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JP2021004899A - 微細流体装置 - Google Patents

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Yoon Kyoung Cho
テ−ヒョン・キム
Dae-Hyun Kim
キュサン・イ
Kyusang Lee
ヒチュル・パク
Heechul Park
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UNIST Academy Industry Research Corp
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Abstract

【課題】特定構造のろ過防止部を含むことによって、ろ過した微細流体の逆流およびこれによる装置内の汚染を防止できる微細流体装置を提供することである。
【解決手段】微細流体装置に関し、回転可能な本体と、前記本体の内壁方向に位置する第１チャンバと、前記第１チャンバから前記本体の外壁方向に位置する第２チャンバと、逆流防止部とを含み、前記流体は、前記第１チャンバから前記第２チャンバ方向に移送され、前記逆流防止部は、前記第２チャンバから前記第１チャンバへの前記流体の逆流を防止するものである、微細流体装置を提供することができる。
【選択図】図１１

Description

本発明は、微細流体装置に関し、より具体的には、ろ過した微細流体の逆流を防止するための構造を含む微細流体装置に関する。
血液循環腫瘍細胞（ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｕｍｏｒ ｃｅｌｌ：ＣＴＣ）は、癌患者の原発癌から分離されて血管の中を循環し、任意の地点で新血管を生成して癌転移を起こす。これは癌転移に核心的な役割を果たす要素であって、癌転移治療関連の研究分野で大きな注目を集めている。当該研究分野の主な目標は、ＣＴＣを分離し、これから遺伝情報を把握することにある。これは、ＣＴＣがどのような転移を起こしうるかについて予測し、これによる個別診断をするためである。
しかし、血液内のＣＴＣの濃度が低くて分離するのに困難がある。ＣＴＣは、１ｍＬの血液中にわずか数個しか存在せず、１０億個以上存在する他の血球に比べて極端に濃度が低い。よって、診断のために意味ある数字のＣＴＣを確保するためには数ｍＬの多い血液量が必要であり、数多くの血球から選択的にＣＴＣを分離できる技術の開発が必要である。このために数多くの研究が進められている。
ＣＴＣを選択的に分離するための代表的な研究分野として、サイズベースのＣＴＣ分離が挙げられる。一般に、ＣＴＣは、他の血球より大きい直径を有している。このような特徴を活用して血液のろ過により数多くの血球からＣＴＣを選択的に分離することができる。しかし、この時、先に言及したように、診断のために意味ある数字のＣＴＣを分離するためには数ｍＬの血液のろ過が必要になり、これによって、大きな体積を有する流体装置が必要になる。
微細流体装置上では、数ｍＬの血液を扱うのには限界があり、仮に大きな体積にデザインされたとしても、すでにろ過した血液が逆流してろ過膜を汚染させることがある。これは不正確な結果を招きかねない。したがって、大きな体積の血液を扱うためには、逆流を防止してろ過した廃液の血液を効果的に保管できる技術の確保が必須である。
韓国公開特許第１０−２０１５−０１２５３３６号公報
本発明の一実施形態は、特定構造のろ過防止部を含むことによって、ろ過した微細流体の逆流およびこれによる装置内の汚染を防止できる微細流体装置を提供しようとする。
本発明の一実施形態は、回転可能な本体と、前記本体の内壁方向に位置する第１チャンバと、前記第１チャンバから前記本体の外壁方向に位置する第２チャンバと、逆流防止部とを含み、前記流体は、前記第１チャンバから前記第２チャンバ方向に移送され、前記逆流防止部は、前記第２チャンバから前記第１チャンバへの前記流体の逆流を防止するものである、微細流体装置を提供する。
前記逆流防止部は、前記第２チャンバ内に位置し、ろ過した流体を吸収できる吸湿剤を含むものであってもよい。
前記第２チャンバは、少なくとも１つの端部が前記本体の中心方向に突出した形態であり、前記第２チャンバ内の前記端部にも前記吸湿剤が含まれ、遠心力の反対方向への吸湿が可能なものであってもよい。
前記吸湿剤は、粉末形態であってもよい。
前記吸湿剤は、支持体に固定されているものであってもよい。
前記第２チャンバ内に、前記支持体に固定された吸湿剤が積層されているものであってもよい。
前記支持体は、ポリエチレン、ポリエステル、ナイロン、またはこれらの組み合わせを含むものであってもよい。
前記吸湿剤は、天然繊維、アクリロニトリル（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、シリカゲル、塩化カルシウム、アクリルアミド、またはこれらの組み合わせを含むものであってもよい。
前記本体は、中心を基準として回転可能な円筒形構造体であってもよい。
前記第２チャンバは、外気と連結される空気口を含むものであってもよい。
前記流体は、血液、小便、唾、またはこれらの組み合わせを含むものであってもよい。
前記逆流防止部は、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に順次に位置する第１微細流路、および第２微細流路を含み、前記第２微細流路は、前記流体の流れ方向を基準として、前記流体が前記第１微細流路から前記第２微細流路に流入する方向と、前記流体が前記第２微細流路から前記第２チャンバに流出する方向とが異なる形態であり、前記第２微細流路と前記第２チャンバとの間に、前記流体に対する透過性のない壁体が位置するものであってもよい。
前記第２微細流路において、前記流体が前記第１微細流路から前記第２微細流路に流入する方向と、前記流体が前記第２微細流路から前記第２チャンバに流出する方向とのなす角度は、０°超過且つ１８０°以下であってもよい。
前記第２微細流路の長さは、１０ｍｍ以上且つ５０ｍｍ以下であってもよい。
前記壁体の長さは、０．５ｍｍ以上且つ５０ｍｍ以下であってもよい。
前記第２微細流路の直径は、０．０１ｍｍ以上且つ１００ｍｍ以下であってもよい。
前記第２チャンバから前記本体の中心部方向に位置し、前記第２チャンバと連結される第３チャンバをさらに含むものであってもよい。
前記第３チャンバは、前記第３チャンバと前記第２チャンバとが連結される一端部に、前記第３チャンバの内部方向に突出した構造体をさらに含むものであってもよい。
前記流体は、血液、小便、唾、またはこれらの組み合わせを含むものであってもよい。
前記逆流防止部は、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に位置し、外気から遮断された第４チャンバと、前記第１チャンバと前記第４チャンバとの間に位置する第３微細流路、および前記第４チャンバと前記第２チャンバとの間に位置する第４微細流路とを含むものであってもよい。
前記第４チャンバは、前記第３微細流路および前記第４微細流路内の流体の流れ方向に対して垂直方向の柱形態であってもよい。
前記柱形態の第４チャンバは、厚さが０ｍｍ超過且つ１０ｍｍ以下であってもよい。
前記第２チャンバは、外気と連結される空気口を含むものであってもよい。
前記第３微細流路の直径は、０．０１ｍｍ以上且つ１００ｍｍ以下であってもよい。
前記第４微細流路の直径は、０．０１ｍｍ以上且つ１００ｍｍ以下であってもよい。
前記流体は、血液、小便、唾、またはこれらの組み合わせを含むものであってもよい。
これに加えて、前記第２チャンバは、前記第１チャンバでろ過した流体を吸収できる吸湿剤を含むものであってもよい。
前記第２チャンバは、少なくとも１つの端部が前記本体の中心方向に突出した形態であり、前記第２チャンバ内の前記端部にも前記吸湿剤が含まれ、遠心力の反対方向への吸湿が可能なものであってもよい。
前記第４微細流路と前記第２チャンバとの間に位置し、前記第４微細流路および前記第２チャンバを連結する第２微細流路をさらに含み、前記第２微細流路は、前記流体の流れ方向を基準として、前記流体が前記第４微細流路から前記第２微細流路に流入する方向と、前記流体が前記第２微細流路から前記第２チャンバに流出する方向とが異なる形態であり、前記第２微細流路と前記第２チャンバとの間に、前記流体に対する透過性のない壁体が位置するものであってもよい。
前記第２微細流路において、前記流体が第４微細流路から前記第２微細流路に流入する方向と、前記流体が第２微細流路から第２チャンバに流出する方向とのなす角度は、３０°以上であってもよい。
前記第２チャンバから前記本体の中心部方向に位置し、前記第２チャンバと連結される第３チャンバをさらに含むものであってもよい。
前記第３チャンバは、前記第３チャンバと前記第２チャンバとが連結される一端部に、前記第３チャンバの内部方向に突出した構造体をさらに含むものであってもよい。
本発明の一実施形態は、特定構造の逆流防止部を含むことによって、ろ過した微細流体の逆流およびこれによる装置内の汚染を防止できる微細流体装置を提供することができる。
逆流防止部を除いた微細流体装置の横断面図、および縦断面図である。 本発明の第１実施形態による逆流防止部を含む微細流体装置の横断面図である。 本発明の第１実施形態による逆流防止部を含む微細流体装置内の流体の例示的な挙動を示す模式図である。 本発明の第２実施形態による逆流防止部を含む微細流体装置の横断面図である。 本発明の第２実施形態による逆流防止部を含む微細流体装置内の流体の例示的な挙動を示す模式図である。 本発明の第３実施形態による逆流防止部を含む微細流体装置の横断面図である。 本発明の第３実施形態による逆流防止部を含む微細流体装置の縦断面図である。 本発明の第３実施形態による逆流防止部を含む微細流体装置による流体のろ過過程中の写真、および流体の挙動を示す模式図である。 本発明の第３実施形態による逆流防止部を含む微細流体装置による流体のろ過後の写真、および停止した流体の状態を示す模式図である。 本発明の第３実施形態と第１実施形態の逆流防止部が結合された微細流体装置の横断面図である。 本発明の第３実施形態と第２実施形態の逆流防止部が結合された微細流体装置の横断面図である。
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。ただし、これは例として提示されるものであり、これによって本発明が制限されず、本発明は後述する請求範囲の範疇によってのみ定義される。
上述のように、血液循環腫瘍細胞（ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｕｍｏｒ ｃｅｌｌ：ＣＴＣ）など血液内の濃度が非常に低い細胞を分離するにあたり、診断に必要な十分な量の細胞を分離するためには数ｍＬの血液のろ過が必要になり、これによって大きな体積を有する流体装置が必要になる。
しかし、従来の微細流体装置上では、数ｍＬの血液を扱うのに限界があり、仮に大きな体積にデザインされたとしても、すでにろ過した血液が逆流してろ過膜を汚染させることがある。これは不正確な結果を招きかねない。
本発明は、微細流体装置上の逆流防止部を含むことで、ろ過した血液の逆流を防止し、ろ過膜の汚染を防止できる微細流体装置を提供する。図１（ａ）は、逆流防止部を除いた微細流体装置の横断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の微細流体装置のＡ地点からＢ地点の間の縦断面図である。
本発明の一実施形態は、回転可能な本体１と、前記本体の内壁方向に位置する第１チャンバ２と、前記第１チャンバ２から前記本体１の外壁方向に位置する第２チャンバ６と、逆流防止部とを含み、前記流体は、前記第１チャンバ２から前記第２チャンバ６方向に移送され、前記逆流防止部は、前記第２チャンバ６から前記第１チャンバ２への前記流体の逆流を防止するものである、微細流体装置を提供する。
前記微細流体装置において、第１チャンバ２に流体が注入されるものであってもよいし、前記第１チャンバ２に流体を注入するための注入口１４をさらに含むものであってもよい。また、前記第１チャンバ２と第２チャンバ６との間に、血液など流体のろ過のためのろ過膜３を含むろ過チャンバ４を含むものであってもよい。また、ここで、前記ろ過チャンバ４と第１チャンバ２との間に血液が移動可能な第５微細流路５をさらに含んでもよい。
前記逆流防止部を除いた微細流体装置に関するより具体的な構成は、すでに出願された韓国特許出願１０−２０１４−００５２５３８号を参照すればよいし、本明細書では、逆流防止部について詳細に説明する。
第１実施形態
第１実施形態の逆流防止部は、前記第２チャンバ６内に位置し、ろ過した流体を吸収できる吸湿剤８を含むものであってもよい。図２は、吸湿剤を含む逆流防止部を含む微細流体装置の横断面図である。
前記微細流体装置は、装置の中心を基準として回転可能な構造体であってもよい。また、前記構造体の形状は、円筒形、四角柱形など多様な形状を有することができる。より好ましくは、円筒形であってもよい。
中心を基準として回転可能な構造体である微細流体装置の回転時に発生する遠心力によって第１チャンバ２に注入された流体が第２チャンバ６に移送され、移送された流体は、第２チャンバ６に進入すると同時に、第２チャンバ６内の吸湿剤８に吸収される。
図３は、吸湿剤８による移送された流体の例示的な吸収様相を示す。第２チャンバ６に流体が移送される前に、微細流体装置は、図３（ａ）のように維持され、装置の回転によって第２チャンバ６に流体９が移送されると、図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のように次第に吸収領域が広くなるにつれて流体９の吸収量が増加する。
吸湿剤８内での流体９の流動は、毛細管力による吸湿剤８の内部への拡散のみに制限される。よって、微細流体装置が傾いた状況でも第１チャンバ２への逆流を防止することができる。
ここで、第２チャンバ６は、少なくとも１つの端部が前記本体の中心方向に突出した形態であり、前記第２チャンバ６内の前記端部にも前記吸湿剤８が含まれ、遠心力の反対方向への吸湿が可能なものであってもよい。
これによって、吸湿剤８内での流体９の移動は、図３（ｃ）、（ｄ）のように遠心力作用の反対方向にも作用できる。したがって、流体が第２チャンバ６に流入する位置より微細流体装置の中心に近い地点までも流体９の吸湿が可能になる。よって、より広い面積での吸収が可能で、装置内の空間を効率的に使用し、収容可能なろ過した流体量を増加させることができる。
第２チャンバ６内の吸湿剤８は、粉末形態であってもよい。粉末形態の吸湿剤８を使用することによって、ろ過した流体と接触する表面積が増加して、吸湿効率を極大化させることができる。
より具体的には、前記粉末形態の吸湿剤８は、支持体に固定されているものであってもよい。前記支持体の形状は、第２チャンバに挿入されるのに適切な形状であれば多様に調節可能であり、例としては、板状型であってよい。支持体に固定された吸湿剤８を使用することによって、粉末自体の形態で使用する場合に比べて運搬およびチャンバ内の適用が容易でありうる。
より具体的には、前記支持体は、特定の形状に切断可能なものであってもよい。これによって、第２チャンバ６内の吸湿剤８は支持体に固定され、複数の層でチャンバ内に積層して挿入される。よって、吸湿剤８が第２チャンバ６内に密に挿入可能で、吸湿量を極大化して微細流体装置の流体処理量を向上させることができる。
前記支持体は、ポリエチレン、ポリエステル、ナイロン、またはこれらの組み合わせを含むものであってもよい。このような材質の支持体は、吸湿剤８の固定が容易なものである。ただし、これに限定するものではなく、吸湿剤８の固定が容易であれば、他の材質の採用が可能である。
前記吸湿剤８は、天然繊維、アクリロニトリル（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、シリカゲル、塩化カルシウム、アクリルアミド、またはこれらの組み合わせを含むものであってもよい。このような材質の吸湿剤８は、液体に対する吸収能に優れたもので、１ｃｍ３の体積あたり０．５ｍＬの液体を吸湿できるものであってもよい。ただし、これに限定するものではなく、吸湿能に優れた他の物質の採用が可能である。
前記第２チャンバ６は、図示しないが、外気と連結される空気口を含むものであってもよい。よって、吸湿剤８内の液体の移動動力が与えられ、吸湿剤８の吸収がさらに容易になりうる。
微細流体装置により処理される前記流体９は、血液、小便、唾、またはこれらの組み合わせを含むものであってもよい。
第２実施形態
図４は、第２実施形態による逆流防止部を含む微細流体装置の横断面図である。
第２実施形態の逆流防止部は、前記第１チャンバ２と前記第２チャンバ６との間に順次に位置する第１微細流路７、および第２微細流路１０を含み、前記第２微細流路１０は、前記流体の流れ方向を基準として、前記流体が前記第１微細流路７から前記第２微細流路１０に流入する方向と、前記流体が前記第２微細流路１０から前記第２チャンバ６に流出する方向とが異なる形態であり、前記第２微細流路１０と前記第２チャンバ６との間に、前記流体に対する透過性のない壁体１１が位置するものであってもよい。
前記微細流体装置は、装置の中心を基準として回転可能な構造体であってもよい。また、前記構造体の形状は、円筒形、四角柱形など多様な形状を有することができる。より好ましくは、円筒形であってもよい。
中心を基準として回転可能な構造体である微細流体装置の回転時に発生する遠心力によって第１チャンバ２に注入された流体が、第１微細流路７、および第２微細流路１０を経て第２チャンバ６に移送される。
前記第２チャンバ６は、図示しないが、外気と連結される空気口を含むものであってもよい。よって、第１チャンバから第２チャンバへの流体の移動動力が与えられ、流体の移送が円滑になる。
流体が第１チャンバ２から第２チャンバ６に移送される時、前記流体の流れ方向を基準として、前記流体が前記第１微細流路７から前記第２微細流路１０に流入する方向と、前記流体が前記第２微細流路１０から前記第２チャンバ６に流出する方向とが異なる形態の第２微細流路１０を通過する。
第２微細流路１０と第２チャンバ６との間には、第２微細流路１０と同一の形状で流体に対する透過性のない壁体１１が位置する。このような第２微細流路１０の形態および壁体１１を通して、微細流体装置内で流体が第１チャンバ２から第２チャンバ６に移送された後に予期せぬ状況で装置が傾いても、第２チャンバ６から第１チャンバ２方向にろ過した流体が逆流しなくなる。
図５は、第２実施形態による逆流防止部を含む微細流体装置内の流体９の挙動を示す模式図である。
流体９を第１チャンバ２に注入した後、微細流体装置を回転させると、流体９はそれぞれ第１微細流路７と第２微細流路１０を経て第２チャンバ６に移送される。第２微細流路１０は、流体９の流れ方向を基準として、前記流体９が前記第１微細流路７から前記第２微細流路１０に流入する方向と、前記流体９が前記第２微細流路１０から前記第２チャンバ６に流出する方向とが異なる形態であってもよい。逆流防止効果を十分に得るためには、前記２つの方向の差が大きいほど良い。具体的には、前記流体９が前記第１微細流路７から前記第２微細流路１０に流入する方向と、前記流体９が前記第２微細流路１０から前記第２チャンバ６に流出する方向とのなす角度は、０°超過、１８０°以下であってもよい。より具体的には、３０°以上且つ１８０°以下；３０°以上且つ１５０°以下；または９０°以上且つ１８０°以下；であってもよい。図５は、前記２つの方向のなす角度が約１８０°の場合である。
流体は、第２微細流路１０を経て第２微細流路１０の出口を通して第２チャンバ６に移送される。微細流体装置の回転によって流体９が第１チャンバ２から第２チャンバ６に移動する時、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のように持続的な流体９の移送が起こり、最終的には、図４（ｅ）のように移送およびろ過が完了する。移送完了後には、別の操作のために当該微細流体装置を操作する時に予期せぬ状況で装置が傾くことがある。この状況で、第２微細流路１０と第２チャンバ６との間に位置する流体９に対する透過性のない壁体１１によって、第２チャンバ６から第２微細流路１０への流体９の流れを全面的に遮断することができる。よって、第１チャンバ２方向への流体の逆流を防止することができる。
また、移送およびろ過した流体の体積が大きい場合には、移送完了後に微細流体装置の傾斜時、第２チャンバ６内で流体のメニスカス（Ｍｅｎｉｓｃｕｓ）の位置が高くて第２微細流路１０の出口を通して溶液が投入されることがあるが、この問題点も、第１微細流路７と第２チャンバ６との間に位置する壁体１１により解決できる。具体的には、装置の傾斜時、第２チャンバ６から少量の流体９のみが第１微細流路７に移送され、メニスカスの位置を低くして逆流を防止することができる。
第２微細流路１０の長さは、１０ｍｍ以上且つ５０ｍｍ以下であってもよく、壁体の長さは、０．５ｍｍ以上且つ５０ｍｍ以下であってもよい。ただし、これに限定するものではなく、第２微細流路および壁体の長さは適切に調節可能である。
壁体１１の長さは、０．５ｍｍ以上且つ５０ｍｍ以下であってもよいし、この範囲で移送およびろ過した流体９の逆流を効果的に防止することができる。ただし、これは微細流体装置の大きさに応じて適切に調節可能である。
前記第２微細流路１０の直径は、０．０１ｍｍ以上且つ１００ｍｍ以下であってもよい。第２微細流路１０の直径が小さすぎる場合、流れ抵抗が大きくなって流体の流れを誘導するために大きな圧力が必要になり、流体の流れの不安定性を招いてろ過効率が減少する問題が発生しうる。
第２実施形態において、前記微細流体装置は、図４および図５に示されるように、前記第２チャンバ６から前記本体１の中心部方向に位置し、前記第２チャンバ６と連結される第３チャンバ１２をさらに含むものであってもよい。
第２チャンバ６より本体１の中心部に位置する第３チャンバ１２を備えることによって、微細流体装置の傾斜時、流体９が第３チャンバ１２に移送されて貯蔵される。よって、微細流体装置の流体処理量が増加できる。
また、前記第３チャンバ１２は、前記第３チャンバ１２と前記第２チャンバ６とが連結される一端部に、前記第３チャンバ１２の内部方向に突出した構造体１３をさらに含むものであってもよい。前記第３チャンバ１２の内部方向に突出した構造体１３を備えることによって、移送された流体９が微細流体装置の傾斜、または再回転時に再び第２チャンバ６に移送されるのを防止することができる。よって、微細流体装置の逆流防止効果がさらに向上し、流体処理量がさらに増加できる。
微細流体装置により処理される前記流体は、血液、小便、唾、またはこれらの組み合わせを含むものであってもよい。
第３実施形態
第３実施形態の逆流防止部は、前記第１チャンバ２と前記第２チャンバ６との間に位置し、外気から遮断された第４チャンバ１５と、前記第１チャンバ２と前記第４チャンバ１５との間に位置する第３微細流路１６、および前記第４チャンバ１５と前記第２チャンバ６との間に位置する第４微細流路１７とを含むものであってもよい。
図６は、第３実施形態による逆流防止部を含む微細流体装置の横断面図である。図７は、図６の第３実施形態による逆流防止部を含む微細流体装置のＡ地点からＢ地点の間の縦断面図である。
前記微細流体装置は、装置の中心を基準として回転可能な構造体であってもよい。また、前記構造体の形状は、円筒形、四角柱形など多様な形状を有することができる。より好ましくは、円筒形であってもよい。
図６および図７のように、第３実施形態による微細流体装置は、回転中心により装置が回転すると遠心力が発生し、これによって流体を第１チャンバ２から第２チャンバ６に移送することができる。
前記第４チャンバ１５は、前記第３微細流路１６および前記第４微細流路１７内の流体の流れ方向に対して垂直方向の柱形態のものであってもよく、前記柱形態の第４チャンバ１５は、厚さが０ｍｍ超過且つ１０ｍｍ以下であってもよい。
前記第２チャンバ６は、図示しないが、外気と連結される空気口を含むものであってもよい。よって、装置の回転時、第１チャンバ２から第２チャンバ６方向への流体移送が容易に進行できる。流体の移送時、第４チャンバ１５は、外気から遮断されているため、流体が移送される間に一定体積の空気が閉じ込められ、閉じ込められた空気によって、流体の移送時、第４チャンバ１５は流体で全体が満たされなくなる。
また、流体の移送を完了して微細流体装置の回転が止まった後にも、第３微細流路１６と第４微細流路１７の出口での毛細管力が作用して、第３微細流路１６、および第４微細流路１７内には流体が停止して残るようになる。
このような停止状態の流体によって第４チャンバ１５は密閉構造が形成され、第４チャンバ１５内で空気の通る道が無くなる。第４チャンバ内の空気換気通路の不在によって、第４微細流路１７から第４チャンバ１５内に流体が流入するためには大きな圧力が必要になる。よって、微細流体装置の回転後、装置を立てたり傾けて発生しうる静力学的圧力（ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）に耐えられるようになり、移送されたサンプルが第１チャンバ２方向に逆流しない。
図８は、第３実施形態による逆流防止部を含む微細流体装置による血液のろ過過程中の写真および流体流れの横断面模式図である。図９は、第３実施形態による逆流防止部を含む微細流体装置による血液のろ過後の写真および停止した流体の横断面模式図である。
図８のように、微細流体装置が回転する場合、流体９は、第１チャンバ２から第２チャンバ６に移送される。図示しないが、第２チャンバには換気口が設けられていて、流体９の移送が円滑になる。また、流体９が移送される間に、換気口が設けられていない第４チャンバ１５内に一定の体積は空気が閉じ込められて、第４チャンバ１５全体が流体９で満たされない。
図９のように、流体９の移送完了後に微細流体装置の回転が止まった後に、第３微細流路１６と第４微細流路１７の出口での毛細管力が作用して、第３微細流路１６、および第４微細流路１７内には流体９が残るようになる。よって、残っている流体９によって第４チャンバ１５は密閉構造が形成され、第４チャンバ１５内で空気の通る道が無くなる。その結果、第４チャンバ１５内に流体９が流入するためには大きな圧力が必要になり、これによって、流体装置の回転後、装置を立てたり傾けて発生しうる静力学的圧力（ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）に耐えられるようになり、移送された流体が第１チャンバ方向に逆流しない。
前記第３、および第４微細流路の直径は、０．０１ｍｍ以上且つ１００ｍｍ以下であってもよい。直径が小さすぎる場合、流れ抵抗が大きくなって流体の流れを誘導するために大きな圧力が必要になり、流体の流れの不安定性を招いてろ過効率が減少する問題が発生しうる。
微細流体装置により処理される前記流体は、血液、小便、唾、またはこれらの組み合わせを含むものであってもよい。
前記第１実施形態から第３実施形態の逆流防止構造は、選択的に２以上結合されてもよい。以下、第３実施形態の逆流防止部に、第２実施形態および／または第１実施形態の逆流防止部が結合される場合の微細流体装置を説明する。
図１０は、前記第３実施形態と第１実施形態の逆流防止部が結合された微細流体装置の横断面図である。前記第３実施形態と第１実施形態の逆流防止部が結合され、前記第３実施形態の微細流体装置は、第２チャンバ６内に流体を吸収できる吸湿剤８を含むことができる。第３実施形態および第１実施形態に関する他の具体的な説明は上述した通りである。２つの構成が結合され、それぞれの逆流防止部は独立して逆流防止機能を行うことができる。よって、逆流防止効果がさらに極大化できる。
図１１は、前記第３実施形態と第２実施形態の逆流防止部が結合された微細流体装置の横断面図である。前記第３実施形態と第１実施形態の逆流防止部が結合され、前記第３実施形態の微細流体装置は、第４微細流路１７と第２チャンバ６との間に位置し、第４微細流路１７および第２チャンバ６を連結する第２微細流路１０を含み、前記第２微細流路１０は、前記流体の流れ方向を基準として、前記流体が前記第４微細流路１７から前記第２微細流路１０に流入する方向と、前記流体が前記第２微細流路１０から前記第２チャンバ６に流出する方向とが異なる形態であり、前記第２微細流路１０と前記第２チャンバ６との間に、前記流体に対する透過性のない壁体１１が位置するものであってもよい。
第３実施形態および第２実施形態に関する他の具体的な説明は上述した通りである。２つの構成が結合され、それぞれの逆流防止部は独立して逆流防止機能を行うことができる。よって、逆流防止効果がさらに極大化できる。
また、前記第２チャンバ内の前記第１実施形態のように吸湿剤が備えられる場合、逆流防止効果がさらに向上できる。
本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で製造可能であり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は本発明の技術的な思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施可能であることを理解するであろう。そのため、以上に述べた実施例はあらゆる面で例示的なものであり、限定的ではないと理解しなければならない。
１ 本体
２ 第１チャンバ
３ ろ過膜
４ ろ過チャンバ
５ 第５微細流路
６ 第２チャンバ
７ 第１微細流路
８ 吸湿剤
９ 流体
１０ 第２微細流路
１１ 壁体
１２ 第３チャンバ
１３ 構造体
１４ 注入口
１５ 第４チャンバ
１６ 第３微細流路
１７ 第４微細流路

Claims (32)

  1. 回転可能な本体と、
    前記本体の内壁方向に位置する第１チャンバと、
    前記第１チャンバから前記本体の外壁方向に位置する第２チャンバと、
    逆流防止部と
    を含む微細流体装置であって、
    流体が、前記第１チャンバから前記第２チャンバの方向に移送され、
    前記逆流防止部が、前記第２チャンバから前記第１チャンバへの前記流体の逆流を防止する、微細流体装置。
  2. 前記逆流防止部が、前記第２チャンバ内に位置し、ろ過した流体を吸収できる吸湿剤を含む、請求項１に記載の微細流体装置。
  3. 前記第２チャンバが、少なくとも１つの端部が前記本体の中心方向に突出した形態であり、
    前記第２チャンバ内の前記端部にも前記吸湿剤が含まれ、遠心力の反対方向への吸湿が可能である、請求項２に記載の微細流体装置。
  4. 前記吸湿剤が粉末形態である、請求項２に記載の微細流体装置。
  5. 前記吸湿剤が支持体に固定されている、請求項４に記載の微細流体装置。
  6. 前記第２チャンバ内に、前記支持体に固定された吸湿剤が積層されている、請求項５に記載の微細流体装置。
  7. 前記支持体が、ポリエチレン、ポリエステル、ナイロン、またはこれらの組み合わせを含む、請求項６に記載の微細流体装置。
  8. 前記吸湿剤が、天然繊維、アクリロニトリル（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、シリカゲル、塩化カルシウム、アクリルアミド、またはこれらの組み合わせを含む、請求項２に記載の微細流体装置。
  9. 前記本体が、中心を基準として回転可能な円筒形構造体である、請求項２に記載の微細流体装置。
  10. 前記第２チャンバが、外気と連結される空気口を含む、請求項２に記載の微細流体装置。
  11. 前記流体が、血液、小便、唾、またはこれらの組み合わせを含む、請求項２に記載の微細流体装置。
  12. 前記逆流防止部が、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に順次に位置する第１微細流路、および第２微細流路を含み、
    前記第２微細流路が、前記流体の流れ方向を基準として、前記流体が前記第１微細流路から前記第２微細流路に流入する方向と、前記流体が前記第２微細流路から前記第２チャンバに流出する方向とが異なる形態であり、
    前記第２微細流路および前記第２チャンバの間に、前記流体に対する透過性のない壁体が位置する、請求項１に記載の微細流体装置。
  13. 前記第２微細流路において、前記流体が前記第１微細流路から前記第２微細流路に流入する方向と、前記流体が前記第２微細流路から前記第２チャンバに流出する方向とのなす角度が、０°超過且つ１８０°以下である、請求項１２に記載の微細流体装置。
  14. 前記第２微細流路の長さが、１０ｍｍ以上且つ５０ｍｍ以下である、請求項１２に記載の微細流体装置。
  15. 前記壁体の長さが、０．５ｍｍ以上且つ５０ｍｍ以下である、請求項１２に記載の微細流体装置。
  16. 前記第２微細流路の直径は、０．０１ｍｍ以上且つ１００ｍｍ以下である、請求項１２に記載の微細流体装置。
  17. 前記第２チャンバから前記本体の中心部方向に位置し、前記第２チャンバと連結される第３チャンバをさらに含む、請求項１２に記載の微細流体装置。
  18. 前記第３チャンバが、前記第３チャンバと前記第２チャンバとが連結される一端部に、前記第３チャンバの内部方向に突出した構造体をさらに含む、請求項１７に記載の微細流体装置。
  19. 前記流体が、血液、小便、唾、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１２に記載の微細流体装置。
  20. 前記逆流防止部が、
    前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に位置し、外気から遮断された第４チャンバと、
    前記第１チャンバと前記第４チャンバとの間に位置する第３微細流路、および前記第４チャンバと前記第２チャンバとの間に位置する第４微細流路と
    を含む、請求項１に記載の微細流体装置。
  21. 前記第４チャンバがは、前記第３微細流路および前記第４微細流路内の流体の流れ方向に対して垂直方向の柱形態である、請求項２０に記載の微細流体装置。
  22. 前記柱形態の第４チャンバの厚さが、０ｍｍ超過且つ１０ｍｍ以下である、請求項２１に記載の微細流体装置。
  23. 前記第２チャンバが、外気と連結される空気口を含むものである、請求項２０に記載の微細流体装置。
  24. 前記第３微細流路の直径が、０．０１ｍｍ以上且つ１００ｍｍ以下である、請求項２０に記載の微細流体装置。
  25. 前記第４微細流路の直径が、０．０１ｍｍ以上且つ１００ｍｍ以下である、請求項２０に記載の微細流体装置。
  26. 前記流体が、血液、小便、唾、またはこれらの組み合わせを含む、請求項２０に記載の微細流体装置。
  27. 前記第２チャンバが、前記第１チャンバでろ過した流体を吸収できる吸湿剤を含む、請求項２０に記載の微細流体装置。
  28. 前記第２チャンバが、少なくとも１つの端部が前記本体の中心方向に突出した形態であり、
    前記第２チャンバ内の前記端部にも前記吸湿剤が含まれ、遠心力の反対方向への吸湿が可能である、請求項２７に記載の微細流体装置。
  29. 前記第４微細流路と前記第２チャンバとの間に位置し、前記第４微細流路および前記第２チャンバを連結する第２微細流路をさらに含み、
    前記第２微細流路は、前記流体の流れ方向を基準として、前記流体が前記第４微細流路から前記第２微細流路に流入する方向と、前記流体が前記第２微細流路から前記第２チャンバに流出する方向とが異なる形態であり、
    前記第２微細流路と前記第２チャンバとの間に、前記流体に対する透過性のない壁体が位置する、請求項２０に記載の微細流体装置。
  30. 前記第２微細流路において、前記流体が第４微細流路から前記第２微細流路に流入する方向と、前記流体が第２微細流路から第２チャンバに流出する方向とのなす角度が、３０°以上である、請求項２９に記載の微細流体装置。
  31. 前記第２チャンバから前記本体の中心部方向に位置し、前記第２チャンバと連結される第３チャンバをさらに含む、請求項３０に記載の微細流体装置。
  32. 前記第３チャンバが、前記第３チャンバと前記第２チャンバとが連結される一端部に、前記第３チャンバの内部方向に突出した構造体をさらに含む、請求項３１に記載の微細流体装置。
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