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KR101335727B1 - 원심력 기반의 혈액 검사용 디스크형 미세유동장치 - Google Patents

원심력 기반의 혈액 검사용 디스크형 미세유동장치 Download PDF

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KR101335727B1
KR101335727B1 KR1020070084522A KR20070084522A KR101335727B1 KR 101335727 B1 KR101335727 B1 KR 101335727B1 KR 1020070084522 A KR1020070084522 A KR 1020070084522A KR 20070084522 A KR20070084522 A KR 20070084522A KR 101335727 B1 KR101335727 B1 KR 101335727B1
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조윤경
김도균
이정남
임희균
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삼성전자주식회사
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Abstract

다수 항목의 혈액 생화학 검사를 자동으로 수행할 수 있는 디스크형 미세유동장치가 개시된다. 본 발명에 따르면, 디스크형 미세유동장치 내에서 시료를 원심분리하고, 원심분리된 시료를 여러 가지 비율로 희석하여 제공할 수 있도록 한다. 또한, 하나의 반응에 필요하나 분리 보관이 필요한 둘 이상의 시약을 서로 격리된 챔버에 보관하고 반응 시에 혼합할 수 있도록 함으로써 기존의 다양한 혈액 검사용 시약들을 그대로 또는 최소한의 가공을 통해 손쉽게 사용할 수 있도록 한 디스크형 미세유동장치를 제공한다.
랩온어디스크(Lab-On-a Disk), 미세유동장치, 혈액 검사, 희석비

Description

원심력 기반의 혈액 검사용 디스크형 미세유동장치{Centrifugal force-based disk type microfluidic device for blood chemistry analysis}
본 발명은 원심력을 이용한 디스크형 미세유동장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 시료의 희석 비율 또는 시약의 준비의 면에서 서로 조건이 다른 다양한 생화학 반응을 수행할 수 있도록 한 혈액 검사용 디스크형 미세유동장치에 관한 것이다.
일반적으로 미세유동장치에서 하나의 독립적인 기능을 수행하는 미세유동 구조물은 유체를 가두어 둘 수 있는 챔버와, 유체가 흐를 수 있는 채널 및 유체의 흐름을 조절할 수 있는 밸브를 포함하고, 이들의 다양한 조합에 의해 만들어질 수 있다. 소형의 칩(chip) 상에서 생화학적 반응을 포함한 시험을 수행할 수 있도록, 칩 형태의 기판에 이러한 미세유동 구조물을 배치하고 여러 단계의 처리 및 조작을 수행할 수 있도록 제작된 장치를 랩온어칩(lab-on-a chip)이라 한다.
미세유동 구조물 내에서 유체를 이송하기 위해서는 구동 압력이 필요한데, 구동 압력으로서 모세관압이 이용되기도 하고, 별도의 펌프에 의한 압력이 이용되기도 한다. 최근에는 디스크 형상의 플랫폼에 미세유동 구조물을 배치하고 원심력 을 이용하여 유체를 이동시키며 일련의 작업을 수행하는 디스크형 미세유동장치들이 제안되고 있다. 이를 일컬어 랩씨디(Lab CD) 또는 랩온어디스크(Lab-on a disk)라 하기도 한다. 원심력을 기반으로 하여 디스크형 플랫폼 내에서 필요한 작업을 빠르고 정확하게 수행할 수 있는 다양한 디스크형 미세유동장치를 제공하기 위한 노력이 계속되고 있다.
디스크형 미세유동장치는 여러 종류의 병리학적 검사에 응용될 수 있다. 기존의 병리학적 검사들은 많은 수작업과 다양한 장비들을 필요로 한다. 검사를 신속히 수행하기 위해서는 숙련된 임상병리사가 필요하다. 다만, 숙련된 임상병리사라 하더라도 여러 가지 검사를 동시에 수행하는 데는 많은 어려움이 따른다. 그러나, 응급 환자에 대한 진단에 있어서, 빠른 검사 결과는 빠른 응급 조치를 위해 대단히 중요하다. 따라서, 상황에 따라 필요한 여러 가지 병리학적 검사를 동시에, 그리고 빠르고 정확하게 수행할 수 있는 장치가 요구된다.
기존의 혈액 검사의 경우에도 크고 고가인 자동화 장비가 사용되며, 상대적으로 많은 양의 혈액이 요구된다. 시간도 많이 걸려서 환자는 채혈을 한 후, 짧게는 2~3일에서 길게는 1~2주 후에나 결과를 받아 보게 된다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 최근에는 혈액을 분석하는, 소형화되고 자동화된 장치들이 제안되고 있다. 그러나, 대부분 혈액에서 혈청을 분리하고, 분리된 혈청을 희석하는 과정을 별도로 수행해야 하는 불편함이 따른다.
또한, 반응 조건이 서로 다른 여러 종류의 생화학 반응을 동시에 검사할 수 있는 장치를 제공하기 위해서는, 반응 챔버에 들어가는 각종 시약의 농도 및 시료 희석액의 양을 각각 최적화해야 하는 어려움이 있다. 예를 들어, 미국 특허 US 5,776,563호에 따르면, 반응 조건이 서로 다른 여러 종류의 시약을 동결 건조된 상태로 장치 내에 보관하였다가 사용하도록 하였다. 각각의 시약마다 동결 건조 조건이 다르기 때문에, 각 시약별로 동결 건조 조건을 최적화하여 제조된 시약 비드를 사용하였다. 시료 희석액의 희석 비율을 일정하게 하고, 시약 비드의 농도 또는 크기, 그리고 반응 챔버의 크기 등을 다르게 하였다. 이는 종래의 기술로는 디스크형 미세유동장치 내에서 여러 가지 비율로 희석된 시료 희석액을 제공하기가 어려웠기 때문이다. 이러한 어려움을 우회적으로 극복하기 위해 전용의 동결 건조 시약 비드를 개발해야했고, 시약의 종류에 따라 반응 챔버의 크기를 달리하는 등 미세유동장치의 제조가 더 복잡해졌다. 기존에 개발되어 널리 보급된 시약들을 그대로 사용할 수 없다는 점은 많은 경제적, 시간적 손실을 초래할 수 있다.
그런데, 기존에 개발된 시약들은 대부분 액체 상태로 보관 및 유통된다. 더군다나 많은 경우에 있어서, 시약 보존을 위해 시약을 R1(reagent1)과 R2(reagent2)로 별개의 용기에 보관하였다가 반응 직전에 혼합하여 사용한다. 따라서, 기존의 시약들을 활용할 수 있는 디스크형 미세유동장치를 제공하는 데에 많은 어려움이 있어왔다.
본 발명은 다수 항목의 혈액 생화학 검사를 자동으로 수행할 수 있는 디스크형 미세유동장치를 제공하는 데 그 목적이 있다. 나아가 기존의 다양한 혈액 검사용 시약들을 그대로 또는 최소한의 가공을 통해 손쉽게 사용할 수 있도록 한 디스크형 미세유동장치를 제공하는 데 그 목적이 있다. 이러한 목적을 달성하기 위해 디스크형 미세유동장치 내에서 시료를 여러 가지 비율로 희석하여 제공할 수 있도록 하고자 한다. 아울러, 하나의 반응에 필요하나 분리 보관이 필요한 둘 이상의 시약을 서로 분리된 챔버에 보관하고 반응 직전에 혼합할 수 있도록 하고자 한다.
본 발명에 따른 원심력 기반의 혈액 검사용 디스크형 미세유동장치는, 회전 가능한 플랫폼; 상기 플랫폼 내에 배치되고, 시료 주입구를 통해 주입된 시료를 수용하는 시료 챔버; 상기 플랫폼 내에 상기 시료 챔버와 연결되게 배치되고, 상기 플랫폼의 회전을 이용하여 상기 시료를 원심분리하고, 분리된 상청액(supernatant)을 다수의 시료 분배 채널을 통해 각각 미리 정해진 양씩 분배하는 시료 분배부; 상기 플랫폼 내에 상기 다수의 시료 분배 채널과 각각 연결되게 배치되고, 각각 미리 정해진 양의 희석액을 저장하며, 상기 상청액을 수용하여 서로 다른 희석 비율의 시료 희석액을 제공하는 다수의 희석 챔버; 및 상기 플랫폼 내에 상기 다수의 희석 챔버 각각에 대하여 한 그룹씩 대응되게 배치된 다수의 반응 챔버부 그룹을 포함하고, 상기 각각의 반응 챔버부 그룹은 상기 플랫폼의 회전에 의해 상기 다수 의 희석 챔버 중 대응되는 희석 챔버로부터 시료 희석액 분배 채널을 통해 분배된 시료 희석액을 수용하고, 미리 저장되어 있던 시약과 시료 희석액의 반응을 수행하는 적어도 하나의 반응 챔버부를 포함한다.
상기 시료 분배부는 여러 가지 형태로 구성될 수 있다. 그 첫 번째 예로서, 상기 시료 분배부는 각각이 상기 시료 챔버와 연결되고 상기 시료를 원심분리하는 다수의 원심분리 유닛을 포함하고, 상기 다수의 시료 분배 채널은 상기 다수의 원심분리 유닛의 상청액 수집부에 각각 연결된 것일 수 있다. 이때, 상기 원심분리 유닛은, 상기 시료 챔버로부터 상기 플랫폼의 바깥쪽 방향으로 연장된 채널 형상의 상청액 수집부; 및 상기 상청액 수집부의 말단에 배치되어 침강된 입자를 수집하는 입자 수집부를 포함하고, 상기 시료 분배 채널은 상기 상청액 수집부의 일측에 밸브를 거쳐 연결되어 상기 밸브보다 안쪽에 수집된 일정량의 상청액을 배출하는 것일 수 있다. 상기 밸브는, 상온에서 고체 상태이고 고온에서 액체 상태인 상전이 물질과 발열 입자가 혼합된 밸브 물질을 포함하고, 상기 밸브 물질은 외부 에너지원으로부터 조사된 전자기파를 상기 발열 입자가 흡수하여 발생한 열에 의해 용융된 상태로 이동하여 상기 채널을 여는 상전이 밸브일 수 있다.
그 두 번째 예로서, 상기 시료 분배부는, 상기 시료 챔버와 연결되고 상기 시료를 원심분리하는 적어도 하나의 원심분리 유닛을 포함하고, 상기 각 원심분리 유닛의 상청액 수집부에 상기 다수의 시료 분배 채널이 연결된 것일 수 있다. 이때, 상기 원심분리 유닛은, 상기 시료 챔버로부터 상기 플랫폼의 바깥쪽 방향으로 연장된 채널 형상의 상청액 수집부; 및 상기 상청액 수집부의 말단에 배치되어 침강된 입자를 수집하는 입자 수집부를 포함하고, 상기 다수의 시료 분배 채널은 상기 상청액 수집부와 각각의 밸브를 거쳐 연결되어 상기 밸브보다 안쪽에 수집된 일정량의 상청액을 배출하는 것일 수 있다. 이 경우에도 상기 밸브는 상온에서 고체 상태이고 고온에서 액체 상태인 상전이 물질과 발열 입자가 혼합된 밸브 물질을 포함하고, 상기 밸브 물질은 외부 에너지원으로부터 조사된 전자기파를 상기 발열 입자가 흡수하여 발생한 열에 의해 용융된 상태로 이동하여 상기 채널을 여는 상전이 밸브일 수 있다.
그 세 번째 예로서, 상기 시료 분배부는, 상기 시료 챔버와 연결되고 상기 시료를 원심분리하는 원심분리 유닛; 상기 원심분리 유닛으로부터 배출된 시료 상청액을 각각 일정량만큼씩 수용하는 다수의 시료 정량 챔버; 및 상기 다수의 시료 정량 챔버와 각각 대응되는 희석 챔버를 연결하는 다수의 시료 분배 채널을 포함할 수 있다.
상기 시료 희석액 분배 채널은, 상기 희석 챔버와 밸브를 거쳐 연결되고, 상기 플랫폼의 원주 방향을 따라 연장된 분배 구간; 상기 분배 구간과 연결된 적어도 하나의 벤트; 및 상기 분배 구간으로부터 상기 반응 챔버 그룹에 속한 다수의 반응 챔버부를 향해 분기된 다수의 입구 채널을 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 시료 희석액 분배 채널은 전 구간에 걸쳐 유체 저항이 일정하고, 그 유체 저항값이 상기 다수의 입구 채널의 것보다 크거나 같을 수 있다.
상기 다수의 반응 챔버부는 각각이 하나의 반응 챔버로 이루어질 수 있다. 한편, 이와 달리 상기 다수의 반응 챔버부 중 적어도 일부는, 상기 시료 희석액 분 배 채널로부터 분기된 입구 채널과 연결되어 일정량의 시료 희석액을 수용하고 그 출구에 밸브를 갖는 정량 챔버; 상기 정량 챔버의 출구와 연결되고, 제1 시약을 저장하며, 그 출구에 밸브를 갖는 제1 반응 챔버; 및 상기 제1 반응 챔버의 출구와 연결되고, 제2 시약을 저장하는 제2 반응 챔버를 포함하는 것일 수도 있다. 이때에도 상기 밸브는, 상온에서 고체 상태이고 고온에서 액체 상태인 상전이 물질과 발열 입자가 혼합된 밸브 물질을 포함하고, 상기 밸브 물질은 외부 에너지원으로부터 조사된 전자기파를 상기 발열 입자가 흡수하여 발생한 열에 의해 용융된 상태로 이동하여 상기 채널을 여는 상전이 밸브일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 원심력 기반의 혈액 검사용 디스크형 미세유동장치는, 회전 가능한 플랫폼; 상기 플랫폼 내에 배치되고, 시료 주입구를 통해 주입된 시료를 수용하는 시료 챔버; 상기 플랫폼 내에 상기 시료 챔버와 연결되게 배치되고, 상기 플랫폼의 회전을 이용하여 상기 시료를 원심분리하고, 시료 분배 채널을 통해 분리된 상청액(supernatant)을 분배하는 시료 분배부; 상기 플랫폼 내에 상기 시료 분배 채널과 각각 연결되게 배치되고, 미리 정해진 양의 희석액을 저장하며, 상기 상청액을 수용하여 미리 정해진 희석 비율의 시료 희석액을 제공하는 희석 챔버; 및 상기 플랫폼 내에 상기 희석 챔버와 시료 희석액 분배 채널을 통해 연결되게 배치되고, 상기 플랫폼의 회전에 의해 상기 희석 챔버로부터 분배된 시료 희석액과 미리 저장되어 있던 시약의 반응을 수행하는, 다수의 반응 챔버부를 포함한다.
여기서, 상기 다수의 반응 챔버부 중 적어도 일부는, 상기 시료 희석액 분배 채널로부터 분기된 입구 채널과 연결되어 일정량의 시료 희석액을 수용하고 그 출구에 밸브를 갖는 정량 챔버; 상기 정량 챔버의 출구와 연결되고, 제1 시약을 저장하며, 그 출구에 밸브를 갖는 제1 반응 챔버; 및 상기 제1 반응 챔버의 출구와 연결되고, 제2 시약을 저장하는 제2 반응 챔버를 포함할 수 있다.
이러한 실시 형태에 있어서, 상기 시료 분배부는 상기 시료 챔버와 연결되고 상기 시료를 원심분리하는 원심분리 유닛을 포함하고, 상기 시료 분배 채널은 상기 원심분리 유닛의 상청액 수집부에 연결된 것일 수 있다. 상기 원심분리 유닛은, 상기 시료 챔버로부터 상기 플랫폼의 바깥쪽 방향으로 연장된 채널 형상의 상청액 수집부; 및 상기 상청액 수집부의 말단에 배치되어 침강된 입자를 수집하는 입자 수집부를 포함하고, 상기 시료 분배 채널은 상기 상청액 수집부의 일측에 밸브를 거쳐 연결되어 상기 밸브보다 안쪽에 수집된 일정량의 상청액을 배출하는 것일 수 있다. 이때, 상기 밸브는, 상온에서 고체 상태이고 고온에서 액체 상태인 상전이 물질과 발열 입자가 혼합된 밸브 물질을 포함하고, 상기 밸브 물질은 외부 에너지원으로부터 조사된 전자기파를 상기 발열 입자가 흡수하여 발생한 열에 의해 용융된 상태로 이동하여 상기 채널을 여는 상전이 밸브일 수 있다.
상기 시료 희석액 분배 채널은, 상기 희석 챔버와 밸브를 거쳐 연결되고, 상기 플랫폼의 원주 방향을 따라 연장된 분배 구간; 상기 분배 구간과 연결된 적어도 하나의 벤트; 및 상기 분배 구간으로부터 상기 다수의 반응 챔버부를 향해 분기된 다수의 입구 채널을 포함하는 것일 수 있고, 이때, 상기 시료 희석액 분배 채널은 전 구간에 걸쳐 유체 저항이 일정하고, 그 유체 저항값이 상기 다수의 입구 채널의 것보다 크거나 같을 수 있다.
본 발명에 따르면 다수 항목의 혈액 생화학 검사를 자동으로 수행할 수 있는 디스크형 미세유동장치를 제공할 수 있다. 나아가 디스크형 미세유동장치에 기존의 다양한 혈액 검사용 시약들을 그대로 또는 최소한의 가공을 통해 손쉽게 사용할 수 있도록 하는 효과가 있다. 아울러, 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치는 하나의 반응에 필요하나 분리 보관이 필요한 둘 이상의 시약을 서로 분리된 챔버에 보관하고 반응 직전에 혼합할 수 있도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 혈액 검사용 디스크형 미세유동장치의 실시예를 보인다. 본 실시예에 따르면, 디스크형 미세유동장치는 회전 가능한(예컨대, 디스크 형상의) 플랫폼(100)과 상기 플랫폼(100) 내에 유체가 수용될 수 있는 공간이나 흐를 수 있는 유로를 제공하는 구조물들을 포함한다. 상기 플랫폼(100)은 그 중심(C)을 축으로 하여 회전할 수 있다. 상기 플랫폼(100) 내에 배치된 구조물 내에서는 플랫폼(100)의 회전에 따른 원심력의 작용에 의해 시료의 이동, 원심분리, 혼합 등이 이루어진다.
상기 플랫폼(100)은 성형이 용이하고, 그 표면이 생물학적으로 비활성인 아크릴, PDMS 등의 플라스틱 소재로 만들어질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 화학적, 생물학적 안정성과 광학적 투명성 그리고 기계적 가공성을 가지는 소재이면 족하다. 상기 플랫폼(100)은 여러 층의 판으로 이루어질 수 있다. 판과 판이 서로 맞닿는 면에 챔버나 채널 등에 해당하는 음각 구조물을 만들고 이들을 접합함으로써 상기 플랫폼(100) 내부에 공간과 통로를 제공할 수 있다. 판과 판의 접합은 접착제나 양면 접착테이프를 이용한 접착이나 초음파 융착, 레이저 용접 등 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.
상기 플랫폼(100) 내에 배치된 혈액 검사를 위한 일련의 구조물들에 대하여 설명한다. 여기서, 상기 플랫폼(100)의 중심에 가까운 쪽을 안쪽이라 하고, 중심으로부터 먼 쪽을 바깥쪽이라 한다. 먼저, 플랫폼(100)의 가장 안쪽에 시료 챔버(20)가 배치된다. 상기 시료 챔버(20) 도면에서 그 좌측 상단에 보이는 바와 같은 시료 주입구를 통해 외부로부터 일정량의 혈액을 수용한다. 상기 시료 챔버(20)의 일 측에는 채널(23)을 통해 연결된 잉여 시료 챔버(25)가 배치될 수 있다. 상기 잉여 시료 챔버(25)는 상기 시료 챔버(20)에 과도한 양의 시료가 주입된 경우, 검사에 필요한 일정량의 시료만 상기 시료 챔버(20)에 남기고, 잉여 시료를 수용한다.
상기 시료 챔버(20)의 바깥쪽에는 상기 플랫폼(100)의 회전을 이용하여 시료를 원심분리하고, 그로부터 분리된 상청액(supernatant)을 다수의 시료 분배 채널을 통해 각각 미리 정해진 양씩 분배하는 시료 분배부가 상기 시료 챔버(20)와 연결되게 배치된다. 상기 시료 분배부는 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 그 첫 번째 예가 도 1에 도시되어 있다. 살펴보건대, 다수의 원심분리 유닛(31~34)이 상기 시료 챔버(20)의 바깥쪽에는 연결되게 배치되어 있다. 상기 다수의 원심분리 유닛(31~34)는 서로 동일한 구성을 가질 수 있다. 도면에 도시된 네 개의 원심분리 유닛(31~34) 중 가장 왼쪽의 원심분리 유닛(31)을 예로 들어 설명한다. 상기 원심분리 유닛(31)은 상기 시료 챔버(20)로부터 바깥쪽 방향으로 연장된 채널 형상의 상청액 수집부(312)와 상기 상청액 수집부(312)의 말단에 배치되어, 비중이 큰 침강물을 수집할 수 있는 공간을 제공하는 침강물 수집부(311)을 포함한다. 상기 상청액 수집부(312)의 일 측에는 수집된 상청액을 다음 단계의 구조물로 분배하는 시료 분배 채널(314)이 배치되고, 상기 시료 분배 채널(314)은 밸브(313)를 통해 상기 상청액 수집부(312)와 연결된다. 이때, 상기 시료 분배 채널(314)이 연결되는 위치는 분배할 시료의 양에 따라 달라질 수 있다. 즉, 분배되는 시료의 양은 상기 상청액 수집부(312) 중에서 상기 밸브(313)의 안쪽에 위치한 부분의 부피에 따른다. 여기서, 상기 밸브(313)로는 다양한 형태의 미세유동 밸브가 채용될 수 있다. 모세관 밸브와 같이 일정 이상의 압력이 걸리면 수동적으로 개방되는 밸브가 채용될 수도 있고, 작동 신호에 의해 외부로부터 동력 또는 에너지를 받아 능동적으로 작동하는 밸브가 채용될 수도 있다. 본 실시예의 경우는, 외부로부터 전자기파 에너지를 흡수하여 작동하는 상전이 밸브(도 4 참고)를 채용하였으며, 그 구성 및 동작에 대해서는 추후 설명하기로 한다.
상기 다수의 원심분리 유닛(31~34)의 바깥쪽에는 이들로부터 분배된 시료(구체적으로는, 시료로부터 원심분리의 상청액)를 수용하는 다수의 희석 챔버(41~44)들이 각각 대응되게 배치된다. 상기 다수의 희석 챔버(41~44)에는 서로 다른 양의 희석액(dilution buffer)이 각각 저장되어 있다. 필요한 희석액의 부피에 따라서 상기 다수의 희석 챔버(41~44)의 부피를 달리할 수도 있다. 따라서, 상기 다수의 희석 챔버(41~44)들은 서로 다른 비율로 희석된 시료 희석액을 제공한다. 희석 비율을 달리하기 위해 다수의 희석 챔버(41~44)에 미리 저장되는 희석액의 부피를 다르게 할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 시료 분배부로부터 분배되는 시료의 양을 달리할 수도 있다. 한편, 상기 시료 분배부로부터 시료를 공급받지 않는 희석 챔버(40)도 마련될 수 있는데, 이는 반응 검출시 표준값을 얻기 위한 것으로 희석액을 저장할 수 있다. 상기 시료를 공급받지 않는 희석 챔버(40)의 바깥쪽에는 비어 있거나 증류수가 채워지는 등 검출 표준값을 얻기 위한 챔버들(50a, 50b)이 마련될 수 있다.
상기 다수의 희석 챔버(41~44)의 바깥쪽에는 각각 대응되는 반응 챔버부 그룹(51~54)이 배치된다. 도면에서 가장 왼쪽의 반응 챔버부 그룹(제1 그룹)(51)을 예로 들어 설명하면, 각 반응 챔버부 그룹(51)에는 다수의(적어도 하나의) 반응 챔버부(511~513)가 마련되고, 상기 다수의 반응 챔버부(511~513)는 시료 희석액 분배 채널(412)을 통해 상기 대응되는 희석 챔버(41)와 연결된다. 각각의 반응 챔버부(511~513)는 가장 간단하게는 각각 하나의 반응 챔버로 이루어질 수 있다. 상기 시료 희석액 분배 채널(412)은 도면에 보이는 바와 같이, 밸브(413)를 사이에 두고 상기 희석 챔버(41)와 연결되어 바깥쪽으로 연장된 구간과, 상기 플랫폼(100)의 원주 방향으로 연장된 분배 구간, 상기 분배 구간의 말단부에 연결된 벤트(vent), 그리고 상기 분배 구간으로부터 바깥쪽으로 분기되어 각각 대응되는 반응 챔버부(511~513)로 연결된 다수의 입구 채널로 이루어질 수 있다. 상기 다수의 반응 챔버부(511~513)는 서로 동일한 용량의 반응 챔버를 하나씩 가질 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아이고, 검사 항목에 따라 서로 다른 용량의 시료 희석액이나 시약이 요구되는 경우에는 각 반응 챔버의 용량을 달리할 수도 있다.
상기 다수의 반응 챔버부(511~513)에는 시료(혈액)와 각기 다른 종류의 반응을 일으키는 시약들이 각각 저장되어 있다. 다만, 동일한 반응 챔버부 그룹(51)에 속한 다수의 반응 챔버부(511~513)에는 동일한 희석비(d1)의 시료 희석액과의 반응에 적합한 시약들이 각각 저장되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제2 그룹(52)에 속한 다수의 반응 챔버부(521~525)에는 그에 대응되는 희석 챔버(42)로부터 상기 제1 그룹(51)의 경우와 다른 희석비(d2)의 시료 희석액이 공급되므로, 해당 희석비(d2)의 시료에 적합한 시약들이 각각 저장되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상용화된 시약의 반응 조건을 보면, 혈액 검사 항목들 중 ALT(alanine aminotransferase) 및 AST(aspartate aminotransferase)의 경우에는 검출 반응에 요구되는 희석액/혈청의 희석비가 10이지만, DBIL(direct bilirubin), TBIL(total bilirubin), GGT(gamma glutamyl transferase)의 경우는 20이고, UA(uric acid), ALP(alkaline phosphatase), AMY(amylase), CK(creatin kinase)의 경우는 50, TRIG(triglycerides), Chol(total cholesterol), GLU(glucose), BUN(urea nitrogen)의 경우는 100이다. 본 발명에 따른 혈액 검사용 디스크형 미세유동장치는 혈액 검사 항목들을 상기와 같이 검출 반응에 요구되는 시료 희석액의 희석비에 따라 여러 그룹으로 나누고, 각 그룹별로 서로 다른 희석비로 희석된 시료 희석액을 공급하여 검출 반응을 수행할 수 있다. 이를 통해 기존에 알려진 혈액 검사용 시약들을 그대로 활용할 수 있다.
한편, 상기 다수의 반응 챔버부(511~513, 521~525)는 각각 하나씩의 밀폐형 반응 챔버를 구비할 수 있다. 각각의 밀폐형 반응 챔버에는 각각의 검출 반응에 필요한 시약들이 저장된다. 이러한 시약들은 디스크형 미세유동장치의 제작 중에 플랫폼(100)을 이루는 상판과 하판을 접합하기 전에 주입될 수 있다. 기존의 액상 시약을 그대로 사용할 수 있다. 다수의 밀폐된 챔버에 유체를 분배하기 위한 분배 구조물(예컨대, 상기 시료 희석액 분배 채널(412))에 대해서는 본 출원의 공동발명자에 의한 대한민국 특허출원 제10-2007-40039호에 상세히 기술한 바 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 액체 상태뿐만 아니라 고체 상태의 시약도 사용할 수 있다. 또한, 상기 다수의 반응 챔버부(511~513, 521~525)가 밀폐형 반응 챔버가 아니라 벤트 및 주입구가 있는 반응 챔버를 가지는 것이어도 무방하다.
도 2는 본 발명에 따른 혈액 검사용 디스크형 미세유동장치의 다른 실시예를 보인다. 본 실시예에 따르면, 시료 분배부가 전술한 도 1의 실시예와 달리 다수의 시료 분배 채널(304a, 304b)과 연결된 하나의 원심분리 유닛(30)으로 구성될 수 있다. 상기 하나의 원심분리 유닛(30) 역시 상기 시료 챔버(20)로부터 바깥쪽으로 연장된 상청액 수집부(302)와 상기 상청액 수집부(302)의 말단에 배치된 침강물 수집부(301)를 포함한다. 상기 상청액 수집부(302)는 기본적으로 채널 형상을 가질 수 있으며, 처리할 시료의 양에 따라 그 폭이나 깊이가 확장될 수 있다.
상기 상청액 수집부(302)의 중간(상기 안쪽 끝 부분과 상기 바깥쪽 끝 부분의 사이) 부분에는 다수(예컨대, 도 2의 실시예의 경우 두 개의)의 시료 분배 채널(304a, 304b)이 각각의 밸브(303a, 303b)를 거쳐 연결된다. 상기 두 밸브(303a, 303b)는 각각 개별적으로 구동되고, 바람직하게는 상기 플랫폼(100)의 중심에 가까운 쪽에 배치된 것부터 구동될 수 있다. 상기 두 개의 밸브(303a, 303b)를 각각 밸브a(303a)와 밸브b(303b)라 할 때, 상기 밸브a(303a)를 열고 상기 플랫폼(100)을 회전시키면, 상기 상청액 수집부(302) 내에서 상기 밸브a(303a)보다 안쪽 부분(302a)에 있는 시료가 분배 채널a(304a)을 통해 배출되고, 상기 밸브b(303b)를 열고 상기 플랫폼(100)을 회전시키면, 상기 상청액 수집부(302) 내에서 상기 밸브a(303a)와 상기 밸브b(303b) 사이에 있는 시료가 분배 채널b(304b)을 통해 배출된다. 이와 같은 구성의 원심분리 유닛(30)은 입자가 포함된 시료를 유체(상청액)와 입자(침강물)로 원심분리하고, 분리된 상청액을 미리 정해진 일정한 부피씩(각각 302a, 302b의 부피)로 나누어 분배할 수 있다. 이와 같은 원심분리 및 정량 분배를 위한 미세유동 구조물에 대해서는 본 발명의 공동발명자에 의한 대한민국 특허출원 제10-2007-32501호에서 상세하게 기술하였다.
상기 하나의 원심분리 유닛(30)으로부터 분배된 두 가지 부피의 시료는 각각 서로 다른 두 개의 희석 챔버(45, 46)로 이송되어, 각각의 챔버에 미리 저장되어 있던 희석액과 혼합된다. 상기 두 희석 챔버(45, 56)로부터 각각의 밸브(453, 463)를 통해 배출된 서로 다른 희석비의 시료 희석액은 시료 희석액 분배 채널(452, 462)을 통해 각각 대응되는 반응 챔버부 그룹(55, 56)으로 분배된다. 본 실시예의 경우, 상기 도 2의 왼쪽 희석 챔버(45)에 대응되는 반응 챔버부 그룹(55)에 속한 다수의 반응 챔버부(551~556)에는 상용화된 반응 조건에 따른 희석액/혈청의 희석비가 10인 검사 항목들, 예를 들면 ALT, AST, GGT, DBIL, TBIL에 해당하는 시약들 이 미리 저장될 수 있다. 아울러, 상기 도 2의 오른쪽 희석 챔버(46)에 대응되는 반응 챔버부 그룹(56)에는 상용화된 반응 조건에 따른 희석비가 100인 검사 항목들, 예를들면, BUN, CK, LD, ALP, AMY, CHIL, GLU, TRIG, UA에 해당하는 시약들이 각각 미리 저장될 수 있다. 상기 시료 희석액 분배 채널(452, 462), 각각의 반응 챔버부(551~556)의 구조적 특징 및 그 기능에 관한 사항은 앞서 도 1의 실시예를 통해 설명과 같다. 시료가 분배되지 않는 희석 챔버(47) 및 그에 대응되는 반응 챔버부(57)도 검출 표준값을 얻기 위해 마련되었다는 점에서 전술한 바와 같다.
도 3은 본 발명에 따른 혈액 검사용 디스크형 미세유동장치의 또 다른 실시예를 보인다. 본 실시예는 상기 도 1의 실시예와 마찬가지로 다수의 원심분리 유닛(38, 39)로 이루어진 시료 분배부를 갖는다. 도 3의 실시예에서 두 개의 원심분리 유닛(38, 39) 중 왼쪽에 배치된 원심분리 유닛(38)의 상층액 수집부(382)는 오른쪽에 배치된 원심분리 유닛(39)의 상층액 수집부(392)에 비해 단면적이 크다. 따라서, 왼쪽의 원심분리 유닛(38)은 밸브(383)를 통해 상대적으로 더 큰 부피(382e)의 시료를 대응되는 희석 챔버(48)로 공급할 수 있다. 한편, 오른쪽의 원심분리 유닛(39)과 밸브(393)를 통해 연결된 희석 챔버(49)에는 상대적으로 작은 부피의 시료가 공급된다. 이와 같이 원심분리 유닛(38, 39)의 크기를 달리함으로써, 상기 두 희석 챔버(48, 49)에서 희석액/시료의 희석비를 달리할 수 있다. 이때에도 상기 두 희석 챔버(48, 49)에 미리 저장되는 희석액의 부피를 달리할 수 있음은 물론이다. 상기 두 희석 챔버(48, 49)로부터 각각의 밸브(483, 493) 및 각각의 시료 희석액 분배 채널(482, 492)을 통해 대응되는 반응 챔버부 그룹(58, 59)으로 서로 다른 희석비의 시료 희석액을 분배하기 위한 구성은 전술한 도 1 또는 도 2의 실시예와 같다.
다만, 본 실시예는 전술한 실시예들에 비해 반응 챔버부(581)의 구성에 차이점이 있다. 반응 챔버부 그룹(58, 59)을 이루는 상기 다수의 반응 챔버부(581~585, 591~592)들 중 적어도 일부의 반응 챔버부, 예를 들면, 상기 도 3에서 가장 왼쪽에 배치된 반응 챔버부 그룹(58) 중 왼쪽에서 첫 번째 반응 챔버부(581)의 경우는 밸브(581V2)를 통해 서로 격리될 수 있는 제1 및 제2의 반응 챔버(581R1, 581R2)를 갖는다. 상기 제1 및 제2 반응 챔버(581R1, 581R2)에는 각각 제1 시약(R1)과 제2 시약(R2)이 미리 주입되어 저장될 수 있다. 현재 상업적으로 유통되는 대부분의 혈액 생화학 검사용 시약은 액상 시약이다. 검사 항목에 따라서는 시약의 보존 기간을 늘리기 위해 시약을 제1 시약과 제2 시약을 따로 격리시켜 보관할 필요가 있는 경우가 많다. 특히, 시료를 제1 시약과 혼합하고, 일정 시간동안 인큐베이션한 후 다시 제2 시약을 혼합하는 형태의 반응이 많다. 이런 경우, 상기와 같이 밸브(581V2)를 통해 서로 격리될 수 있는 제1 및 제2의 반응 챔버(581R1, 581R2)를 갖는 구성이 바람직하다. 다만, 본 발명이 두 개의 반응 챔버를 가지는 구성에 한정되는 것은 아니고, 격리 보관해야할 시약의 수가 둘 이상이라면 그에 따른 수의 반응 챔버를 가질 수도 있다. 이와 같이 시약을 격리 보관하면 액상의 시약이라 하더라도 2 - 10℃의 보관 조건하에서 약 18개월의 기간 동안 보존이 가능하다. 이는 동결 건조된 시약의 보존 기간과 대등한 수준이다. 동시에 작은(정확히 제어된) 부피의 동결 건조 시약 비드를 만드는데 필요한 많은 노력과, 고체 상태의 시약 비드 를 디스크형 미세유동장치에 주입하는 어려움을 미연에 방지할 수 있다. 기존의 액상 시약을 그대로 자동화된 디스크형 미세유동장치에 적용할 수 있도록 하였다는 점에서 동결 건조된 시약 비드를 이용한 디스크형 미세유동장치보다 오히려 경제성과 호환성이 뛰어나다.
앞서 예로 든 반응 챔버부(581)를 좀더 상세히 살펴보면, 상기 입구 채널로부터 일정량의 시료 희석액을 수용하는 정량 챔버(581d)를 구비하고, 상기 정량 챔버(581d)와 밸브(581V1)를 통해 연결된 제1 반응 챔버(581R1), 그리고 역시 상기 제1 반응 챔버(581R1)와 또 다른 밸브(581V2)를 통해 연결된 제2 반응 챔버(581R2)를 갖는다. 이때, 상기 두 밸브(581V1, 581V2)로는 플랫폼(100)의 회전수와 무관하게 개별적으로 구동될 수 있는 밸브를 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 밸브의 예로서 외부로부터 국지적으로 조사되는 전자기파에 의해 개별적으로 구동되는 상전이형 밸브를 들 수 있다. 상전이형 밸브는 혈액을 원심분리하는 과정과 같이 플랫폼(100)이 고속으로 회전하는 때에도 액체 상태인 상기 제1 시약과 제2 시약이 섞이는 것을 방지할 수 있다. 이러한 상전이형 밸브는 상기 제1 반응 챔버(581R1)와 제2 반응 챔버(581R2)의 사이뿐만 아니라 본 발명에 따른 디스크형 미세유동장치에서 밸브가 필요한, 앞서 언급된 모든 부분에 채용될 수 있다.
한편, 시약을 격리 보관할 필요가 없는 검출 반응을 수행하는 반응 챔버부(592)는, 일정량의 시료 희석액을 수용하는 정량 챔버(592d)와 상기 정량 챔버(592d)와 밸브(592V)를 거쳐 연결되고, 미리 주입된 시약을 저장하는 반응 챔버(592R)로 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 혈액 검사용 디스크형 미세유동장치의 또 다른 실시예를 보인다. 플랫폼(100)의 재료와 형상 및 상기 플랫폼(100) 내에 유동 구조물이 배치되는 형태는 앞서 설명한 도 1의 실시예와 동일할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 상기 플랫폼(100) 내에 시료 챔버(20)가 마련된다. 시료 분배부는 상기 시료 챔버(20)와 연결되고 상기 시료를 원심분리하는 원심분리 유닛(60); 상기 원심분리 유닛(60)으로부터 배출된 시료 상청액을 각각 일정량만큼씩 수용하는 다수의 시료 정량 챔버(641, 642); 및 상기 다수의 시료 정량 챔버(641, 642)에 각각 대응되는 다수의 희석 챔버(71, 72)를 연결하는 다수의 시료 분배 채널(714, 724)을 포함할 수 있다.
상기 다수의 시료 정량 챔버(641, 642)는 다음과 같은 구성에 의해 각각 미리 정해진 일정량씩의 시료만 수용할 수 있다. 상기 원심분리 유닛(60)의 출구에 배치된 밸브(63)와 연결된 채널(64)은 원주방향을 따라 배치된 구간을 갖는다. 상기 다수의 시료 정량 챔버(641, 642)는 각각 서로 다른 용량을 가지고, 상기 구간에 각각 연결된다. 상기 원심분리 유닛(60) 출구의 밸브(63)가 열리고 상기 플랫폼(100)이 회전하면 상기 원심분리 유닛(60)의 상청액 수집부(62)에 수집되어 있던 시료(좀 더 구체적으로는 상기 시료의 상청액)가 상기 채널(64)을 통해 흘러 나온다. 이렇게 흘러나온 시료는 상기 다수의 정량 챔버(641, 642)를 각각 가득 채우고, 잉여 시료는 상기 채널(64)에 그대로 머물러 있는다. 이때, 상기 채널(64)에 연결된 밸브(643V)를 열면 상기 잉여 시료가 잉여 시료 챔버(643)로 흘러든다. 그 결과 상기 다수의 시료 정량 챔버(641, 642)에는 각각 미리 정해진 양의 시료만 수 용된다.
상기 다수의 시료 정량 챔버(641, 642) 중 도면의 왼쪽에 배치된 것을 제1 시료 정량 챔버(641)이라 하고, 오른쪽에 배치된 것을 제2 시료 정량 챔버(642)라 칭한다. 예시적으로 상기 제1 시료 정량 챔버(641)의 용량은 45㎕이고, 상기 제2 시료 정량 챔버(642)의 용량은 11㎕일 수 있다. 상기 제1 시료 정량 챔버(641)는 그 출구에 배치된 밸브(641V) 및 상기 밸브(641V)와 연결된 시료 분배 채널(714)을 통해 제1 희석 챔버(71)로 45㎕의 시료(예컨대 혈청)을 공급할 수 있다. 상기 제2 시료 정량 챔버(642)는 그 출구에 배치된 밸브(642V) 및 상기 밸브(642V)와 연결된 시료 분배 채널(724)을 통해 제2 희석 챔버(71)로 11㎕의 시료(예컨대 혈청)을 공급할 수 있다. 상기 제1 희석 챔버(71) 내에는 720㎕의 희석액(dilution buffer)가 미리 저장되어 있고, 상기 제2 희석 챔버(72) 내에는 880㎕의 희석액이 미리 저장되어 있다. 따라서, 제1 희석 챔버(71)에서는 1:16의 비로 희석된 시료 희석액이 만들어지고, 제2 희석 챔버(72)에서는 1:80의 비로 희석된 시료 희석액이 만들어진다.
상기 제1 희석 챔버(71)는 밸브(71V) 및 시료 희석액 분배 채널(712)을 통해 제1 반응 챔버부 그룹(81)에 속한 다수의 반응 챔버들(802~810)에 시료 희석액을 분배한다. 상기 제2 희석 챔버(72)는 밸브(72V) 및 시료 희석액 분배 채널(722)을 통해 제2 반응 챔버부 그룹(82)에 속한 다수의 반응 챔버들(812~822)에 시료 희석액을 분배한다. 따라서, 제1 반응 챔버부 그룹(81)과 제2 반응 챔버부 그룹(82)에는 서로 다른 농도의 시료 희석액이 공급된다. 상기 두 반응 챔버부 그룹(81, 82) 에 포함된 다수의 반응 챔버부에는 각각 하나씩의 반응 챔버(802~810, 812~822)가 배치된다. 상기 반응 챔버(802~810, 812~822) 내에는 각각 시약이 미리 주입된다. 시약은 반응 챔버(802)와 통하는 주입구(802I)를 통해 주입된다. 상기 반응 챔버(802)와 상기 시료 희석액 분배 채널(712) 사이에는 모세관 밸브(802C)가 마련되어, 미리 주입된 시료들이 상기 시료 희석액 분배 채널(712)로 역류하여 서로 섞이는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에서 제1 반응 챔버부 그룹(81)에 속한 반응 챔버들(802~810)에는 AST, ALT, GGT, DBIL, TBIL 등의 혈액 검사 항목에 필요한 시약들이 미리 주입될 수 있다. 제2 반응 챔버부 그룹(82)에 속한 반응 챔버들(812~822)에는 BUN, CK, LD, ALP, AMY, GLU, CHOL, TRIG, UA 등의 혈액 검사 항목에 필요한 시약들이 미리 주입될 수 있다. 이상에서 예로 든 시약들은 각각 시료인 혈청에 포함된 표적 물질과 반응하며, 표적 물질의 농도에 따라 특정 파장의 빛에 대한 흡광도가 변하는 시약들이다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 상기의 검사 항목들에 대한 결과를 광학적으로 검출할 수 있다. 상기 다수의 반응 챔버들(802~810, 812~822)과 나란히 배치된 공 챔버(dummy chamber)(811, 823)들은 광학적 검출 시에 비교의 기준이 된다. 상기 도 4에서 가장 왼쪽에 배치된 또 다른 공 챔버(801)는 연결된 희석액 챔버(73)로부터 희석액을 공급 받아 희석액이 채워진 챔버에 대한 검출 기준 값을 제공할 수 있다.
도 5는 상기 도 1 내지 도 4의 실시예에 채용된 상전이형 밸브의 단면을 보인다. 상기 상전이형 밸브(393)는 상기 플랫폼(100)을 이루는 상판(110)과 하 판(120) 사이에 입체적 또는 평면적인 형태로 만들어지고, 상온에서 고체 상태인 상전이 물질에 발열 입자가 분산된 밸브 플러그(V1)를 포함한다. 상기 고체 상태의 밸브 플러그(V1)는 상기 상판(110)과 밸브 간극 형성부(121) 사이의 밸브 간극에 배치된다. 상기 밸브 플러그(V1)는 용융된 상태로 상기 상판(110)의 개구부(110A)를 통해 주입되고 응고되면서 상기 상청액 수집부(392)와 상기 시료 분배 채널(394) 사이의 유체 흐름을 차단한다. 상기 밸브 플러그(V1)는 고온에서 용융되어 인접한 여유공간으로 이동하여, 유로를 개방한 채로 다시 응고된다.
상기 밸브 플러그(V1)에 열을 가하기 위해서 상기 플랫폼 외부에는 전자기파를 방출하는 외부에너지원(미도시)이 배치되고, 상기 외부에너지원이 상기 밸브 플러그(V1)의 초기 위치를 포함하는 영역에 전자기파를 조사할 수 있다. 이때, 상기 외부에너지원은 레이저 빔(L)을 조사하는 레이저 광원이거나, 가시광선 또는 적외선을 조사하는 발광소자(light emitting diode) 또는 제논램프(Xenon)일 수 있고, 특히 레이저 광원인 경우 적어도 하나의 레이저 다이오드(laser diode)를 포함할 수 있다. 상기 외부에너지원은 상기 밸브 플러그(V1)에 포함된 발열 입자가 흡수할 수 있는 전자기파의 파장에 따라 선택될 수 있다.
상기 밸브 플러그(V1)에 분산된 발열 입자는 수백 내지 수천 마이크로미터(㎛) 폭을 갖는 채널 내에서 자유롭게 이동 가능한 크기를 가지는 것이 바람직하다. 상기 발열 입자는 전자기파(예를 들면, 레이저)가 조사되면 그 에너지에 의해 온도가 급격히 상승하여 발열하는 성질을 가지며, 왁스에 고르게 분산되는 성질을 갖는다. 이러한 성질을 갖도록 상기 발열 입자는 금속 성분을 포함하는 코어(core) 와, 소수성(疏水性)을 띤 쉘(shell)을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 발열 입자는 Fe로 이루어진 코어와, 상기 Fe에 결합되어 Fe를 감싸는 복수의 계면활성성분(surfactant)으로 이루어진 쉘을 구비한 구조를 가질 수 있다. 상기 발열 입자로서 캐리어 오일(carrrier oil)에 분산된 상태로 시중에 유통되는 재료를 채용할 수 있다. 상전이 물질에 상기 발열 입자들이 분산된 캐리어 오일을 부어 혼합함으로써 상기 밸브 플러그(V1)를 이루는 밸브 물질을 제조할 수 있다. 상기 발열 입자의 입자 형태는 상기 예로써 든 형태에 한정되는 것은 아니며, 중합체 비드, 퀀텀 닷(quantum dot) 또는 자성 비드(magnetic bead)일 수도 있다.
상기 상전이 물질은 왁스(wax)일 수 있다. 상기 발열 입자들이 흡수한 전자기파 에너지를 열에너지의 형태로 주위에 전달하면 왁스는 이로 인해 용융되어 유동성을 가지게 되며, 이로써 밸브 플러그(V1)의 형태가 붕괴되고 유로가 개방된다. 상기 왁스는 적당한 녹는점을 가지는 것이 바람직하다. 녹는점이 너무 높으면 전자기파 조사를 시작한 후 용융될 때까지 시간이 오래 소요되어 개방 시점의 정밀한 제어가 어려워지고, 반대로 녹는점이 너무 낮으면 전자기파가 조사되지 않은 상태에서 부분적으로 용융되어 유체가 누출될 수도 있기 때문이다. 상기 왁스로는, 예컨대 파라핀 왁스(paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(microcrystalline wax), 합성 왁스(synthetic wax), 또는 천연 왁스(natural wax) 등이 채용될 수 있다. 한편, 상기 상전이 물질은 겔(gel) 또는 열가소성 수지일 수도 있다. 상기 겔로는, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates), 또는 폴리비닐아미드(polyvinylamides) 등이 채용될 수 있다. 또한, 상기 열가소성 수지로는, COC, PMMA, PC, PS, POM, PFA, PVC, PP, PET, PEEK, PA, PSU, 또는 PVDF 등이 채용될 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 혈액 검사용 디스크형 미세유동장치의 실시예를 보인다.
도 2는 본 발명에 따른 혈액 검사용 디스크형 미세유동장치의 다른 실시예를 보인다.
도 3은 본 발명에 따른 혈액 검사용 디스크형 미세유동장치의 또 다른 실시예를 보인다.
도 4는 본 발명에 따른 혈액 검사용 디스크형 미세유동장치의 또 다른 실시예를 보인다.
도 5는 상기 도 1 내지 도 4의 실시예에 채용된 상전이형 밸브의 단면을 보인다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 플랫폼 20: 시료 챔버
30~34, 38~39, 60: 원심분리 유닛 301, 311: 침강물 수집부
302, 312, 62: 상청액 수집부 303a, 303b, 313, 413, 63: 밸브
304a, 304b, 314: 시료 분배 채널 40~46, 48~49, 71, 72: 희석 챔버
412, 712, 722: 시료 희석액 분배 채널
51~56, 58~59, 81, 82: 반응 챔버부 그룹
511~513, 801~823: 반응 챔버 581~585: 반응 챔버부
581d: 정량 챔버 581R1: 제1 반응 챔버
581R2: 제2 반응 챔버

Claims (18)

  1. 회전 가능한 플랫폼;
    상기 플랫폼 내에 배치되고, 시료 주입구를 통해 주입된 시료를 수용하는 시료 챔버;
    상기 플랫폼 내에 상기 시료 챔버와 연결되게 배치되고, 상기 플랫폼의 회전을 이용하여 상기 시료를 원심분리하고, 분리된 상청액(supernatant)을 다수의 시료 분배 채널을 통해 각각 미리 정해진 양씩 분배하는 시료 분배부;
    상기 플랫폼 내에 상기 다수의 시료 분배 채널과 각각 연결되게 배치되고, 각각 미리 정해진 양의 희석액을 저장하며, 상기 상청액을 수용하여 서로 다른 희석 비율의 시료 희석액을 제공하는 다수의 희석 챔버; 및
    상기 플랫폼 내에 상기 다수의 희석 챔버 각각에 대하여 한 그룹씩 대응되게 배치된 다수의 반응 챔버부 그룹을 포함하고, 상기 각각의 반응 챔버부 그룹은 상기 플랫폼의 회전에 의해 상기 다수의 희석 챔버 중 대응되는 희석 챔버로부터 시료 희석액 분배 채널을 통해 분배된 시료 희석액을 수용하고, 미리 저장되어 있던 시약과 시료 희석액의 반응을 수행하는 적어도 하나의 반응 챔버부를 포함하는, 디스크형 미세유동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시료 분배부는 각각이 상기 시료 챔버와 연결되고 상기 시료를 원심분 리하는 다수의 원심분리 유닛을 포함하고, 상기 다수의 시료 분배 채널은 상기 다수의 원심분리 유닛의 상청액 수집부에 각각 연결된 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 원심분리 유닛은,
    상기 시료 챔버로부터 상기 플랫폼의 바깥쪽 방향으로 연장된 채널 형상의 상청액 수집부; 및
    상기 상청액 수집부의 말단에 배치되어 침강된 입자를 수집하는 입자 수집부를 포함하고,
    상기 시료 분배 채널은 상기 상청액 수집부의 일측에 밸브를 거쳐 연결되어 상기 밸브보다 안쪽에 수집된 일정량의 상청액을 배출하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 밸브는, 상온에서 고체 상태이고 고온에서 액체 상태인 상전이 물질과 발열 입자가 혼합된 밸브 물질을 포함하고, 상기 밸브 물질은 외부 에너지원으로부터 조사된 전자기파를 상기 발열 입자가 흡수하여 발생한 열에 의해 용융된 상태로 이동하여 상기 채널을 여는 상전이 밸브인 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시료 분배부는, 상기 시료 챔버와 연결되고 상기 시료를 원심분리하는 적어도 하나의 원심분리 유닛을 포함하고, 상기 각 원심분리 유닛의 상청액 수집부에 상기 다수의 시료 분배 채널이 연결된 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 원심분리 유닛은,
    상기 시료 챔버로부터 상기 플랫폼의 바깥쪽 방향으로 연장된 채널 형상의 상청액 수집부; 및
    상기 상청액 수집부의 말단에 배치되어 침강된 입자를 수집하는 입자 수집부를 포함하고,
    상기 다수의 시료 분배 채널은 상기 상청액 수집부와 각각의 밸브를 거쳐 연결되어 상기 밸브보다 안쪽에 수집된 일정량의 상청액을 배출하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 밸브는 상온에서 고체 상태이고 고온에서 액체 상태인 상전이 물질과 발열 입자가 혼합된 밸브 물질을 포함하고, 상기 밸브 물질은 외부 에너지원으로부 터 조사된 전자기파를 상기 발열 입자가 흡수하여 발생한 열에 의해 용융된 상태로 이동하여 상기 채널을 여는 상전이 밸브인 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 시료 분배부는,
    상기 시료 챔버와 연결되고 상기 시료를 원심분리하는 원심분리 유닛;
    상기 원심분리 유닛으로부터 배출된 시료 상청액을 각각 일정량만큼씩 수용하는 다수의 시료 정량 챔버; 및
    상기 다수의 시료 정량 챔버와 각각 대응되는 희석 챔버를 연결하는 다수의 시료 분배 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 시료 희석액 분배 채널은, 상기 희석 챔버와 밸브를 거쳐 연결되고, 상기 플랫폼의 원주 방향을 따라 연장된 분배 구간;
    상기 분배 구간과 연결된 적어도 하나의 벤트; 및
    상기 분배 구간으로부터 상기 반응 챔버 그룹에 속한 다수의 반응 챔버부를 향해 분기된 다수의 입구 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 시료 희석액 분배 채널은 전 구간에 걸쳐 유체 저항이 일정하고, 그 유체 저항값이 상기 다수의 입구 채널의 것보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 다수의 반응 챔버부 중 적어도 일부는,
    상기 시료 희석액 분배 채널로부터 분기된 입구 채널과 연결되어 일정량의 시료 희석액을 수용하고 그 출구에 밸브를 갖는 정량 챔버;
    상기 정량 챔버의 출구와 연결되고, 제1 시약을 저장하며, 그 출구에 밸브를 갖는 제1 반응 챔버; 및
    상기 제1 반응 챔버의 출구와 연결되고, 제2 시약을 저장하는 제2 반응 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 밸브는, 상온에서 고체 상태이고 고온에서 액체 상태인 상전이 물질과 발열 입자가 혼합된 밸브 물질을 포함하고, 상기 밸브 물질은 외부 에너지원으로부터 조사된 전자기파를 상기 발열 입자가 흡수하여 발생한 열에 의해 용융된 상태로 이동하여 상기 채널을 여는 상전이 밸브인 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  13. 회전 가능한 플랫폼;
    상기 플랫폼 내에 배치되고, 시료 주입구를 통해 주입된 시료를 수용하는 시료 챔버;
    상기 플랫폼 내에 상기 시료 챔버와 연결되게 배치되고, 상기 플랫폼의 회전을 이용하여 상기 시료를 원심분리하고, 시료 분배 채널을 통해 분리된 상청액(supernatant)을 분배하는 시료 분배부;
    상기 플랫폼 내에 상기 시료 분배 채널과 각각 연결되게 배치되고, 미리 정해진 양의 희석액을 저장하며, 상기 상청액을 수용하여 미리 정해진 희석 비율의 시료 희석액을 제공하는 희석 챔버; 및
    상기 플랫폼 내에 상기 희석 챔버와 시료 희석액 분배 채널을 통해 연결되게 배치되고, 상기 플랫폼의 회전에 의해 분배된 시료 희석액을 수용하고, 상기 분배된 시료 희석액과 미리 저장되어 있던 시약의 반응을 수행하는, 다수의 반응 챔버부를 포함하며,
    상기 다수의 반응 챔버부 중 적어도 일부는,
    상기 시료 희석액 분배 채널로부터 분기된 입구 채널과 연결되어 일정량의 시료 희석액을 수용하고 그 출구에 밸브를 갖는 정량 챔버;
    상기 정량 챔버의 출구와 연결되고, 제1 시약을 저장하며, 그 출구에 밸브를 갖는 제1 반응 챔버; 및
    상기 제1 반응 챔버의 출구와 연결되고, 제2 시약을 저장하는 제2 반응 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 시료 분배부는 상기 시료 챔버와 연결되고 상기 시료를 원심분리하는 원심분리 유닛을 포함하고, 상기 시료 분배 채널은 상기 원심분리 유닛의 상청액 수집부에 연결된 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 원심분리 유닛은,
    상기 시료 챔버로부터 상기 플랫폼의 바깥쪽 방향으로 연장된 채널 형상의 상청액 수집부; 및
    상기 상청액 수집부의 말단에 배치되어 침강된 입자를 수집하는 입자 수집부를 포함하고,
    상기 시료 분배 채널은 상기 상청액 수집부의 일측에 밸브를 거쳐 연결되어 상기 밸브보다 안쪽에 수집된 일정량의 상청액을 배출하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 밸브는, 상온에서 고체 상태이고 고온에서 액체 상태인 상전이 물질과 발열 입자가 혼합된 밸브 물질을 포함하고, 상기 밸브 물질은 외부 에너지원으로부터 조사된 전자기파를 상기 발열 입자가 흡수하여 발생한 열에 의해 용융된 상태로 이동하여 상기 채널을 여는 상전이 밸브인 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 시료 희석액 분배 채널은, 상기 희석 챔버와 밸브를 거쳐 연결되고, 상기 플랫폼의 원주 방향을 따라 연장된 분배 구간;
    상기 분배 구간과 연결된 적어도 하나의 벤트; 및
    상기 분배 구간으로부터 상기 다수의 반응 챔버부를 향해 분기된 다수의 입구 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 시료 희석액 분배 채널은 전 구간에 걸쳐 유체 저항이 일정하고, 그 유체 저항값이 상기 다수의 입구 채널의 것보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 디스크형 미세유동장치.
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