KR101635459B1

KR101635459B1 - 프로그래밍 가능한 마이크로 펌프

Info

Publication number: KR101635459B1
Application number: KR1020140092449A
Authority: KR
Inventors: 심준섭; 임성빈; 김상찬
Original assignee: 광운대학교 산학협력단
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2016-07-11
Anticipated expiration: 2034-07-22
Also published as: KR20160011735A

Abstract

본 발명은 제어가능한 마이크로 펌프에 관한 것으로 보다 상세하게는 유체를 주입하여 이동시키는 마이크로 펌프에 있어서, 유체를 주입하는 유체주입구와 주입된 유체의 이동통로로 구성된 미세채널부, 상기 이동통로와 연통되는 펌핑공간을 갖는 펌핑부 및 상기 펌핑공간의 용적을 가변시켜 미세채널부에서 유체의 이동을 제어하는 이동가압수단을 포함하는 제어가능한 마이크로 펌프를 제공한다.

Description

프로그래밍 가능한 마이크로 펌프 {Programmable Micropump}

본 발명은 프로그래밍 가능한 마이크로 펌프에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 유입된 유체의 제어를 가능하게 하는 마이크로 펌프에 관한 것이다.

최근에는, 반도체 제조공정 기술을 이용하여 감지(sensing) 또는 구동(actuating)에 필요한 마이크로 단위 크기의 미소구조물을 제작하고, 여기에 신호처리 회로를 같이 집적화 함으로써, 고성능 다기능의 초소형 기전시스템(Micro Electro Mechanical System, 이하 'MEMS'이라 함)이 구현되고 있다.

이러한 MEMS 기술을 이용하여 수 ㎠ 크기의 칩 위에 바이오 칩, 의료 및 미량 유체 분석 장치들을 초소형으로 집적시킨 랩-온-칩(Lab On a Chip)은 생물학, 화학, 의학 및 유전공학 분야에서 의료용 마이크로 진단 및 약물 주입 시스템에 활용하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다.

이와 같이 마이크론 단위의 극도로 소형화된 센서나 액츄 에이터에 대한 실질적인 연구는 미세기전시스템(MEMS: Micro Electro Mechanical Systems) 기술의 등장에 힘입은 바가 크다.

최근 들어 이 기술로 제작된 다양한 상용 제품들의 출시와 이에 따른 급속한 시장의 팽창에 따라, 새로운 산업을 일으킬 수 있는 핵심기술로 인식되고 있다. 특히 실리콘을 기반으로 한 미세기전시스템 기술을 이용하여, 센서 또는 액츄에이터를 집적회로(IC:Integrated Circuit)와 동시에 제작한, 이른바 집적화된 미세기전시스템(iMEMS: integrated MEMS)의 출현을 가능하게 하였다.

마이크로 펌프(micro pump)란, 소량의 유체를 원하는 방향으로 흐르도록 하는 기능을 가진 것으로, 주로 μ-TAS(Micro Total Analysis System), LOC(Lab-On-a-Chip) 등을 포함하는 바이오-MEMS(Bio-Micro Electro Mechanical System) 분야와 관련되어 극미량유체수송 및 제어분야에 사용되는 것이다.

지금까지 매크로 영역에서는 모터 등의 회전력을 이용하여 압력 구배를 형성하여 유체를 이송하는 방법이 많이 사용되어 왔다. 그러나 마이크로 크기의 LOC(Lab-On-a-Chip) 시스템에서는 비교적 큰 부피를 가지는 모터 등의 액츄에이터를 사용하기 곤란하다. 이를 극복하기 위해서 단순한 형상을 가지며, 마이크로 사이즈로 제작이 용이한 마이크로 펌프를 설계할 필요성이 대두되었다.

마이크로 펌프는 전원을 필요로 하는 active방식과 전원이 요구되지 않는 passive방식으로 구분되며, active방식은 전원의 제어를 통하여 정밀한 유량의 제어가 가능하며, 인슐린 주입기와 같이 높은 신뢰성과 빠른 응답성을 필요로 하는 고가의 소자가 사용되고 있다.

이러한 펌프는 실리콘을 주재료로 사용하여 제작되며 높은 제조비용이 단점으로 지적되고 있다.

passive 방식은 모세관력(capillary force)과 같은 자연적인 현상을 이용하여 유체이송을 가능하게 하는 방법으로, 저가용 이거나 일회용 소자에 적합하지만, 모세관력을 이용하는 passive펌프는 미세유체채널을 구성하는 재료가 친수성(hydrophilic)이여야 하며, 일반적으로 표면에 SiO₂층을 가진 미세유체채널 내부로 유체이송을 할 경우 사용된다.

또한, 기존의 마이크로 펌프들은 Piezo electric, Thermo pneumatic, Bimetallic, Bubble type 등등 여러 가지가 존재하나, 이들 마이크로 펌프는 몇 가지 한계점이 있다. 첫 번째로 마이크로 펌프의 펌핑 속도가 느린 것이다. 마이크로 펌프가 빨아들이는 유속이 느리면 Lap on a chip에서 원하는 반응이 빠르게 일어나지 못하기 때문에 문제가 된다. 두 번째로 기존의 마이크로 펌프는 낮은 효율성에도 불구하고 내부 구조가 대단히 복잡하였다. 현장 건강검진 시스템인 Point Of Care(이하 POC)에서는, 건강검진의 수단으로써 Lap on a chip이 주목받고 있다. 이러한 Lap on a chip들은 위생적인 이유로 일회용품을 사용하는데, 기존의 마이크로 펌프는 제작 방법과 작동원리가 복잡하여 대량생산에 불리하며 비전문가가 사용하기에는 어려움이 있으며, 마이크로 펌프에 유입한 후에 채널내에서 정확한 위치까지 이동시킬 수 있는 기술이 부족하였다.

이에 따라 마이크로 펌프의 이용시 유체채널내에서 정확한 위치까지 이동시킬 수 있는 마이크로 펌프의 개발이 요구되었다.

한국등록특허 제10-0860075호, 한국등록특허 제10-0931897호

상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 일회성 Lap on a chip에서 사용할 수 있는 저렴하고 간단한 공정의 마이크로 펌프를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 Lap on a chip으로 사용하는 경우 미세채널의 원하는 위치까지 이동시킬 수 있도록 제어가 가능한 마이크로 펌프를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 면역분석(immunoassay)을 간편하기 실시할 수 있는 마이크로 펌프를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 유체를 주입하여 이동시키는 마이크로 펌프에 있어서, 유체를 주입하는 유체주입구와 주입된 유체의 이동통로로 구성된 미세채널부, 상기 이동통로와 연통되는 펌핑공간을 갖는 펌핑부 및 상기 펌핑공간의 용적을 가변시켜 미세채널부에서 유체의 이동을 제어하는 이동가압수단을 포함하는 제어가능한 마이크로 펌프를 제공한다.

또한 본 발명의 상기 펌핑부는 이동통로와 연통된 펌핑공간에서 이동가압수단의 이동에 의해 용적의 크기가 가변되는 펌핑공간 이외에의 공간에 외부로 개구된 구멍이 형성됨을 특징으로 하는 제어가능한 마이크로 펌프를 제공한다.

또한 본 발명의 상기 이동가압수단은 펌핑부 상에서 가압과 함께 구름회전하여 펌핑공간의 용적이 조절되는 것을 특징으로 하는 제어가능한 마이크로 펌프를 제공한다.

또한 본 발명의 상기 이동가압수단은 롤러로 이루어진 것을 특징으로 하는 제어가능한 마이크로 펌프를 제공한다.

또한 본 발명의 상기 이동통로에는 유체를 수용하여 일정시간 유지시킬 수 있는 수용공간이 더 포함된 것을 특징으로 하는 제어가능한 마이크로 펌프를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 미세채널부 및 펌핑부의 하부가 비변형의 재질로 이루어지며, 펌핑부의 상부는 탄성성분을 갖는 탄성물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 제어가능한 마이크로 펌프를 제공한다.

또한 본 발명의 상기 미세채널부 및 펌핑부는 동일재질로 이루어지는 데, 탄성성분을 갖는 탄성물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 제어가능한 마이크로 펌프를 제공한다.

또한 본 발명의 상기 탄성물질로는 이소프렌고무, 실리콘고무, 우레탄고무, 부타디엔고무, 스틸렌부타디엔고무, 아크릴로니티릴부타디엔고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 부틸고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌고무, 아크릴고무, 다황화고무, 불소고무, 에피클로로히드린고무로 이루어진 군에서 1이상 선택되는 것을 특징으로 하는 제어가능한 마이크로 펌프를 제공한다.

또한 본 발명의 상기 펌프는 미세채널부 및 펌핑부를 복수개로 병렬배치하고 하나의 이동가압수단에 의해 복수의 펌핑부가 용적 가변이 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 제어가능한 마이크로 펌프를 제공한다.

또한 본 발명의 상기 펌프는 미세채널부 및 펌핑부를 복수개로 포개어져 배치되고 하나의 이동가압수단에 의해 복수의 펌핑부가 용적 가변이 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 제어가능한 마이크로 펌프를 제공한다.

또한 본 발명은 유체를 주입하여 이동시키는 마이크로 펌프에 있어서, 유체를 주입하는 유체주입구와 주입된 유체의 이동통로를 구성하되, 상기 이동통로는 하나 이상으로 분기되는 분기통로를 갖는 미세채널부, 상기 이동통로와 연통되는 펌핑공간을 갖는 펌핑부, 및 상기 펌핑공간의 용적을 가변시켜 미세채널부에서 유체의 이동을 제어하는 하는 이동가압수단을 포함하는 제어가능한 마이크로 펌프를 제공한다.

또한 본 발명의 상기 분기통로는 이동가압수단에 의해 내부통로가 개폐되는 밸브 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 제어가능한 마이크로 펌프를 제공한다.

또한 본 발명의 상기 분기통로는 일부를 굴절시켜 이동가압수단에 의해 굴절부위가 개폐되는 밸브 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 제어가능한 마이크로 펌프를 제공한다.

또한 본 발명의 상기 이동가압수단은 롤러로 이루어져 펌핑부 상에서 가압과 함께 회전으로 인해 펌핑공간의 크기가 조절되는 것을 특징으로 하는 제어가능한 마이크로 펌프를 제공한다.

또한 본 발명의 유체주입구는 상부가 개방된 것을 특징으로 하는 미세유체 구동을 위한 마이크로 펌프를 제공한다.

본 발명에 따른 마이크로 펌프는 사람의 힘으로 구동되는 데, 물리화학적 방식을 사용하는 기존의 마이크로 펌프보다 높은 효율을 갖는 효과가 있다.

본 발명에 따른 마이크로 펌프는 Lap on a chip으로 사용시 제어가 가능하여 미세채널부의 이동통로의 원하는 위치까지 이동시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 마이크로 펌프는 이동가압수단의 이동을 프로그래밍화하여 보다 정밀하여 이동을 제어할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 제어가능한 마이크로 펌프를 통해 면역분석(immunoassay)을 일공정으로 간편하게 실시할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제어가능한 마이크로 펌프의 개략적인 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제어가능한 마이크로 펌프를 이용하여 유체를 이동시키는 개략적인 모습을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제어가능한 마이크로 펌프의 평면도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제어가능한 마이크로 펌프의 개략적인 단면도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 제어가능한 마이크로 펌프의 평면도를 나타낸 것이다.
도 6은 면역분석(immunoassay) 공정을 개략적인 모습을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제어가능한 마이크로 펌프를 통해 면역분석(immunoassay) 공정을 나타낸 것이다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본 발명은 유체를 주입하여 이동시키는 마이크로 펌프에 있어서, 유체를 주입하는 유체주입구와 주입된 유체의 이동통로로 구성된 미세채널부, 상기 이동통로와 연통되는 펌핑공간을 갖는 펌핑부 및 상기 펌핑공간의 용적을 가변시켜 미세채널부에서 유체의 이동을 제어하는 이동가압수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제어가능한 마이크로 펌프의 개략적인 단면도를 나타낸 것이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제어가능한 마이크로 펌프를 이용하여 유체를 이동시키는 개략적인 모습을 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제어가능한 마이크로 펌프의 평면도를 나타낸 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 마이크로 펌프는 미세채널부(110), 펌핑부(120) 및 이동가압수단(130)으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 상기 미세채널부(110)는 유체주입구(111) 및 이동통로(112)를 포함하며, 상기 펌핑부(120)는 펌핑공간(121)을 포함하고 있다.

상기 미세채널부(110)는 주입된 유체의 이동통로(112)를 가지며, 상기 이동통로(112)는 유체를 출입시키는 유체주입구(111)와 연결되어 있다.

상기 유체주입구(111)는 외부에서 유체를 주입할 수 있도록 주입구의 역할을 하고, 상기 유체주입구(111)로 주입된 유체는 이동통로(112)를 통해 펌핑부(120)로 이송된다. 즉, 펌핑부(120)를 통해 음압을 발생시키게 되면 유체주입구(111) 부근에 있던 유체는 이동통로(112)로 이동하게 된다.

상기 유체주입구(111)는 유체를 보다 용이하게 주입할 수 있도록 위쪽을 향하도록 이루어진 것이 바람직하다.

상기 미세채널부(110)의 이동통로(112)는 미세한 통로의 형태를 취하고, 일직선 또는 절곡된 형태를 가질 수 있다. 상기 미세채널부(110)는 상기 유체주입구(111)로 주입된 유체를 펌핑부(120)가 있는 곳으로 이동하는 이동통로(112)가 형성될 수 있다.

본 발명의 미세채널부(110)는 이동통로(112)가 별도로 연결된 것이 아니라, 유체주입구(111) 및 이동통로(112)가 일체로 연통되도록 연결될 수 있는 데, 이 경우 유체주입구(111)에서 펌핑부(120)로 이동되는 유체는 외부에 영향없이 보다 기밀한 상태에서 이동될 수 있다.

또한, 상기 유체주입구(111)의 끝단은 위를 향하도록 형성된 것이 바람직하다. 유체주입구(111)를 위쪽으로 향하도록 형성됨으로 인해 유체를 주입할 때 보다 용이할 수 있다.

본 발명에 따른 상기 펌핑부(120)는 이동통로(112)와 직접 연결되는 데, 상기 펌핑부(120)의 양압 또는 음압발생에 의해 유체가 이동된다. 즉, 펌핑부(120)를 특정부위를 이동가압수단(130)으로 가압함으로써 펌핑공간(121)이 형성되며, 상기 펌핑공간(121)의 용적은 가변될 수 있는 데, 상기 이동가압수단(130)의 이동으로 인해 용적의 가변이 이루어진다. 상기 용적의 가변으로 인해 유입된 유체는 이동하게 된다.

상기 펌핑부(120)는 이동통로(112)보다 더 큰 공간으로 이루어져 있으며, 이동통로(112)와 연통된 펌핑공간(121)이 형성되며, 이동가압수단(130)의 이동에 의해 용적의 크기가 가변되는 펌핑공간 이외에의 공간은 외부로 개구된 구멍이 형성된 것이 특징이다. 이에 따라 이동가압수단(130)의 가압에 의해 펌핑공간(121)의 용적 변화를 자유롭게 할 수 있다.

상기 이동가압수단(130)은 펌핑부(120) 상에서 가압 및 이동에 의해서 펌핑공간(121)의 용적을 가변시키는 역할을 한다.

도 2을 참조하면, 상기 이동가압수단(130)은 선택적으로 펌핑부(120) 상에서 가압과 함께 구름회전하여 펌핑공간(121)의 용적이 조절될 수 있는 데 이러한 예로는 롤러를 이용할 수 있다. 상기 이동가압수단(130)으로 롤러를 이용하여 펌핑부(120) 상에서 가압과 함께 구름회전으로 펌핑공간(121)의 용적을 조절할 수 있다. 이에 따라 유체주입구(111)를 통해 유입된 유체는 롤러의 구름회전을 함으로써 유체를 원하는 위치까지 이동시킬 수 있다.

한편, 상기 이동가압수단의 이동을 보다 정밀하게 제어할 수 있는 데, 이를 사람의 손 등으로 이동시키는 것이 아니라 컴퓨터 등의 매체를 이용하여 프로그래밍화한 후 이동가압수단을 정밀하게 이동시킬 수도 있다.

본 발명에 있어서, 상기 이동통로(112)에는 유체를 수용하여 일정시간 유지시킬 수 있는 수용공간(113)이 더 포함될 수 있다.

도 3을 참조하면, 이동통로(112)내에 수용공간(113)이 추가적으로 형성됨으로써 유체를 머무르게 하여 각종 면역분석(immunoassay)을 할 경우 상기 수용공간(113)을 통해 수단계의 공정으로 이루어지는 면역분석을 실시할 수 있다.

한편, 상기 미세채널부(110) 및 펌핑부(120)의 재질은 동일한 재질로 일체로 형성될 수 있다.

상기 미세채널부(110) 및 펌핑부(120)는 탄성성분을 갖는 탄성물질을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 탄성물질은 천연 또는 합성고무로 이루어질 수 있는 데, 상기 천연고무로는 이소프렌고무가 있으며, 합성고무로는 실리콘고무, 우레탄고무, 부타디엔고무, 스틸렌부타디엔고무, 아크릴로니티릴부타디엔고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 부틸고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌고무, 아크릴고무, 다황화고무, 불소고무, 에피클로로히드린고무 등으로 이루어진 군에서 1이상 선택될 수 있다. 실리콘 고무의 예로는 PDMS(Polydimethylsiloxane)인 것이 바람직하다.

한편, 상기 미세채널부(110) 및 펌핑부(120)의 하부는 비변형의 재질로 이루어지며, 펌핑부의 상부는 탄성성분을 갖는 탄성물질을 포함될 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제어가능한 마이크로 펌프의 개략적인 단면도를 나타낸 것이다.

도 4의 (a)를 참조하면, 미세채널부(110) 및 펌핑부(120)의 하부는 비변형의 재질로 이루어지며, 펌핑부 상부(122)는 탄성성분을 갖는 탄성물질로 이루어질 수 있다. 이는 탄성물질로 이루어진 펌핑부 상부(122)가 비변형의 재질의 펌핑부의 하부에 결합됨으로써 형성될 수 있다. 상기 미세채널부(110)는 비변형의 재질로 이루어짐으로 인해 외부에서 누름 등의 외력을 가하더라도 부피변화가 이루어지지는 않는다. 미세채널부(110)의 이동통로(112) 등에 부피변화가 없음으로 인해 미세채널부(110)의 이동통로(112) 이동시 정확한 위치로까지 이동시킬 수 있어 제어가 보다 용이하게 이루어질 수 있다.

도 4의 (b) 및 (c)를 참조하면, 이동가압수단(130)으로 펌핑부 상부(122) 압착하게 되면, 다른 부위는 형상변화가 없고, 펌핑부 상부(122)만이 형상변화가 이루어져 압착된다. 상기 이동가압수단(130)을 오른쪽 화살표 방향으로 이동시키면 펌핌부(120)에 펌핑공간(121)이 마련되며, 이에 따라 유입된 유체는 이동하게 된다.

또한, 본 발명의 제어가능한 마이크로 펌프는 미세채널부(110) 및 펌핑부(120)가 각각 독립적으로 존재하는 펌프를 복수개로 병렬배치하고 하나의 이동가압수단(130)에 의해 복수의 펌핑부(120)가 용적 가변이 가능하도록 형성될 수 있다. 즉, 미세채널부(120)의 유체주입구(111) 및 이동통로(112)와 펌핑부(120)로 이루어진 구성의 펌프 복수개를 병렬로 배치하여 펌핑부(120)가 나란하게 배치될 수 있도록 한 뒤 상기 복수개로 이루어진 펌핑부(120) 상에 하나의 이동가압수단(130)을 올려놓고 가압시킬 수 있도록 한다. 이렇게 함으로써 이동가압수단(130)의 한번의 작업으로 인해 여러가지 유체를 한번에 이동시킬 수 있는 장점이 있다.

보다 상세하게 설명하면, 각각 독립적으로 존재하는 유체주입구(111)를 포함한 미세채널부(110) 및 펌핑부(120)를 복수개로 병렬이 되도록 배치한다. 복수개가 병렬로 배치되는 것은 하나의 이동가압수단(130)에 의해 복수의 펌핑부(120)의 펌핑공간(121)이 모두 가변될 수 있도록 하기 위함이다. 이렇게 함으로써 복수개의 마이크로 펌프에 각각 다른 유체를 주입한 후 하나의 이동가압수단(130)에 의해 한번의 이동으로 여러개의 작업을 동시에 할 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 펌프는 미세채널부(110) 및 펌핑부(120)를 복수개로 포개어져 배치되고 하나의 이동가압수단(130)에 의해 복수의 펌핑부(120)가 용적 가변이 가능하도록 형성될 수도 있다. 이도 마찬가지로 복수개의 펌핑부(120)를 포개어지도록 함으로써 하나의 이동가압수단(130)에 의해 한번의 이동으로 여러개의 작업을 동시에 할 수 있는 장점이 있다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제어가능한 마이크로 펌프의 평면도를 나타낸 것이다.

본 발명의 마이크로 펌프는 유체를 주입하는 유체주입구(111)와 주입된 유체의 이동통로(112)를 구성하되 상기 이동통로(112)는 하나 이상으로 분기되는 분기통로(114)를 갖는 미세채널부(110), 상기 이동통로(112)와 연통되는 펌핑공간(121)을 갖는 펌핑부(120), 및 상기 펌핑공간(121)의 용적을 가변시켜 미세채널부(110)에서 유체의 이동을 제어하는 하는 이동가압수단(130)을 포함할 수 있다.

상기 미세채널부(110), 펌핑부(120) 및 이동가압수단(130)은 상기에서 설명한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.

또한 본 발명은 상기 이동통로(112)에 하나 이상으로 분기되는 분기통로(114)를 포함하는 것이 특징인데, 상기 분기통로(114)에는 다른 유체를 추가적으로 넣어 이동시켜 이동통로(112)를 통과하는 이동이 이루어질 수 있다.

상기 이동통로(112)에는 수용공간(113)이 형성될 수 있는 데, 상기 수용공간(113)에는 항체 등을 고정시킨 후 혈액의 이동 및 증폭반응 등을 실시하여 면역분석을 통해 질병을 파악할 수 있는 기구로 이용할 수 있다.

도 6은 면역분석(immunoassay) 공정을 개략적인 모습을 나타낸 것이다.

면역분석은 먼저 고정화된 항체(본 발명에서는 수용공간(113)을 마련하여 항체를 고정시킬 수 있음)를 마련한 뒤, 질병마커를 포획시킬 수 있으며, 이후 2차 항체 반응 및 신호 증폭반응을 통하여 면역분석을 실시할 수 있다. 이 경우 일반적인 면역분석은 여러단계의 공정을 거치기 때문에 작업이 복잡하면서 순조롭지 못한 단점이 있다.

본 발명의 마이크로 펌프를 이용해서는 도 6에서의 면역분석 공정을 일공정 공정으로 실시할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제어가능한 마이크로 펌프를 통해 면역분석(immunoassay) 공정을 나타낸 것이다.

본 발명의 마이크로 펌프를 통해 분역분석을 일공정으로 간편하게 실시할 수 있는 데, 미세채널부(110)의 유체주입구(111), 이동통로(112), 수용공간(113), 분기통로(114), 펌핑부(120), 이동가압수단(130)으로 구성된 마이크로 펌프의 수용공간(113)에 항체를 고정시킨다. 미세채널부(110)의 유체주입구(111)에는 혈액을 넣고, 분기통로(114)내에는 물, 액체화한 Au 나노물질, 물, 액체화한 Ag 나노물질을 차례대로 넣는다. (도 7의 (a))

유체주입구(111)에 들어있는 혈액을 이동가압수단(130)을 펌핑부(120)의 펌핑공간(121)이 커지도록 가압하여 오른쪽으로 이동시킨다.

이 때, 상기 분기통로(114)는 이동가압수단(130)에 의해 내부통로가 개폐되는 밸브 기능을 갖을 수 있다. 이 경우 상기 분기통로(114)는 일부를 굴절시켜 이동가압수단(130)에 의해 굴절 부위가 가압되도록 할 수 있는 데, 이동가압수단(130)이 이동하는 것에 따라 굴절부위가 가압되거나 가압되지 않는다. 즉, 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에 따라 이동가압수단(130)을 이동시킴으로써 먼저 유체주입구(111)에 있던 혈액은 수용공간(113)을 통과하나 분기통로(114)에 있던 액체는 굴절부위가 이동가압수단(130)에 의해 압착되어 있으므로 분기통로(114)내의 액체는 이동하지 않는다. 이는 분기통로(114)를 가압함으로 인해 분기통로(114)내 액체를 이동시키지 못하도록 하는 밸브기능을 할 수 있다.

도 7의 (c)의 경우처럼 이동가압수단(130)의 이동으로 분기통로(114)를 가압하는 부분이 없게 되면 밸브가 개방되듯이 분기통로(114)가 열려 펌핑부(120)의 펌핑공간(121)이 커지게 되면 분기통로(114)의 유체가 이동하게 된다. 이 경우 유체주입구(111)는 혈액의 혈소판으로 인해 막히게 되고 펌핑공간(121)의 가변됨으로써 압력조절은 분기통로(114)에 있는 액체들의 이동에 의해 조절될 수 있다.

이동가압수단(130)이 계속해서 오른쪽으로 이동하게 되면, 분기통로(114)내에 있던 물, 액체화한 Au 나노물질, 물, 액체화한 Ag 나노물질은 차례대로 수용공간(113)을 통과하게 된다. 즉, 수용공간(113) 내에는 혈장이 통과하면서 수용공간(113)에 붙어 있던 항체에 질병마커가 포획된 상태이며, 도 7의 (c)에서와 같이 물에 의해 세척과정이 일어나고, 도 7의 (d)에서와 같이 Au 나노물질이 붙은 이차항체반응이 일어나게 된다. 이후 도 7의 (e)에서와 같이 물에 의해 세척과정이 다시 일어나며, 도 7의 (f)와 같이 Ag 나노물질에 의해 신호 증폭반응을 통해 질병을 확인할 수 있다.

다시 말해 수용공간(113)에 혈액 중 혈장을 통과시키고, 여러가지 물질의 통과를 통해 면역분석이 일공정으로 가능하게 될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 제어가능한 마이크로 펌프는 면역분석(immunoassay)을 일공정으로 간편하게 실시할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

110 : 미세채널부 111 : 유체주입구
112 : 이동통로 113 : 수용공간
114 : 분기통로 120 : 펌핑부
121 : 펌핑공간 122 : 펌핑부 상부
130 : 이동가압수단

Claims

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유체를 주입하여 이동시키는 마이크로 펌프에 있어서,
유체를 주입하는 유체주입구와 주입된 유체의 이동통로를 구성하되,
상기 이동통로는 하나 이상으로 분기되는 분기통로를 갖고,
상기 분기통로는 이동가압수단에 의해 내부통로가 개폐될 수 있는 밸브기능을 갖되 일부 분기통로를 굴절시켜 이동가압수단에 의해 굴절부위가 개폐되는 밸브 기능을 갖는 것을 특징을 갖는 미세채널부,
상기 이동통로와 연통되는 펌핑공간을 갖는 펌핑부, 및
상기 펌핑공간의 용적을 가변시켜 미세채널부에서 유체의 이동을 제어하는 하는 이동가압수단을 포함하는 제어가능한 마이크로 펌프.
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제11항에 있어서,
상기 펌핑부는 이동통로와 연통된 펌핑공간에서 이동가압수단의 이동에 의해 용적의 크기가 가변되는 펌핑공간 이외에의 공간에 외부로 개구된 구멍이 형성됨을 특징으로 하는 제어가능한 마이크로 펌프.
제11항에 있어서,
상기 이동가압수단은 펌핑부 상에서 가압과 함께 구름회전하여 펌핑공간의 용적이 조절되는 것을 특징으로 하는 제어가능한 마이크로 펌프.
제15항에 있어서,
상기 이동가압수단은 롤러로 이루어져 펌핑부 상에서 가압과 함께 회전으로 인해 펌핑공간의 크기가 조절되는 것을 특징으로 하는 제어가능한 마이크로 펌프.
제11항에 있어서,
유체주입구는 상부가 개방된 것을 특징으로 하는 미세유체 구동을 위한 마이크로 펌프.
제11항에 있어서,
상기 이동통로에는 유체를 수용하여 일정시간 유지시킬 수 있는 수용공간이 더 포함된 것을 특징으로 하는 제어가능한 마이크로 펌프.
제11항에 있어서,
상기 펌프는 미세채널부 및 펌핑부를 복수개로 병렬배치하고 하나의 이동가압수단에 의해 복수의 펌핑부가 용적 가변이 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 제어가능한 마이크로 펌프.
제11항에 있어서,
상기 펌프는 미세채널부 및 펌핑부를 복수개로 포개어져 배치되고 하나의 이동가압수단에 의해 복수의 펌핑부가 용적 가변이 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 제어가능한 마이크로 펌프.