalgal culture sample filtered by the microalgae cluster is injected in the filter unit and formed in a straight line;
A second channel extending obliquely downward from the outer side of the first channel from a portion of the end of the first channel adjacent to the comb electrode and connected to the first outlet; And
A third channel extending obliquely downward from the outer side of the first channel from a portion of the end of the first channel far from the comb pattern electrode and connected to the second outlet,
The second channel and the third channel are made in the form of an inverted vija (∧),
When the surface acoustic wave generated by the comb electrode is transmitted to the first channel by receiving the AC signal, the eggs and microalgae of the micro-animal flow through the second channel and are discharged through the first outlet,
Microfluidic fluid for separating micro-animals, characterized in that when the surface acoustic wave generated by the comb-patterned electrode is transmitted to the first channel by receiving the AC signal, the micro-animal flows to the third channel and is discharged through a second outlet. Mechanics device.
 청구항 8에 있어서,
상기 채널부는,
상기 주입구와 인접한 상기 제1채널 부분에서 상기 빗살무늬전극과 인접한 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제1유체 주입구와 연결된 제1가이드 채널; 및
상기 주입구와 인접한 상기 제1채널 부분에서 상기 빗살무늬전극과 먼 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제2유체 주입구와 연결된 제2가이드 채널;을 더 포함하고,
상기 제1가이드 채널 및 제2가이드 채널은 브이자 형태(∨)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
The method of claim 8,
The channel part,
A first guide channel extending from a portion adjacent to the comb-pattern electrode in a portion of the first channel adjacent to the injection hole to be inclined upwardly outward of the first channel and connected to the first fluid injection hole; And
A second guide channel extending obliquely upwardly outward of the first channel from a portion distant from the comb-pattern electrode at a portion of the first channel adjacent to the injection hole and connected to the second fluid injection hole; and
The first guide channel and the second guide channel is a microfluidic device for separation of micro-animals, characterized in that consisting of a Vja-shaped (∨).
 청구항 9에 있어서,
상기 제1유체 주입구와 제2유체 주입구로 주입되는 유체는, 생체적합액체(biocompatible liquid)인 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
The method of claim 9,
A microfluidic device for separating microanimals, characterized in that the fluid injected into the first fluid inlet and the second fluid inlet is a biocompatible liquid.
 청구항 10에 있어서,
상기 제1가이드 채널을 통해 유동하는 유체의 유량보다 상기 제2가이드 채널을 통해 유동하는 유체의 유량이 더 많아 미소동물 배양샘플이 빗살무늬전극과 가깝게 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치.
The method of claim 10,
The flow rate of the fluid flowing through the second guide channel is higher than the flow rate of the fluid flowing through the first guide channel, so that the microanimal culture sample is located close to the comb pattern electrode. Microfluidic device.
 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 하나의 청구항에 따른 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치를 이용하여 비접촉식으로 미소동물을 분리하는 미세유체역학 방법으로서,
소정 길이로 이루어지고 일측에는 유입구가 형성되며 타측에는 유출구가 형성되고 상기 유입구 및 유출구와 각각 연통되게 소정 길이로 내부에 채널이 형성된 필터칩과, 복수로 마련되어 상호간 이격되게 상기 채널에 설치되어 상기 유입구로부터 유입되는 미소동물 배양샘플 중 미세조류 군집을 필터링하는 마이크로 필터를 포함하는 필터 유닛을 이용하여 미세조류 군집을 필터링하는 필터링 단계; 및
압전기판과, 상기 압전기판 위에 증착되어 교류 신호를 인가받아 표면 탄성파를 발생시키는 빗살무늬전극(IDT;Interdigital Transducer)과, 블럭 형태로 이루어져 상기 빗살무늬전극과 이격되어 상기 압전기판 위에 접착되고 내부에는 상기 필터링 단계에서 미세조류 군집이 필터링된 미소동물 배양샘플이 주입되어 일직선으로 유동하다가 양 갈래로 나뉘어 한쪽으로는 미소동물이 배출되고 다른 한쪽으로는 미소동물의 알과 미세조류가 배출되도록 마이크로 스케일의 채널부가 소정 길이로 형성되는 미세 유체칩으로 이루어진 분리 유닛을 이용하여 미소동물을 분리하는 미소동물 분리단계;를 포함하고,
상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파는 상기 채널부 내에서 미소동물 배양샘플이 횡방향으로 이동가능하게 상기 채널부에 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 방법.
A microfluidic method for separating microanimals in a non-contact manner using a microfluidic device for separating microanimals according to any one of claims 1 to 11,
A filter chip having a predetermined length and having an inlet at one side and an outlet at the other side and having a channel formed therein with a predetermined length so as to communicate with the inlet and the outlet, and a plurality of filter chips are provided in the channel to be spaced apart from each other, and the inlet port A filtering step of filtering the microalgal clusters using a filter unit including a micro filter for filtering the microalgal clusters among the microalgal culture samples introduced from the microalgal culture samples; And
A piezoelectric plate, an interdigital transducer (IDT) that is deposited on the piezoelectric plate to generate a surface acoustic wave by receiving an AC signal, and a block-shaped electrode that is spaced apart from the comb-patterned electrode and adhered to the piezoelectric plate. In the filtering step, the microalgal culture sample filtered from the microalgae cluster is injected and flows in a straight line, and then divided into two branches to discharge microalgae on one side and the eggs and microalgae of microalgae on the other. Including; micro-animal separation step of separating micro-animals using a separation unit consisting of a microfluidic chip in which the channel portion is formed in a predetermined length,
Microfluidic mechanics for separating microanimals, characterized in that the surface acoustic wave generated from the comb-patterned electrode by receiving the AC signal is transmitted to the channel unit so that the microanimal culture sample is movable in the transverse direction within the channel unit. Way.
 청구항 12에 있어서,
상기 채널부는,
상기 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 전달되도록 소정 길이로 이루어지되, 상기 필터 유닛에서 상기 미세조류 군집이 필터링된 미소동물 배양샘플이 주입되는 주입구와 연결되어 일직선으로 형성된 제1채널;
상기 제1채널의 끝단 중 상기 빗살무늬전극과 인접한 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제1배출구와 연결된 제2채널; 및
상기 제1채널의 끝단 중 상기 빗살무늬전극과 먼 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 하방으로 경사지게 연장 형성되어 제2배출구와 연결된 제3채널;로 이루어지고,
상기 제2채널 및 제3채널은 역 브이자(∧) 형태로 이루어지며,
상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 상기 제1채널에 전달되는 경우 상기 미소동물의 알과 미세조류는 상기 제2채널로 유동하여 제1배출구로 배출되고,
상기 교류 신호를 인가받아 빗살무늬전극에서 발생된 표면 탄성파가 상기 제1채널에 전달되는 경우 미소동물은 상기 제3채널로 유동하여 제2배출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 방법.
The method of claim 12,
The channel part,
A first channel having a predetermined length so that the surface acoustic wave generated from the comb electrode is transmitted, and connected to an injection port through which the microalgal culture sample filtered by the microalgae cluster is injected in the filter unit and formed in a straight line;
A second channel extending obliquely downward from the outer side of the first channel from a portion of the end of the first channel adjacent to the comb electrode and connected to the first outlet; And
A third channel extending obliquely downward from the outer side of the first channel from a portion of the end of the first channel far from the comb pattern electrode and connected to the second outlet,
The second channel and the third channel are made in the form of an inverted vija (∧),
When the surface acoustic wave generated by the comb electrode is transmitted to the first channel by receiving the AC signal, the eggs and microalgae of the micro-animal flow through the second channel and are discharged through the first outlet,
Microfluidic fluid for separating micro-animals, characterized in that when the surface acoustic wave generated by the comb-patterned electrode is transmitted to the first channel by receiving the AC signal, the micro-animal flows to the third channel and is discharged through a second outlet. Mechanics method.
 청구항 13에 있어서,
상기 채널부는,
상기 주입구와 인접한 상기 제1채널 부분에서 상기 빗살무늬전극과 인접한 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제1유체 주입구와 연결된 제1가이드 채널; 및
상기 주입구와 인접한 상기 제1채널 부분에서 상기 빗살무늬전극과 먼 부분으로부터 상기 제1채널의 외측 상방으로 경사지게 연장 형성되어 제2유체 주입구와 연결된 제2가이드 채널;을 더 포함하고,
상기 제1가이드 채널 및 제2가이드 채널은 브이자 형태(∨)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 방법.
The method of claim 13,
The channel part,
A first guide channel extending from a portion adjacent to the comb-pattern electrode in a portion of the first channel adjacent to the injection hole to be inclined upwardly outward of the first channel and connected to the first fluid injection hole; And
A second guide channel extending obliquely upwardly outward of the first channel from a portion distant from the comb-pattern electrode at a portion of the first channel adjacent to the injection hole and connected to the second fluid injection hole; and
The microfluidic method for separating microanimals, characterized in that the first guide channel and the second guide channel have a Vja shape (∨).
 청구항 14에 있어서,
상기 제1가이드 채널을 통해 유동하는 유체의 유량보다 상기 제2가이드 채널을 통해 유동하는 유체의 유량이 더 많아 미소동물 배양샘플이 빗살무늬전극과 가깝게 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 방법.The method of claim 14,
The flow rate of the fluid flowing through the second guide channel is higher than the flow rate of the fluid flowing through the first guide channel, so that the microanimal culture sample is located close to the comb pattern electrode. Microfluidic method.
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논문 1 *

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