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JP2010217175A - 遠心力ベース微細流動装置及びその製造方法 - Google Patents

遠心力ベース微細流動装置及びその製造方法 Download PDF

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JP2010217175A JP2010051554A JP2010051554A JP2010217175A JP 2010217175 A JP2010217175 A JP 2010217175A JP 2010051554 A JP2010051554 A JP 2010051554A JP 2010051554 A JP2010051554 A JP 2010051554A JP 2010217175 A JP2010217175 A JP 2010217175A
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鍾晋 朴
Dong Hwi Cho
東彙 趙
秀奉 ▲ペ▼
Su Bong Bae
Jong-Cheol Kim
鍾哲 金
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Abstract

【課題】微細流動装置の回転にもかかわらず、生体試料の飛散を防止することができる遠心力ベース微細流動装置とその製造方法を提供する。
【解決手段】ディスク状の部分と、前記ディスク状の部分内に形成され、微細流動装置１０の外部からの流体を収容するように構成されるインレットホール１４と、を含み、前記インレットホール１４は、第１内径Ｄ１を持つ第１開口部２５と、前記第１開口部２５の上に設けられ、前記第１内径Ｄ１よりも大きい第２内径Ｄ２を持つ第２開口部２７と、を含み、前記第２開口部２７の深さＤＨは、前記第２開口部２７内に形成されうる流体液滴の高さよりも大きい。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、遠心力ベース微細流動装置に係り、特に、試料の生化学的処理が行われる遠心力ベース微細流動装置、及び該遠心力ベース微細流動装置の製造方法に関するものである。
微細流動装置とは、内部に微細チャンネル（micro channel）、チャンバ（chamber）、反応領域（reaction region）などを備え、少量の生体試料を装置内に注入して、試料の培養（culture）、混合（mixing）、分離（separation）、濃縮（enrichment）などの生化学的処理が行えるように考案された装置である。なかでも、試料またはその他の流体を移送するための駆動圧力として遠心力を用いる装置を遠心力ベース微細流動装置という。主に実験室（laboratory）で行われてきた生化学的処理を遠心力ベース微細流動装置により容易に行うことができる。また、遠心力ベース微細流動装置が典型的にディスク上に形成されていることから、Lab-on-a-diskまたはLab-on-a-CDとも呼ばれる。
生体試料は、ピペットまたは注射器などの注入手段により、微細流動装置に形成されたインレットホール（inlet hole）を通じて微細流動装置中に注入される。ところが、生体試料をインレットホールを通じて注入する過程でインレットホールの周辺に生体試料が付く場合がある。生化学処理装置に微細流動装置を搭載して回転させると、インレットホールの周辺に付いた生体試料が生化学処理装置の内部で飛散し、生化学処理装置が汚染するという不具合がある。
追加の様態及び／または利点は、以下に説明されたり、部分的には以下の説明から明らかになったり、本発明の実行から学習することができる。
本発明は、微細流動装置の回転にもかかわらず、生体試料の飛散を防止することができる遠心力ベース微細流動装置と、該遠心力ベース微細流動装置の製造方法を提供する。
したがって、本発明は、ディスク状の部分と；前記ディスク状の部分内に形成され、前記遠心力ベース微細流動装置の外部からの流体を収容するように構成されるインレットホールと；を含む遠心力ベース微細流動装置を提供する。前記インレットホールは、第１内径を持つ第１開口部と、前記第１開口部の上に設けられ、前記第１内径よりも大きい第２内径を持つ第２開口部と、を含む。前記第２開口部の深さは、前記第２開口部内に形成されうる流体液滴の高さよりも大きくすることができる。
前記遠心力ベース微細流動装置は、前記インレットホールを通じて前記微細流動装置のディスク状の部分と連結されるチャンネルまたはチャンバを含む、前記試料の生化学的処理を行うための手段をさらに含むことができる。
前記遠心力ベース微細流動装置は、前記第１開口部及び第２開口部との間に介在され、前記遠心力ベース微細流動装置への流体注入のために用いられる道具により穿孔されうる中間膜をさらに含むことができる。
前記遠心力ベース微細流動装置は、該遠心力ベース微細流動装置を回転させるユニットが挿入される装着通孔をさらに含むことができる。また、他の実施例による遠心力ベース微細流動装置は、ボディー及び該ボディーに積層されるカバーを有する３枚以上のディスク状の部材と；前記ボディーとカバーとの間に介在されて中間膜を形成するフィルムと；を含むことができる。前記ディスク状の部材は、前記ディスク状の部材内に形成され、前記遠心力ベース微細流動装置の外部からの流体を収容するように構成されるインレットホールを有する、試料の生化学的処理を行うための手段をさらに含むことができる。
前記ボディーは、流体試料のチャンネルまたはチャンバーを形成するためのチャンネル溝を有するプレートが互いに接合されてなることができる。また、前記ボディーは、該ボディー内に形成され、第１内径を持つ第１開口部を含むことができる。この第１開口部は、前記チャネルまたはチャンバーにつながり、流体を移動させることができる。
前記カバーは、前記ボディーに形成された前記第１開口部の第１内径よりも大きい第２内径を持つ第２開口部を含むことができる。前記第２開口部は、前記第１開口部の周りが前記第２開口部の周りを超えない位置に配置することができる。前記第２開口部の深さは、前記第２開口部内に形成されうる流体液滴の高さよりも大きくすることができる。
本発明のさらに他の実施例は、流体を収容するためのチャンバまたは流体の流路を提供するチャンネルを有し、前記チャンバまたはチャンネルと連結され、第１内径を持つ第１開口部を有するボディーを用意する段階と；前記第１内径よりも大きい第２内径を持つ第２開口部を有するカバーを用意する段階と；前記第１開口部の周りが前記第２開口部の周りを超えないように前記カバーを前記ボディー上に整列して固定する段階と；を含み、前記第２開口部の深さが前記第２開口部内に形成されうる流体液滴の高さよりも大きいことを特徴とする遠心力ベース微細流動装置の製造方法を提供する。
上記方法は、前記第１開口部及び第２開口部との間に介在され、前記遠心力ベース微細流動装置への流体注入のために用いられる道具により穿孔されうる中間膜を用意する段階をさらに含むことができる。
上記中間膜形成段階は、前記ボディー上にカバーを固定する前に、接着剤を用いて、前記ボディーの上側面または前記カバーの下側面上に、上下両側面を有するフィルムの一面を付着させる段階と；前記カバーを前記ボディーに固定した後に、余分の接着剤を除去する段階と；をさらに含むことができる。
上記余分の接着剤を除去する段階は、前記フィルムの一部に塗布された接着剤が、空気中に晒されたとき、揮発されたり硬化されたりするように、空気中に前記フィルムを放置する段階をさらに含むことができる。
本発明によると、微細流動装置の回転にもかかわらず、生体試料の飛散が防止されるため、微細流動装置の搭載される生化学処理装置内部の汚染と、それによる検査結果の信頼性低下を予防することができる。
本発明の一実施例による遠心力ベース微細流動装置の斜視図である。 図１に示す微細流動装置のインレットホールの断面図であり、生体試料をインレットホールを通じて微細流動装置の内部に注入するプロセスを順次に示す図である。 図１に示す微細流動装置のインレットホールの断面図であり、生体試料をインレットホールを通じて微細流動装置の内部に注入するプロセスを順次に示す図である。 図１に示す微細流動装置のインレットホールの断面図であり、生体試料をインレットホールを通じて微細流動装置の内部に注入するプロセスを順次に示す図である。 図１に示す微細流動装置の製造方法を順次に示す断面図である。 図１に示す微細流動装置の製造方法を順次に示す断面図である。 図１に示す微細流動装置の製造方法を順次に示す断面図である。 図１に示す微細流動装置の製造方法を順次に示す断面図である。
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例について説明する。図面中、同一の構成要素には同一の参照符号を付する。
図１は、本発明の一実施例による遠心力ベース微細流動装置の斜視図である。図２Ａ〜図２Ｃは、図１に示す微細流動装置のインレットホールの断面図であり、生体試料をインレットホールを通じて微細流動装置の内部に注入するプロセスを順次に示す図である。
図１を参照すると、本発明の一実施例による遠心力ベース微細流動装置１０は、ディスク（disk）の形態を有し、微細流動装置１０を回転させる手段であるターンテーブル（turntable）５０に搭載されて、ターンテーブル５０の回転に従動して回転する。この微細流動装置１０の直径は、例えば、８ｃｍ、１２ｃｍなどを含む様々なサイズにすることができる。微細流動装置１０は、そのボディーに形成され、ターンテーブル５０がはめ込まれる装着通孔１２を有する。
前記微細流動装置１０は試料の生化学的処理を行うための手段を備える。試料の生化学的処理は、試料の培養（culture）、混合（mixing）、分離（separation）、濃縮（enrichment）などを含む。試料の生化学的処理を行うための手段は、前記ボディーに形成され、生化学的処理に必要な生化学試料などの液体を微細流動装置１０内に注入して収容するように構成されるインレットホール１４、液体を移送するためのチャンネル１３（図２Ａ参照）、液体を閉じ込めるためのチャンバ（図示せず）、試料の生化学反応がおきる反応領域（reaction region）（図示せず）、及び液体の流れを制御するバルブ（図示せず）などを含むことができる。微細流動装置１０のインレットホール１４は、上側面に向けて開放されている。インレットホール１４はチャンネル１３またはチャンバ（図示せず）と連通する。
図２Ａを参照すると、微細流動装置１０は、３枚のディスク状の部材と１枚のフィルムとからなっている。具体的に、微細流動装置１０は、互いに接合された第１プレート１６と第２プレート１７とからなるボディー１５と、ボディー１５上に積層されたカバー２０と、ボディー１５とカバー２０との間に介在されたフィルム２２と、を含む。第１プレート１６、第２プレート１７、及びカバー２０は、シリコン、ガラス、またはプラスチックの素材からなることができるが、これに限定されることはない。
ボディー１５には、チャンネル１３またはチャンバ（図示せず）が形成されている。また、ボディー１５には、チャンネル１３またはチャンバ（図示せず）と流体移動可能に連結され、第１内径Ｄ１を持つ第１開口部２５が形成されている。カバー２０には、第１内径Ｄ１よりも大きい第２内径Ｄ２を持つ第２開口部２７が形成されている。第２開口部２７は、第１開口部２５の周りが第２開口部２７の周りを超えないような位置に形成する。第１開口部２５と第２開口部２７との間に介在されるフィルム２２の一部は、中間膜２９を形成する。第２開口部２７及びカバー２０に対して第１開口部２５は陥凹され、穿孔可能フィルムで覆われる。
以下、図２Ａ〜図２Ｃを参照して、微細流動装置１０の内部に試料を注入するプロセスを順次に説明する。例えば、血液のような流体試料３５を微細流動装置１０内に注入するために、例えば、ピペット５５のような道具が使用される。図２Ａを参照すると、試料３５の入っているピペット５５の先端をインレットホール１４の第２開口部２７に接近させる。
図２Ｂを参照すると、ピペット５５をより下方に加圧すると、中間膜２９が破裂され、ピペット５５の先端が第２開口部２７を通過して第１開口部２５に至る。この状態で、ピペット５５中の試料３５を吐出させてチャンネル１３に注入する。図２Ｃを参照すると、試料３５の注入後にピペット５５はインレットホール１４から除去される。
ピペット５５をインレットホール１４から除去する過程でピペット５５に残留している流体試料が第２開口部２７に落ち、流体液滴３６が形成されることがある。具体的に、ピペット５５をインレットホール１４に挿入して試料３５を注入したり、ピペット５５をインレットホール１４から除去する時に、ピペット５５の先端は第１開口部２５の周囲にもたれかかるから、第２開口部２７または凹部に残留試料による流体液滴３６が形成されるおそれがある。しかし、第２開口部２７の内径Ｄ２は、ピペット５５の先端が当らない程度に十分に大きいため、普通レベルの注意のみ払えばカバー２０の上側面には残留試料による流体液滴が形成されない。
第２開口部２７の深さＤＨは、カバー２０の厚さに対応し、この深さＤＨは、液滴３６の高さＨＬよりも大きい。したがって、ターンテーブル５０により微細流動装置１０を回転させても、液滴３６は第２開口部２７に閉じ込められたまま抜け出られず、微細流動装置１０の外部に飛散することもない。したがって、微細流動装置１０を用いて生化学的検査を行う生化学処理装置（図示せず）の汚染も予防可能になる。
図３Ａ〜図３Ｄは、図１に示す微細流動装置１０の製造方法を順次に示す断面図である。以下、微細流動装置１０の製造方法について詳細に説明する。
図３Ａを参照すると、まず、第１プレート１６と第２プレート１７を用意する。第１プレート１６の上側面と第２プレート１７の下側面には、組合せ（combination）によりチャンネル１３（図３Ｂ参照）またはチャンバ（図示せず）を形成されるように、チャンネル用溝１３ａ，１３ｂまたはチャンバ用溝（図示せず）が形成される。また、第２プレート１７には、第１開口部２５が形成される。
図３Ｂを参照すると、第１プレート１６及び第２プレート１７を結合してボディー１５を形成する。この時、チャンネル用溝１３ａ，１３ｂ及びチャンバ用溝（図示せず）が互いに組み合わせられてチャンネル１３及びチャンバ（図示せず）が形成される。ボディー１５の上側面にはフィルム２２が付着される。フィルム２２の上・下側面２２ａ，２２ｂにはそれぞれ接着剤が塗布されており、フィルム２２の下側面２２ｂをボディー１５の上側面に付着させる。または、フィルム２２の上側面２２ａをまずカバー２０の下側面に付着させることもできる。かかるフィルム２２は、人の力により破裂または穿孔可能なものとする。
図３Ｃを参照すると、カバー２０をフィルム２２の上側面２２ａに付着させることで、カバー２０がボディー１５上に固定される。カバー２０をボディー１５上に固定する時、第１開口部２５の周りが第２開口部２７の周りを逸脱しないようにカバー２０を整列する。
図３Ｄを参照すると、カバー２０がボディー１５に固定された後に、フィルム２２の両側面２２ａ，２２ｂの一部、すなわち、ボディー１５またはカバー２０に付着されずに空気中に晒されている部分の接着特性を除去することで、中間膜２９を形成する。接着特性を除去する方法の一つに、空気中に放置する方法がある。フィルム２２に塗布された接着剤は空気中に晒され、時間の経過につれて揮発されたり硬化したりして接着特性を失うわけである。
以上では具体的な実施例を挙げて本発明を説明してきたが、本発明の原理及び精神を逸脱しない限度内で様々な変形実施が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を有する者にとっては明らかであり、本発明の思想は、特許請求の範囲とその均等物により定められるべきである。
１０ 微細流動装置
１４ インレットホール
１５ ボディー
２０ カバー
２２ フィルム
２５ 第１開口部
２７ 第２開口部
２９ 中間膜

Claims (12)

  1. ディスク状の部分と、
    前記ディスク状の部分内に形成され、外部からの流体を収容するように構成されるインレットホールと、
    を含み、
    前記インレットホールは、第１内径を持つ第１開口部と、前記第１開口部の上に設けられ、前記第１内径よりも大きい第２内径を持つ第２開口部と、を含み、前記第２開口部の深さは、前記第２開口部内に形成されうる流体液滴の高さよりも大きいことを特徴とする、遠心力ベース微細流動装置。
  2. 前記インレットホールを通じて前記ディスク状の部分と連結されるチャンネルまたはチャンバを含む、試料の生化学的処理を行うための手段をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の遠心力ベース微細流動装置。
  3. 前記第１開口部及び第２開口部との間に介在され、前記遠心力ベース微細流動装置への流体注入のために用いられる道具により穿孔可能な中間膜をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の遠心力ベース微細流動装置。
  4. 前記インレットホールは、開放された上部を有することを特徴とする、請求項１に記載の遠心力ベース微細流動装置。
  5. ピペットのような道具が、前記遠心力ベース微細流動装置への流体注入のために使用されることを特徴とする、請求項１に記載の遠心力ベース微細流動装置。
  6. 前記ディスク状の部分は、その内側に形成され、前記遠心力ベース微細流動装置を回転させるための手段がはめ込まれる装着通孔をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の遠心力ベース微細流動装置。
  7. 前記遠心力ベース微細流動装置を回転させるための手段は、ターンテーブルであることを特徴とする、請求項６に記載の遠心力ベース微細流動装置。
  8. 流体を収容するためのチャンバまたは流体の流路を提供するチャンネルを有し、前記チャンバまたはチャンネルと連結され、第１内径を持つ第１開口部を有するボディーを用意する段階と、
    前記第１内径よりも大きい第２内径を持つ第２開口部を有するカバーを用意する段階と、
    前記第１開口部の周りが前記第２開口部の周りを超えないように前記カバーを前記ボディー上に整列して固定する段階と、
    を含み、
    前記第２開口部の深さが前記第２開口部内に形成されうる流体液滴の高さよりも大きいことを特徴とする、遠心力ベース微細流動装置の製造方法。
  9. 前記第１開口部及び第２開口部との間に介在され、前記遠心力ベース微細流動装置への流体注入のために用いられる道具により穿孔されうる中間膜を用意する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の遠心力ベース微細流動装置の製造方法。
  10. 前記中間膜形成段階は、
    前記ボディー上にカバーを固定する前に、接着剤を用いて、前記ボディーの上側面または前記カバーの下側面上に、上下両側面を有するフィルムの一面を付着する段階と、
    前記カバーを前記ボディーに固定した後に、余分な接着剤を除去する段階と、
    をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の遠心力ベース微細流動装置の製造方法。
  11. 前記余分な接着剤を除去する段階は、前記フィルムの一部に塗布された接着剤が、空気中に晒されたとき、揮発されたり硬化されたりするように、空気中に前記フィルムを放置する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の遠心力ベース微細流動装置の製造方法。
  12. 前記カバーを固定する段階は、前記ボディーの上側面または前記カバーの下側面に付着されていない前記フィルムの反対面を付着する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の遠心力ベース微細流動装置の製造方法。
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