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KR100705361B1 - 모세관 유동 제어 모듈 및 이를 구비한 랩온어칩 - Google Patents

모세관 유동 제어 모듈 및 이를 구비한 랩온어칩 Download PDF

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KR100705361B1
KR100705361B1 KR1020050076476A KR20050076476A KR100705361B1 KR 100705361 B1 KR100705361 B1 KR 100705361B1 KR 1020050076476 A KR1020050076476 A KR 1020050076476A KR 20050076476 A KR20050076476 A KR 20050076476A KR 100705361 B1 KR100705361 B1 KR 100705361B1
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석지원
장재영
이은정
김영득
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주식회사 엘지생명과학
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Abstract

본 발명은 모세관 유동 제어 모듈 및 이를 구비한 랩온어칩에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 모세관 현상에 의한 자연적인 모세관 유동을 통해 미세한 양의 시료를 이송 및 반응시킴으로써 진단 및 분석을 수행할 수 있는 모세관 유동 제어 모듈 및 이를 구비한 랩온어칩에 관한 것이다.
본 발명에 따른 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩은 모세관 힘에 의한 자연적인 유동에서 유로의 형상 설계를 통하여 추가적인 조작 및 에너지가 필요 없이 복수의 유체를 연결할 수 있으며, 두 가지 이상의 시료를 순차적으로 이송시켜 시료에 대한 진단/분석을 수행할 수 있다.
미세 유체역학(microfluidics), 미세 유로(microchannel), 모세관 유동(capillary flow), 랩온어칩(Lab-on-a-chip), 진단장치(diagnostic device), 분석장치(analytical device)

Description

모세관 유동 제어 모듈 및 이를 구비한 랩온어칩 {A Capillary Flow Control Module and Lab-on-a-chip Equipped with the Same}
도 1은 일반적인 미세유로의 개략도이다.
도 2는 유동지연모델의 개략도이다.
도 3은 도 2의 유동지연모델에 의한 유동의 변화 모습을 촬영한 사진들이다.
도 4는 두 유체가 하나의 미세유로에서 만났을 때, 공기 방울이 갇혀진 상태를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 모세관 유동 제어 모듈의 구성을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩의 제1구현예를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩의 제2구현예를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩의 제3구현예를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩의 제4구현예를 도시한 것이다.
<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 ... 유동지연모델 11, 11’... 유입영역
12 ... 지연경계영역 13 ... 유동지연영역
14 ... 회복경계영역 15 ... 유동회복영역
30 ... 모세관 유동 제어 모듈 31 ... 제1유로
32 ... 제2유로 33 ... 벤튜리유로
34 ... 유동지연부 35 ... 공기배출유로
36 ... 공기배출구
110 ... 유체유입부 115 ... 분기유로
116 ... 우회유로 120 ... A 반응부
130 ... 모세관 유동 제어 모듈 131 ... 제1유로
132 ... 제2유로 133 ... 벤튜리유로
134 ... 제1유동지연부 135 ... 공기배출유로
136 ... 공기배출구 140 ... 제1충진부
143 ... 벤튜리유로 144 ... 제2유동지연부
150 ... B 반응부 153 ... 벤튜리유로
154 ... 제3유동지연부 160 ... 제2충진부
170 ... 제3충진부 174 ... 제4유동지연부
190 ... 배출부 K ... 진단/분석부
210 ... 유체유입부 215 ... 분기유로
216 ... 제1우회유로 217 ... 제2우회유로
218 ... 제3우회유로 220 ... A 반응부
230 ... 제1모세관 유동 제어 모듈 231 ... 제1유로
232 ... 제2유로 233 ... 벤튜리유로
234 ... 제1유동지연부 235 ... 공기배출유로
236 ... 공기배출구 240 ... 제1충진부
250 ... B 반응부 260 ... 제2충진부
263 ... 벤튜리유로 264 ... 제4유동지연부
270 ... C 반응부 273 ... 벤튜리유로
274 ... 제5유동지연부 280 ... 시료유입부
284 ... 제6유동지연부 290 ... 검출부
300, 303, 306, 309 ... 제1,2,3,4배출부
301 ... 제7유동지연부 304 ... 제8유동지연부
320 ... 공기배출구
330 ... 제2모세관 유동 제어 모듈 334 ... 제2유동지연부
430 ... 제3모세관 유동 제어 모듈 434 ... 제3유동지연부
530 ... 제4모세관 유동 제어 모듈 531 ... 제1유로
532 ... 제2유로 533 ... 벤튜리유로
534 ... 제4유동지연부 535 ... 공기배출유로
538 ... 유동정지부
본 발명은 모세관 유동 제어 모듈 및 이를 구비한 랩온어칩에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 모세관 현상에 의한 자연적인 모세관 유동을 통해 미세한 양의 시료를 이송 및 반응시킴으로써 진단 및 분석을 수행할 수 있는 모세관 유동 제어 모듈 및 이를 구비한 랩온어칩에 관한 것이다.
극소량의 미세유체를 이송하고 제어하는 기술은, 랩온어칩의 구동을 가능하게 하는 핵심 기술로서, 이러한 기술은 다양한 구동 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 미세유체를 이송 및 제어하는 방식으로서, 유체 주입 부분에 압력을 가하는 압력 구동 방식(pressure-driven method)이나, 미세유로 사이에 전압을 인가하여 유체를 이송하는 전기 영동법(electrophoretic method)이나 전기 삼투압법(electroosmotic method), 그리고 모세관 현상을 이용한 모세관 유동 방식(capillary flow method) 등이 대표적으로 알려져 있다.
이중, 모세관 유동 방식은 미세유로에서 자연적으로 발생하는 모세관 현상을 이용하는 것이므로, 추가 장치 없이 유체 주입 부분에 놓여진 극소량의 유체가 자연적이고 즉각적으로 주어진 유로를 따라서 이동하게 되는 장점을 가진다. 따라서 모세관 유동 방식을 이용한 미세유체이송소자 및 랩온어칩의 연구개발이 활발히 진행되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 추세를 반영하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의주된 목적은 모세관 현상을 이용하여 추가적인 조작이나 에너지 없이 미세유체를 이송시킬 수 있는 모세관 유동 제어 모듈 및 이를 구비한 랩온어칩을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 모세관 유동에서 복수의 유체가 만났을 때, 유체 사이의 공기를 배출함으로써, 복수 유체의 결합이 가능하게 하는 모세관 유동 제어 모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 두 가지 이상의 시료를 순차적으로 이송하고 반응 및 분석할 수 있는 모세관 유동 제어 모듈 및 이를 구비한 랩온어칩을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 효소면역측정법(ELISA, Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) 등과 같이 많은 반응 단계와 시간을 요하는 진단 시스템을 획기적으로 개선할 수 있는 모세관 유동 제어 모듈를 구비한 랩온어칩을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1미세유체가 유동하는 제1유로(31)와, 제2미세유체가 유동하는 제2유로(32)와, 상기 제1유로(31)와 제2유로(32) 사이에 형성되는 벤튜리유로(33)와, 상기 벤튜리유로(33)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 유동지연부(34)와, 상기 유동지연부(34)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기 방울이 배출되는 공기배출유로(35)를 포함하는 모세관 유동 제어 모듈을 제공한다.
본 발명에 따른 모세관 유동 제어 모듈에 있어서, 상기 벤츄리 유로(33)는 상기 제1유로(31) 및 제2유로(32)와 같은 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 공기배출유로(35)의 단면은 벤츄리 유로(33)의 단면보다 작은 것을 특징으로 할 수 있다. 또한 상기 공기배출유로(35)의 끝단에서 공기배출유로의 벽면과 공기배출유로에서 확장되는 벽면이 이루는 각이 유동지연부(34)에서 유입영역(11)과 지연경계영역(13)이 이루는 각보다 작은 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 또한, 다음을 포함하는 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩을 제공한다:
(a) 미세유체가 수용되는 유체유입부(110)와 연결되는 분기유로(115);
(b) 상기 분기유로(115)와 연결되며 A 시료가 함유된 A 반응부(120);
(c) 상기 분기유로(115)와 연결되는 우회유로(116);
(d) 상기 A 반응부(120)와 연결되는 제1유로(131)와, 상기 우회유로(116)와 연결되는 제2유로(132)와, 상기 제1유로(131)와 제2유로(132) 사이의 벤튜리유로에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제1유동지연부(134)와, 상기 제1 유동지연부(134)에 연결되어 공기 방울이 배출되는 공기배출유로(135)를 가지는 모세관 유동 제어 모듈(130);
(e) 상기 제2유로(132)에 연결되는 제1충진부(140);
(f) 상기 제1충진부(140)와 연결되며 B 시료가 함유된 B 반응부(150); 및
(g) 상기 제1충진부(140)와 B 반응부(150) 사이의 벤튜리유로(143)에 형성된 제2유동지연부(144).
본 발명에 따른 랩온어칩은, 상기 B 반응부(150)의 단부의 벤튜리유로(153)에 형성된 제3유동지연부(154)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 B 반응부(150)의 하단에 제2충진부(160) 및 제3충진부(170)가 벤튜리유로에 의하여 연결되고, 상기 제3충진부(170)는 배출부(190)에 연결되는 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 제3충진부(170)와 배출부(190) 사이에는 벤튜리유로에 형성된 제4유동지연부(174)가 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 또한, 다음을 포함하는 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩을 제공한다:
(a) 미세유체가 수용되는 유체유입부(210)와 연결되는 분기유로(215);
(b) 상기 분기유로(215)와 연결되며 A 시료가 함유된 A 반응부(220);
(c) 상기 분기유로(215)와 연결되는 제1우회유로(216);
(d) 상기 A 반응부(220)와 제1우회유로(216) 사이에 설치되는 제1모세관 유동 제어 모듈(230);
(e) 상기 제1모세관 유동 제어 모듈(230)과 연결되는 제1충진부(240);
(f) 상기 제1충진부(240)와 연결되는 제2모세관 유동 제어 모듈(330);
(g) 상기 제1우회유로(216)에서 분기되어 제2모세관 유동 제어 모듈(330)과 연결되는 제2우회유로(217);
(h) 상기 제2모세관 유동 제어 모듈(330)과 연결되며 B 시료가 함유된 B 반응부(250);
(i) 상기 B 반응부(250)와 연결되는 제3모세관 유동 제어 모듈(430);
(j) 상기 제2우회유로(217)에서 분기되어 제3모세관 유동 제어 모듈(430)과 연결되는 제3우회유로(218);
(k) 상기 제3모세관 유동 제어 모듈(430)과 연결되는 제2충진부(260);
(l) 상기 제2충진부(260)와 연결되며 C시료가 함유된 C 반응부(270); 및
(m) 상기 제2충진부(260)와 C 반응부(270) 사이의 벤튜리유로(263)에 형성된 제4유동지연부(264).
본 발명에 있어서, 상기 C 반응부(270)의 단부의 벤튜리유로(273)에 형성된 제5유동지연부(274)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 또한, 다음을 포함하는 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩을 제공한다:
(a) 미세유체가 수용되는 유체유입부(210)와 연결되는 분기유로(215);
(b) 상기 분기유로(215)와 연결되며 A 시료가 함유된 A 반응부(220);
(c) 상기 분기유로(215)와 연결되는 제1우회유로(216);
(d) 상기 A 반응부(220)와 제1우회유로(216) 사이에 설치되는 제1모세관 유 동 제어 모듈(230);
(e) 상기 제1모세관 유동 제어 모듈(230)과 연결되는 제1충진부(240);
(f) 상기 제1충진부(240)와 연결되는 제2모세관 유동 제어 모듈(330);
(g) 상기 제1우회유로(216)에서 분기되어 제2모세관 유동 제어 모듈(330)과 연결되는 제2우회유로(217);
(h) 상기 제2모세관 유동 제어 모듈(330)과 연결되며 B 시료가 함유된 B 반응부(250);
(i) 상기 B 반응부(250)와 연결되는 제3모세관 유동 제어 모듈(430);
(j) 상기 제2우회유로(217)에서 분기되어 제3모세관 유동 제어 모듈(430)과 연결되는 제3우회유로(218);
(k) 상기 제3모세관 유동 제어 모듈(430)과 연결되는 제2충진부(260);
(l) 상기 재2충진부(260)와 연결되는 제4모세관 유동 제어 모듈(530);
(m) 상기 제4모세관 유동 제어 모듈(530)과 연결되며 C시료가 함유된 C 반응부(270);
(n) 상기 C 반응부(270)에 연결되고, 다른 종류의 시료를 유입하기 위한 시료유입부(280)와 연결되는 제6유동지연부(284); 및
(o) 상기 제6유동지연부(284)에 연결된 검출부(290).
본 발명에 있어서, 상기 검출부(290)에 연결되는 제1,2,3,4배출부(300)(303)(306)(309)와, 유동정지부(310)와, 공기배출구(320)가 벤튜리유로로 순차적으로 연결되고, 제1배출부(300)와 제2배출부(303) 사이, 제3배출부(306)와 제4배출부(309) 사이의 벤튜리유로에는 제7유동지연부(301)와 제8유동지연부(304)가 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1모세관 유동 제어 모듈(230)은, 상기 A 반응부(220)와 연결되는 제1유로(231)와, 상기 제1우회유로(216)와 연결되는 제2유로(232)와, 상기 제1유로(231)와 제2유로(232) 사이에 형성되는 벤튜리유로(233)와, 상기 벤튜리유로(233)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제1유동지연부(234)와, 상기 제1유동지연부(234)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기 방울이 배출되는 공기배출유로(235)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제2모세관 유동 제어 모듈(330)은, 상기 제1충진부(240)와 연결되는 제1유로(331)와, 상기 제2우회유로(217)와 연결되는 제2유로(332)와, 상기 제1유로(331)와 제2유로(332) 사이에 형성되는 벤튜리유로(333)와, 상기 벤튜리유로(333)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제2유동지연부(334)와, 상기 제2유동지연부(334)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기 방울이 배출되는 공기배출유로(335)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제3모세관 유동 제어 모듈(330)은, 상기 B 반응부(250)와 연결되는 제1유로(431)와, 상기 제3우회유로(218)와 연결되는 제2유로(432)와, 상기 제1유로(431)와 제2유로(432) 사이에 형성되는 벤튜리유로(433)와, 상기 벤튜리유로(433)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제3유동 지연부(434)와, 상기 제3유동지연부(434)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기 방울이 배출되는 공기배출유로(435)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제4모세관 유동 제어 모듈(530)은, 상기 제2충진부(260)와 연결되는 제1유로(531)와, 상기 검출부(290)와 연결되는 제2유로(532)와, 상기 제1유로(531)와 제2유로(532) 사이에 형성되는 벤튜리유로(533)와, 상기 벤튜리유로(533)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제4유동지연부(534)와, 상기 제4유동지연부(534)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기 방울이 배출되는 공기배출유로(535)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 제4모세관 유동 제어 모듈(530)은, 상기 제2유로(532)와 제4유동지연부(534) 사이에 형성되어 유체의 유동을 정지시키는 유동정지부(538)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 A 반응부(220)에는 기질(substrate)이 함유되고, 상기 B 반응부(250)에는 효소(enzyme)-검출 항체(detection antibody) 결합체가 미리 함유되며, 상기 C 반응부(270)에는 고정 항체 (capture antibody)가 미리 고정되는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 A 반응부(220)에는 질산은(silver nitrate)과 환원제인 하이드로퀴논(hydroquinone)이 함유되고, 상기 B 반응부(250)에는 금(gold)-검출 항체(detection antibody) 결합체가 미리 함유되며, 상기 C 반응부(270)에는 고정 항체(capture antibody)가 미리 고정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 랩온어칩은 상기 모세관 유동 제어 모듈의 신호 검출부가 기존의 웰 플레이트 검출기에 적합하게 제작되어 기존의 웰 플레이트 검출기를 사용하여 신호 검출이 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 모세관 유동 제어 모듈 및 이를 구비한 랩온어칩을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 모세관 유동 제어 모듈 및 이를 구비한 랩온어칩을 설명하기 전에, 먼저 모세관 유동 현상을 간략히 설명한다.
도 1은 일반적인 미세유로의 개략도이고, 도 2는 유동지연모델의 개략도이며, 도 3은 도 2의 유동지연모델에 의한 유동의 변화 모습을 촬영한 사진들이고, 도 4는 두 유체가 하나의 미세유로에서 만났을 때, 공기 방울이 갇혀진 상태를 도시한 것이다.
모세관 유동(capillary flow)이란, 기체-액체 계면에서 발생하는 압력의 불연속 변화에 기인하여 계면이 곡률을 가지며 휘어진 경우에 발생된다. 계면 곡률은 기체-액체 계면과 고체 벽면이 만나는 삼중점에서 계면과 벽면이 이루는 접촉각(θ)에 의하여 발생한다. 일반적으로 접촉각은 벽면과 계면이 이루는 액체 쪽으로의 각도로 정의하는데, 벽면이 기체보다 액체와 더 친밀한 경우 0〈θ〈π/2 이며, 반대의 경우 π/2〈θ〈π로 주어진다. 도 1과 같이 유체가 흐르는 유로의 단면이 직사각형인 경우에 대한 관의 모서리 효과를 무시하면 유동 효과를 제외한 압력 변화량은 다음과 같이 표현할 수 있다.
ΔP = P0 - Pa = Γ(1/b + 1/c)cosθ
상기와 같은 모세관 유동은, 도 2와 같은 유동지연모델(10)에 의해 지연될 수 있다. 즉, 유체가 유입영역(11)으로 유입되었을 때, 유입영역(11)과 유동지연영역(13)의 경계 영역인 지연경계영역(12)에서 유동 지연 효과가 발생되며, 지연경계영역(12)을 통과하는 동안 지연 효과는 지속된다. 이후, 지연경계영역(12)을 통과한 모세관 유동은 유동지연영역(13)을 지나 유동지연영역(13)과 유동회복영역(15) 사이의 경계 영역인 회복경계영역(14)을 접하면서 계면 곡률이 증가하여 이전의 유속을 회복한다. 점차 회복되는 모세관 유동의 유속은 유동회복영역(15)에서 이전의 유속으로 완전히 회복되고, 유동이 지속된다.
도 3은 도 2의 유동지연모델에 의해 유동이 지연되는 상황이 실제로 일어나는 것을 도시한 사진이다. 유입부(11)에서 모세관 유동이 시작된 후, 다음 유입부(11)까지 걸리는 시간은 2분 7.63초가 경과하였으나, 이후 제2유입부(11)를 통과할 때까지 걸리는 시간은 불과 0.5초밖에 걸리지 않았다. 이는, 도 2에서 설명된 바와 같이, 모세관 유동이 지연경계영역(12), 유동지연영역(13), 유동회복영역(14)에서 지연되기 때문이다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 반대 방향으로 형성된 제1유로(21)와 제2유로(22) 각각에서 유입되는 유체가 모세관 유동하여 제1,2유로 사이의 벤튜리유로(23)에서 만날 경우, 두 유체 사이에 공기 방울(24)이 갇히게 된다. 이 경우 벤튜리유로(23) 내에 갇힌 공기 방울(24)에 의하여 전체 유동이 정지하게 되는데, 유동 이 가능하게 하기 위하여 외부에서 인위적인 힘을 가하거나 공기방울(24)을 배출시켜야 한다.
도 5는 본 발명에 따른 모세관 유동 제어 모듈의 구성을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 모세관 유동 제어 모듈(30)은, 도 2의 유동지연모델(10)과 도 4의 공기 방울(24) 배출의 필요성을 효과적으로 활용하여 구현한 것이다.
즉, 모세관 유동 제어 모듈(30)은 제1미세유체가 유동하는 제1유로(31), 제2미세유체가 유동하는 제2유로(32), 제1유로(31)와 제2유로(32) 사이에 형성되는 벤튜리유로(33)와, 벤튜리유로(33)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 유동지연부(34)와, 유동지연부(34)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기 방울이 배출되는 공기배출유로(35)를 포함한다. 공기배출유로(35)는 외부의 공기배출구(36)와 연결된다.
여기서 유동지연부(34)는, 도 2에서 도시된 유동지연모델(10)과 동일하다. 즉, 유동지연부(34)는, 유입영역(11)과, 지연경계영역(12), 유동지연영역(13)과, 회동경계영역(14) 및 유동회복영역(15)으로 구성된다.
제1유로(31)와 제2유로(32)를 통해 유입된 제1미세유체와 제2미세유체의 모세관 유동은 유동지연부(34)에 의해 지연되는데, 이때 제1미세유체와 제2미세유체 사이에 존재하는 공기는 공기배출유로(35) 및 공기배출구(36)를 통해 배출됨으로써, 제1미세유체와 제2미세유체는 완전히 연결된다.
다음으로, 본 발명에 따른 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩의 제1 구현예를 설명한다. 도 6은 본 발명에 따른 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩의 제1구현예를 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 랩온어칩의 제1구현예는, 미세유체가 수용되는 유체유입부(110)와 연결되는 분기유로(115)와, 분기유로(115)와 연결되며 A 시료가 함유된 A 반응부(120)와, 분기유로(115)와 연결되는 우회유로(116)와, A 반응부(120)와 우회유로(116) 사이에 설치되는 모세관 유동 제어 모듈(130)와, B 시료가 함유된 B 반응부(150)와, B 반응부(150)와 모세관 유동 제어 모듈(130) 사이에 설치되는 제1충진부(140)를 포함한다. 그리고, B 반응부(150)에는 그 B 반응부(150)를 경유한 유체의 성분을 진단 및 분석하기 위한 진단/분석부(K)가 연결된다.
이때, 모세관 유동 제어 모듈(130)은, A 반응부(120)와 연결되는 제1유로(131), 우회유로(116)와 연결되는 제2유로(132), 제1유로(131)와 제2유로(132) 사이에 형성되는 벤튜리유로(133)와, 벤튜리유로(133)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제1유동지연부(134)와, 제1유동지연부(134)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기가 배출되는 공기배출유로(135)를 포함한다. 공기배출유로(35)는 외부의 공기배출구(136)와 연결된다.
또, 제1충진부(140)와 B 반응부(150) 사이에는 벤튜리유로(143)가 형성되고 그 벤튜리유로(143)에는 제2유동지연부(144)가 형성되어 있다. 그리고, B 반응부(150)의 단부에는 또 다른 벤튜리유로(153)가 형성되고 그 벤튜리유로(153)에는 제3유동지연부(154)가 형성되어 있다.
상기와 같은 구조에 있어서, 유체유입부(110)를 통해 공급된 유체는 분기유 로(115)에서 두 방향으로 나뉘어져 한쪽은 우회유로(116)로 이송되고, 한쪽은 A 반응부(120)로 이송되어 A 반응부(120)를 채우게 된다.
A 반응부(120)로 이송되는 유체는, 그 A 반응부(120)에 미리 함유되어 있던 A 시료를 녹인 후 모세관 유동 제어 모듈(130)로 이송되는데, 모세관 유동 제어 모듈(130)로 이송되는 A 시료가 함유된 유체는 제1유동지연부(134)에서 그 유동이 지연된다.
한편, A 반응부(120)를 경유한 유체가 제1유동지연부(134)에서 유동이 지연되는 동안, 우회유로(116)로 이송되는 유체는 모세관 유동 제어 모듈(130)의 제2유로(132)를 경유한 후 제1충진부(140)를 채우고 일부는 제1유동지연부(134)로 이송된다.
A 반응부(120)를 통과한 유체와 우회유로(116)를 통해 이송된 유체가 제1유동지연부(134)에서 만나게 되면, 두 유체 사이에 있던 공기 방울은 제1유동지연부(134)에 연결된 공기배출유로(135)를 통해 공기배출구(136)로 배출되어 두 유체가 합쳐졌을 때 공기 방울이 발생되지 않게 된다.
이와 같이 유동의 흐름이 완료되면, 분기유로(115)에서 나누어진 유체는 하나로 이어진다. 이에 따라, 우회유로(116)를 경유한 유체의 상부측은 A 시료가 함유된 유체가 된다 이후, 제1충진부(140) 및 제2유동지연부(144)를 경유한 유체는 B 반응부(150)로 유입되어 B 시료를 녹이게 된다. 이때, B 반응부(150)에 유입된 유체는 B 반응부(150)의 끝단에 위치한 제3유동지연부(154)에 의해 B 시료가 녹는 동안 유동이 지연되고, 일정 시간이 경과한 후 제3유동지연부(154) 및 배출유로(155) 를 통하여 진단/분석부(K)나 다른 모세관 유동 제어 모듈로 공급된다.
상기한 구동 메커니즘에 의하여, 진단/분석부(K)로 B 시료가 함유된 유체가 먼저 유입되고, 이후 시료가 함유되어 있지 않은 유체가 유입된 후, 일정 시간지난 후 A 시료가 함유된 유체가 순차적으로 유입됨으로써, 두가지의 A 시료와 B 시료를 진단/분석할 수 있는 것이다.
다음으로, 본 발명에 따른 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩의 제2구현예를 설명한다. 도 7은 본 발명에 따른 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩의 제2구현예를 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 제2구현예가 제1구현예와 다른 점은, B 반응부(150)에는 진단/분석부(K)가 연결되는 대신, B 반응부(150)의 하단에 제2충진부(160) 및 제3충진부(170)가 벤튜리유로에 의하여 연결되고, 제3충진부(170)는 배출부(190)에 연결되는 것이다. 그리고, 제3충진부(170)와 배출부(190) 사이에는 벤튜리유로에 형성된 제4유동지연부(174)가 형성된다. 상기와 같은 구조의 랩온어칩의 동작을 설명한다.
제2구현예에 있어서, A 반응부(120)에는 항원(antigen)과 형광 발색단(fluorescent dye)의 결합체가 미리 함유되어 있으며, B 반응부(150)에는 고정 항체(capture antibody)가 미리 표면에 고정되어 있다.
따라서, 유체유입부(110)에 완충용액을 공급하면, 도 6에서 기술한 일련의 유동 과정을 통하여 공급된 완충용액이 제3유동지연부(154)에 도달하며, 완충용액이 제3유동지연부(154)에 의해 유동이 지연되는 동안, 완충용액은 A 반응부(120)의 항원-형광 발색단 결합체를 녹이고, B 반응부(150)의 고정 항체에 활성을 부여한다.
제3유동지연부(154)에서 지연된 유체가 제3유동지연부(154)를 통과하여 제2충진부(160) 및 제3충진부(170)를 채우게 되면, A 반응부(120)에 함유되었던 항원-형광 발색단 결합체는 B 반응부(150)에 유입되어 고정 항체와 항원-항체 반응을 하게 된다. 이때, 제4유동지연부(174)에 의해 유동이 지연되면서 B 반응부(150)에서의 반응 시간이 조절된다.
일정한 반응 시간이 경과하면, 제4유동지연부(174)에 의해 지연된 유체는 배출부(190)를 통해 배출됨으로써, B 반응부(150)에 존재하는 불필요한 물질이나 비특이적으로 결합된 항원-항체-형광 발색단 결합체를 제거하게 된다.
다음으로, 본 발명에 따른 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩의 제3구현예를 설명한다. 도 8은 본 발명에 따른 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩의 제3구현예를 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 랩온어칩의 제3구현예는 세 가지의 시료를 순차적으로 이송하는 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩에 관한 것으로서, 미세유체가 수용되는 유체유입부(210)와 연결되는 분기유로(215)와, 분기유로(215)와 연결되며 A 시료가 함유된 A 반응부(220)와, 분기유로(215)와 연결되는 제1우회유로(216)와, A 반응부(220)와 제1우회유로(216) 사이에 설치되는 제1모세관 유동 제어 모듈(230)과, 제1모세관 유동 제어 모듈(230)과 연결되는 제1충진부(240)와, 제1충진부(240)와 연결되는 제2모세관 유동 제어 모듈(330)과, 제1우회유로(216)에서 분기되어 제2모세관 유동 제어 모듈(330)과 연결되는 제2우회유로(217)와, 제2모세관 유동 제어 모듈(330)과 연결되며 B 시료가 함유된 B 반응부(250)와, B 반응부(250)와 연결되는 제3모세관 유동 제어 모듈(430)과, 제2우회유로(217)에서 분기되어 제3모세관 유동 제어 모듈(430)과 연결되는 제3우회유로(218)와, 제3모세관 유동 제어 모듈(430)과 연결되는 제2충진부(260)와, 제2충진부(260)와 연결되며 C시료가 함유된 C 반응부(270)를 포함한다. 그리고, C 반응부(270)에는 그 C 반응부(270)를 경유한 유체의 성분을 진단 및 분석하기 위한 진단/분석부(K)가 연결된다.
여기서, 제1모세관 유동 제어 모듈(230)은 A 반응부(220)와 연결되는 제1유로(231), 제1우회유로(216)와 연결되는 제2유로(232), 제1유로(231)와 제2유로(232) 사이에 형성되는 벤튜리유로(233)와, 벤튜리유로(233)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제1유동지연부(234)와, 제1유동지연부(234)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기 방울이 배출되는 공기배출유로(235)를 포함한다. 공기배출유로(235)는 외부의 공기배출구(236)와 연결된다.
제2모세관 유동 제어 모듈(330)은 제1충진부(240)와 연결되는 제1유로(331), 제2우회유로(217)와 연결되는 제2유로(332), 제1유로(331)와 제2유로(332) 사이에 형성되는 벤튜리유로(333)와, 벤튜리유로(333)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제2유동지연부(334)와, 제2유동지연부(334)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기가 배출되는 공기배출유로(335)를 포함한다. 공기배출유로(335)는 제1모세관 유동 제어 모듈(230)에서 분기된 공기배출구(236)와 연결된다.
제3모세관 유동 제어 모듈(330)은 B 반응부(250)와 연결되는 제1유로(431), 제3우회유로(218)와 연결되는 제2유로(432), 제1유로(431)와 제2유로(432) 사이에 형성되는 벤튜리유로(433)와, 벤튜리유로(433)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제3유동지연부(434)와, 제3유동지연부(434)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기가 배출되는 공기배출유로(435)를 포함한다. 공기배출유로(435)는 제1,2모세관 유동 제어 모듈(230)(330)에서 분기된 공기배출구(236)와 연결된다.
또, 제2충진부(260)와 C 반응부(270) 사이에는 벤튜리유로(263)가 형성되고 그 벤튜리유로(263)에는 제4유동지연부(264)가 형성되어 있다. 그리고, C 반응부(270)의 단부에는 또 다른 벤튜리유로(273)가 형성되고 그 벤튜리유로(273)에는 제5유동지연부(274)가 형성되어 있다. 상기와 같은 구조에 동작을 설명한다.
먼저, A 반응부(220), B 반응부(250), C 반응부(270)에는 미리 A 시료, B 시료, C 시료가 각각 함유되어 있다. 이 상태에서, 유체유입부(210)를 통해 공급된 유체는 분기유로(215)에서 두 방향으로 나뉘어져 한쪽은 제1우회유로(216)로 이송되고, 한쪽은 A 반응부(220)로 이송되어 A 반응부(220)를 채우게 된다.
A 반응부(120)를 경유한 유체가 제1유동지연부(234)에서 유동이 지연되는 동안, 제1우회유로(216)로 이송되는 유체는 제1모세관 유동 제어 모듈(230)의 제2유로(232)를 경유한 후 제1충진부(240)를 채우고 한편으로 제1유동지연부(234)에 도달한다.
A 반응부(220)를 통과한 유체와 제1우회유로(216)를 통해 이송된 유체가 제1 유동지연부(234)에서 만나게 되면, 두 유체 사이에 있던 공기 방울은 제1유동지연부(234)에 연결된 공기배출유로(235)를 통해 공기배출구(236)로 배출되어 두 유체가 합쳐졌을 때 공기 방울이 갇히지 않게 된다. 이와 같은 유동의 흐름이 완료되면, 분기유로(115)에서 나누어진 유체는 하나로 이어진다.
한편, 제1우회유로(216)에서 분기되어 제2우회유로(217)를 통과한 유체는 상기한 유동 메커니즘에 근거하여, 각각 B 반응부(250)와 제2충진부(260)를 채우고, 제3유동지연부(264)에 도달한 유체가 지연되는 동안 제2유동지연부(334), 제3유동지연부(434)에서 공기가 배출되고 유체가 연결되어 A 반응부(220)에서 제4유동지연부(264)까지 하나의 유체로 연결된다.
제4유동지연부(264)에 의해 지연된 전체 유체는 지연 효과가 소멸되면 C 반응부(270)에 공급되어 제5유동지연부(274)에 의해 지연되는 동안 C 시료를 녹이게 된다.
일정 시간이 경과한 후, 제5유동지연부(274)의 효과가 사라지면 전체 유체는 배출유로(275)를 통해 진단/분석부(K)나 다른 모세관 유동 제어 모듈로 공급된다. 상기한 구조에 의하여, C 시료, B 시료, A 시료가 순서대로 공급된다.
다음으로, 본 발명에 따른 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩의 제4구현예를 설명한다. 도 9는 본 발명에 따른 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩의 제4구현예를 도시한 것으로서, 세 가지 시료의 순차적인 이송과 반응을 위한 것이며, 더욱 상세하게는 효소면역측정법(ELISA, Enzyme-linked immunosorbent assay)을 구현한 것이다. 여기서, 제3구현예에서와 동일한 참조 부호는 동일 기능 을 하는 구성이다.
본 발명에 따른 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩의 제4구현예는, 미세유체가 수용되는 유체유입부(210)와 연결되는 분기유로(215)와, 분기유로(215)와 연결되며 A 시료가 함유된 A 반응부(220)와, 분기유로(215)와 연결되는 제1우회유로(216)와, A 반응부(220)와 제1우회유로(216) 사이에 설치되는 제1모세관 유동 제어 모듈(230)과, 제1모세관 유동 제어 모듈(130)과 연결되는 제1충진부(240)와, 제1충진부(240)와 연결되는 제2모세관 유동 제어 모듈(330)과, 제1우회유로(216)에서 분기되어 제2모세관 유동 제어 모듈(330)과 연결되는 제2우회유로(217)와, 제2모세관 유동 제어 모듈(330)과 연결되며 B 시료가 함유된 B 반응부(250)와, B 반응부(250)와 연결되는 제3모세관 유동 제어 모듈(430)과, 제2우회유로(217)에서 분기되어 제3모세관 유동 제어 모듈(430)과 연결되는 제3우회유로(218)와, 제3모세관 유동 제어 모듈(430)과 연결되는 제2충진부(260)를 포함한다.
제2충진부(260)에는 제4모세관 유동 제어 모듈(530)이 연결되고, 제4모세관 유동 제어 모듈(530)은 C시료가 함유된 C 반응부(270)와 연결된다.
C 반응부(270)에는 다른 종류의 시료를 유입하기 위한 시료유입부(280)와 연결되는 제6유동지연부(284)와 연결된다. 그리고, 제6유동지연부(284)에는 검출부(290)와, 제1,2,3,4배출부(300)(303)(306)(309)와, 유동정지부(310)와, 공기배출구(320)가 벤튜리유로로 순차적으로 연결되고, 제1배출부(300)와 제2배출부(303) 사이, 제3배출부(306)와 제4배출부(309) 사이의 벤튜리유로에는 제7유동지연부(301), 제8유동지연부(304)가 형성되어 있다.
여기서, 제1모세관 유동 제어 모듈(230)은 A 반응부(220)와 연결되는 제1유로(231), 제1우회유로(216)와 연결되는 제2유로(232), 제1유로(231)와 제2유로(232) 사이에 형성되는 벤튜리유로(233)와, 벤튜리유로(233)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제1유동지연부(234)와, 제1유동지연부(234)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기가 배출되는 공기배출유로(235)를 포함한다. 공기배출유로(235)는 외부의 공기배출구(236)와 연결된다.
제2모세관 유동 제어 모듈(330)은 제1충진부(240)와 연결되는 제1유로(331), 제2우회유로(217)와 연결되는 제2유로(332), 제1유로(331)와 제2유로(332) 사이에 형성되는 벤튜리유로(333)와, 벤튜리유로(333)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제2유동지연부(334)와, 제2유동지연부(334)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기가 배출되는 공기배출유로(335)를 포함한다. 공기배출유로(335)는 제1모세관 유동 제어 모듈(230)에서 분기된 공기배출구(236)와 연결된다.
제3모세관 유동 제어 모듈(330)은 B 반응부(250)와 연결되는 제1유로(431), 제3우회유로(218)와 연결되는 제2유로(432), 제1유로(431)와 제2유로(432) 사이에 형성되는 벤튜리유로(433)와, 벤튜리유로(433)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제3유동지연부(434)와, 제3유동지연부(434)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기가 배출되는 공기배출유로(435)를 포함한다. 공기배출유로(435)는 제1,2모세관 유동 제어 모듈(230)(330)에서 분기된 공기배출구(236)와 연결된다.
제4모세관 유동 제어 모듈(530)은 제2충진부(260)와 연결되는 제1유로(531), C 반응부(270)와 연결되는 제2유로(532), 제1유로(531)와 제2유로(532) 사이에 형성되는 벤튜리유로(533)와, 벤튜리유로(533)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제4유동지연부(534)와, 제4유동지연부(534)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기가 배출되는 공기배출유로(535)를 포함한다. 그리고, 제2유로(532)와 제4유동지연부(534) 사이에는 C 반응부(270) 유체의 유동을 정지시키는 유동정지부(538)가 형성되어 있다. 상기와 같은 구조의 동작을 설명한다.
A 반응부(220)에는 기질(substrate)이, B 반응부(250)에는 효소(enzyme)-검출 항체(detection antibody) 결합체가 미리 함유되며, C 반응부(270)에는 고정 항체(capture antibody)가 미리 고정되어 있다.
시료유입부(280)를 통해 유입된 시료는 시료유입유로(281)를 통해 C 반응부(270)로 공급된다. C 반응부(270)를 채운 시료는, 유체유입부(210)로부터 공급되는 완충용액이 제4유동지연부(534)를 통과하여 유동정지부(538)를 만날 때까지 정지되며, 이때 시료내의 항원(antigen)이 반응부C(810)의 고정 항체(capture antibody)와 결합하게 된다.
시료 공급이 완료된 후, 유체유입부(210)를 통해 공급된 유체는 분기유로(215)에서 두 방향으로 나뉘어져 한쪽은 제1우회유로(216)로 이송되고, 한쪽은 A 반응부(220)로 이송되어 A 반응부(220)를 채우게 된다.
제1우회유로(216)로 이송된 완충용액은 제2우회유로(217), 제3우회유로(218)를 통하여 제1충진부(240), B 반응부(250), 제2충진부(260)에 각각 공급된다.
이때, 제1,2충진부(240)(260)와, B 반응부(250)에 공급된 완충용액은 제1유동지연부(234), 제2유동지연부(334), 제3유동지연부(434), 제4유동지연부(534)에 의해 지연 및 격리되며, A 반응부(220)의 기질(substrate), B 반응부(250)의 효소(enzyme)-검출 항체(detection antibody) 결합체를 녹인다.
제1,2,3유동지연부(234)(334)(434)에 의해 지연된 유체들이 연결된 후, 제4유동지연부(534)의 지연효과가 사라지면, 상기한 반응부와 충진부등에 공급된 완충용액은 제1유동정지부(538)에 의해 정지되었던 시료와 연결된다. 이와 같은 과정을 통해 두 부분의 유입부에서 공급된 완충용액과 시료가 하나로 연결된 후, 제6유동지연부(284)의 효과가 사라지면 유체가 검출부(290)와 제1배출부(300)를 채우고 제7유동지연부(301)에 의해 지연된다.
이때, A 반응부(220)와 B 반응부(250)에 있던 기질과 효소-검출 항체 결합체가 각각 B 반응부(250)와 C 반응부(270)로 이송되며, C 반응부(270)에서 효소-검출 항체 결합체와 항원-고정 항체 결합체가 항원-항체 반응을 통해 효소-검출 항체-항원-고정 항체 결합체를 형성하게 된다.
제7유동지연부(301)의 지연 효과가 사라지면 유체는 제2배출부(303), 제3배출부(306)를 채우며, 다시 제8유동지연부(304)에 의해 지연된다. 이때, B 반응부(250)에 위치했던 기질은 C 반응부(270)로 이송되어 C 반응부(270)에 존재하는 효소의 작용으로 화학 반응을 일으키게 된다.
다시 제8유동지연부(304)에 의해 지연되었던 유체가 제3배출부(309)에 공급된 후, 제2유동정지부(310)에 의해 정지하게 되면, C 반응부(270)에서 화학 반응을 일으킨 기질은 검출부(290)로 이송되어 효소와 분리됨으로써 더 이상 효소에 의한 화학 반응을 일으키지 않게 된다.
이때, 검출부(290)로 이송된 기질의 신호를 측정함으로써 시료유입부(280)로 공급된 시료의 항원을 검출하게 된다. 한편 검출부(290)의 위치를 웰 플레이트의 웰 위치와 동일하게 위치시킴으로써, 본 발명에 따른 모세관 유동 제어 모듈은 기존 웰 플레이트 검출기에 적합하게 제작할 수 있다.
상기 제4구현예의 랩온어칩을 이용하는 다른 구현예로서, A 반응부(220)에 질산은(silver nitrate)과 환원제인 하이드로퀴논(hydroquinone), B 반응부(250)에 금(gold)-검출 항체(detection antibody) 결합체가 미리 함유되어 있으며, C 반응부(270)에는 고정 항체(capture antibody)가 미리 고정되어 있다.
전술한 구현예와 같은 유동 과정에 의해, 우선 시료의 항원(antigen)이 C 반응부(270)의 고정 항체(capture antibody)와 결합하며, 순차적으로 B 반응부(250)의 금-검출 항체 결합체가 C 반응부(270)의 항원-고정 항체 결합체와 항원-항체 반응을 통해 금-검출 항체-항원-고정 항체 결합체를 형성한다.
순차적인 유체의 이송에 의해 A 반응부(220)의 질산은과 하이드로퀴논 용액이 C 반응부(270)에 도달하면, C 반응부(270)에 존재하는 금이 질산은 용액 속의 은 이온에 촉매 반응을 유도하여 은 원자로 환원시킨다. 이러한 환원 반응에 의해 C 반응부(270)에는 은 박막이 석출되게 되며, 은 박막의 흡광량을 측정함으로써 시료의 항원을 검출하게 된다.
본 발명에서 제작되는 미세 유로는 음각의 패턴을 포함한 플레이트를 평평하 거나 양각 또는 음각이 포함된 플레이트로 덮어 형성하게 된다. 이 플레이트는 폴리머, 금속, 실리콘, 유리, PCB(Printed Circuit Board) 등의 다양한 소재가 가능하며, 바람직하게는 폴리머 물질을 구비한다. 예를 들면 PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), COC(cycloolefin copolymer), PDMS(polydimethylsiloxane), PA(polyamide), PE(polyethylene), PP(polypropylene), PPE(polyphenylene ether), PS(polystyrene), POM(polyoxymethylene), PEEK(polyetherketone), PTFE(polytetrafluoroethylene), PVC(polyvinylchloride), PVDF(polyvinylidene fluoride), PBT(polybutyleneterephthalate), FEP(fluorinated ethylenepropylene)과 같은 플라스틱을 말한다. 이와 같은 물질들은 사출 성형, 핫 엠보싱 또는 캐스팅과 같은 주형 성형에 많이 이용되고 있다. 특히, 이와 같은 물질은 일반적으로 불활성 물질이면서 제작의 용이성, 저렴한 비용 및 일회성에 기인하여 본 발명에 따른 미세 유로 제작에 적합하다.
본 발명에 따라 미세 유로를 제작하는 방법은 미세 유로와 대응되는 형상의 양각으로 형성된 주형판을 제작하고, 주형판 위에 음각의 플레이트를 본뜬 후, 각각의 플레이트와 제2 플레이트의 표면의 친수성을 조절하며, 음각의 플레이트를 제2 플레이트에 접합하게 된다.
전술한 구현 예들에서는 모세관 유동 제어 모듈의 단면적 형상이 사각형인 것에 대하여 상술하였으나, 이는 예시적인 것으로서 모세관 유동 제어 모듈의 단면적 형상은 원형 등 다양한 형상일 수 있음은 물론이다.
이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 모세관 유동 제어 모듈 및 이를 구비한 랩온어칩에 따르면, 모세관 힘에 의한 자연적인 유동에서 유로의 형상 설계를 통하여 추가적인 조작 및 에너지가 필요 없이 두 가지 이상의 시료를 순차적으로 이송 및 진단/분석할 수 있고, 또한 용이한 제작이 가능할 뿐만 아니라 사용이 단순하다는 효과가 있다.

Claims (23)

  1. 제1미세유체가 유동하는 제1유로(31)와, 제2미세유체가 유동하는 제2유로(32)와, 상기 제1유로(31)와 제2유로(32) 사이에 형성되는 벤튜리유로(33)와, 상기 벤튜리유로(33)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 유동지연부(34)와, 상기 유동지연부(34)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기 방울이 배출되는 공기배출유로(35)를 포함하는 모세관 유동 제어 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 벤츄리 유로(33)는 상기 제1유로(31) 및 제2유로(32)와 같은 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 모세관 유동 제어 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공기배출유로(35)의 단면은 벤츄리 유로(33)의 단면보다 작은 것을 특징으로 하는 모세관 유동 제어 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 공기배출유로(35)의 끝단에서 공기배출유로의 벽면과 공기배출유로에서 확장되는 벽면이 이루는 각이 유동지연부(34)에서 유입영역(11)과 지연경계영역(13)이 이루는 각보다 작은 것을 특징으로 하는 모세관 유동 제어 모듈.
  5. 다음을 포함하는 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩:
    (a) 미세유체가 수용되는 유체유입부(110)와 연결되는 분기유로(115);
    (b) 상기 분기유로(115)와 연결되며 A 시료가 함유된 A 반응부(120);
    (c) 상기 분기유로(115)와 연결되는 우회유로(116);
    (d) 상기 A 반응부(120)와 연결되는 제1유로(131)와, 상기 우회유로(116)와 연결되는 제2유로(132)와, 상기 제1유로(131)와 제2유로(132) 사이의 벤튜리유로에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제1유동지연부(134)와, 상기 제1유동지연부(134)에 연결되어 공기 방울이 배출되는 공기배출유로(135)를 가지는 모세관 유동 제어 모듈(130);
    (e) 상기 제2유로(132)에 연결되는 제1충진부(140);
    (f) 상기 제1충진부(140)와 연결되며 B 시료가 함유된 B 반응부(150); 및
    (g) 상기 제1충진부(140)와 B 반응부(150) 사이의 벤튜리유로(143)에 형성된 제2유동지연부(144).
  6. 제5항에 있어서, 상기 B 반응부(150)의 단부의 벤튜리유로(153)에 형성된 제3유동지연부(154)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 랩온어칩.
  7. 제5항에 있어서, 상기 B 반응부(150)의 하단에 제2충진부(160) 및 제3충진부(170)가 벤튜리유로에 의하여 연결되고, 상기 제3충진부(170)는 배출부(190)에 연결되는 것을 특징으로 하는 랩온어칩.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제3충진부(170)와 배출부(190) 사이에는 벤튜리유로에 형성된 제4유동지연부(174)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 랩온어칩.
  9. 다음을 포함하는 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩:
    (a) 미세유체가 수용되는 유체유입부(210)와 연결되는 분기유로(215);
    (b) 상기 분기유로(215)와 연결되며 A 시료가 함유된 A 반응부(220);
    (c) 상기 분기유로(215)와 연결되는 제1우회유로(216);
    (d) 상기 A 반응부(220)와 제1우회유로(216) 사이에 설치되는 제1모세관 유동 제어 모듈(230);
    (e) 상기 제1모세관 유동 제어 모듈(230)과 연결되는 제1충진부(240);
    (f) 상기 제1충진부(240)와 연결되는 제2모세관 유동 제어 모듈(330);
    (g) 상기 제1우회유로(216)에서 분기되어 제2모세관 유동 제어 모듈(330)과 연결되는 제2우회유로(217);
    (h) 상기 제2모세관 유동 제어 모듈(330)과 연결되며 B 시료가 함유된 B 반응부(250);
    (i) 상기 B 반응부(250)와 연결되는 제3모세관 유동 제어 모듈(430);
    (j) 상기 제2우회유로(217)에서 분기되어 제3모세관 유동 제어 모듈(430)과 연결되는 제3우회유로(218);
    (k) 상기 제3모세관 유동 제어 모듈(430)과 연결되는 제2충진부(260);
    (l) 상기 제2충진부(260)와 연결되며 C시료가 함유된 C 반응부(270); 및
    (m) 상기 제2충진부(260)와 C 반응부(270) 사이의 벤튜리유로(263)에 형성된 제4유동지연부(264).
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1모세관 유동 제어 모듈(230)은, 상기 A 반응부(220)와 연결되는 제1유로(231)와, 상기 제1우회유로(216)와 연결되는 제2유로(232)와, 상기 제1유로(231)와 제2유로(232) 사이에 형성되는 벤튜리유로(233)와, 상기 벤튜리유로(233)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제1유동지연부(234)와, 상기 제1유동지연부(234)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기 방울이 배출되는 공기배출유로(235)를 포함하는 랩온어칩.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제2모세관 유동 제어 모듈(330)은, 상기 제1충진부(240)와 연결되는 제1유로(331)와, 상기 제2우회유로(217)와 연결되는 제2유로(332)와, 상기 제1유로(331)와 제2유로(332) 사이에 형성되는 벤튜리유로(333)와, 상기 벤튜리유로(333)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제2유동지연부(334)와, 상기 제2유동지연부(334)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기 방울이 배출되는 공기배출유로(335)를 포함하는 랩온어칩.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제3모세관 유동 제어 모듈(430)은, 상기 B 반응부(250)와 연결되는 제1유로(431)와, 상기 제3우회유로(218)와 연결되는 제2유로(432)와, 상기 제1유로(431)와 제2유로(432) 사이에 형성되는 벤튜리유로(433)와, 상기 벤튜리유로(433)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제3유동지연부(434)와, 상기 제3유동지연부(434)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기 방울이 배출되는 공기배출유로(435)를 포함하는 랩온어칩.
  13. 제9항에 있어서, 상기 C 반응부(270)의 단부의 벤튜리유로(273)에 형성된 제5유동지연부(274)를 더 포함하는 랩온어칩.
  14. 다음을 포함하는 모세관 유동 제어 모듈을 구비한 랩온어칩:
    (a) 미세유체가 수용되는 유체유입부(210)와 연결되는 분기유로(215);
    (b) 상기 분기유로(215)와 연결되며 A 시료가 함유된 A 반응부(220);
    (c) 상기 분기유로(215)와 연결되는 제1우회유로(216);
    (d) 상기 A 반응부(220)와 제1우회유로(216) 사이에 설치되는 제1모세관 유동 제어 모듈(230);
    (e) 상기 제1모세관 유동 제어 모듈(230)과 연결되는 제1충진부(240);
    (f) 상기 제1충진부(240)와 연결되는 제2모세관 유동 제어 모듈(330);
    (g) 상기 제1우회유로(216)에서 분기되어 제2모세관 유동 제어 모듈(330)과 연결되는 제2우회유로(217);
    (h) 상기 제2모세관 유동 제어 모듈(330)과 연결되며 B 시료가 함유된 B 반응부(250);
    (i) 상기 B 반응부(250)와 연결되는 제3모세관 유동 제어 모듈(430);
    (j) 상기 제2우회유로(217)에서 분기되어 제3모세관 유동 제어 모듈(430)과 연결되는 제3우회유로(218);
    (k) 상기 제3모세관 유동 제어 모듈(430)과 연결되는 제2충진부(260);
    (l) 상기 재2충진부(260)와 연결되는 제4모세관 유동 제어 모듈(530);
    (m) 상기 제4모세관 유동 제어 모듈(530)과 연결되며 C시료가 함유된 C 반응부(270);
    (n) 상기 C 반응부(270)에 연결되고, 다른 종류의 시료를 유입하기 위한 시 료유입부(280)와 연결되는 제6유동지연부(284); 및
    (o) 상기 제6유동지연부(284)에 연결된 검출부(290).
  15. 제14항에 있어서, 상기 검출부(290)에 연결되는 제1,2,3,4배출부(300)(303)(306)(309)와, 유동정지부(310)와, 공기배출구(320)가 벤튜리유로로 순차적으로 연결되고, 제1배출부(300)와 제2배출부(303) 사이, 제3배출부(306)와 제4배출부(309) 사이의 벤튜리유로에는 제7유동지연부(301)와 제8유동지연부(304)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 랩온어칩.
  16. 제14항에 있어서,상기 제1모세관 유동 제어 모듈(230)은, 상기 A 반응부(220)와 연결되는 제1유로(231)와, 상기 제1우회유로(216)와 연결되는 제2유로(232)와, 상기 제1유로(231)와 제2유로(232) 사이에 형성되는 벤튜리유로(233)와, 상기 벤튜리유로(233)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제1유동지연부(234)와, 상기 제1유동지연부(234)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기 방울이 배출되는 공기배출유로(235)를 포함하는 랩온어칩.
  17. 제14항에 있어서, 상기 제2모세관 유동 제어 모듈(330)은, 상기 제1충진부 (240)와 연결되는 제1유로(331)와, 상기 제2우회유로(217)와 연결되는 제2유로(332)와, 상기 제1유로(331)와 제2유로(332) 사이에 형성되는 벤튜리유로(333)와, 상기 벤튜리유로(333)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제2유동지연부(334)와, 상기 제2유동지연부(334)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기 방울이 배출되는 공기배출유로(335)를 포함하는 랩온어칩.
  18. 제14항에 있어서, 상기 제3모세관 유동 제어 모듈(330)은, 상기 B 반응부(250)와 연결되는 제1유로(431)와, 상기 제3우회유로(218)와 연결되는 제2유로(432)와, 상기 제1유로(431)와 제2유로(432) 사이에 형성되는 벤튜리유로(433)와, 상기 벤튜리유로(433)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제3유동지연부(434)와, 상기 제3유동지연부(434)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기 방울이 배출되는 공기배출유로(435)를 포함하는 랩온어칩.
  19. 제14항에 있어서, 상기 제4모세관 유동 제어 모듈(530)은, 상기 제2충진부(260)와 연결되는 제1유로(531)와, 상기 검출부(290)와 연결되는 제2유로(532)와, 상기 제1유로(531)와 제2유로(532) 사이에 형성되는 벤튜리유로(533)와, 상기 벤튜리유로(533)에 형성되어 유동을 지연시키는 적어도 하나 이상의 제4유동지연부(534)와, 상기 제4유동지연부(534)에 연결되어 제1미세유체와 제2미세유체 사이의 공기 방울이 배출되는 공기배출유로(535)를 포함하는 랩온어칩.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제4모세관 유동 제어 모듈(530)은, 상기 제2유로(532)와 제4유동지연부(534) 사이에 형성되어 유체의 유동을 정지시키는 유동정지부(538)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 랩온어 칩.
  21. 제14항에 있어서, 상기 A 반응부(220)에는 기질(substrate)이 함유되고, 상기 B 반응부(250)에는 효소(enzyme)-검출 항체(detection antibody) 결합체가 미리 함유되며, 상기 C 반응부(270)에는 고정 항체 (capture antibody)가 미리 고정되는 것을 특징으로 하는 랩온어칩.
  22. 제14항에 있어서, 상기 A 반응부(220)에는 질산은(silver nitrate)과 환원제인 하이드로퀴논(hydroquinone)이 함유되고, 상기 B 반응부(250)에는 금(gold)-검출 항체(detection antibody) 결합체가 미리 함유되며, 상기 C 반응부(270)에는 고정 항체(capture antibody)가 미리 고정되는 것을 특징으로 하는 랩온어칩.
  23. 제5항, 제9항 및 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모세관 유동 제어 모듈의 신호 검출부가 기존의 웰 플레이트 검출기에 적합하게 제작되어 기존의 웰 플레이트 검출기를 사용하여 신호 검출이 가능한 것을 특징으로 하는 랩온어칩.
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