KR101954639B1 - 음향 조작을 이용하는 미세유체 장치 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
복수의 미세유체 흐름 채널을 갖는 미세유체 칩 조립체가 제공된다. 각각의 채널은 스위칭 영역을 갖는다. 상기 미세유체 칩은 흐름 내의 입자를 선택적으로 편향하기 위해 채널의 스위칭 영역 내에 압력 펄스를 발생시키도록 적어도 하나의 표면 탄성파 발생기를 더 구비할 수 있다. 감쇠 요소 및/또는 채널 구성은 음향 신호가 인접한 스위칭 영역으로부터 간섭하는 것을 방지하는데 이용될 수 있다. 변형적으로, 미세유체 입자 처리 시스템은 미세유체 칩 조립체, 입자 처리 도구 및 커플링 요소를 구비할 수 있다. 상기 표면 탄성파 발생기는 입자 처리 도구 상에 제공될 수 있다. 상기 미세유체 칩 조립체는 커플링 요소를 통해 입자 처리 도구와의 작동가능한 결합을 위해 구성될 수 있다. 상기 커플링 요소는 표면 탄성파 발생기로부터 흐름 채널의 스위칭 영역 및/또는 포커싱 영역으로 음향 에너지를 전달할 수 있다.
Description
본 출원은 2015년 6월 25일자로 출원된 미국 가출원 62/184,526호를 우선권으로 하며, 그 개시내용은 본원에 참고로 편입된다.
일반적으로, 본 개시내용은 미세유체 장치 내의 입자, 액적 및/또는 유체의 음향 조작에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 개시내용은 표면 탄성파를 이용하여 미세유체 장치 내의 입자, 액적 및/또는 유체의 음향 조작에 관한 것이다.
입자 분리(particle separation)는 다수의 생화학적 및 생물의학적 적용에서 큰 관심사이다. 유체역학 및 벌크 음향에 기반한 기술은 시스 유체(sheath fluid) 내의 샘플 코어 흐름을 포커싱하는데 이용되고 있다. 유체역학적 포커싱(hydrodynamic focusing)에 관해, 시스 흐름을 실시하는데 채용되고 있는 종래의 장치는 비교적 복잡한 설계를 가지며 제조하기에 비교적 어렵다. 미세유체 칩 내의 사이즈 및 밀도에 근거하여 입자의 포커싱을 제공할 수 있는 벌크 음파(bulk acoustic wave: BAW) 기술은 일반적으로 미소유체 채널이 우수한 음향 반사 특성을 갖는 재료(예컨대, 실리콘과 유리)로 형성되는 것을 필요로 한다. 불행하게도, 몇 가지의 덜 비싸고, 더욱 통상적으로 이용되는 중합체 재료는 일반적으로 이와 같은 우수한 음향 반사 특성을 가지지 못한다. 더욱이, BAW 변환기는 부피가 클 수 있다.
최근에, 표면 탄성파(surface acoustic wave: SAW) 기술은 미소유체 채널 내에서 흐르는 입자를 포커싱, 조작 및/또는 분리하도록 개발되어 왔다. SAW는 재료의 벌크를 통해서라기보다는 재료의 표면을 따라 우선적으로 이동한다(일반적으로, 음파의 진폭은 재료의 표면에 횡방향으로 기하급수적으로 쇠퇴한다). 미세유체 채널 내의 유체 내로의 SAW의 "누설"은 유체 내의 압력 구배 및/또는 유체의 스트리밍을 초래한다. 음향 입자 조작은 입자의 대전, 극성 또는 라벨링에 의존하지 않음에 따라 사실상 임의의 입자 타입에 적용될 수 있다.
일반적으로, 표면 탄성파는 탄성의 고형 기판의 무응력 평면을 따라 전파한다. 표면 탄성파는 기판 내에 본질적으로 기하급수적인 진폭 쇠퇴를 가지므로, 기판의 변위 중 대부분은 표면의 대략 1 파장 내에서 발생한다.
표면 탄성파는 압전 기판에 의해 지지되는 교차-연결형 변환기(inter-digitated transducer: IDT)를 이용하여 발생될 수 있다. 그 변환기는 서로 맞물린 치형부 또는 핑거를 갖는 2개의 빗형 전극(comb-shaped electrodes)으로 형성된다. IDT는 주기적으로-변화하는 전기신호를 재료의 표면을 따라 이동할 수 있는 기계적 진동 또는 음파로 변환한다. IDT에 의해 발생되는 SAW의 주파수는 IDT의 치형부 또는 핑거의 주기적 이격거리를 제어함으로써 제어될 수 있다. 비제한적인 예로서, 압전 기판은 니오브산 리튬과 같은 압전 재료로 형성될 수 있다.
SAW 기술은 정재 표면 탄성파(standing surface acoustic waves: SSAW) 또는 이동형 또는 스트리밍 표면 탄성파(travelling or streaming surface acoustic waves: TSAW)를 수반할 수 있다. 예컨대 SSAW는 미세유체 채널의 대향측부 상의 기판 상에 위치될 수 있는 한 쌍의 IDT를 이용하여 발생될 수 있으며, 입자 포커싱 영역은 SSAW 발생기들 사이에 형성된다. SSAW는 입자 포커싱 영역의 유체 내에 정재 압력파, 즉 노드 또는 파복과 관련된 압력 포커스 또는 구배를 유도하고, 이들 구배는 부유된 입자를 조작하는데 이용될 수 있다.
Huang 등의 미국특허 8,573,060호는 채널 내에서 흐르는 샘플과 관련된 입자가 SSAW의 효과에 의해 채널의 입자 포커스 영역 내에 집중되는 미세유체 장치를 개시한다. 8,573,060호에서 취한 종래기술의 도 1을 참조하면, 정재 표면 탄성파 포커싱 장치는 압전 기판 상에 부착된 한 쌍의 IDT와, 기판에 접착되어 2개의 IDT들 사이에 위치설정된 층 내에 형성된 미세유체 채널로서 개략적으로 도시된다. 한 쌍의 IDT(18, 20)는 간섭형 표면 탄성파를 발생시킴으로써, 채널(10) 내에 압력 노드(또는 파복)를 갖는 정재 표면 탄성파를 형성한다. 채널(10) 내에서 흐르는 유체 매체(13) 내에서 부유하는 입자(12)는 입자 포커싱 영역을 통해 흐름에 따라 채널의 중앙에 위치된 압력 노드에서 좁은 입자 스트림(14)으로 포커싱된다. 도 1의 하부는 채널 내부의 정재 표면 탄성파 압력 필드가 압력 노드를 선택하는 입자를 어떻게 유도하는지를 나타내도록 미세유체 채널의 확대된 단면을 개략적으로 도시한다. 2013년 11월 5일자로 등록된 미국특허 8,573,060호(미국 시리얼 12/631,059호)는 본원에 참고로 편입된다.
Weitz 등의 미국특허공개 2013/0213488호는 TSAW를 이용하여 액적 또는 입자를 분류하기 위한 미세유체 장치를 개시한다. US 8,573,060호와 같이, US 2013/0213488호는 표면 탄성파가 압전 기판과 같은 재료에 결합되는 IDT와 같은 표면 탄성파 발생기를 이용하여 형성될 수 있음을 개시한다. 그러나, US 8,573,060호와는 달리, US 2013/0213488호는 간섭형 표면 탄성파와, 수반되는 정재 표면 탄성파(SSAW)를 형성하도록 IDT를 이용하는 것이 아니라, 이동형 표면 탄성파(TSAW)를 형성한다. (US 2013/0213488호에서 취한) 종래기술의 도 2를 참조하면, TSAW는 압전 기판(1)의 표면 상에서 전파하여 종파(longitudinal wave)로서 미세유체 채널(4) 내의 유체 내로 누설한다. 이와 같이 누설된 종파는 벌크 유체의 압축성의 결과로서 음향 스트리밍을 야기한다. 음향적으로 스트리밍된 벌크 유체의 플러그 또는 액적 내에 위치된 입자는 액적과 함께 이동될 수 있다. 인가된 전압을 IDT로 제어함으로써, 미세유체 채널 내의 유체의 스트리밍이 발생되어, 미세유체 채널 내의 선택된 액적을 특정한 채널 또는 영역으로 개별적으로 지향 또는 분류하는데 이용될 수 있다. 이로써, 이동형 표면 탄성파는 입자 대 입자에 근거한 입자 스위치로서 작용할 수 있다. 도 2에서, SAW는 워터/유리 커플링 영역을 통해 미세유체 채널(4)에 추가로 결합되는 것으로 도시된다. 압전 기판(1)을 따라 이동하는 SAW는 워터층(2) 내로의 종파로서 굴절되고 난 후, 유리층(3) 내로의 횡파로서 굴절된다. 유리층(3)의 상부에서, 그 파는 다시 굴절되어, 워터-충전식 채널(4)에 도입되고 지시된 바와 같이 음향 스트리밍을 야기한다. 미국특허공개 2013/0213488호(2011년 8월 23일자 출원된 미국 시리얼 13/818,146호)는 본원에 참고로 편입된다.
Guldiken 등의 미국특허공개 2014/0008307호는 정재 표면 탄성파를 이용하여 채널 내에서 흐르는 입자를 포커싱 및 분리하기 위한 2-스테이지 미세유체 장치를 개시한다. 2-스테이지 미세유체 장치는 입자 포커싱 스테이지와, 상기 입자 포커싱 스테이지의 하류에 위치된 입자 분리 스테이지를 모두 갖는다. 입자 포커싱 스테이지는 US 8,573,060호의 SSAW와 마찬가지로, 채널의 중앙에서 단일 압력 노드(또는 파복)에 입자를 포커싱하기 위한 정재 표면 탄성파를 발생시키는 한 쌍의 IDT를 구비한다. 입자 분리 스테이지는 정재 표면 탄성파를 발생시키는 제2 쌍의 IDT를 구비한다. 그러나, 이러한 입자 분리 스테이지에서, SSAW는 채널 내에 복수의 압력 노드 및 파복에 대한 주기적인 분포를 형성함으로써, 채널의 길이를 따라 복수의 노드 또는 파복과 정렬된 복수의 입자 스트림 내로 흐름에 따라 입자를 나눈다. 그 입자는 그 용적, 밀도, 압축성 또는 다른 음향 대비 인자에 근거하여 분리된다. 입자 분리 스테이지의 하류에서, 입자의 각종 분리된 스트림은, 그 스트림과 정렬된 다수의 수집 출구 내로 흐를 수 있다. 또한, Guldiken은 정재 표면 탄성파를 발생시키는 IDT를 이용하여 채널 내로 흐르는 입자를 포커싱 및 분리하기 위한 2-스테이지 미세유체 장치를 제조 및 통합하는 방법을 기술한다. 미국특허공개 2014/0008307호(2012년 3월 30일자로 출원된 미국 시리얼 14/007,483호)는 본원에 참고로 편입된다.
또한, 조정가능한 IDT가 개발되어 있다. Ding 등의 미국특허공개 2013/0192958호는 그 핑거 주기 내에 구배를 갖는 가변 주파수 또는 "처프(chirp)" IDT를 개시하여, 입력 주파수가 변화될 때 주파수 범위를 넘어 공진하게 하여, 선택된 입력 주파수에 따라서, 채널 내로 흐르는 입자가 특정한 수집 채널로 지향될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 직교하게 위치설정된 한 쌍의 처프 IDT는 압력 노드(또는 파복)를 갖는 SSAW를 형성할 수 있고, 그 위치는 입력 주파수를 IDT로 변경함으로써 정확하게 조절될 수 있다. 미국특허공개 2013/0192958호(2013년 1월 31일자로 출원된 미국 시리얼 13/755,865호)는 본원에 참고로 편입된다.
Ding 등의 미국특허공개 2014/0033808호는 흐름 채널의 종축과 경사지게 정렬된 압력 노드(또는 파복)를 갖는 SSAW를 형성하기 위한 한 쌍의 IDT를 개시한다. 이에 따라, 채널 아래로 이동하는 소정의 입자는 경사지게 정렬된 압력 노드(또는 파복)에 의해 형성되는 음향 방사력으로 인해 채널 내에 재위치설정될 것이다. 미국특허공개 2014/0033808호(2013년 7월 31일자로 출원된 미국 시리얼 13/995,709호)는 본원에 참고로 편입된다.
Weitz 등의 PCT 공개 WO 2014/004630호는 "이동형(traveling)" 또는 시프링(shifting)" 정재 표면 탄성파(TSSAW)를 형성하도록 한 쌍의 IDT를 이용하는 것을 개시한다. 상술한 US 8,573,060호는 한 쌍의 IDT를 채용하며, 그 각각은 다른 것과 동일한 주파수를 갖는 표면 탄성파를 발생시킴으로써, 이들 표면 탄성파의 간섭이 정적인 압력 노드 또는 파복을 형성한다. WO 2014/004630호는 다른 것과 약간 상이한 주파수를 갖는 표면 탄성파를 각각 형성하는 한 쌍의 IDT를 채용하는 것을 개시한다. 이와 같이 약간의 주파수 불일치는 한 쌍의 IDT 중 하나를 향해 천천히 시프팅 또는 이동하는 압력 노드를 갖는 정재파를 형성한다. PCT 공개 WO 2014/004630호(2013년 6월 26일자로 출원된 PCT/US2013/ 047829호)는 본원에 참고로 편입된다.
상기 언급된 문헌 중 어느 것도 단일 칩 상에 제공된 다수의 채널에 대한 SAW 기술을 이용하는 것을 개시하지 않는다.
본 개시내용의 관점에 의하면, 미세유체 입자 처리 칩 조립체(microfluidic particle processing chip assembly)는, 기판, 상기 기판 내에 형성된 복수의 흐름 채널, 및 상기 기판 상에 형성된 복수의 스위칭 표면 탄성파 발생기(switching surface acoustic wave generators)를 구비할 수 있다. 각각의 흐름 채널은, 상기 흐름 채널 내에 입자 흐름을 포커싱하기 위한 포커싱 영역(focusing region), 상기 포커싱 영역의 적어도 부분적으로 하류에 있는 인터로게이션 영역(interrogation region), 및 상기 인터로게이션 영역의 적어도 부분적으로 하류에 있는 스위칭 영역(switching region)을 구비할 수 있다. 각각의 스위칭 표면 탄성파 발생기는 상기 복수의 흐름 채널 중 적어도 하나와 관련되고, 상기 기판 내에 표면 탄성파와, 상기 흐름 채널의 스위칭 영역에서 상기 흐름 내에 압력 펄스를 발생시키도록 구성될 수 있다. 상기 미세유체 칩 조립체는 상기 기판 상에 형성된 복수의 감쇠 요소(attenuation elements)를 더 구비할 수 있으며, 각각의 감쇠 요소는 상기 복수의 스위칭 표면 탄성파 발생기 중 하나와 관련되고, 상기 감쇠 요소는 상기 기판을 통해 상기 표면 탄성파의 전달을 감쇠시키도록 구성될 수 있다.
다른 관점에 의하면, 미세유체 입자 처리 칩 조립체는, 기판 내에 형성된 흐름 채널을 갖는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 적어도 하나의 스위칭 표면 탄성파 발생기를 구비할 수 있다. 상기 흐름 채널은 스위칭 영역을 가질 수 있고, 상기 기판 상에 형성된 상기 적어도 하나의 스위칭 표면 탄성파 발생기는 상기 흐름 채널의 스위칭 영역과 관련될 수 있다. 상기 적어도 하나의 스위칭 표면 탄성파 발생기는 상기 기판 내에 복수의 표면 탄성파와, 상기 흐름 채널의 스위칭 영역에서 상기 흐름 내에 복수의 압력 펄스를 발생시키도록 구성될 수 있다. 상기 복수의 표면 탄성파는 순차적으로 발생될 수 있고, 상기 복수의 압력 펄스는 상기 흐름 채널을 따라 종방향으로 이격될 수 있다. 또한, 상기 적어도 하나의 스위칭 표면 탄성파 발생기는 상이한 주파수를 갖는 복수의 표면 탄성파를 발생시키도록 구성될 수 있다.
일부 관점에 의하면, 미세유체 입자 처리 칩 조립체는, 기판, 상기 기판 내에 형성된 적어도 하나의 흐름 채널, 및 상기 기판 상에 형성된 스위칭 표면 탄성파 발생기를 구비할 수 있다. 상기 흐름 채널은 인터로게이션 영역, 스위칭 영역 및 제1 브랜치 채널을 가질 수 있다. 상기 인터로게이션 영역 내의 흐름은 제1 흐름방향을 가질 수 있고, 상기 제1 브랜치 채널 내의 흐름은 브랜치 흐름방향을 가질 수 있다. 상기 스위칭 표면 탄성파 발생기는 상기 흐름 채널의 스위칭 영역과 관련될 수 있고, 상기 기판 내에 표면 탄성파와, 상기 흐름 채널의 스위칭 영역에서 상기 흐름 내에 압력 펄스를 발생시키도록 구성될 수 있다. 발생된 표면 탄성파는 상기 브랜치 채널의 브랜치 흐름방향과 실질적으로 정렬될 수 있다. 변형적으로 그리고/또는 추가적으로, 상기 표면 탄성파는 상기 인터로게이션 영역 내의 상기 제1 흐름방향과 실질적으로 정렬될 수 있다. 또한, 상기 기판은 복수의 실질적으로 동일한 흐름 채널을 구비할 수 있고, 상기 스위칭 표면 탄성파 발생기는 상기 복수의 흐름 채널 각각에 대해 상기 기판 내에 표면 탄성파를 선택적으로 발생시키도록 구성될 수 있다.
소정의 관점에 의하면, 미세유체 입자 처리 칩 조립체는, 기판 내에 형성된 흐름 채널을 갖는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 스위칭 표면 탄성파 발생기를 구비할 수 있다. 상기 흐름 채널은 상기 흐름 채널 내에 입자 흐름을 포커싱하기 위한 포커싱 영역, 상기 포커싱 영역의 적어도 부분적으로 하류에 있는 인터로게이션 영역, 및 상기 인터로게이션 영역의 적어도 부분적으로 하류에 있는 스위칭 영역을 구비할 수 있다. 상기 스위칭 표면 탄성파 발생기는 상기 흐름 채널과 관련되고, 상기 기판 내에 복수의 표면 탄성파와, 상기 흐름 채널의 스위칭 영역에서 상기 흐름 내에 복수의 압력 펄스를 발생시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 포커싱 표면 탄성파 발생기는 정재 표면 탄성파(SSAW) 및/또는 이동형 정재 표면 탄성파(TSSAW)와 관련된 상기 흐름 채널 내에 압력 구배를 발생시킬 수 있다. 상기 압력 구배로 인한 미세유체 채널 내의 입자에 가해지는 음향 방사력은 더 높은 압력의 영역으로부터 더 낮은 압력으로 입자를 이동시킬 수 있다(정재 표면 탄성파의 노드 및 파복). 또한, 상기 기판은 복수의 실질적으로 동일한 흐름 채널을 구비할 수 있고, 하나 이상의 스위칭 표면 탄성파 발생기는 상기 복수의 흐름 채널 각각에 대해 상기 기판 내에 표면 탄성파를 선택적으로 발생시키도록 구성될 수 있다.
또 다른 관점에 의하면, 미세유체 입자 처리 시스템(microfluidic particle processing system)은 미세유체 칩 조립체 및 입자 처리 도구(particle processing instrument)를 구비할 수 있다. 상기 미세유체 칩 조립체는, 기판 내에 형성된 복수의 흐름 채널을 구비한 칩 기판을 구비할 수 있다. 각각의 흐름 채널은 상기 흐름 채널 내의 입자 흐름을 포커싱하기 위한 포커싱 영역, 상기 포커싱 영역의 적어도 부분적으로 하류에 있는 검사 영역(inspection region) 및 상기 검사 영역의 적어도 부분적으로 하류에 있는 스위칭 영역을 가질 수 있다. 상기 입자 처리 도구는, 상기 도구와 관련된 스위칭 기판 상에 형성되며 상기 스위칭 기판 내에 적어도 하나의 표면 탄성파를 발생시키도록 구성 스위칭 표면 탄성파 발생기 조립체를 구비할 수 있다. 상기 미세유체 칩 조립체는 적어도 하나의 스위칭 커플링 요소를 통해 상기 입자 처리 도구와의 작동가능한 결합을 위해 구성되고, 상기 작동가능한 결합은 상기 스위칭 표면 탄성파 발생기 조립체로부터 적어도 하나의 흐름 채널의 적어도 하나의 스위칭 영역으로 음향 에너지의 전달을 제공할 수 있다. 전달된 음향 에너지는 상기 흐름 채널의 스위칭 영역에서 상기 흐름 내에 압력 펄스를 발생시킬 수 있다. 또한, 상기 미세유체 칩 조립체는 상기 입자 처리 도구로부터 분리를 위해 구성될 수 있다. 추가로, 상기 스위칭 표면 탄성파 발생기 조립체는 복수의 스위칭 표면 탄성파 액추에이터를 구비할 수 있다.
상기 스위칭 표면 탄성파 발생기 조립체로부터 상기 미세유체 칩 조립체로 상기 음향 에너지를 전달하도록 스위칭 커플링 요소가 제공될 수 있다. 상기 적어도 하나의 스위칭 커플링 요소는 정합형(conformable)일 수 있고, 유체와 겔 중 하나를 구비할 수 있다. 변형적으로, 상기 스위칭 커플링 요소는 가역적 고형화 및 액화 에폭시(reversibly solidifying and liquefying epoxy)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 스위칭 표면 탄성파 발생기 조립체로부터 적어도 하나의 흐름 채널의 적어도 하나의 스위칭 영역으로 상기 음향 에너지를 지향시키도록, 상기 미세유체 칩 조립체의 덮개층(superstrate layer)을 일체로 구비한 스위칭 전달 요소, 예컨대 돌출 요소가 제공될 수 있다.
상기 표면 탄성파가 이동하는 상기 스위칭 기판의 표면은 평면 또는 비평면, 예컨대 만곡 또는 비틀림될 수 있다.
또한, 상기 입자 처리 도구는, 상기 입자 처리 도구와 관련된 포커싱 기판 상에 형성되며, 상기 포커싱 기판 내에 표면 탄성파와, 상기 흐름 채널의 포커싱 영역에서 상기 흐름 내에 정재 압력파를 발생시키도록 구성된 포커싱 표면 탄성파 발생기 조립체를 구비할 수 있다.
상기 미세유체 칩은 상기 칩 기판 상에 형성된 복수의 감쇠 요소를 구비할 수 있다. 각각의 감쇠 요소는 상기 복수의 흐름 채널 중 하나 이상과 관련되고, 상기 칩 기판을 통해 상기 스위칭 표면 탄성파의 전달을 감쇠시키도록 구성될 수 있다.
상기 미세유체 칩 조립체는 유체 밀봉식 카트리지의 구성요소로서 제공될 수 있다.
소정의 관점에 의하면, 입자 처리 시스템은, 입자의 스트림을 수용하도록 구성된 브랜치형 흐름-채널과, 상기 브랜치형 흐름-채널의 제1 출력 브랜치 채널과 제2 출력 브랜치 채널 사이의 입자를 선택적으로 분류하도록 구성된 입자 분류기를 갖는 미세유체 분류 모듈(microfluidic sort module); 및 분류된 샘플의 통계적 특성(statistically-based characteristic)을 결정함으로써 분류 작업의 성능을 모니터링하도록 구성된 분류 모니터링 시스템(sort monitoring system)을 포함하며, 상기 분류 모니터링 시스템은 분류된 샘플의 통계적 특성을 실시간 평가하도록 구성되고, 상기 분류 모니터링 시스템은 스위칭 최적화 알고리즘(switching optimization algorithm)을 구비한다. 상기 입자 처리 시스템은 상기 분류 모니터링 시스템의 출력에 응답하는 프로그램가능한 제어기를 구비할 수 있다. 상기 프로그램가능한 제어기는 분류된 샘플의 통계적 특성에 근거하여 상기 입자 처리 시스템의 하나 이상의 작업을 제어하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 프로그램가능한 제어기는 실제의 분류 성능(sort performance)을 소정의 분류 성능과 정렬하기 위해 스위칭 메커니즘에 인가되는 하나 이상의 입력 구동 신호를 조절하도록 구성될 수 있다.
개시된 장치 및 방법에 대한 소정의 실시예가 아래에 요약된다. 이들 실시예는 본 개시내용의 범위를 제한할 의도의 것이 아니라, 예시적인 실시예에 대한 설명으로서의 역할을 한다. 청구범위는 이러한 요약과는 상이한 각종 형태 및 실시예를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 예시적인 실시예는 첨부한 도면을 참조하여 더욱 기술된다.
도 1은 종래기술의 정재 표면 탄성파 포커싱 장치에 대한 평면도 및 확대 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 종래기술의 이동형 표면 탄성파 포커싱 장치를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 개시내용의 관점에 따른 예시적인 입자 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 개시내용의 관점에 따른 예시적인 입자 인터로게이션 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 개시내용의 관점에 따른 예시적인 미세유체 칩을 적어도 부분적으로 개략적으로 도시한다.
도 6a은 카트리지에 작동가능하게 결합되며 본 개시내용의 관점에 따른 입자 처리 도구에 작동가능하게 결합되는 미세유체 칩을 구비한 예시적인 유체 시스템을 개략적으로 도시하고; 도 6b는 카트리지에 작동가능하게 결합되며 본 개시내용의 다른 관점에 따른 입자 처리 도구에 작동가능하게 결합되는 미세유체 칩을 구비한 예시적인 유체 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 7a는 본 개시내용의 관점에 따른 스위칭 영역의 확대도와 함께 미세유체 칩의 일부에 대한 사시도를 개략적으로 도시하고; 도 7b는 일 실시예에 따른 미세유체 채널의 스위칭 영역 근방의 미세유체 칩의 단면을 개략적으로 도시하고; 도 7c는 또 다른 실시예에 따른 미세유체 채널의 스위칭 영역 근방의 미세유체 칩의 단면을 개략적으로 도시하고; 도 7d는 또 다른 실시예에 따른 미세유체 채널의 스위칭 영역 근방의 미세유체 칩의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 8a는 본 개시내용의 관점에 따른 스위칭 영역의 확대도와 함께 미세유체 칩의 일부에 대한 사시도를 개략적으로 도시하고; 도 8b는 일 실시예에 따른 미세유체 채널의 스위칭 영역 근방의 미세유체 칩의 단면을 개략적으로 도시하고; 도 8c는 또 다른 실시예에 따른 미세유체 채널의 스위칭 영역 근방의 미세유체 칩의 단면을 개략적으로 도시하고; 도 8d는 또 다른 실시예에 따른 미세유체 채널의 스위칭 영역 근방의 미세유체 칩의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 9a는 본 개시내용의 관점에 따른 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도를 개략적으로 도시하고; 도 9b는 도 9a의 실시예에 대한 변경에 따른 미세유체 칩의 일부에 대한 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 10은 본 개시내용의 관점에 따른 미세유체 칩의 일부에 대한 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 11a는 본 개시내용의 관점에 따른 미세유체 채널의 스위칭 영역에 대한 평면도를 개략적으로 도시하고; 도 11b는 도 11a의 실시예에 대한 변경에 따른 미세유체 채널의 스위칭 영역에 대한 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 12는 본 개시내용의 다른 관점에 따른 한 쌍의 미세유체 채널과 관련된 스위칭 영역에 대한 평면도를 개략적으로 도시한다(하부의 미세유체 채널은 상부의 미세유체 채널의 변경을 도시함).
도 13a는 본 개시내용의 또 다른 관점에 따른 스위칭 영역의 확대도와 함께 미세유체 칩의 일부에 대한 사시도를 개략적으로 도시하고; 도 13b는 도 13a의 실시예에 따른 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 14a는 본 개시내용의 관점에 따른 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도를 개략적으로 도시하고; 도 14b는 도 14a의 실시예에 따른 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 15는 본 개시내용의 소정의 관점에 따른 미세유체 칩의 일부에 대한 상부 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 16a는 본 개시내용의 관점에 따른 미세유체 칩의 일부 내의 미세유체 채널의 스위칭 영역에 대한 평면도를 개략적으로 도시하고; 도 16b는 본 개시내용의 다른 관점에 따른 미세유체 칩의 일부 내의 미세유체 채널의 스위칭 영역에 대한 평면도를 개략적으로 도시하고; 도 16c는 본 개시내용의 또 다른 관점에 따른 미세유체 칩의 일부 내의 미세유체 채널의 스위칭 영역에 대한 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 17a는 본 개시내용의 다른 관점에 따른 미세유체 채널의 포커싱 영역에 대한 평면도를 개략적으로 도시하고; 도 17b는 도 17a의 실시예에 대한 변경에 따른 미세유체 채널의 포커싱 영역에 대한 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 18a는 스위칭 영역에서 본 개시내용의 관점에 따른 복수의 SAW 발생 장치에 작동가능하게 결합된 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도(a) 및 측면도(a)를 개략적으로 도시하고; 도 18b는 스위칭 영역에서 도 18a의 실시예에 대한 변경에 따른 복수의 SAW 발생 장치에 작동가능하게 결합된 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도(a) 및 측면도(a)를 개략적으로 도시한다.
도 19a는 스위칭 영역에서 본 개시내용의 관점에 따른 복수의 SAW 발생 장치에 작동가능하게 결합된 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도(a) 및 측면도(a)를 개략적으로 도시하고; 도 19b는 스위칭 영역에서 도 19a의 실시예에 대한 변경에 따른 복수의 SAW 발생 장치에 작동가능하게 결합된 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도(a) 및 측면도(a)를 개략적으로 도시한다.
도 20은 스위칭 영역에서 본 개시내용의 관점에 따른 복수의 SAW 발생 장치에 작동가능하게 결합된 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도(a) 및 측면도(a)를 개략적으로 도시한다.
도 21은 스위칭 영역에서 본 개시내용의 관점에 따른 복수의 SAW 발생 장치에 작동가능하게 결합된 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도(a) 및 측면도(a)를 개략적으로 도시한다.
도 22는 스위칭 영역에서 본 개시내용의 관점에 따른 복수의 SAW 발생 장치에 작동가능하게 결합된 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도(a) 및 측면도(a)를 개략적으로 도시한다.
도 23은 포커싱 영역 및 스위칭 영역에서 본 개시내용의 관점에 따른 SAW 발생 장치에 작동가능하게 결합된 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도(a) 및 측면도(a)를 개략적으로 도시한다.
도 24는 포커싱 영역 및 스위칭 영역에서 본 개시내용의 관점에 따른 SAW 발생 장치에 작동가능하게 결합된 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도(a) 및 측면도(a)를 개략적으로 도시한다.
도 25는 포커싱 영역 및 스위칭 영역에서 본 개시내용의 관점에 따른 SAW 발생 장치에 작동가능하게 결합된 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도(a) 및 측면도(a)를 개략적으로 도시한다.
도 26은 본 개시내용의 관점에 따른 스위칭 최적화 알고리즘을 갖는 분류 모니터링 알고리즘에 대한 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 1은 종래기술의 정재 표면 탄성파 포커싱 장치에 대한 평면도 및 확대 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 종래기술의 이동형 표면 탄성파 포커싱 장치를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 개시내용의 관점에 따른 예시적인 입자 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 개시내용의 관점에 따른 예시적인 입자 인터로게이션 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 개시내용의 관점에 따른 예시적인 미세유체 칩을 적어도 부분적으로 개략적으로 도시한다.
도 6a은 카트리지에 작동가능하게 결합되며 본 개시내용의 관점에 따른 입자 처리 도구에 작동가능하게 결합되는 미세유체 칩을 구비한 예시적인 유체 시스템을 개략적으로 도시하고; 도 6b는 카트리지에 작동가능하게 결합되며 본 개시내용의 다른 관점에 따른 입자 처리 도구에 작동가능하게 결합되는 미세유체 칩을 구비한 예시적인 유체 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 7a는 본 개시내용의 관점에 따른 스위칭 영역의 확대도와 함께 미세유체 칩의 일부에 대한 사시도를 개략적으로 도시하고; 도 7b는 일 실시예에 따른 미세유체 채널의 스위칭 영역 근방의 미세유체 칩의 단면을 개략적으로 도시하고; 도 7c는 또 다른 실시예에 따른 미세유체 채널의 스위칭 영역 근방의 미세유체 칩의 단면을 개략적으로 도시하고; 도 7d는 또 다른 실시예에 따른 미세유체 채널의 스위칭 영역 근방의 미세유체 칩의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 8a는 본 개시내용의 관점에 따른 스위칭 영역의 확대도와 함께 미세유체 칩의 일부에 대한 사시도를 개략적으로 도시하고; 도 8b는 일 실시예에 따른 미세유체 채널의 스위칭 영역 근방의 미세유체 칩의 단면을 개략적으로 도시하고; 도 8c는 또 다른 실시예에 따른 미세유체 채널의 스위칭 영역 근방의 미세유체 칩의 단면을 개략적으로 도시하고; 도 8d는 또 다른 실시예에 따른 미세유체 채널의 스위칭 영역 근방의 미세유체 칩의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 9a는 본 개시내용의 관점에 따른 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도를 개략적으로 도시하고; 도 9b는 도 9a의 실시예에 대한 변경에 따른 미세유체 칩의 일부에 대한 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 10은 본 개시내용의 관점에 따른 미세유체 칩의 일부에 대한 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 11a는 본 개시내용의 관점에 따른 미세유체 채널의 스위칭 영역에 대한 평면도를 개략적으로 도시하고; 도 11b는 도 11a의 실시예에 대한 변경에 따른 미세유체 채널의 스위칭 영역에 대한 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 12는 본 개시내용의 다른 관점에 따른 한 쌍의 미세유체 채널과 관련된 스위칭 영역에 대한 평면도를 개략적으로 도시한다(하부의 미세유체 채널은 상부의 미세유체 채널의 변경을 도시함).
도 13a는 본 개시내용의 또 다른 관점에 따른 스위칭 영역의 확대도와 함께 미세유체 칩의 일부에 대한 사시도를 개략적으로 도시하고; 도 13b는 도 13a의 실시예에 따른 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 14a는 본 개시내용의 관점에 따른 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도를 개략적으로 도시하고; 도 14b는 도 14a의 실시예에 따른 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 15는 본 개시내용의 소정의 관점에 따른 미세유체 칩의 일부에 대한 상부 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 16a는 본 개시내용의 관점에 따른 미세유체 칩의 일부 내의 미세유체 채널의 스위칭 영역에 대한 평면도를 개략적으로 도시하고; 도 16b는 본 개시내용의 다른 관점에 따른 미세유체 칩의 일부 내의 미세유체 채널의 스위칭 영역에 대한 평면도를 개략적으로 도시하고; 도 16c는 본 개시내용의 또 다른 관점에 따른 미세유체 칩의 일부 내의 미세유체 채널의 스위칭 영역에 대한 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 17a는 본 개시내용의 다른 관점에 따른 미세유체 채널의 포커싱 영역에 대한 평면도를 개략적으로 도시하고; 도 17b는 도 17a의 실시예에 대한 변경에 따른 미세유체 채널의 포커싱 영역에 대한 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 18a는 스위칭 영역에서 본 개시내용의 관점에 따른 복수의 SAW 발생 장치에 작동가능하게 결합된 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도(a) 및 측면도(a)를 개략적으로 도시하고; 도 18b는 스위칭 영역에서 도 18a의 실시예에 대한 변경에 따른 복수의 SAW 발생 장치에 작동가능하게 결합된 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도(a) 및 측면도(a)를 개략적으로 도시한다.
도 19a는 스위칭 영역에서 본 개시내용의 관점에 따른 복수의 SAW 발생 장치에 작동가능하게 결합된 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도(a) 및 측면도(a)를 개략적으로 도시하고; 도 19b는 스위칭 영역에서 도 19a의 실시예에 대한 변경에 따른 복수의 SAW 발생 장치에 작동가능하게 결합된 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도(a) 및 측면도(a)를 개략적으로 도시한다.
도 20은 스위칭 영역에서 본 개시내용의 관점에 따른 복수의 SAW 발생 장치에 작동가능하게 결합된 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도(a) 및 측면도(a)를 개략적으로 도시한다.
도 21은 스위칭 영역에서 본 개시내용의 관점에 따른 복수의 SAW 발생 장치에 작동가능하게 결합된 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도(a) 및 측면도(a)를 개략적으로 도시한다.
도 22는 스위칭 영역에서 본 개시내용의 관점에 따른 복수의 SAW 발생 장치에 작동가능하게 결합된 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도(a) 및 측면도(a)를 개략적으로 도시한다.
도 23은 포커싱 영역 및 스위칭 영역에서 본 개시내용의 관점에 따른 SAW 발생 장치에 작동가능하게 결합된 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도(a) 및 측면도(a)를 개략적으로 도시한다.
도 24는 포커싱 영역 및 스위칭 영역에서 본 개시내용의 관점에 따른 SAW 발생 장치에 작동가능하게 결합된 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도(a) 및 측면도(a)를 개략적으로 도시한다.
도 25는 포커싱 영역 및 스위칭 영역에서 본 개시내용의 관점에 따른 SAW 발생 장치에 작동가능하게 결합된 미세유체 칩의 일부에 대한 평면도(a) 및 측면도(a)를 개략적으로 도시한다.
도 26은 본 개시내용의 관점에 따른 스위칭 최적화 알고리즘을 갖는 분류 모니터링 알고리즘에 대한 실시예를 도시한 흐름도이다.
하기에 기술되며 도면에 도시된 특징에 대한 각종 특징 및 조합은 본 개시내용의 사상 및 범위 내에 있는 실시예를 형성하도록 상이하게 배치 및/또는 구성될 수 있다. 또한, 도면에서의 구성요소는 반드시 축척되지 않으며 비례적으로 제공될 필요가 없고, 그 대신에 관련된 원리를 명확하게 나타낼 때 강조가 이루어진다. 또한, 도시를 단순화하기 위해 소정의 도면에는 각종 특징이 나타나지 않을 수 있다. 추가로, 층들 사이 또는 다른 요소 아래의 아이템을 기술 또는 도시할 목적으로 또는 소정의 도면에서 도시를 단순화하기 위해, 각종 구성요소 또는 요소는 투명 및/또는 음영으로 도시될 수 있거나 또는 다른 표준 도면 기술이 제공되지 않을 수 있다. 개시된 시스템, 조립체 및 방법을 제조 및 이용하는 당업자를 돕기 위해, 첨부한 도면에 참조가 이루어진다.
본 개시내용이 각종 변경 및 대체적인 형태로 채용될 수 있지만, 특정 실시예가 도면에 도시되며 예시적인 예로서 본원에 기술된다. 도면 및 그 상세한 설명은 특허청구범위를 개시된 특정한 형태로 제한할 의도의 것이 아니라, 특허청구범위의 사상 및 범위 내에 있는 모든 수정, 변경 및 동등물을 포함하도록 의도된다.
일부 실시예에 따른 미세유체 칩 또는 다른 흐름 셀을 내장하는 미세유체 입자 분석 및/또는 분류 시스템은, 수혈(blood transfusion), 골수 이식(bone marrow transplants) 및/또는 이동성 말초 혈액 임플란트(mobilized peripheral blood implants)와 같은 세포-기반 치료를 가능하게 하는 치료적 의료장치로서 광범위한 적용을 가질 수 있다. 미세유체 시스템의 실시예는, 예컨대 프로토콜 및 필요한 시약과는 무관하게 세포와의 전자기 방사 또는 광의 상호작용(예컨대, 분산, 반사 및/또는 자발형광(auto fluorescence)에 의해 결정되는 바와 같은 고유한 특성에 근거하여 입자를 분석, 처리 및/또는 선택할 수 있다. 일부 바람직한 실시예에 의하면, 미세유체 시스템은 미세유체 칩 또는 다른 흐름 셀을 구비한 폐쇄, 살균, 폐기가능한 카트리지를 채용함으로써, 샘플 유체와 접촉하는 모든 표면이 사용자 및/또는 일회용이 아닌 도구로부터 격리될 수 있다. 이상적으로, 미세유체 시스템은 입자를 고속으로 분석 및/또는 처리한다. 이상적으로, 미세유체 분류 시스템은 높은 수율, 높은 순도 및 높은 효능으로 분류된 입자를 전달한다.
본원에 기술된 소정의 실시예는 흐름 채널, 특히 미세유체 장치 내의 마이크로 채널 내의 입자를 조작하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "입자"는, 이에 한정되지 않지만, 세포(예컨대, 혈소판, 백혈구, 종양세포, 배아세포, 정자 등), 세포기관 및 다세포 생물을 포함한다. 입자는 리포좀, 단백질 함유 리포좀, 효모, 박테리아, 바이러스, 화분, 조류 등을 포함할 수 있다. 추가로, 입자는 유전물질, RNA, DNA, 조각, 단백질 등을 포함할 수 있다. 또한, 입자는 비생물학적 입자를 언급할 수 있다. 예컨대, 입자는 금속, 광물, 중합물질, 유리, 세라믹, 복합재 등을 포함할 수 있다. 또한, 입자는 합성 비드(예컨대, 폴리스티렌), 예컨대 형광색소 컨쥬게이트된 항체를 구비한 비드를 언급할 수도 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "미세유체 시스템"은 미소 치수를 갖는 적어도 하나의 유체 채널을 구비한 시스템 또는 장치를 언급한다. 미세유체 시스템은 유체 샘플 및/또는 유체 샘플 내의 입자를 취급, 처리, 검출, 분석, 배출 및/또는 분류하도록 구성될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같은 용어 "채널"은 액체 및 가스와 같은 유체의 운동을 허용하는 매체 또는 기재 내에 또는 그를 통해 형성된 경로를 언급한다. 용어 "마이크로 채널"은 약 1.0㎛ 내지 약 2000㎛, 바람직하게 약 25㎛ 내지 약 5000㎛, 가장 바람직하게 약 50㎛ 내지 약 300㎛의 범위에 있는 단면 치수를 갖는 미세유체 시스템 또는 장치 내에 바람직하게 형성된 채널을 언급한다. 당업자는 소정의 적용을 위한 마이크로 채널의 적절한 용적 및 길이를 결정할 수 있것 것이다. 위의 범위는 상한 또는 하한으로서 상기 언급된 값을 포함하도록 의도된다. 일반적으로, 마이크로 채널은 임의의 선택된 형상, 예컨대 U-자형, D-자형, 장방형, 삼각형, 타원형/계란형, 원형, 정방형, 사다리꼴 등의 단면 기하학적 형상을 가질 수 있다. 기하학적 형상은 일정할 수 있거나, 마이크로 채널의 길이에 따라 변경될 수 있다. 또한, 마이크로 채널은 선형, 비선형, 합류형, 분기형, 루프형, 비틀림형, 단차형 등의 구성을 포함하는 임의의 선택된 배치 또는 구성을 가질 수 있다. 미세유체 시스템 또는 장치, 예컨대 미세유체 칩은 유체를 운반하는 임의의 적절한 개수의 마이크로 채널를 구비할 수 있다. 미세유체 칩은 미세유체 도구와의 제거가능한 결합을 위한 일회용 칩의 일부로서 제공될 수 있다. 또한, 미세유체 칩은 일회용 카트리지의 일부로서 제공될 수 있으며, 일회용 카트리지는 완전히 봉입되고 밀봉 또는 밀봉가능한 유체 채널 세스템이다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "수직방향", "측방향", "상부", "하부", "위에", "아래에", "위로", "아래로" 및 다른 유사한 용어는 도면에 도시된 특징들 간의 일반적인 관계를 제공하며 청구범위를 제한하지 않는, 특히 임의의 배향으로 작동될 수 있는 본원에 기술된 흐름 채널 및 미세유체 칩에 관한 기술 용어로 이해되어야 한다.
도 3의 개략도를 참조하면, 본 개시내용의 예시적인 실시예를 실시하기에 적합한 입자 처리 시스템(100)이 개략적으로 도시된다. 입자 처리 시스템(100)은 입자(예컨대, 세포, 미세입자 등)을 분석, 분류 및/또는 처리(예컨대, 정제, 측정, 격리, 검출, 모니터링 및/또는 농축)하도록 구성, 치수설정 또는 조정될 수 있다. 예컨대, 시스템(100)은 사이토미터 및/또는 세포 정제 시스템 등일 수 있지만, 본 개시내용은 이에 제한되지 않는다. 오히려, 시스템(100)은 각종 형태를 취할 수 있고, 기술된 시스템 및 방법은 다른 처리 시스템에 적용될 수 있다. 시스템(100)에 의해 제공되는 처리 요소 또는 구성요소는 운반 채널, 펌프, 밸브, 혼합 요소, 온도 제어 요소, 압력 제어 요소, 액적 발생기, 배양 요소, 웰, 시약 코팅면 또는 시약 저장 요소, 기하학적 물리적 구조체(포스트, 가이드 등) 등을 포함할 수 있다. 이들 요소 또는 구성요소는 미세유체 칩, 카트리지 및/또는 도구 상에 있을 수 있다.
예시적인 실시예에서, 입자 처리 시스템(100)은 미세유체 흐름 분류기 입자 처리 시스템(예컨대, 미세유체 칩 기반의 시스템) 등일 수 있다. 예시적인 미세유체 흐름 분류기 입자 처리 시스템 및 구성요소 등의 관점은, 예컨대 미국특허 8,529,161호("Multilayer Hydrodynamic Sheath Flow Structure" (시리얼 13/179,084호)); 8,277,764호("Unitary Cartridge for Particle Processing" (시시리얼 11/295,183호)); 8,123,044호("Actuation of Parallel Microfluidic Arrays" (시리얼 11/800,469호); 7,569,788호("Method and Apparatus for Sorting Particles" (시리얼 11/101,038호)); 7,492,522호("Optical Detector for a Particle Sorting System" (시리얼 11/906,621호)); 6,808,075호("Method and Apparatus for Sorting Particles" (시리얼 10/179,488호)); 8,731,860호("Particle Processing Systems and Methods for Normalization/Calibration of Same" (시리얼 13/022,525호)); 8,705,031호("Particle Sorting Apparatus and Method" (시리얼 13/363,112호)) 및 8,553,229호(Shinoda의 "Fine Particle Optical Measuring Method in Fluidic Channels" (시리얼 12/259,235호)); 그리고 미국특허공개 2012/0277902호("Method and Apparatus for Monitoring and Optimizing Microfluidic Particle Sorting" (2012년 1월 3일자로 출원된 시리얼 13/342,756호)); 2012/0307244호("Multiple Flow Channel Particle Analysis System" (2012년 8월 3일자로 출원된 시리얼 13/577,216호)); 2013/0334407호("Large Area, Low F-Number Optical System" (2013년 5월 16일자로 출원된 시리얼 13/896,213호)); 2014/0085898호("Focal Plane Shifting System" (2013년 9월 17일자로 출원된 14/029,485호)); 2014/0318645호("Hydrodynamic Focusing Apparatus and Methods" (2014년 3월 14일자로 출원된 시리얼 14/213,800호)); 2014/0370536호("Assemblies and Methods for Reducing Optical Crosstalk in Particle Processing Systems" (2014년 3월 13일자로 출원된 14/210,366호)); 및 2014/0309782호("Operatorless Particle Processing Systems and Methods" (2014년 3월 13일자로 출원된 시리얼 14/210,381호))에 개시되어 있으며, 그 모두는 본원에 참고로 편입된다.
도 3을 참조하면, 예시적인 실시예에서, 입자 처리 시스템(100)은 입자 인터로게이션 시스템(110), 유체 시스템(120) 및 입자 조작 시스템(130)을 구비할 수 있다. 또한, 시스템(100)은 제어 시스템(150)을 구비할 수도 있다.
입자 인터로게이션 시스템(110)은 조명 시스템(112) 및 검출 시스템(116)을 구비할 수 있다. 인터로게이션 시스템(110)의 조명 시스템(112)은 인터로게이션 영역(114)을 통과하는 입자를 인터로게이션하기 위한 하나 이상의 신호(113)를 제공할 수 있다. 시스템(100)의 검출 시스템(116)은 인터로게이션 영역(114)에서 나오는 하나 이상의 신호(115)를 수신할 수 있다.
유체 시스템(120)은 하나 이상의 입력 유체 연통 요소(123)를 통해 입자 소스 공급부(122)로부터 입자를 수용하고, 하나 이상의 출력 유체 연통 요소(125)를 통해 수집 시스템(126)으로 입자를 보내도록 구성된 미세유체 채널 조립체(124)를 구비할 수 있다. 입자 소스 공급부(122) 및/또는 수집 시스템(126)은 (도 3에 도시한 바와 같이) 유체 시스템(120)의 일부로서 제공될 수 있거나, 또는 유체 시스템(120)으로부터 분리되게 공급된 다음, 그에 결합될 수 있다. 입자 인터로게이션 영역(114)은 미세유체 채널 조립체(124) 내에 구비될 수 있다. 소정의 관점에 의하면, 미세유체 채널 조립체(124)는 미세유체 칩으로서 제공될 수 있어, 유체 시스템(120)의 나머지 부분에 제거가능하게 그리고 유체식으로 결합될 수 있다. 소정의 관점에 의하면, 미세유체 칩은 일회용일 수 있다.
도 6a를 참조하면, 다른 관점에 의하면, 유체 시스템(120)은 입자 처리에 이용되는 모든 유체 접촉면을 봉입하는 카트리지(220)로서 제공될 수 있다. 입자 처리 작업 동안에, 카트리지(220)는 카트리지(220) 및 유체 접촉면의 봉입 및/또는 유체식으로 밀봉된 특성을 방해하지 않고서 입자 처리 시스템(100)의 나머지 부분에 작동가능하게 결합될 수 있다. 또한, 카트리지(220)는 입자 처리 시스템(100)의 나머지 부분으로부터 제거될 수 있고, 일회용일 수 있다.
도 3을 참조하면, 입자 조작 시스템(130)은 입자 포커싱 시스템(132)을 구비할 수 있다. 입자 포커싱 시스템(132)은 입자 인터로게이션 공정을 최적화 또는 강화하기 위해 인터로게이션 영역(114)의 상류에 있는 입자를 비말 동반(예컨대, 포커싱, 정렬, 분리, 안정화, 배향 등)할 수 있다. 또한, 입자 조작 시스템(130)은 입자 스위칭 시스템(134)을 구비할 수 있다. 입자 스위칭 시스템(134)은 인터로게이션 영역(114)의 하류에서 작동가능함으로써, 특정한 특성을 갖는 입자가 선택된 흐름 경로로 지향, 편향, 전환 등이 될 수 있다. 소정의 실시예에서, 입자는 입자 대 입자 기반으로 선택된 흐름 경로로 지향될 수 있다.
입자 포커싱 시스템(132) 및/또는 입자 스위칭 시스템(134)의 요소 또는 구성요소는 미세유체 채널 조립체(124) 내에 구비될 수 있다. 예컨대, 입자 포커싱 시스템(132)은 미세유체 칩 상의 미세유체 흐름 채널과 일체 형성된 유체역학적 포커싱 영역을 구비할 수 있다. 선택적으로, 입자 포커싱 시스템(132)은 미세유체 칩 상의 미세유체 흐름 채널과 일체 형성된 관성 포커싱 영역을 구비할 수 있다. 또 다른 예로서, 입자 포커싱 시스템(132)은 미세유체 칩 상의 미세유체 흐름 채널 내에 SAW를 발생시키기 위한 하나 이상의 IDT 또는 다른 SAW 발생 장치를 구비할 수 있다. IDT 구동기 또는 SAW 구동기는 칩에서 떨어지게 위치될 수 있다. 유사하게, 입자 스위칭 시스템(134)은 미세유체 칩 상의 미세유체 흐름 채널 내에 SAW를 발생시키기 위한 하나 이상의 IDT를 구비할 수 있고, IDT 구동기는 칩에서 떨어지게 위치될 수 있다.
제어 시스템(150)은 입자 인터로게이션 시스템(110)으로부터, 유체 시스템(120)으로부터, 입자 조작 시스템(130)으로부터, 그리고/또는 외부 소스로부터 신호를 수신할 수 있다. 제어 시스템(150)은 입자 인터로게이션 시스템(110)으로, 유체 시스템(120)으로, 입자 조작 시스템(130)으로, 그리고/또는 외부 소스로 신호를 송신 또는 전송할 수 있다. 제어 시스템(150)은 입자 인터로게이션 시스템(110), 유체 시스템(120), 입자 조작 시스템(130), 전체 입자 처리 작업 등을 제어하기 위한 분리 또는 분배형 제어 서브시스템을 구비할 수 있다. 이들 분리 제어 서브시스템 각각은 다른 제어 서브시스템 중 어느 것과 상호작용(즉, 신호를 수신 및/또는 송신)할 수 있다.
도 4에 개략적으로 도시한 예시적인 실시예에서, 입자 처리 시스템(100)의 일부로서 제공될 수 있는 입자 인터로게이션 시스템(110)은 멀티-채널 흐름 분류기 입자 처리 시스템으로서 도시된다. 예시적인 멀티-채널 흐름 분류기 입자 처리 시스템 및 구성요소 등은, 예컨대 미국특허공개 2012/0307244호(2012년 8월 3일자로 출원된 시리얼 13/577,216호)("Multiple Flow Channel Particle Analysis System")에 개시되어 있으며, 그 내용은 본원에 참고로 편입된다. 이에 따라, 소정의 관점에 의하면, 미세유체 채널 조립체(124)는 멀티-채널 미세유체 조립체(300)로서 제공될 수 있고, 입자 인터로게이션 시스템(110)은 멀티-채널 미세유체 조립체(300) 내에 형성된 복수의 미세유체 흐름 채널을 통해 동시에(또는 거의 동시에) 흐르는 복수의 입자를 인터로게이션하도록 구성될 수 있다. 일례로서, 입자 인터로게이션 시스템(110)은 하나 이상의 방사원 및 하나 이상의 검출기를 이용한 단계적 인터로게이션에 의해 순차적으로(거의 동시의 방식으로) 미세유체 채널의 인터로게이션 영역 내의 입자를 인터로게이션할 수 있다.
멀티-채널 미세유체 조립체(300)를 제거가능하게 수용하기 위해 리셉터클 또는 홀더(미도시)가 제공될 수 있다. 또한, 입자 처리 시스템(100)은 입자 인터로게이션 시스템(110)의 각종 구성요소에 대해 미세유체 채널 조립체(124), 미세유체 조립체(300) 및/또는 카트리지(220)를 위치설정 및/또는 정렬하기 위한 하나 이상의 스테이지를 구비할 수 있다. 스테이지들은 조명 시스템(112) 및/또는 검출 시스템(116)에 대한 미세유체 채널 조립체(124), 미세유체 조립체(300) 및/또는 카트리지(220)의 운동(병진운동 및/또는 회전)을 허용할 수 있다. 추가로, 입자 조작 시스템(130)이 미세유체 도구 상에 별개로 제공되어야 한다면, 입자 조작 시스템(130)에 대해 미세유체 조립체(124, 300, 220)를 정렬하도록 하나 이상의 스테이지가 제공될 수 있다.
이와 같은 특정한 실시예에서, 조명 시스템(112)은 인터로게이션 영역(114)의 적어도 일부를 조명하기 위한 적어도 하나의 전자기 방사원 또는 광원(221)(예컨대, 레이저원 등)을 구비할 수 있다. 전자기 방사원(221)은 전자기 방사(예컨대, 광)(227)의 하나 이상의 빔을 생성 및 형성하기 위해 빔 쉐이핑 옵틱(225)(예컨대, 렌즈, 미러, 필터 등)에 결합 및/또는 그와 연통할 수 있다. 결합 요소는 파이버 옵틱, 웨이브 가이드 등을 구비할 수 있다. 또한, 하나 이상의 빔(227)은 복수의 미세유체 흐름 채널을 동시에 인터로게이션하는데 이용될 수 있다. 광원(221)은 하나 이상의 단색 광원 및/또는 하나 이상의 다색 광원으로서 제공될 수 있다. 일반적으로, 전자기 방사원(들)(221)은 특정한 적용을 위해 적절한 임의의 적합한 파장(들)을 가질 수 있다.
검출 시스템(116)은 인터로게이션 영역(114)을 통해 흐르거나 또는 그 내에 위치된 샘플과 관련된 신호를 캡쳐하도록 구성된 복수의 검출기 시스템(226)을 구비할 수 있다. 또한, 검출기 시스템(226)은 복수의 미세유체 흐름 채널을 통한 흐름을 동시에 모니터링할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 검출기 시스템(226)은 사이즈, 형태, 형광, 광학 분산과 같은 하나 이상의 특정한 특징뿐만 아니라, 다른 특징을 검사하기 위한 광학 검출기 시스템일 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 방사 빔(227)은 미세유체 조립체(300) 내의 복수의 입자-이송 마이크로 채널과 정렬된 공간 필터, 예컨대 광학 마스크(미도시)를 통과할 수 있다. 광학 마스크는 복수의 마이크로 채널의 인터로게이션 영역과 관련된 (예컨대, 광학적으로 불투명한 층 내에 제공된) 핀홀 또는 슬릿의 어레이 형태를 취할 수 있다. 입자 인터로게이션 시스템(110)의 조명 및/또는 검출 경로 내에는 다른 공간 및/또는 스펙트럼 필터 어레이가 제공될 수 있다. 예컨대, 방출 및/또는 검출 경로 내의 멀티플렉싱 또는 모듈레이팅 시스템을 실시하도록 (불투명 영역 및/또는 특정한 대역폭 필터링된 영역을 이용하는) 광학 마스킹 시스템이 제공될 수 있다. 추가로, 마스킹 또는 다른 식별 요소(예컨대, 바코드)가 특정한 채널, 칩, 카트리지 또는 다른 특징부를 식별하는데 이용될 수 있다.
빔(227)이 입자를 교차할 때 광학 입자 분석, 세포계수 및/또는 분류에서 생성될 수 있는 광학 신호의 예는, 한정되지 않고서 광학 소멸, 각도 의존형 광학 분산기(전방 및/또는 측방 분산기) 및 형광을 구비할 수 있다. 광학 소멸(optical extinction)은 입자가 없어지고, 흡수하거나 또는 차단하는 전자기 방사 또는 광의 양을 언급한다. 각도 의존형 광학 분산기(angle dependent optical scatter)는 입사 전자기 방사 빔으로부터 또는 그를 향해 멀어지는 각각의 각도에서 분산되거나 굴곡된느 전자기 방사의 일부를 언급한다. 형광 전자기 방사(fluorescent electromagnetic radiation)는 입자와 관련되고 상이한 파장에서 재방출되는 분자에 의해 흡수 및/또는 분산되는 전자기 방사일 수 있다. 일례에서, 형광 검출은 본질적으로 형광 분자를 이용하여 수행될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 검출기 시스템(226)은 미세유체 흐름 채널 내의 입자와 전자기 방사 빔(227)의 교차에 의해 발생되는 신호를 캡쳐 및 관찰하는 하나 이상의 검출기 조립체를 구비할 수 있다. 비제한적인 예로서, 검출기 시스템(226)은 소멸 신호를 캡쳐하기 위한 하나 이상의 소멸 검출기 조립체(231), 분산기 신호를 캡쳐하기 위한 하나 이상의 분산기 검출기 조립체(233), 및 형광 신호를 캡쳐하기 위한 하나 이상의 형광 검출기 조립체(235)를 구비할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 검출기 시스템(226)은 적어도 하나의 소멸 검출기 조립체(231), 적어도 하나의 분산기 검출기 조립체(233), 및 적어도 하나의 형광 검출기 조립체(235)를 구비할 수 있다. 검출기 조립체(231, 233, 235)는 하나 이상의 광전자 배증관, 포토다이오드, 카메라 또는 다른 적절한 장치(들)를 구비할 수 있다.
소정의 관점에 의하면, 인터로게이션 시스템(110)은 입자의 인터로게이션과 관련된 신호를 수집, 지향, 전송, 쉐이핑, 포커싱, 필터링 등을 하기 위한 하나 이상의 광학 시스템(250)을 구비할 수 있다. 광학 시스템(250)은 인터로게이션 영역(114)에서 나와서 검출기 조립체(231, 233, 235)에 의해 수신되는 신호를 수집, 쉐이팅, 포커싱, 전송 등을 하는 하나 이상의 렌즈, 필터, 미러 및/또는 다른 광학 요소를 구비할 수 있다. 비제한적인 예로서, 복수의 광학 시스템(250)은 마이크로-렌즈 어레이(260)로서 제공될 수 있다. 광학적으로, 파이버 옵틱 또는 다른 파장-타입 광학 전송 요소(232, 234, 236)가 검출기 조립체에 신호를 지향시키도록 제공될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 단일 검출기 또는 검출기 조립체는 복수의 인터로게이션 사이트(예컨대, 각 미세유체 흐름 채널 내의 특정한 영역 및/또는 다수의 미세유체 흐름 채널을 가로지르는 인터로게이션 영역)와 관련될 수 있으므로, 복수의 인터로게이션 사이트 각각으로부터 신호를 (동시에, 순차적으로, 중첩하게, 비중첩하게 등) 수신할 수 있다. 검출기 조립체는, 검출기 조립체로부터 수신된 신호를 분석하고/하거나 입자 처리 시스템(100)의 하나 이상의 관점을 제어하는 전자장치(미도시)를 제어하도록 연결될 수 있다. 추가로, 미세유체 흐름 채널의 인터로게이션 사이트들 간, 검출기 조립체들 간, 여기 시스템들 간, 그리고/또는 조합된 광학 및 전자 시스템들 간의 혼선을 최소화하도록 설계된 신호 처리 시스템이 제공될 수 있다. 이러한 시스템의 예는 US2014/0370536호("Assemblies and Methods for Reducing Optical Crosstalk in Particle Processing Systems" (시리얼 2014년 3월 13일자로 출원된 14/210,366호))에서 알 수 있다.
언급한 바와 같이, 입자 처리 시스템(100)은 멀티-채널 미세유체 조립체(300)를 구비할 수 있다. 도 5에 도시한 실시예에서, 멀티-채널 미세유체 조립체(300)는, 예컨대 입자 또는 세포를 포함하는 유체 샘플을 이송하기 위한 복수의 미세유체 흐름 채널(330)을 구비할 수 있다. 멀티-채널 미세유체 조립체(300)는 복수의 입자 인터로게이션 사이트(314)를 포함하는 입자 인터로게이션 영역(114)을 구비하며, 각각의 입자 인터로게이션 사이트(314)는 미세유체 흐름 채널(330) 중 하나와 관련된다. 특정한 실시예에서, 미세유체 조립체(300)는 평행하게 배치된 24개의 미세유체 흐름 채널(330)을 구비한다.
일반적으로, 조립체(300)는, 조립체(300)를 통해 샘플 유체 및 입자를 운반하기 위한 임의의 적절한 개수의 미세유체 흐름 채널(330)을 구비할 수 있다. 또한, 미세유체 흐름 채널(330)의 평행한 배치 이외의 배치가 제공될 수 있다. 소정의 실시예에서 그리고 당업자에게 이해될 수 있는 바와 같이, 멀티-채널 미세유체 조립체(300)는 미세유체 칩, 마이크로 채널, 큐벳, 모세관 등의 조합으로서 제공될 수 있다.
소정의 실시예에 의해 도 5를 참조하면, 미세유체 조립체(300)는 미세유체 칩(320)으로서 구성될 수 있고, 기판(431)을 구비할 수 있으며, 그 기판(431)은 그 내에 배치 또는 형성된 복수의 채널(330)(예컨대, 마이크로 채널)을 갖는다. 미세유체 채널(330)은 액체 샘플에 대한 임의의 적절한 작업을 처리, 취급 및/또는 수행하기 위해 미세유체 칩(320)을 통해 유체 및/또는 입자를 운반하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 각 마이크로 채널(330)은 플로 사이토미터과 관련될 수 있다. 선택적으로, 각 마이크로 채널(330)은 마이크로-분류기일 수 있다.
채널(330) 내의 입자는 인터로게이션 영역(114)을 통해 흐르는 동안에 검출될 수 있다. 인터로게이션 영역(114) 내에서, 사이즈, 형태, 배향, 형광 강도 등의 특정한 특징을 위해 별개의 입자가 검사 또는 측정될 수 있다. 인터로게이션 영역(114)은 미세유체 칩(320)을 형성하는 기판(321)의 상부면(321a) 및/또는 하부면(321b)을 통해 조명될 수 있다.
복수의 채널(330)은 미세유체 칩(320)의 폭(W)을 가로질러 고르게 분포(즉, 고르게 이격)될 수 있다. 소정의 실시예에 의하면, 채널(330)들 간의 중심선 대 중심선 이격거리는 0.2 mm 내지 5.0 mm의 범위일 수 있다. 마이크로 채널(330)들 간의 중심선 대 중심선 이격거리는 4.0 mm 미만, 3.0 mm 미만, 또는 1.0 mm 미만일 수 있다. 소정의 실시예에 의하면, 마이크로 채널(330)들 간의 중심선 대 중심선 이격거리는 2.5 mm 내지 3.0 mm의 범위일 수 있다. 유리하게, 미세유체 칩(320)의 풋프린트를 최소화하기 위해, 마이크로 채널(330)들 간의 중심선 대 중심선 이격거리는 2.0 mm 미만, 1.5 mm 미만, 또는 1.0 mm 미만일 수 있다. 소정의 실시예에 의하면, 마이크로 채널(330)들 간의 중심선 대 중심선 이격거리는 0.7 mm 내지 1.2 mm의 범위일 수 있다.
도 5에 도시한 실시예에서, 미세유체 칩(320)은 24개의 미세유체 흐름 채널(330)을 구비하지만, 일반적으로 임의 개수의 흐름 채널(330)(예컨대, 비제한적인 예로서, 2, 4, 8, 24, 36, 72, 144 또는 288개의 채널)이 제공될 수 있다. 일부 실시에에 의하면, 미세유체 칩(320)이 24개의 미세유체 흐름 채널(330)을 가질 때, 미세유체 칩(320)은 70 mm 내지 80 mm 범위의 전체 폭(W)을 가질 수 있다.
기판(321)은 실질적으로 평면의 기판, 즉 다른 2개의 치수(예컨대, 길이(L) 및 폭(W))보다 훨씬 작은 제1 치수(예컨대, 두께(t))를 갖도록 제공될 수 있다. 또한, 미세유체 칩(320)의 기판(321)은 제1 및 제2 주요 평면, 즉 상부면(321a)과 하부면(321b)을 구비할 수 있다. 미세유체 칩(320)의 기판(321)은 하나 이상의 기판층(360)으로 형성될 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 기판(321)은 상부 기판층(362)을 하부 기판층(364)에 접착 또는 달리 부착함으로써 형성될 수 있다. 일반적으로, 이들 층을 전체적으로 또는 부분적으로 형성하는 임의 개수의 재료를 갖는 미세유체 칩(320)을 형성하는데 임의 개수의 층이 이용될 수 있다. 음향, 광학 및 전기 전송 특성을 위해, 기계적 특징을 위해 그리고 제조 및 형성 적합성을 위해 재료가 선택될 수 있다.
미세유체 칩(320)의 기판층(360)(층(362, 363, 364, 366)을 포함)은 유리(예컨대, UV 융합-실리카, 석영, 보로플로트(borofloat) 등), 폴리디메틸실록산(PDMS), PMMA, COC, 스티렌 TPE를 포함하는 열가소성 탄성중합체(TPE), 또는 임의의 다른 적절한 재료일 수 있다. 일부 관점에 의하면, 기판층의 적어도 일부는 음향 전송성, 즉 음향 비손실성일 수 있다. 양호한 음향 전송 특성을 갖는 재료는, 비제한적인 예로서, 실리콘, 유리, 압전 기판 등(즉, 비교적 높은 탄성계수를 갖는 재료)를 포함한다. 일반적으로, 낮은 탄성계수를 갖는 재료는 음향 감쇠 특성을 갖는다. 음향 신호의 전송을 감쇠 또는 감쇄하는 재료(즉, 음향적으로 손실 있는 재료)는 공기, 고무(천연 및 합성) 및 다른 탄성중합체 물질, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), PDMS 등을 포함할 수 있다. 추가로, 소정의 재료가 음향 반사기, 예컨대 다아아몬드층, 텅스텐층 또는 실리콘 혹은 유리 패터닝으로서 효율적으로 작용할 수 있다. 다른 관점에 의하면, 이는 하나의 재료층으로부터 다른 재료층으로 음향 에너지를 전송하는 인접한 재료의 음향 임피던스를 매칭시키는데 바람직할 수 있다. 이러한 임피던스 매칭은 음향 전송 손실을 최소화하는 것보다 더욱 중요할 수 있다. 이에 따라, 일반적으로, 음향 에너지를 전송 또는 지체하는 것과 관련된 각종 기판층, 덮개층 및 다른 요소를 위해 임의의 재료가 이용될 수 있다.
제1 기판층(362)의 두께는 대략 100 ㎛ 내지 대략 1000 ㎛ 범위일 수 있다. 소정의 바람직한 실시예에서, 기판층(362)의 두께는 대략 200 ㎛ 내지 대략 600 ㎛ 범위일 수 있다. 예컨대, 기판층(362)의 두께는 대략 400 ㎛일 수 있다. 다른 바람직한 실시예에서, 기판층(362)의 두께는 대략 500 ㎛ 내지 대략 900 ㎛ 범위일 수 있다. 비제한적인 예로서, 기판층(362)의 두께는 대략 700 ㎛ 내지 대략 750 ㎛ 범위일 수 있다. 소정의 실시예에서, 미세유체 칩(320)은 2개의 기판층(362, 364)만으로 형성될 수 있다. 일부 실시예에 의하면, 기판층의 적어도 일부는, 특히 미세유체 채널(330)의 입자 인터로게이션 영역(314) 내에서 광학적으로 전송될 수 있다. 일례로서, 미세유체 칩의 기판(들) 상에는 하나 이상의 마이크로-렌즈 또는 다른 온-칩 옵틱이 제공될 수 있다.
상세하게 후술된 바와 같이, 기판층(360)(또는 기판층의 일부) 중 하나 이상은 압전 물질(예컨대, 니오브산리튬(LiNbO3), 리튬탄탈레이트, 리드 지르코늄 티타네이트(LZT), 징크옥사이드(ZnO), 질화알루미늄, 폴리비닐리덴 플로라이드(PVdF) 또는 다른 불소 중합체 등의 중합체, 석영, 또는 다른 물질)일 수 있다.
도 5를 참조하면, 미세유체 칩(320)은 샘플 유체를 수용 및 처리하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 미세유체 칩(320)은 샘플 함유 입자(예컨대, 세포 등)가 처리를 위해 미세유체 칩(320) 내에 입력되는 입력 영역(324)을 구비할 수 있다. 샘플 유체는 미세유체 칩(320)의 상부면(321a)을 통해 복수의 샘플 입구 포트(310)를 거쳐 입력될 수 있다. 각각의 미세유체 흐름 채널(330)은 샘플 유체를 수용하도록 구성된 하나 이상의 샘플 입구 포트(310)와 유체 연통할 수 있다. 샘플 입구 포트(310)는 샘플 저장기, 매니폴드, 채널, 웰, 테스트 튜브 등(미도시)과 유체 연통할 수 있다.
또한, 미세유체 칩(320)은, 미세유체 칩(320)으로부터 처리된 샘플을 제거하기 위한 출력 영역(326)을 구비할 수 있다. 출력 영역(326)은 하나 이상의 채널부 또는 수집 영역(332, 334)으로부터 처리된 샘플을 수용하기 위해 미세유체 흐름 채널 각각과 관련된 하나 이상의 포트를 구비할 수 있다. 이들 영역(332, 334)은 유지 및/또는 폐기 저장기, 챔버, 매니폴드, 웰 등(미도시)과 유체 연통할 수 있거나 또는 이를 구비할 수 있다.
미세유체 흐름 채널(330)은 포커싱 유체(예컨대, 시스 유체)와, 코어 스트림 형성 기하학적 형상을 이용함으로써 샘플 유체를 유체역학적으로 포커싱하고 샘플 유체 내의 입자를 정렬하도록 구성될 수 있다. 코어 스트림 형성 기하학적 형상은 층류 흐름을 유지하고, 미세유체 채널 내의 유체를 포커싱하는 둘러싸는 시스를 갖는 샘플 유체의 코어 스트림의 흐름을 포커싱, 유선화, 감속 및/또는 가속하는데 이용될 수 있다. 이에 따라, 소정의 관점에 의하면, 입자 포커싱 시스템(132)(도 3 참조)은 흐름 채널(330)의 일부로서 제공된 포커싱 유체(예컨대, 시스 유체)와 유체역학적 흐름 특징부(355)에 대한 사용을 포함할 수 있다. 비제한적인 예로서, 일부 예시적인 유체역학적 포커싱 구성 및 특징부는, 예컨대 2014/0318645호("Hydrodynamic Focusing Apparatus and Methods" (2014년 3월 14일자로 출원된 시리얼 14/213,800호))에 개시되어 있으며, 그 내용은 본원에 참고로 편입된다. 이에 따라, 선택적으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 각각의 미세유체 흐름 채널(330)은 포커싱 유체를 수용하도록 구성된 하나 이상의 포커싱 유체 입구 포트(350a, 350b)와 유체 연통할 수 있다. 포커싱 유체 입구 포트(350a, 350b)는 시스 유체 저장기, 챔버, 매니폴드, 채널, 백, 보틀, 컨테이너 등(미도시)과 유체 연통할 수 있다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 관성 포커싱과 같은 다른 포커싱 방법이 유체역학적 포커싱 기술과 더불어 또는 그 대신에 이용될 수 있다. 또한, 당업자에게 공지된 바와 같이, 샘플 유체는 임의의 시스 또는 버퍼 유체 없이 공급될 수 있고, 분류 작업은 시스 없이 진행될 수 있다.
상술한 포커싱 기술에 추가적으로 또는 변형적으로, 소정의 실시예에 의하면, 복수의 미세유체 흐름 채널(330) 각각은 채널(330) 내에서 흐르는 입자를 비말 동반하기 위한 포커싱 메커니즘(400)을 구비할 수 있다. 포커싱 메커니즘(400)은 입자 포커싱 시스템(132)(도 3 참조)의 일부로서 제공될 수 있다. 소정의 관점에 의하면, 포커싱 메커니즘(400)은 표면 탄성파(SAW) 액추에이터 또는 발생 장치를 구비할 수 있다. 바람직한 실시예에서, SAW 포커싱 액추에이터는 교차-연결형 변환기(inter-digitated transducer: IDT)를 구비할 수 있다. 다른 SAW 발생 액추에이터가 이용될 수 있다. 포커싱 메커니즘(400)을 통한 포커싱은 시스 유체 없이 또는 시스 유체 존재 하에서 일어날 수 있다.
소정의 관점에 의하면, 복수의 미세유체 흐름 채널(330) 각각은 채널(330) 내에서 흐르는 입자를 각종 선택된 채널부 또는 수집 요소(332, 334)로 분류, 편향, 우회 및/또는 지향시키기 위한 스위치 메커니즘(500)을 구비할 수 있다. 스위치 메커니즘(500)은 입자 스위칭 시스템(134)(도 3 참조)의 일부로서 제공될 수 있다. 소정의 바람직한 실시예에서, 스위치 메커니즘(500)은 별개의 입자 대 입자 기반으로 입자를 분류할 수 있다. 소정의 관점에 의하면, 스위치 메커니즘(500)은 표면 탄성파(SAW) 액추에이터 또는 발생 장치를 구비할 수 있다. 바람직한 실시예에서, SAW 스위칭 액추에이터는 교차-연결형 변환기(IDT)를 구비할 수 있다. 다른 SAW 발생 액추에이터가 이용될 수 있다.
도 6a를 참조하면, 카트리지(220)가 입자 처리 공정을 위해 이용되는 유체 접촉면을 구비하는 예시적인 유체 시스템(120)이 개략적으로 도시된다(이중선). 소정의 실시예에 의하면, 카트리지(20) 내에 구비되는 유체 접촉면은 외부 환경으로부터 봉입 및 밀봉(또는 밀봉가능함)될 수 있다. 소정의 실시예에 의하면, 카트리지(220)는 입자 처리 작업을 위해 요구되는 모든 유체 접촉면을 봉입함으로써, 입자 처리 작업 동안에, 모든 유체 접촉면이 외부 환경으로부터 그리고 입자 처리 시스템(100)의 나머지 부분으로부터 격리되어 유체식으로 밀봉될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 완전히 봉입, 밀봉된 카트리지(220)는 입자 처리 시스템(100)의 나머지 부분으로의 제거가능한 결합(도 6a에서 화살표로 나타냄)을 위해 구성될 수 있다.
이에 따라, 소정의 실시예에 의하면, 카트리지(220)는 하나 이상의 샘플 유체 챔버(122)와 하나 이상의 시스 유체 챔버(121)를 구비할 수 있다. 이들 챔버(121, 122)는 외부 포트(121a, 122a) 각각을 통해 샘플 유체와 시스 유체와 함께 로딩될 수 있다. 또한, 카트리지(220)는 하나 이상의 입자 수집 또는 유지 챔버(126)와 하나 이상의 폐기 유체 챔버(127)를 구비할 수 있다. 이들 챔버(126, 127)로부터의 유체는 외부 포트(126a, 127a) 각각을 통해 추출될 수 있다. 모든 포트(121a, 122a, 126a, 127a) 중 일부는 입자 처리 작업 동안에 밀봉될 수 있다. 소정의 실시예에 의하면, 카트리지(220)는 시스 유체 챔버(124)를 구비하지 않을 수 있다. 또한, 소정의 실시예에 의하면, 카트리지(220)는 처리전 및/또는 처리후 요소, 구성요소, 챔버 및/또는 채널을 구비할 수 있다. 처리전 및/또는 처리후 요소는 벌크 선택 구성요소(비드 전처리), 어세이 챔버, 혼합 요소, 시약, 용해 솔루션 및/또는 세척 솔루션 저장 챔버, 혼합 챔버, 필터, 온도 제어 요소, 압력 제어 요소, 배양 챔버, 유전형질 처리 구성요소 등을 구비할 수 있다.
카트리지(220)는 본 개시내용의 관점에 따라 카트리지(220)의 유체 챔버에 작동가능하게 결합되어 유체 연통하는 미세유체 채널 조립체(124)(예컨대, 미세유체 칩)를 더 구비할 수 있다. 상술한 바와 같이, 미세유체 채널 조립체(124)는 미세유체 칩(320)으로서 제공될 수 있고, 하나 이상의 미세유체 채널(330)을 구비할 수 있다. (이해를 쉽게 하기 위해, 도 6a는 단일의 미세유체 채널(330)만을 도시한다.) 각각의 미세유체 채널(330)은 입자 포커싱 영역 또는 사이트(331), 입자 인터로게이션 영역 또는 사이트(314), 입자 스위칭 영역 또는 사이트(333)를 구비할 수 있다.
카트리지(220)는 입자 처리 시스템(100)의 나머지 부분에 작동가능하게 결합될 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 미세유체 채널(330)의 각 입자 포커싱 사이트(331)는 입자 처리 시스템(100)의 나머지 부분(즉, 도구) 상에 제공된 포커싱 메커니즘 구동기(431)와 작동가능하게 결합될 수 있는 입자 포커싱 메커니즘(400)을 구비할 수 있다. 하나 이상의 미세유체 채널(330)의 각 입자 인터로게이션 사이트(314)는 도구 상에 제공된 입자 인터로게이션 시스템(110)과 작동가능하게 결합될 수 있다. 하나 이상의 미세유체 채널(330)의 각 입자 스위칭 사이트(333)는 도구 상에 제공된 스위칭 메커니즘 구동기(533)와 작동가능하게 결합될 수 있는 스위치 메커니즘(500)을 구비할 수 있다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 입자 포커싱 사이트(331)는 입자 스위칭 사이트(333)의 적어도 부분적으로 상류에 있는 입자 포커싱 사이트(331)의 적어도 부분적으로 상류에 있다. 선택적인 실시예에서, 하나 이상의 입자 인터로게이션 사이트(314a)는 입자 스위칭 사이트(333)의 하류에 제공될 수 있다. 입자 인터로게이션 사이트(314a)는 채널(332)(예컨대, 폐기 채널), 채널(334)(예컨대, 유지 채널), 혹은 그 양자와 관련될 수 있다. 이러한 선택적인 인터로게이션 사이트(314a)는 분류 성능을 모니터링하는데 이용됨으로써, 포커싱, 검출 및/또는 스위칭 최적화 알고리즘의 적합성을 확인하고 그리고/또는 분류 알고리즘에 피드백을 제공할 수 있다. 도 6a에서, 선택적인 인터로게이션 사이트(314a)(점선)는 채널(334)과 관련된 것으로 도시된다. 도면을 복잡하지 않게 하도록 도시되지는 않지만, 입자 인터로게이션 사이트(314a)는 입자 인터로게이션 시스템(110)(또는 2차 입자 인터로게이션 시스템)과 작동가능하게 결합될 수 있고, 또한 제어 시스템(150)(도 3 참조)과 작동가능하게 결합될 수 있다.
소정의 바람직한 관점에 의하면, 포커싱 메커니즘(400)은 표면 탄성파(SAW) 액추에이터(410) 또는 발생 장치를 구비할 수 있다. 표면 탄성파 발생기(410)는 하나 이상의 IDT(412)를 구비할 수 있다. 일부 실시예에 의하면, 단일 IDT(412)가 제공될 수 있고, 포커싱 사이트(331)에서 미세유체 채널(330)의 기하학적 형상 및/또는 표면은 정재 간섭 패턴 또는 정재 표면 탄성파(SSAW)를 형성하기 위해 채널(330) 내의 음파를 반사하도록 구성될 수 있다. 변형적으로, 포커싱 사이트(331)에서 미세유체 채널(330)의 양측부 상에 한 쌍의 IDT(412a, 412b)가 제공될 수 있다. IDT(412a, 412b) 각각은 미세유체 채널(330)의 유체 내에 정재 간섭 패턴을 형성하도록 병합하는 대향하는 표면 탄성파를 발생시킬 수 있다. 예컨대, IDT(412a, 412b) 각각은 동일하고 대향된 표면 탄성파를 발생시킬 수 있다. 포커싱은 더 높은 압력의 영역으로부터 더 낮은 압력으로 이동하도록 미세유체 채널(330) 내의 입자에 가해지는 음향 방사력에 의존할 것이다.
소정의 바람직한 관점에 의하면, 스위치 메커니즘(500)은 표면 탄성파(SAW) 액추에이터(510) 또는 발생 장치를 구비할 수 있다. 표면 탄성파 발생기(510)는 하나 이상의 IDT(512)를 구비할 수 있다. 일부 실시예에 의하면, 스위칭 사이트(333)에서 미세유체 채널(33)에 인접하게 단일의 IDT(512)가 제공될 수 있다. IDT(512)는 미세유체 채널(330) 내에 이동형 또는 스트리밍 표면 탄성파(TSAW) 또는 압력 펄스를 발생시키도록 구성될 수 있다. 이러한 압력 펄스는 미세유체 채널(330)의 선택된 영역 내에 유체의 슬러그를 구동하는데 이용될 수 있다. 변형적으로, 스위칭 사이트(333)에서 미세유체 채널(330)의 양측부 상에는 한 쌍의 IDT(512a, 512b)가 제공될 수 있다. IDT(512a, 512b) 각각은 유체 내에 이동형 표면 탄성파 또는 압력 펄스를 독립적으로 발생시키도록 구성될 수 있다. 이에 따라, IDT(512a)는 미세유체 채널(330)의 제1 선택된 영역 내에 유체의 액적 또는 슬러그를 구동할 수 있고, IDT(512b)는 미세유체 채널(330)의 제2 선택된 영역 내에 유체의 액적을 구동할 수 있다. 스위칭은 입자가 매입되는 벌크 유체를 동작 또는 이동시키도록 SAW 여기(~140 MHz)를 위해 이용되는 고주파수에서 벌크 유체의 압축성에 의존할 수 있다.
도 6b는 (표면 탄성파(SAW) 액추에이터(410) 또는 발생 장치와, 하나 이상의 IDT(412)를 구비하는) 포커싱 메커니즘(400), 및/또는 (표면 탄성파(SAW) 액추에이터(510) 또는 발생 장치와, 하나 이상의 IDT(512)를 구비하는) 스위칭 메커니즘(500)이 (미세유체 칩(320) 또는 카트리지(220) 상에 제공된 것과는 대조적으로) 입자 처리 도구(100) 상에 제공되는 입자 처리 시스템을 개략적으로 도시한다. 미세유체 칩(320)(및 카트리지(220))는 입자 처리 작업 동안에 입자 처리 도구(100)에 그리고 포커싱 메커니즘(400) 및/또는 스위칭 메커니즘(500)에 작동가능하게 결합된 다음, 입자 처리 도구(100)로부터 그리고 포커싱 메커니즘(400) 및/또는 스위칭 메커니즘(500)으로부터 분리되어 제거될 수 있다.
도 7a는 입자 스위칭 사이트(333) 근방에서 미세유체 흐름 채널(330)의 일부에 대한 확대된 세부사항을 갖는 예시적인 미세유체 칩(320)의 일부를 개략적으로 도시한다. 미세유체 칩(320)은 미세유체 채널(330) 각각과 관련된 스위치 메커니즘(500)과 서로 평행하게 배치된 복수의 미세유체 채널(330)과 함께 도시된다. 예컨대, 미세유체 채널(330)과 스위치 메커니즘(500)의 평행한 어레이는 일련의 인접한 채널 및 표면 탄성파 액추에이터 또는 발생기(510)(예컨대, IDT(512))를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 일반적으로, 임의 개수의 미세유체 채널(330)이 제공될 수 있으며, 이는 평행하게 배치될 필요가 없다. 또한, 도 7a(및 이하의 다른 도면)에서, 미세유체 채널(330)의 입구 포트와 출구 포트는 단순화된 개략도에 도시되지 않는다. 당업자는 미세유체 채널(330)을 통해 흐르게 하도록 미세유체 칩(320)의 임의의 표면(상부, 하부, 단부, 측부) 상에 형성될 수 있음을 알 것이다.
스위치 메커니즘(500)은 기판층(360) 중 하나 상에 형성되어 스위칭 사이트(333)에 인접하게 위치된다. 특정한 실시예에서, 스위치 메커니즘(500)은 테이퍼진 IDT로서 도시되지만, 더 일반적으로 IDT(512)는 (예컨대, 비테이퍼형, 포커싱형, 처프형, 단일 방향성, 양방향성을 포함하는) 임의의 적절한 구성을 취할 수 있다. IDT(512)는 기판층(360) 중 하나 내에 표면 탄성파를 발생시키도록 구성되어, 흐름 채널(330)의 스위칭 영역(333) 내에서 흐름 내에 압력 펄스를 발생시킨다. 표면 탄성파는 IDT의 교차-연결형 핑거에 대해 횡방향으로 이동하므로, 특정한 실시예에서, 표면 탄성파는 미세유체 채널(330)의 흐름방향에 대체로 횡방향으로 이동한다. 또한, 스위칭 영역(333) 내에서 발생된 압력 펄스는 미세유체 채널(330)의 흐름방향에 대체로 횡방향으로 이동한다.
작동시에, 입자는 화살표(A) 방향으로 미세유체 채널(330)을 통해 흐른다. 스위칭 이벤트가 없을 때에는, 입자가 채널(332) 내로 흐른다. 스위칭 이벤트 동안에, IDT(512)는 기판층 중 하나 내에 표면 탄성파를 발생시키는 주기적으로 변하는 전기신호를 수신한다. 표면 탄성파가 미세유체 채널(330)에 도달하면, 채널(330) 내에 실질적으로 횡방향 압력 펄스를 발생시켜서, 그 압력 펄스에 의해 작용되는 입자가 횡방향으로 흘러 채널(334) 내로 이동하게 한다.
압력 펄스 감쇄 요소(336)는 기판층(360) 중 하나 상에 형성될 수 있고, IDT(512)에 대향된 미세유체 흐름 채널(330)의 측부 상의 스위칭 사이트(333)에 인접하게 위치될 수 있다. 예시적인 펄스 감쇄기는, 예컨대 2005년 4월 12일자로 등록된 미국특허 6,877,528호와, 2004년 10월 24일자로 등록된 미국특허 6,808,075호에 개시되어 있으며, 그 전체 내용은 본원에 참고로 편입된다. 압력 펄스 감쇄 요소(336)는 압력 펄스로 인해 미세유체 채널(330) 내로 흐르는 유체에 의해 받는 섭동을 최소화할 수 있다.
미세유체 칩(320)은 복수의 기판층(360)으로 형성될 수 있다. 도 7a는 상부(또는 제1) 기판층(362) 및 하부(또는 제2) 기판층(364)을 도시한다. 기판층(362, 364)은 서로 접착되고, 서로 용착되고, 서로 몰딩되고, 서로 오버몰딩되는 등이 될 수 있다. 기판층(360) 중 적어도 일부는 미세유체 채널을 형성하기 위한 임의의 적절한 재료로 형성될 수 있다. 예컨대, 기판층(362)은 유리, 금속, 중합체 등으로 형성될 수 있고, 미세유체 채널(330)은 그 내에 패터닝될 수 있다. 추가로, 기판층 중 어느 것은 하나 이상의 서브층(미도시)으로 형성될 수 있다. 기판층(264)은 기판층(362) 내에 형성된 채널 위로 스팬하는 실질적으로 평탄층으로서 형성되어, 채널(330)의 "덮개" 또는 벽을 형성할 수 있다(도 7b 단면 참조). 기판층(364)은 압전 물질로 형성될 수 있다. 소정의 실시에에 의하면, IDT(512)는 기판층(364) 상에 형성될 수 있다. IDT(512)가 여기 또는 동작되면, 미세유체 채널(330)을 향해 이동하는 표면파가 발생될 수 있다. 표면 탄성파의 에너지 중 일부는 그 내에 적어도 부분적으로 형성된 미세유체 채널(330)을 갖는 기판층(364) 상에 형성될 수 있다(도 7c 단면 참조). 이러한 실시예는 표면 탄성파의 에너지를 미세유체 채널(330) 내에서 흐름 내에 형성된 압력 펄스로 전환하기 위한 효과적인 메커니즘을 제공할 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, IDT(512)는 압전 기판(364) 상에, 예컨대 도 7b 및 7c에 도시한 바와 같이 기판층(362)에 면하는 압전 기판(364)의 표면 상에 형성 또는 패터닝될 수 있다. 도시한 바와 같이, IDT(512)는 미세유체 채널(330) 내의 유체와 직접 접촉하는 압전 기판(364)의 표면 상에 형성 또는 패터닝될 수 있다. 기판층(362)의 대향 표면은 IDT(512) 근방에서 절결되어, IDT(512)와 접촉하지 않고 표면 탄성파의 형성을 방해하지 않을 수 있다. 또한, 일부 실시예에 의하면, IDT와 채널(330) 내의 유체 사이의 미세유체 채널(330)의 도 7b에 도시한 바와 같은 벽두께(tw)는 표면 탄성파가 이러한 두께를 가로질러 이동할 때 손실되는 음향 에너지량을 감소시키도록 최소화될 수 있다.
다른 실시예에 의하면 그리고 도 7d의 단면을 참조하면, IDT(512)는 기판(364), 예컨대 실리콘 기판 상에 부착된 압전 박막(365) 상에 형성 또는 패터닝될 수 있다. 예컨대, 5 ㎛ 미만의 두께를 갖는 산화아연, 질화알루미늄 등의 압전 박막(365)은 종래의 더 두꺼운 기판(364) 상에 형성될 수 있다. IDT(512)는 박막(365) 상에 형성될 수 있고, IDT(512)의 동작 시에, 박막(365)을 따라 이동하는 표면 탄성파가 발생될 수 있다. 2 ㎛ 미만의 두께를 갖는 박막이 바람직할 수 있다. 일례로서, 음향 파장과 대략 동일한 두께를 갖는 박막이 바람직할 수 있다. 표면 탄성파를 관련된 미세유체 채널(330)에 전달하지만, 임의의 다른 채널에는 전달하지 않도록 박막(365)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 도 7d에 도시한 바와 같이, 박막(365)은 실질적으로 미세유체 채널(330)의 폭에서 실질적으로 중지하여 그 이상으로 연장되지 않을 수 있다.
도 7a-7d에 개시된 실시예 각각에서, IDT(512)가 형성되는 압전 물질은 미세유체 채널(330) 내의 유체와 직접 접촉할 수 있다.
도 8a는 스위칭 메커니즘(500) 근방에서 미세유체 흐름 채널(330)의 일부에 대한 확대된 세부사항을 갖는 예시적인 미세유체 칩(320)의 일부를 개략적으로 도시한다. 2개의 기판층(362, 363) 내에는 봉입된 채널(330)이 형성된다. 도 8b의 단면에 도시된 바와 같이, 채널(330)은 단일의 기판층(362) 내에 형성될 수 있고, 제2 얇은 기판층(363)은 봉입된 채널(330)을 형성하도록 커버층으로서 이용될 수 있다. 변형적으로, 도 8c의 단면에 도시된 바와 같이, 채널 특징부는 기판층(362, 363) 양자 내에 패터닝된 다음, 봉입된 채널(330)을 형성하도록 정렬 및 접착될 수 있다. 도 8b 및 8c에 도시한 바와 같이, IDT(512)는 별개의 압전 기판(364) 상에 패터닝 또는 형성될 수 있어, 봉입된 채널(330)의 커버층(363)에 일시적으로 또는 영구적으로 접착될 수 있다. 도 8b에서, IDT(512) 근방에서, 기판층(363)의 대향면이 절결됨으로써, IDT(512)와 접촉하지 않고 표면 탄성파의 형성을 방해하지 않을 수 있다. 변형적으로, 도 8c에 도시한 바와 같이, IDT(512)는 기판층(363)의 대향면과 직접 접촉함으로써, 표면 탄성파를 기판(363) 내에 전달할 수 있다. 이러한 실시예에서, 기판(363)은 실리콘 유지와 같은 음향적으로 전송가능한 재료일 수 있다. 2 ㎛ 미만 또는 1 ㎛ 미만의 두께를 갖는 기판(363)이 바람직할 수 있다. 일례로서, 음향 파장과 대략 동일한 두께를 갖는 박막이 바람직할 수 있다. 또한, IDT(512)는 기판(363)의 표면에 대해 프레스 또는 프리-로딩될 수 있다.
변형적으로, 도 8d에 도시한 바와 같이, IDT(512)는 커플링제(267)를 통해 채널(330)의 커버 기판(363)을 간접적으로 접촉할 수 있는 압전 기판(364) 상에 패터닝될 수 있다. 커플링제(367)는 (도 8d에 도시한 바와 같이) 기판(362, 364)의 대향면들 사이의 전체 공통 영역 위로 또는 기판(362, 364)의 대향면들 사이의 제한된 영역 위로 연장될 수 있다. 커플링제(367)는 중간 액체, 겔, 고형 중합체, 에폭시 또는 다른 음향적으로 전달가능한 층으로서 형성될 수 있다.
도 8a-8d에 개시된 실시예 각각에서, IDT(512)가 형성되는 압전 물질(364)은 미세유체 채널(330) 내의 유체와 간접 접촉한다. 비교적 얇은 기판층(363) 또는 커플링제(367)는 IDT(512)가 형성되는 압전 물질(364)과 채널(330) 내의 유체 사이에 개재된다.
단일의 미세유체 칩(320)이 복수의 미세유체 채널(330)을 구비하고, 각 채널(300)이 스위칭 메커니즘(500)과 관련되면, 인접한 채널들 간의 혼성이 문제가 될 수 있다. 소정의 실시예에 의하면, 채널(330)들 사이의 표면 탄성파의 혼선을 회피하기 위해, 채널은 임의의 음파가 인접한 채널에 충격하거나 도달하기 전에 분산하도록 충분히 이격될 수 있다.
다른 실시예에 의하면, 채널(330)들 사이의 혼선을 완화하는데 특정한 감쇠 요소(530)가 이용될 수 있다. 예컨대, 도 9a는 스위치 메커니즘(500) 근방에서 3개의 미세유체 흐름 채널(330)을 갖는 예시적인 미세유체 칩(320)의 일부를 개략적으로 도시한다. 도 9a는 채널(330)들 사이의 혼선을 감소시키는 동안에 미세유체 채널(330)의 더 견고하게 팩킹된 어레이를 성취하도록 구성된 음향 아이솔레이터 또는 음향 감쇠 요소(530a)에 대한 제1 실시예를 도시한다. 특히, (파우더-블라스팅, 에칭, 드릴링, 레이저-패터닝, 스탬핑, 몰딩 등에 의해) 기판(360)의 모든 층을 통해 에어-갭 또는 구멍(530a)이 형성될 수 있다.
도 9b는 음향 아이솔레이터(530b)의 제2 실시예를 갖는 스위치 메커니즘(500) 근방에서 3개의 미세유체 흐름 채널(330)을 갖는 또 다른 예시적인 미세유체 칩(320)의 일부를 개략적으로 도시한다. 특히, 인접한 채널로부터의 진동의 전달을 감소 또는 제거하도록 하나 이상의 채널-포함 기판층(362, 364) 또는 커버층 내에는 포켓 또는 중공부(530b)가 형성될 수 있다. 또한, 포켓(530b)은 동일한 목적을 위해 압전 기판 내에 형성될 수 있다. 포켓(530b)은 공기 또는 음향적으로 손실있는 재료를 포함할 수 있다. 유체 압력은 고압(대기압 이상) 또는 저압(대기압 이사, 예컨대 진공 근방)에서 주입되도록 변경될 수 있다. 또한, 소정의 실시예는 포켓(530b) 내에 유체를 주입하기 위한 2차 채널을 구비할 수 있다.
도 10은 스위치 메커니즘(500) 근방에서 3개의 부분적인 미세유체 흐름 채널(330)을 도시하는 예시적인 미세유체 칩(320)의 일부를 개략적으로 도시하며, 채널(330)들 사이의 혼선을 최소화 또는 제거하기 위한 제3 실시예를 도시한다. 공간적으로 분리된 기판(372)의 어레이를 구성하는 액추에이터 블록(370)이 조립될 수 있으며, 각각은 단일의 IDT(512)를 형성한다. 공간적으로 분리된 기판은 압전 물질일 수 있다. 액추에이터 블록 조립체(370)는 미세유체 칩(320)로의 IDT 및/또는 압전 기판(372)의 직접 접촉을 통해 또는 PDMS 또는 오일층과 같은 중간 커플링 물질을 통해 밀봉된 미세유체 칩(320)에 표면 탄성파를 전달할 수 있다. 액추에이터 블록 조립체(370)는 미세유체 칩(320)에 제거가능하게 작동식으로 결합 또는 커플링릴 수 있다. 미세유체 칩(320)은 일회용일 수 있다. 이에 따라, 소정의 실시예에 의하면, 단일의 재사용가능한 액추에이터 블록 조립체(370)가 복수의 일회용 칩(320)에 작동가능하게 결합된 다음, 그로부터 분리될 수 있다. 예컨대, 단일의 액추에이터 블록 조립체(370)는 다수의 일회용 칩(320) 내의 입자를 순차적으로 편향시키는데 이용될 수 있다.
도 11a는 스위치 메커니즘(500) 근방에서 부분적인 미세유체 흐름 채널(330)을 도시하는 예시적인 미세유체 칩(320)의 일부를 개략적으로 도시하며, 스위치 메커니즘(500)에 대한 또 다른 관점을 도시한다. 압전 기판 상에 부착된 IDT에 의해 생성되는 표면 탄성파의 주파수는 (음속/(2*IDT 핑거 이격거리))에 비례한다. 이러한 이유로, IDT는 표면 탄성파가 발생되는 좁은 위치 또는 어퍼쳐(구동신호 주파수에 대응하는 IDT 이격거리를 갖는 위치)를 형성하도록 테이퍼질 수 있다. 이에 따라, IDT가 제1 주기적으로 변하는 주파수(f1)에서 구동되면, IDT의 제1 부분만이 표면 탄성파(S1)를 발생시킨다. IDT가 제2 주기적으로 변하는 주파수(f2)에서 구동되면, IDT의 제2 부분만이 표면 탄성파(S2)를 발생시킨다. IDT가 제3 주기적으로 변하는 주파수(f3)에서 구동되면, IDT의 제3 부분만이 표면 탄성파(S3)를 발생시킨다.
입자가 IDT의 길이를 가로질러 이동함에 따라, 구동 주파수는 입자와 함께 "이동"하는 종방향 위치 또는 스테이션에서 표면 탄성파가 순차적으로 발생되도록 조절될 수 있다. 도 11a에 도시한 바와 같이, 입자가 시간(t1)에서 채널(330) 아래로 이동함에 따라, 입자는 표면 탄성파(S1)에 의해 작용되어 IDT(512)로부터 멀어지게 편향 또는 푸시된다. 입자가 시간(t2)에서 채널(330) 아래로 계속하여 이동함에 따라, 입자는 표면 탄성파(S2)에 의해 작용되어 IDT(512)로부터 멀어지게 다시 편향 또는 푸시된다. 입자가 시간(t3)에서 채널(330) 아래로 더욱 더 이동함에 따라, 입자는 표면 탄성파(S3)에 의해 작용되어 IDT(512)로부터 더욱 멀어지게 편향 또는 푸시된다. 이러한 방식에서, 입자는 스테이지 또는 단계에서 채널(334) 내로 편향될 수 있다. 구동 주파수는 예상된 평균 속도에 근거하여 사전결정된 형상 또는 특성을 가질 수 있거나, 또는 측정된 입자 속도에 근거하여 입자 대 입자 기반하여 맞춰지거나 조절될 수 있다.
선택적으로, 도 11a에 도시한 바와 같이 단일의 테이퍼진 IDT(512)를 이용하기보다는, 도 11b에 도시한 바와 같이 일련의 별개의 IDT(512', 512", 512"')가 채널(330)의 길이를 따라 위치되어 일련의 상대적으로 적은 도즈에서 단일의 입자에 목표된 편향을 제공할 수 있다. 이러한 별개의 IDT는 테이퍼 또는 비테이퍼, 포커싱, 쳐프, 조정가능할 수 있고, 동일한 표면 탄성파, 또는 변형적으로 상이한 음향 파장을 갖는 파형을 발생시키도록 구성될 수 있다. IDT(512', 512", 512"') 각각은 동일한 또는 상이한 음향 어퍼쳐 폭, 즉 발생된 표면 탄성파의 폭을 갖는 표면 탄성파를 발생시킬 수 있다. 또한, IDT(512')는 채널(330)의 스위칭 영역에서 발생된 표면 탄성파(S1)가 IDT(512")의 발생된 표면 탄성파(S2)와 교차하도록 경사질 수 있다. 임의 개수의 IDT가 시리즈로 제공될 수 있다. IDT(512', 512", 512"')의 시리즈는 직렬로 또는 병렬로 전기적으로 체인될 수 있거나 구동 신호를 독립적으로 공급받을 수 있다.
도 11a는 음향 아이솔레이터(530c)의 또 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 압력 펄스 감쇄기(336)는 음향 아이솔레이터(530c)로서 작용할 수 있다. 또한, 하나 이상의 압력 펄스 감쇄기(336) 또는 음향 아이솔레이터(530c)가 제공될 수 있다. 도 11b는 소정의 실시예에 따라 압력 펄스 감쇄기가 제거될 수 있음을 도시한다.
도 12는 스위치로서 기능하는 IDT(512) 근방에서 2개의 부분적인 미세유체 흐름 채널(330)을 도시하는 예시적인 미세유체 칩(320)의 일부를 개략적으로 도시한다. 도 12는 인접한 채널(330)들 간의 혼선을 완화하기 위한 또 다른 구성을 도시한다. 특히, IDT(512)는 미세유체 채널(330)의 종축에 대해 각도를 이루거나 또는 회전될 수 있다. 각을 이룬 IDT에 의해 발생되는 표면 탄성파는 인접한 채널에 직각으로 돌출하지 않는다. 또한, 특정한 구성에 도시한 바와 같이, IDT는 스위칭된 입자를 수용하는 채널(334)과 정렬되어 채널(334) 아래로 이동할 수 있는 표면 탄성파를 발생시킬 수 있다. 또한, IDT 여기 주파수 프로파일은 표면 탄성파가 입자와 이동하는 위치에서 발생될 수 있도록 맞춰질 수 있다. 압력 펄스 감쇄기(336)는 상부 채널(330)과 함께 도시한 각각의 스위치 메커니즘을 구비할 수 있다. 변형적으로, 표면 탄성파에 의해 발생되는 압력 펄스가 채널(334)의 길이 아래로 지향될 수 있다면, 압력 펄스 감쇄기는 하부 채널(330)과 함께 도시된 바와 같이 공급받지 않을 수 있다.
도 13a는 스위칭 메커니즘(500) 근방에서 3개의 부분적인 미세유체 흐름 채널(330)을 도시하는 예시적인 미세유체 칩(320)의 일부를 개략적으로 도시하며, 도시한 스위칭 메커니즘(500) 근방에서 미세유체 흐름 채널(330)의 일부에 대한 확대된 세부사항을 도시한다. 이러한 방식에서, 미세유체 채널(330)이 서로 평행하게 배열되지만, 별개의 채널(330)의 구성 또는 레이아웃은 도 7a의 IDT 배향에 실질적으로 수직인 IDT 배향을 수용하도록 변경될 수 있다. 도 13a에 도시한 바와 같이, 각 채널(330)이 굴곡부(337)를 구비함으로써, 스위칭 영역에서 채널(330) 내의 유체는 (인접한 채널에 평행하게 흐르는 것과는 대조적으로) 인접한 채널(330)을 향해(또는 그로부터 멀어지게) 대체로 흐를 수 있다. 이는 IDT(512)가 굴곡부(337)에 나란히 평행하게 위치설정되게 하고, 인접한 채널(330)에 대체로 평행한 방향으로 발생된 표면 탄성파(S)를 지향시키게 한다. 즉, 미세유체 채널(330)의 하나 이상의 부분의 흐름방향, 특히 스위칭 영역에서의 흐름방향은 IDT(512)에 의해 발생된 SAW(S)가 인접한 채널(330)을 향해 지향되지 않도록 배향될 수 있다. 도 13a에서, 압력 펄스 감쇄 요소(336)는 IDT(512)에 대향되게 위치된다. 도 13b에서, 선택된 스위칭된 입자를 수용하는 채널(334)은 IDT(512)에 대향되게 위치된다.
도 14a는 스위칭 메커니즘(500) 근방에서 3개의 부분적인 미세유체 흐름 채널(330)을 도시하는 예시적인 미세유체 칩(320)의 일부를 개략적으로 도시한다. 이러한 실시예는 단일의 IDT(512)가 몇 개의 채널(330)을 가로질러 스팬하고, 채널(330) 내에서 흐르는 입자를 편향하도록 표면 탄성파(S1, S2, S3)를 동시에 및/또는 순차적으로 발생시키도록 구성될 수 있다. 도 11의 실시예와 마찬가지로, 압전 기판 상에 부착되는 IDT(512)에 의해 생성되는 표면 탄성파(S1, S2, S3 등)의 주파수(f1, f2, f3 등)는 (음속/(2*IDT 핑거 이격거리))에 비례한다. 이러한 이유로, IDT는 표면 탄성파가 발생되는 좁은 위치(또는 발생 윈도우)를 형성하도록 테이퍼질 수 있다. 이에 따라, 단일의 테이퍼진 IDT(512)는 스위칭을 위해 선택되는 특정의 채널(330) 근방에서 IDT(512)의 핑거 이격거리와 관련된 주파수(f1, f2, f3 등)에서 구동될 수 있다. 채널(330)은 고유의 IDT 이격거리에 대응하는 고유의 주파수(f1, f2, f3 등)에 의해 각 채널(330)이 동작되도록 IDT(512)에 대해 구성될 수 있다. 따라서, 각 스위치는 고유의 구동 주파수에 의해 별개로 어드레스가능하다. 다수의 채널을 가로질러 동시의 동작이 요구되면, 동작이 요구되는 각 채널에 대응하는 주파수와 사인파를 합함으로써 형성된 파일 수 있다. 경시적으로 구동신호 주파수를 변경함으로써 순차적인 동작이 성취될 수 있다.
도 14a에서와 같이, 도 14b는 특정한 채널(330)과 관련된 IDT(512)의 핑거 이격거리에 대응하는 주파수(f1, f2, f3 등)에서 각각 구동되는 다수의 표면 탄성파(S1, S2, S3)를 발생시키도록 단일의 IDT(512)를 사용하는 것을 도시한다. 도 14a에서, 압력 펄스 감쇄 요소(336)는 IDT(512)에 대향되게 위치된다. 도 14b에서, 선택된 스위칭된 입자를 수용하는 채널(334)은 IDT(512)에 대향되게 위치된다.
도 15는 스위칭 메커니즘(500) 근방에서 3개의 부분적인 미세유체 흐름 채널(330)을 도시하는 예시적인 미세유체 칩(320)의 일부를 개략적으로 도시한다. 이러한 실시예는 하나의 채널의 IDT(512)와 인접한 채널(330) 사이에 분산형 요소(532)를 배치함으로써 격리 요소(530)가 제공된다. 분산형 요소(532)는 분산 물질을 구비할 수 있고, 별개의 IDT(512)에 의해 발생되는 임의의 표면 탄성파에 의해 충격받는 영역을 제한하기 위해 미세유체 칩(320)의 표면에 영구적으로 또는 일시적으로 접착될 수 있다. 이러한 분산형 요소(532)는 평행한 분류기의 어레이뿐만 아니라, 단일의 분류 교차점에 적용될 수 있다.
도 16a는 스위칭 메커니즘(500) 근방에서 부분적인 미세유체 흐름 채널(330)을 도시하는 예시적인 미세유체 칩(320)의 일부를 개략적으로 도시한다. 압전 액추에이터 또는 또 다른 IDT(516)와 같은 2차 액티브 요소는 작동하는 IDT(512)로부터 가로질러 위치설정될 수 있다. 2차 액티브 요소(516)는 동작하는 IDT(512)에 의해 발생되는 임의의 표면 탄성파에 의해 충격받는 영역을 제한하는 "노이즈-제거(noise-cancelling)" 진동(또는 섭동-완화 압력파)를 생성하는데 이용될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 2차 액티브 요소(516)는 미세유체 흐름 채널(330) 내에 층류를 유지(또는 난류를 감소)하거나 또는 미세유체 흐름 채널(330)의 길이를 따라 이동하는 압력파를 완화하는데 이용될 수 있다. 선택적으로, 2차 액티브 요소(516)는 동작하는 IDT(512)가 입자의 포커싱된 스트림 외부로 입자를 시프팅한 후에 채널(330)을 한 번에 도달하는 노이즈-제거 또는 섭동-완화 압력파를 생성하도록 제어될 수 있다. IDT(516)에 의해 발생되는 표면 탄성파의 주파수 및/또는 진폭은 IDT(512)에 의해 발생되는 표면 탄성파의 주파수 및/또는 진폭과 동일할 필요는 없다. 또한, 표면 탄성파의 폭(즉, 음향 어퍼쳐 폭) 및/또는 IDT(516)의 미세유체 흐름 채널(330) 내의 흐름과 표면 탄성파의 교차점의 영역은 IDT(512)에 의해 발생되는 표면 탄성파와 동일한 폭/영역과 일치할 필요는 없다. 예컨대, IDT(516)에 발생되는 표면 탄성파의 어퍼쳐 폭은 IDT(512)의 어퍼처 폭보다 좁거나 더 넓을 수 있다. 또 다른 비제한적인 예로서, IDT(516)의 표면 탄성파는 IDT(512)의 표면 탄성파가 지향되는 미세유체 흐름 채널(330)의 일부의 적어도 부분적으로 상류에 있는 미세유체 흐름 채널(330)의 일부에 지향될 수 있다. 노이즈-제거 요소 쌍은 단일의 분류 교차점뿐만 아니라, 평행한 분류기의 어레이에 적용될 수 있다. IDT(516)는 테이퍼형, 비테이퍼형, 포커싱형, 처프형, 조정가능형 등일 수 있다.
도 16b는 스위칭 메커니즘(500) 근방에서 부분적인 미세유체 흐름 채널(330)을 도시하는 예시적인 미세유체 칩(320)의 일부를 개략적으로 도시한다. IDT(512b)와 같은 2차 액티브 요소는 동작하는 IDT(516)로부터 채널을 가로질러 위치설정될 수 있다. IDT(512b)는 노이즈-제거 요소, 섭동-완화 요소 및/또는 동작 요소로서 기능할 수 있다. 이에 따라, 스위칭 이벤트가 없을 때에는, 입자가 채널(332) 내로 흐른다. 제1 스위칭 이벤트 동안에, IDT(512a)는 채널(330) 내의 유체 내에 압력 펄스를 발생시켜 그 압력 펄스에 의해 작용되는 입자가 횡방향으로 흘러서 채널(334a) 내로 이동하게 할 수 있다. 제2 스위칭 이벤트 동안에, IDT(512b)는 채널(330) 내의 유체 내에 압력 펄스를 발생시켜 그 압력 펄스에 의해 작용되는 입자가 횡방향으로 흘러서 채널(334b) 내로 이동하게 할 수 있다. 선택적으로, IDT(512a)가 동작 요소로서 기능하고 있다면, IDT(512b)는 도 16a(및 그 반대)에 대해 상술한 바와 같이 "노이즈-제거" 진동(또는 섭동-완화 압력파)을 생성하는데 이용될 수 있다.
도 16c는 스위칭 메커니즘(500) 근방에서 부분적인 미세유체 흐름 채널(330)을 도시하는 예시적인 미세유체 칩(320)의 일부를 개략적으로 도시한다. 한 쌍의 IDT(562a, 562b)는 흐름 채널(330)의 양측부 상에 위치설정될 수 있다. 이러한 실시예는 입자의 구분된 스트림을 스위칭 영역 하류의 채널 내로 지향시키도록 정재 표면 탄성파(SSAW) 또는 이동형 정재 표면 탄성파(TSSAW)를 이용한다. IDT(562a, 562b) 각각은 미세유체 채널(330)의 유채 네에 정재 간섭 패턴을 형성하도록 병합하는 대향하는 표면 탄성파를 발생시킬 수 있다. 예컨대, IDT(562a, 562b) 각각은 동일하고 대향된 표면 탄성파를 발생시킬 수 있다. 스위칭은 더 높은 압력의 영역으로부터 더 낮은 압력으로 입자를 이동시키도록 미세유체 채널(330) 내의 입자에 가해지는 음향 방사력에 의존할 수 있다. 특히, IDT(562a, 562b)의 쌍은 채널 내의 복수의 압력 노드 및 파복을 형성하는 SSAW를 발생시켜, 채널의 길이를 따라 흐를 때의 입자를 복수의 노드 및 파복과 정렬되는 복수의 입자 스트림으로 나눌 수 있다. 입자는 그 용적, 밀도, 압축성 또는 다른 음향 대조 인자에 근거하여 구분될 수 있다. 입자 분리 스테이지의 하류에서, 입자의 각종 구분된 스트림은 스트림과 정렬된 다수의 수집 출구(332, 334a, 334b) 내로 흐를 수 있다. 변형 실시예에 의하면, 단일의 IDT(562)는 각 미세유체 채널(330)을 위해 제공될 수 있고, 스위칭 영역에서 미세유체 채널(330)의 기하학적 형상 및/또는 표면은 (선택적으로, 이동형 정재 표면 탄성파(TSSAW)를 포함하는) 정재 간섭 패턴을 형성하기 위해 채널(330) 내의 음파를 반사하도록 구성될 수 있다.
도 17a는 미세유체 흐름 채널(330)을 갖는 예시적인 미세유체 칩(320)의 일부를 개략적으로 도시하며, 음향 아이솔레이터(530)의 일 실시예를 도시한다. 도 17b는 미세유체 흐름 채널(330)을 갖는 예시적인 미세유체 칩(320)의 일부를 개략적으로 도시하며, 음향 아이솔레이터(530)의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 17a 및 17b에서, 음향 아이솔레이터(530)는 반사형 요소 또는 음향 반사기(534)로서 작용할 수 있다. 또한, 표면 탄성파는 스위칭 영역(500)의 상류에 대체로 위치된 포커싱 영역(400)에서 채널(330)의 중심선을 따라 입자를 포커싱하는데 이용될 수 있다. IDT(512)가 채널(330)의 일측부 상에 표면 탄성파를 발생시키는데 이용될 수 있는 한편, 채널(330)의 타측부 상에 위치설정된 반사형 요소(534a)는 대향하는 방향으로 이러한 파를 지향시키는데 이용될 수 있다. 도 17b에서, 대안적인 구성에서, 대향하는 반사형 요소(534a)는 채널(330)의 벽 내에 직접 내장될 수 있다. 일부 실시예에 의하면, 발생된 SAW 및 반사된 SAW가 미세유체 채널(330) 내에서 서로 간섭되어, 정재 압력 노드(또는 파복)가 유체 내에 형성될 수 있다. 입자는 이들 노드를 따라 모일(즉, 포커싱될) 있다. 포커싱된 입자 스트림은 채널(330) 중심선을 따라 평형 위치에 유지될 수 있다. 대향하는 IDT(512) 및 반사형 요소(534)의 유사한 구성은 입자의 3-차원 포커싱을 생성하도록 다수의 축을 따라 이용될 수 있다. 도 17a 및 17b가 테이퍼진 IDT(512)를 도시하지만, 예컨대 비테이퍼형, 포커싱형, 처프형, 단일 방향성, 단차형, 체인형 등의 다른 적절한 IDT 구성이 이용될 수 있다.
소정의 관점에 의하면 그리고 도 18a 내지 도 24를 참조하면, 스위치 메커니즘(500)과, 상기 스위치 메커니즘(500)에 작동가능하게 결합될 수 있는 별개로 형성된 미세유체 칩(320)을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 스위치 메커니즘(500)은 입자 처리 도구(620)(이들 도면에 개략적으로 도시됨)의 일부로서 제공될 수 있다. 일 옵션으로서, 미세유체 칩(320)은 도구(620) 상에 제공된 스위치 메커니즘(500)과 제거가능하게 작동가능하게 결합될 수 있다. 미세유체 칩(320)은 도구(620) 내에 삽입되거나 또는 달리 스위치 메커니즘(500)에 작동가능하게 결합될 수 있고, 입자 처리 작업이 수행될 수 있고, 그 다음 미세유체 칩(320)은 도구(620)로부터 제거될 수 있다. 사용된 미세유체 칩(320)이 처분될 수 있고, 새로운 미세유체 칩(320)이 도구(620) 내에 삽입되거나 또는 달리 후속적인 입자 처리 작업을 위해 스위치 메커니즘(500)에 작동가능하게 결합될 수 있다. 이들 도면에서, 평면도(a)는 채널(330) 내에 불투명한 유체와, 투명한 미세유체 칩(320)을 통해 보이는 표면 탄성파 발생기 조립체(505)의 소정의 특징부를 갖는 투명 요소로서 미세유체 칩(320)을 도시한다. 이들 도면에 제공된 측면도(b)는 평면도(a)의 단면(B-B)을 통해 취해진다.
소정의 실시예에 의하면, 입자 처리 시스템은 표면 탄성파를 수용하고, 선택된 입자를 선택된 브랜치 채널 내로 지향 또는 편향시키는 한편, 표면파 발생기 조립체(505)를 칩 밖에 제공하도록 표면 탄성파에 의해 형성된 압력 펄스를 이용하도록 구성된 하나 이상의 채널(330)을 갖는 미세유체 칩(320)을 구비할 수 있다. 즉, 스위치 메커니즘(500)은 미세유체 칩(320)으로부터 분리되게 형성될 수 있고, 도구(620)와 관련되어 그 일부로서 제공될 수 있는 표면 탄성파 발생기 조립체(505)를 구비할 수 있다. 일 옵션으로서, 미세유체 칩(320)은 도구(620) 상의 표면 탄성파 발생기 조립체(505)와 제거가능하게 작동식으로 결합될 수 있다. 미세유체 칩(320)은 입자 처리 작업 후에 제거되어 처분될 수 있고, 또 다른 미세유체 칩(320)은 도구(620) 내에 삽입되거나 또는 달리 후속적인 입자 처리 작업을 위해 표면 탄성파 발생기 조립체(505)에 작동가능하게 결합될 수 있다. 입자 처리 작업 동안에, 미세유체 칩(320)은 음향 에너지의 전달을 촉진시키도록 표면파 발생기 조립체(505)에 대해 클램핑되거나 또는 탄성적으로 프리-로딩될 수 있다.
도 18a는 도구(620) 상의 표면 탄성파 발생기 조립체(505)와 제거가능하게 작동식으로 결합될 수 있는 미세유체 칩(320)의 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 표면파 발생기 조립체(505)는 하나 이상의 표면 탄성파 발생기(510)를 구비한다. 특정한 실시예에서, 표면 탄성파 발생기 조립체(505)는 복수의 주파수(f1, f2, f3, f4 등)에서 표면 탄성파를 발생시키기 위한 단일의 테이퍼진 IDT(512)를 구비하며, 소정의 주파수는 소정의 미세유체 채널(330)과 관련된다. IDT(512)는 도구(620)의 표면 탄성파 발생기 조립체(505)의 일부로서 구비되는 압전 물질층(610)의 표면 상에 형성된다. 특정한 실시예에서, IDT(512)는 복수의 표면 탄성파(S)를 선택적으로 발생시킬 수 있으며, 그 각각은 제1 음향적으로 전달가능한(즉, 낮은 음향적 손실) 재료 밴드(612)를 따라 관련된 미세유체 채널(330)을 향해 이동한다. 이에 따라, IDT(512)는 제1 주파수(f1)에서 제1 표면 탄성파(S)를 선택적으로 발생시키도록 동작될 수 있으며, 이러한 파는 제1 미세유체 채널의 스위칭 영역 근방에 결국 도달하도록 제1 밴드(612)와 정렬되어 그를 따라 이동한다. 마찬가지로, IDT(512)는 선택된 주파수(f)에서 임의 개수의 표면 탄성파(S)를 선택적으로 발생시키도록 동작되어, 미세유체 채널 각각의 스위칭 영역과 관련된 밴드(612)를 따라 이동한다. 제조를 단순화하기 위해, 동일한 제조 단계 동안에 동일한 재료로 압전 물질층(610) 및 음향적으로 전달가능한 재료 밴드(612)를 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
미세유체 입자 분류기를 위한 멀티-채널 구성에서, 다른 표면 탄성파 발생기(510)와는 독립적으로 표면 탄성파 액추에이터 또는 발생기(510) 각각을 작동시킬 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 이는 표면 탄성파 발생기(510)를 서로 음향적으로 격리시킴으로써 수행될 수 있다. 예컨대, 각각의 음향적으로 전달가능한 재료 밴드(612)는 그 길이의 적어도 일부를 따라 (음향적으로 손실있는 재료로 충전된 에어 갭 또는 갭을 통해) 다른 음향적으로 전달가능한 재료 밴드(612)로부터 격리될 수 있다. 예컨대, 스페이스 또는 갭(615)은 인접한 쌍의 밴드(612) 사이에서 그에 평행하게 제공될 수 있다. 갭(615)은 대략 압전 물질층의 두께인 깊이를 가짐으로써, 밴드(612)들 사이에는 압전 물질이 없을 수 있다. 소정의 실시예에서, 갭(615)은 대략 1 음향 파장 깊이일 수 있다. 복수의 음향적으로 전달가능한 경로 또는 밴드(612)에 대한 서로의 이러한 음향적 격리는 표면 탄성파들 사이 그리고 채널(330)들 사이의 혼선을 감소 또는 제거할 수 있다. 선택적으로, 비간섭 주파수에서 표면 탄성파 발생기(510)를 작동함으로써 표면 탄성파들 사이 그리고 채널(330)들 사이의 혼선을 감소 또는 제거하는 것이 바람직할 수 있다. 이에 따라, 신호 제어 및/또는 처리 알고리즘은 혼선을 감소 또는 제거하는데 이용될 수 있다. Sharpe의 미국특허공개 2014/0370536호(2014년 3월 13일자로 출원된 시리얼 14/210,366호)가 본원에 참고로 편입되며, 이는 복수의 미세유체 채널로부터 광학 혼선을 제어 및/또는 감소시키는 다수의 방법을 개시하며, 그 교시는 복수의 미세유체 채널로부터 광학 혼선을 제어 및/또는 감소시키는데 적용될 수 있다.
도 18a에 도시한 바와 같이, 별개의 미세유체 채널(330)의 스위칭 영역 근방에서, 각 음향적으로 전달가능한 밴드(612)는 표면 탄성파(S)의 음향 에너지를 메시유체 칩(320) 상에 제공된 덮개층(366) 내로 지향시키기 위해 음향-에너지 커플링 요소(367)와 접촉할 수 있다. 도 18a, 평면도(a)에 가장 잘 도시된 바와 같이, 미세유체 채널(330)의 각 스위칭 영역은 종방향으로 오프셋 또는 지그재그됨으로써 각 채널(330)의 스위칭 영역이 음향적으로 전달가능한 밴드(612) 및 커플링 요소(367)와 정렬된다.
각종 커플링 요소(367)와 재료는 표면 탄성파 발생기 조립체(505)를 미세유체 칩(320)에 결합하고, 음향 에너지를 효율적으로 전달하는데 이용될 수 있다. 예컨대, 에폭시로 제공될 수 있는 얇은 강성의 접착라인은 하나의 층을 다른 층에 효율적으로 그리고 다수의 경우에 영구적으로 결합할 수 있다. 그러나, 표면 탄성파 발생기 조립체(505)를 미세유체 칩(320)에 제거가능하게 결합하기 위해서는, 비영구적 커플링이 이용되어야 한다. 소정의 실시예에 의하면, 제거가능한 커플링은 높은 순응성을 제공하는 유체 타입의 커플링 요소를 구비할 수 있다. 이에 따라, 커플링 요소(367) 또는 커플링 요소의 일부는 IDT/압전 물질(즉, 표면 탄성파 발생기 조립체(505))과 미세유체 칩(320) 사이의 경면 오정렬을 처리하도록 변형가능(탄성, 준탄성, 점탄성 등)할 수 있다. 변형가능한 커플링 요소(367)는 물, 물 기반의 겔, 글리세롤, 오일 등을 포함할 수 있다. 비압축성 유체가 이용될 수 있다. 유체 타입의 커플링을 보유하기 위해, 수포-타입의 패키징(예컨대, 셀로판과 같은 비교적 강성의 매우 박막 재료를 이용), 높은 순응성의 탄성중합체 타입의 박막 멤브레인 벌룬/기포 타입의 패키징, 및 그 조합이 채용될 수 있다. 비제한적인 예로서, 수포 팩은 우레탄 기반의 가요성 박막(즉, 수 밀 미만의 두께)와 같은 음향적으로 전달가능한 멤브레인, 중합체 물질은 음향적으로 전달가능한 유체 매질(, 즉 물, 물 기반의 겔 등)을 포함할 수 있다. (예컨대, 본원에 참고로 편입되는 Sliwa의 미국특허 8,102,734호 참조.) 또 다른 비제한적인 예로서, PDMS는 접착된 재료의 접착 상태 및/또는 표면 처리에 따라서 일시적 또는 영구적 커플링 요소로서 기능할 수 있다.
또 다른 실시예에 의하면, 양호한 표면 대 표면 커플링이 성취될 수 있도록 정합면이 충분히 호환적이다면 압축 또는 마찰 커플링이 가능할 수 있다. 매우 매끄러운 표면이 제공될 수 있고/있거나 높은 압축성 커플링 부하가 인가될 수 있다. 표면 탄성파 발생기 조립체(505)와 미세유체 칩(320)의 결합 동안에 압축성 또는 클램핑 부하의 인가로 인해 다른 표면에 대한 하나의 (비교적 소프트한) 표면의 자국은 비교적 소프트한 표면을 다른 표면에 순응시켜서 표면 대 표면 커플링 및 음향 전달성을 증가시키는데 이용될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 커플링 요소(367)는 제거가능하거나 가역적인 에폭시 접착라인으로서 제공될 수 있다. 예컨대, 비교적 낮은 온도(즉, 대략 200℃ 미만)에서 용융 또는 연화하는 에폭시 접착제가 표면 탄성파 발생기 조립체(505)에 미세유체 칩(320)을 일시적으로 접착하는데 이용될 수 있다. 하나의 공지된 "가역적" 에폭시는 Aubert의 미국특허 6,825,315호에 개시되어 있으며, 그 내용은 본원에 참고로 편입된다. 이러한 제거가능한 에폭시는 액화(즉, 용융)하여 비교적 낮은 상승 온도(정확한 제형에 따라 대략 90℃ 내지 130℃) 그 접착 성능을 손실한 다음, 온도가 낮춰지면(대략 20-25℃ 내지 60℃) 재접착한다. 미세유체 칩(320)과 표면 탄성파 발생기 조립체(505) 사이에 일시적인 고형화 또는 경질의 중합체 계면을 제공하기 위한 가역적 중합체 물질은 Mayo의 미국특허 8,952,094호에 개시되어 있으며, 그 내용은 본원에 참고로 편입된다. 이러한 고체/액체 가역적 중합체 물질은 약 10초 미만의 시간 주기 내의 가역적 고리화 첨가반응에 의해 액체 상태에서 고체 상태로 전이한다. 이에 따라, 일시적 에폭시 접착라인 또는 일시적 경질 중합체 게면을 제공하면 온도 변화 문제가 된다. 소정의 실시예에 의하면, 표면 탄성파의 파장의 차순(또는 그 미만)인 두께를 갖는 접착라인 또는 다른 계면을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 선택적으로, 2.0 ㎛ 미만, 1.5 ㎛ 미만, 1.0 ㎛ 미만또는 0.50 ㎛ 미만의 접착라인 두께를 갖는 것이 유리할 수 있다. 가열 요소(미도시)를 국부화하는 것은 표면 탄성파 발생기 조립체(505)와 함께 또는 달리 도구(620) 상에 제공될 수 있고, 이러한 국부화된 가열 요소는 표면 탄성파 발생기 조립체(505)에 미세유체 칩(320)의 작동가능한 결합을 촉진시키는데 이용될 수 있다.
커플링 요소(367)는 표면 탄성파 발생기 조립체(505)(예컨대, 음향적으로 전달가능한 재료 밴드(612))와 함께 그리고/또는 그에 영구적으로 결합될 수 있거나, 미세유체 칩(320)(예컨대, 덮개층(366))에 와 함께 그리고/또는 그에 영구적으로 결합될 수 있거나, 또는 독립형 요소 또는 독립형 요소 조립체로서 공급될 수 있다. 이는 미세유체 칩(320)와 함께 공급된 커플링 요소(367)를 갖는 것이 바람직할 수 있다.
덮개층(366)은 미세유체 채널(330) 내의 유체 내에 음향 에너지를 지향시키도록 비교적 높은 음향적으로 전달가능한 재료(즉, 낮은 음향적으로 손실있는 재료(압전, 실리콘, 유리 등)의 층으로서 제공될 수 있다. 도 18a의 측면도(b)에 가장 잘 도시된 바와 같이, 이러한 음향 전달층(366)은 미세유체 채널(330)의 적어도 일측부에 형성될 수 있다(즉, 덮개층(366)은 채널 내의 유체와 직접 접촉할 수 있다.). 덮개층(366)은 (다시, 음향 손실을 최소화하기 위해) 비교적 얇을 수 있다. 특히, 덮개층(366)은 각 채널(330)의 스위칭 영역의 국부화된 근방에서 비교적 얇을 수 있다. 예컨대, 도 18a, 측면도(b)에 도시된 바와 같이, 덮개층(366)은 커플링 요소(367a) 근방에서 국부적으로 얇아진다. 2.0 ㎛ 미만 또는 1.0 ㎛ 미만의 두께를 갖는 덮개층(366)이 바람직할 수 있다. 일례로서, 음향 파장과 대략 동일한 두께를 갖는 덮개층(366)이 바람직할 수 있다. 소정의 적용을 위해, 음향 파장의 대략 반의 덮개층 두께를 적어도 국부적으로 갖는 것이 유리할 수 있다. 이는 음향 에너지 손실을 감소시키고, 덮개층 내의 원치 않는 음파 모드의 형성을 방지하고 그리고/또는 스위칭 작업의 효율을 증대시킬 수 있다.
도 13a, 13b 및 도 14a, 14b에 관해 상술한 바와 같이, 단일의 IDT는 복수의 IDT, 즉 각 채널을 위한 하나, 복수의 채널을 위한 하나, 채널당 1개 이상 등에 의해 대체될 수 있다. IDT는 테이퍼형, 비테이퍼형, 포커싱형, 단일 방향성, 쳐프형 등일 수 있다. 또한, 복수의 IDT가 제공되면, IDT는 단일 열 내에 배치될 수 있거나 서로 지그재그 또는 오프셋됨으로써, 채널의 종방향 지그재그의 양을 감소시키거나 또는 동일한 영역 위에 충분히 큰 IDT를 제공할 수 있다. 관련된 각각의 미세유체 채널로부터 복수의 IDT 각각의 거리는 일정할 필요가 없다.
도 18b는 도 18a와 유사한 실시예이지만, 표면 탄성파를 제공하는 복수의 IDT(512)를 갖는 실시예를 개략적으로 도시한다. IDT(512) 각각은 동일할 수 있고, 동일한 표면 탄성파를 제공할 수 있다. 선택적으로, 특정 실시예에 도시한 바와 같이, IDT는 상이한 주파수에서 표면 탄성파를 발생시킬 수 있다. 예컨대, 주파수(f1, f2)에서 표면 탄성파를 발생시키는 IDT 쌍이 제공될 수 있다. IDT는 조밀도를 허용하도록 지그재그될 수 있다. 또한, 도 18b는 도 18a에 도시한 복수의 별개의 커플링 요소(367)보다는, 복수의 미세유체 채널(330)을 가로질러 연장되는 단일의 커플링 요소(367b)를 도시한다. 2개 이상의 채널(330)을 위해 단일의 커플링 요소(367b)를 이용하면, 제조의 용이성, 표면 탄성파 발생기 조립체(505)에 미세유체 칩(320)을 작동가능하게 결합하는 단순성, 및/또는 커플링 요소 자체의 견고함을 허용할 수 있다.
도 19a는 하나 이상의 주파수에서 표면 탄성파를 발생시킬 수 있는 복수의 "적층형 및 경사형" IDT를 갖는 표면 탄성파 발생기 조립체(505)를 개략적으로 도시한다. 각 IDT(512)는 도구 장착 요소(620a), 음향적으로 전달가능한 재료 층 또는 밴드(612), 커플링 요소(367) 및 미세유체 채널(300)과 관련된다. 도면에 개략적으로 제공된 도구 장착 요소(620a)는 도구(620)의 일부로서 제공될 것이다.
IDT(512) 중 하나에 구동 주파수를 공급하면, IDT(512)가 음향적으로 전달가능한 재료 밴드(612)의 길이를 따라 이동하는 표면 탄성파를 커플링 요소(367) 내에, 덮개층(366) 내에, 그 다음 미세유체 채널(330) 내에 발생시키게 한다. 도 19a의 측면도(b)를 참조하면, IDT는 별개의 채널(330)의 스위칭 영역이 횡방향으로 정렬되도록 서로 위에 "적층"된 것으로 도시된다. 이러한 배치는 미세유체 채널(330) 및 미세유체 칩(320)의 아키텍처를 단순화시킬 수 있다. 도 19a의 측면도(b)를 다시 참조하면, IDT(512) 및 음향적으로 전달가능한 재료 밴드(612)는 미세유체 채널(330)의 주요 평면에 각을 이루어 배향된 도구 장착 요소(620a) 상에 제공된다. 이러한 각을 이루거나 또는 "경사"진 배향은 복수의 IDT 및 음향적으로 전달가능한 재료 밴드(612)가 "적층" 배치로 구성되게 한다.
도 18a 및 18b에 도시한 실시예와 같이, 표면 탄성파 발생기 조립체(505), 예컨대 도 19a에 도시한 IDT(512) 및 그와 관련된 음향적으로 전달가능한 재료 밴드(612)는 미세유체 채널(320)로부터 분리되게 형성될 수 있고, 도구(620)와 관련되어 그 일부로서 제공될 수 있다. 다시, 미세유체 칩(320)은 도구(620)를 구비한 표면 탄성파 발생기 조립체(505)에 작동가능하게 결합될 수 있고, 도구(620)로부터 제거될 수 있다. 화살표는 칩(320)이 도구(620)에 결합 및/또는 분리될 때 도구(620)에 대한 미세유체 칩(320)의 가능한 상대운동을 나타낸다. 또한, 회전운동은 도구(620)로부터 칩(320)을 결합 및/또는 분리하는데 이용될 수 있다. 또한, 경사진 장착 요소(620a)는 결합 공차를 제공하고 그리고 표면 탄성파 발생기 조립체(505) 및/또는 미세유체 칩(320)에 커플링 요소(367)의 프리로딩된 결합을 확립하기 위해 힌지형 및/또는 가요성 핑거식 요소로서 제공될 수 있다.
도 19a에 도시한 커플링 요소(367)는 칩(320)의 덮개층(366)과 표면 탄성파 발생기 조립체의 전달면(A)의 비평행 또는 각도 정렬을 수용하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 예컨대, 커플링 요소(367c)는 전달면(A)과 덮개층(366)의 하부면을 상보적으로 결합하도록 구성될 수 있다. 도 19a의 측면도(b)에 도시한 바와 같이, 커플링 요소(367c)는 실질적으로 쐐기형일 수 있다. 상술한 바와 같이, 커플링 요소(367)는 변형가능(탄성, 준탄성, 점탄성 등)할 수 있고 그리고/또는 물, 겔, 물 기반의 겔, 박막, 유체 충전식 수포 팩(강성의 멤브레인 또는 고탄성 멤브레인을 가짐)을 구비할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 커플링 요소(367)는 변형가능할 필요가 없지만, 미세유체 칩(320)과 표면 탄성파 발생기 조립체(505) 사이에 음향 커플링을 일시적으로 제공하는 가역적 고체/액체 중합체, 에폭시 등으로서 제공될 수 있다.
도 19a의 실시예와 마찬가지로, 도 19b에 개략적으로 도시된 실시예는 미세유체 칩(320)으로부터 분리되게 형성되어 도구(620)의 일부로서 제공되는 표면 탄성파 발생기 조립체(505)를 구비한다. 미세유체 칩(320)은 표면 탄성파 발생기 조립체(505)에 제거가능하게 그리고 작동가능하게 결합될 수 있다. 표면 탄성파 발생기 조립체(505)는 하나 이상의 주파수에서 표면 탄성파를 발생시킬 수 있는 복수의 "적층형 및 경사형" IDT를 구비한다. 각 IDT(512)는 도구(620)의 일부로서 제공된 도구 장착 요소(620a), 음향적으로 전달가능한 재료층(612) 및 미세유체 채널(300)과 관련된다. 도 19b의 측면도(b)를 참조하면, IDT는 (도 19b의 평면도(a)에 도시한 바와 같이) 별개의 채널(330)의 스위칭 영역이 횡방향으로 정렬될 수 있도록 서로 위에 "적층"된 것으로 도시된다.
미세유체 칩(320)은 기판(362)과 덮개층(366)을 구비할 수 있다. 일반적으로, 미세유체 칩(320)은 임의 개수의 기판층으로 형성될 수 있다. 표면 탄성파 발생기 조립체(505)로부터 미세유체 채널(330)로 음향 에너지를 전달하는데 조력하기 위해, 전달형 요소(368)는 미세유체 칩(320)을 구비할 수 있다. 미세유체 채널(330)의 스위칭 영역 근방에 제공된 전달형 요소(368)는 덮개층(366)과 일체 형성될 수 있다. 둘러싸는 재료에 음향 손실을 최소화하기 위해, 전달형 요소(368)는 교착부(standoffs) 또는 다른 돌출 요소로서 형성되고, 비교적 높은 음향적으로 전달가능한 재료를 가질 수 있다. 이는 전달형 요소(368)가 기판(366)을 형성하는데 이용될 수 있는 임의의 재료로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 선택적으로, 전달형 요소(368)는 덮개층(366)과는 상이한 재료로 형성될 수 있고, 예컨대 미세유체 칩(320) 내에 프레스 핏될 수 있다.
각 IDT(512)에 구동 주파수를 공급하면, IDT(512)가 음향적으로 전달가능한 재료 밴드(612)의 길이를 따라 이동하는 표면 탄성파를 전달형 요소(368) 내에 그 다음 미세유체 채널(330) 내에 발생시키게 한다. 표면 탄성파가 이동하는 밴드(612)의 표면(A)은 전달형 요소(368)와 접촉하고, 표면 탄성파로부터의 음향 에너지는 채널(330) 내의 유체로 이송된다. 일부 실시예에 의하면, 전달형 요소(368)는 각도를 이루어 제공되어 레일리 각도(Rayleigh angle)에서 회절을 통해 음파의 전파를 고려함으로써, 스위칭 영역을 향해 이동하는 램파(Lamb wave)가 가장 효율적으로 지향될 수 있다.
(도 19b에 도시한 바와 같이) 선택적으로, 커플링 요소(367d)는 표면 탄성파 발생기 조립체(505)의 각 밴드(612)와 전달형 요소(368) 사이에 제공될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 커플링 요소(367d)는 해리가능한 에폭시(또는 다른 접착 요소)로서 제공될 수 있다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 본 개시내용의 이익을 제공하면, 본원에 기술된 다른 커플링 요소(367)가 제공될 수 있다. 변형적으로 및/또는 추가적으로, 미세유체 칩(320)로의 표면 탄성파 발생기 조립체(505)의 음향 커플링은 결합 표면적을 압축 부하에 받게 함으로써 촉진될 수 있다. 예컨대, 경사진 장착 요소(620a)는 결합 공차를 관리하고 그리고/또는 층(612)의 프리로딩된 결합을 미세유체 칩(320)에 확립하기 위해 스프링 장전식 요소로서 제공될 수 있다.
도 20은 복수의 미세유체 채널(330)에 표면 탄성파를 공급할 수 있는 "굴곡" 또는 만곡된 도구 장착 요소(620b) 상에 제공된 복수의 음파 발생기를 갖는 표면 탄성파 발생기 조립체(505)를 개략적으로 도시한다. 각 표면 탄성파 발생기는 IDT(512) 및 그와 관련된 음향적으로 전달가능한 재료 밴드(612)를 구비한다. 추가로, 커플링 요소(367) 및 미세유체 채널(330)은 각 표면 탄성파 발생기 조립체와 관련된다. IDT(512)에 구동 주파수를 공급하면, IDT(512)가 음향적으로 전달가능한 재료 밴드(612)의 길이를 따라 이동하는 표면 탄성파를 덮개층(366) 내에 그리고 미세유체 채널(330) 내에 발생시키게 한다.
도 20(a)를 참조하면, IDT(512)는 별개의 채널(330)의 스위칭 영역이 정렬되도록 배치된다. 이러한 배치는 미세유체 채널(330) 및 미세유체 칩(320)의 아키텍처를 단순화시킬 수 있다. 각 IDT(512)는 미세유체 칩(320)의 평면에 각을 이루게 배향된 도구 장착 요소(620b)의 평면 내에 제공될 수 있다. 도 20(b)를 참조하면, 이러한 각도는 실질적으로 90도일 수 있다. IDT에 의해 발생된 표면 탄성파는 음향 에너지가 커플링 요소(367) 내에 전달되는 굴곡부 주위의 전달형 재료 밴드(612)의 표면 상에서 이동한다. 미세유체 채널(330) 근방에서, 전달형 재료 밴드(612)의 표면은 미세유체 채널(330) 근방에서 미세유체 칩(320)의 주요 평면에 평행할 수 있다. 그 굴곡부는 90도 초과 또는 90 미만일 수 있다. 90도 미만의 굴곡은 표면 탄성파가 굴곡부 주위에서 이동할 때 표면 탄성파 에너지를 최소화하는데 바람직할 수 있다.
도 18 및 19에 도시한 실시예와 같이, 도 20에 도시한 IDT(512) 및 그와 관련된 압전 재료 밴드(612)는 미세유체 칩(320)으로부터 분리되게 형성될 수 있고, 도구(620)와 관련되어 그 일부로서 제공될 수 있다. 다시, 미세유체 칩(320)은 도구를 구비한 IDT와 제거가능하게 그리고 작동가능하게 결합될 수 있다. 도 20의 실시예에서, 미세유체 칩(320)은 2개의 기판층(362, 363) 및 덮개층(366)을 갖도록 도시된다. 또한, 채널(330)은 덮개층(366) 내에 부분적으로 또는 완전히 형성될 수 있다.
도 21은 미세유체 칩(320)의 주요 평면에 실질적으로 수직하게 연장되고, 복수의 미세유체 채널(330)에 표면 탄성파를 공급할 수 있는 도구 장착 요소(620c) 상에 제공된 복수의 표면 탄성파 발생기(510)를 갖는 표면 탄성파 발생기 조립체(505)의 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 설명을 목적으로, 제4 표면 탄성파 발생기 및 그와 관련된 도구 장착 요소(620c)가 도시되지 않는다. 일반적으로, 표면 탄성파 발생기 조립체(505)는 하나 이상의 미세유체 채널 중 임의 개수와 관련된 하나 이상의 표면 탄성파 액추에이터 또는 발생기 중 임의 개수를 구비할 수 있다.
도 21을 참조하면, 표면 탄성파 발생기 조립체(505)는 별개의 채널(330)의 스위칭 영역이 정렬되도록 구성된다. 각 표면 탄성파 발생기는 IDT(512) 및 그와 관련된 음향적으로 전달가능한 재료 밴드(612)를 구비한다. 추가로, 전달형 요소(368a) 및 미세유체 채널(330)은 각 표면 탄성파 발생기와 관련된다. IDT(512)에 구동 주파수를 공급하면, IDT(512)가 음향적으로 전달가능한 재료 밴드(612)의 길이를 따라 이동하는 표면 탄성파를 전달형 요소(368) 내에 그리고 미세유체 채널(330) 내에 발생시키게 한다.
전달형 요소(368)는 적어도 스위칭 영역 근방에서 미세유체 채널(330)의 측벽을 형성할 수 있고, 미세유체 채널(330) 내의 유체와 직접 접촉할 수 있다. 전달형 요소(368)는 임의의 비교적 높은 음향적으로 전달가능한 재료로 형성될 수 있다. 비제한적인 예로서, 전달형 요소(368)는 기판(366)을 형성하는데 이용될 수 있는 임의의 재료로 형성될 수 있다.
각 도구 장착 요소(620c) 및 그와 관련된 음향적으로 전달가능한 재료 밴드(612)의 말단부는 미세유체 칩(320)의 포켓 또는 다른 오목 영역(340) 내로 연장된다. 표면 탄성파가 이동하는 밴드(612)의 표면(A)은 전달형 요소(368)와 접촉하고, 표면 탄성파로부터의 음향 에너지는 채널(330) 내의 유체로 이송된다. 선택적으로(도 21에 도시하지 않지만, 전술한 실시예와 유사함), 유체 충전식 수포 팩과 같은 커플링 요소는 미세유체 칩(320)에 표면 탄성파 발생기 조립체(505)의 작동가능한 결합을 촉진시키는데 이용될 수 있다.
도구 장착 요소(620c)와 칩(320) 사이에는 캐밍(camming) 또는 프리-로드 요소(369)가 제공됨으로써, 표면 탄성파 발생기의 말단부가 미세유체 칩(320)에 충분히 작동가능하게 결합될 수 있다. 캐밍 또는 프리-로드 요소(369)는 램프, 토글, 스프링, 탄성중합체 패드 등을 포함할 수 있다. 도 21에 도시한 바와 같이, 프리-로드 요소(369)는 칩(320)을 구비할 수 있고, 표면 탄성파 발생기의 말단부를 수용하는 오목 영역(340) 내에 위치될 수 있다. 선택적으로(미도시), 프리-로드 요소(369)는 표면 탄성파 발생기 조립체(505)의 일부로서 구비되므로, 도구(620)를 구비할 수 있다.
미세유체 칩(320)의 기본 기판 조립체는 함께 접착 또는 달리 통합된 복수의 층으로 형성될 수 있거나, 또는 선택적으로 칩(320)의 기본 기판은 3D 또는 다른 첨가물 제조 공정으로부터 형성될 수 있다.
도 22는 미세유체 칩(320)의 주요 평면에 실질적으로 수직하게 연장되고, 복수의 미세유체 채널(330)에 표면 탄성파를 공급할 수 있는 도구 장착 요소(620d) 상에 제공된 복수의 표면 탄성파 발생기를 갖는 표면 탄성파 발생기 조립체(505)의 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 도 21과 마찬가지로, 표면 탄성파 발생기 조립체(505)는 별개의 채널(330)의 스위칭 영역이 정렬되도록 구성된다. 각 표면 탄성파 발생기는 IDT(512) 및 그와 관련된 음향적으로 전달가능한 재료 밴드(612d)를 구비한다. 추가로, 전달형 요소(368a)는 각 표면 탄성파 발생기와 관련될 수 있다. IDT(512)에 구동 주파수를 공급하면, IDT(512)가 음향적으로 전달가능한 재료 밴드(612)의 길이를 따라 이동하는 표면 탄성파(S)를 전달형 요소(368) 내에 그 다음 미세유체 채널(330) 내에 발생시키게 한다.
그러나, 도 21의 도구 장착 요소(620c)와는 달리, 도 22의 도구 장착 요소(620d)는 종방향 비틀림을 구비한다. 특정 실시예에서, 종방향 비틀림 양은 90도이다. 일반적으로, 비틀림 양은 90도에 제한되지 않고, 90도 초과 또는 90도 미만일 수 있다. 도구 장착 요소(620d) 각각의 말단부에서, 음향적으로 전달가능한 재료(612d)의 표면(A)은 관련된 흐름 채널(330)의 종축과 평행하게 배치된다. 도구 장착 요소(620d) 각각의 근위 단부에서, 음향적으로 전달가능한 재료(612d)의 층의 표면(A)은 관련된 흐름 채널(330)의 종축과 수직하게 배치된다. 도구 장착 요소(620d)의 말단부와 근위 단부 사이에서, 음향적으로 전달가능한 재료(612d)의 층의 표면(A)은 매끄러운 반부 비틀림을 구비한다. 도구 장착 요소(620d)의 근위 단부에서, 음향적으로 전달가능한 재료(612d)는 IDT(512)가 제공되는 음향적으로 전달가능한 재료(612)와 연속층을 형성한다. 이에 따라, 복수의 IDT(512)가 동일한 평면 내에 형성될 수 있고, 관련된 복수의 표면 탄성파(S)는 복수의 IDT(512)가 놓인 평면과는 상이한 하나 이상의 평면으로 전달될 수 있다.
도 22에 도시한 바와 같이, IDT(512)가 제공되는 음향적으로 전달가능한 재료(612)는 별개의 패드(즉, 아이템(612)(x4))로서 형성될 수 있고, IDT(512)와 관련된 도구 장착 요소(620d)와 미세유체 채널(330) 사이에 1대1 대응이 있을 수 있다. 선택적으로(미도시), IDT(512)가 제공되는 음향적으로 전달가능한 재료(612)는 복수의 IDT(512) 아래로 연장되는 단일 패드로 형성될 수 있다. 이는 단일의 IDT(512), 예컨대 테이퍼진 IDT가 (도 18a에 도시한 IDT와 마찬가지로) 복수의 채널(330)에 표면 탄성파(S)를 제공하게 한다.
도 18, 19 및 20에 도시한 실시예과 같이, 도 21 및 22에 도시한 표면 탄성파 발생기 조립체(505)(예컨대, IDT(512) 및 그와 관련된 압전 또는 음향적으로 전달가능한 재료 밴드(612))는 미세유체 칩(320)으로부터 분리되게 형성될 수 있고, 도구(620)와 관련되어 그 일부로서 제공될 수 있다. 미세유체 칩(320)은 도구(620)를 구비한 표면 탄성파 발생기 조립체(505)와 제거가능하게 그리고 작동가능하게 결합될 수 있다.
또한, 도 18, 19 및 20에 대해 기술된 커플링 요소(367)(도 21 및 도 22에 미도시)는 표면 탄성파 발생기 조립체(505)로부터 미세유체 칩(320)으로 표면 탄성파 에너지의 전달을 촉진시키도록 제공될 수도 있다. 상술한 바와 같이, 이러한 커플링 요소(367)는 변형가능(탄성, 준탄성, 점탄성 등)할 수 있고 그리고/또는 물, 물 기반의 겔, 박막, 유체 충전식 수포 팩(강성의 멤브레인 또는 고탄성 멤브레인을 가짐)을 구비할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 커플링 요소(367)는 변형가능할 필요가 없지만, 미세유체 칩(320)과 표면 탄성파 발생기 조립체(505) 사이에 음향 커플링을 일시적으로 제공하는 가역적 고체/액체 중합체, 에폭시 등으로서 제공될 수 있다.
도 23, 24 및 25를 참조하면, 소정의 실시예에 의하면, 미세유체 칩(320)의 복수의 미세유체 흐름 채널(330) 각각은 채널(330) 내로 흐르는 입자를 비말 동반하기 위한 포커싱 메커니즘(400)과, 채널(330) 내로 흐르는 입자를 각종 선택된 채널부 또는 수집 요소(332) 내로 분류, 편향, 우회 및/또는 지향시키기 위한 스위치 메커니즘(500) 양자를 구비할 수 있다. 포커싱 메커니즘(400)과 스위치 메커니즘(500) 양자는 기구를 구비할 수 있고, 미세유체 칩(320)은 이들 메커니즘에 제거가능하게 작동가능하게 결합될 수 있다. 도 7 내지 22를 참조하면, 스위치 메커니즘(500)은 상술한 관점 및 실시예 중 어느 것에 따라 제공될 수 있다.
소정의 관점에 의하면, 포커싱 메커니즘(400)은 표면 탄성파(SAW) 액추에이터 또는 발생 장치를 구비할 수 있다. 이로써, 스위치 메커니즘(500)을 위해 표면 탄성파 발생기 조립체(505)에 대한 상기 제공된 개시내용은 포커싱 메커니즘(400)을 위해 표면 탄성파 발생기 조립체(405)에 마찬가지로 적용될 수 있다.
소정의 바람직한 관점에 의하면, 포커싱 메커니즘(400)은 표면 탄성파(SAW) 액추에이터(410) 또는 발생 장치를 구비할 수 있다. 표면 탄성파 발생기(410)는 하나 이상의 IDT(412)를 구비할 수 있다. 일부 실시예에 의하면 그리고 도 23에 도시한 바와 같이, 단일의 IDT(412)가 제공될 수 있고, 포커싱 사이트(331)에서 미세유체 채널(330)의 기하학적 형상 및/또는 표면은 정재 간섭 패턴 또는 정재 표면 탄성파(SSAW)를 형성하기 위해 채널(330) 내의 음파를 반사하도록 구성될 수 있다. 변형적으로, 도 24에 도시한 바와 같이, 미세유체 채널(330)의 양측부 상에 한 쌍의 IDT(412a, 412b)가 제공되어, 포커싱 사이트(331)와 정렬될 수 있다. IDT(412a, 412b) 각각은 미세유체 채널(330)의 유체 내에 정재 간섭 패턴을 형성하도록 병합하는 대향(예컨대, 동일하고 반대)하는 표면 탄성파를 발생시킬 수 있다.
도 23은 도구(620) 상의 표면 탄성파 발생기 조립체(505)와 표면 탄성파 발생기 조립체(405) 양자과 작동가능하게 결합된 다음 분리될 수 있는 미세유체 칩(320)의 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 특정한 실시예에서, 표면 탄성파 발생기 조립체(405)는 복수의 미세유체 채널(330)을 통해 흐르는 입자 스트림을 포커싱하기 위해 단일의 주파수에서 표면 탄성파를 발생시키는 단일 IDT(412)를 구비한다. IDT(412)는 도구(620/622)의 표면 탄성파 발생기 조립체(405)의 일부로서 구비되는 압전 물질층(616)의 표면(B) 상에 형성된다. IDT(512)는 각 미세유체 채널(330)에 대한 복수의 표면 탄성파(S)를 발생시켜, 복수의 음향적으로 전달가능한(즉, 낮은 음향적 손실) 재료 밴드(616)를 따라 이동할 수 있다. 이에 따라, IDT(412)는 주파수(f1)에서 복수의 표면 탄성파(S)를 발생시키도록 동작될 수 있고, 그 각각의 파는 복수의 밴드(616) 중 하나와 정렬되어 그를 따라 이동하여 각 미세유체 채널(330)의 포커싱 영역(331)에 결국 도달한다. 각 음향적으로 전달가능한 재료 밴드(616)는 그 길이의 적어도 일부를 따라 (음향적으로 손실있는 재료로 충전된 에어 갭 또는 갭을 통해) 다른 음향적으로 전달가능한 재료 밴드(616)로부터 격리될 수 있다.
도 23에 도시된 바와 같이, 별개의 미세유체 채널(330)의 포커싱 영역(331) 근방에서, 각 음향적으로 전달가능한 재료 밴드(616)는 표면 탄성파(S)로부터의 음향 에너지를 미세유체 칩(320)의 덮개층(366) 내로 지향시키기 위해 (상술한 바와 같이) 음향-에너지 커플링 요소(367)와 접촉할 수 있다. 도 23, 평면도(a)에 가장 잘 도시된 바와 같이, 미세유체 채널(330)의 포커싱 영역(331) 각각은 종방향으로 오프셋 또는 지그재그됨으로써 각 채널(330)의 스위칭 영역이 음향적으로 전달가능한 밴드(616) 및 커플링 요소(367)와 정렬된다.
도 17a 및 17b에 대해 논의된 바와 같이, 도 23의 미세유체 채널(330)은 IDT(412)에 대향된 채널의 측부 상에 음파 반사형 요소(534a, 534b, 미도시)를 구비할 수 있음으로써, 정재 간섭 패턴 또는 정재 표면 탄성파(SSAW)가 미세유체 채널 내에 형성될 수 있다. 또한, 미세유체 채널(330)은 정수의 다수 파장에 의해 이격될 수 있다. 소정의 실시예에 의하면, 정재 표면 탄성파의 저압 노드는 미세유체 채널 내에 중심설정될 수 있다.
변형적으로, 도 24에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 IDT(412a, 412b)는 미세유체 채널(330)의 대향 측부 상에 제공될 수 있다. 정재 간섭 패턴 또는 정재 표면 탄성파(SSAW)는 IDT(412a, 412b)가 동일하고 반대의 표면 탄성파를 발생시킬 때 미세유체 채널 내에 형성될 수 있다. 미세유체 채널(330)은 정수의 다수 파장에 의해 이격될 수 있다. 소정의 실시예에 의하면, 정재 표면 탄성파의 저압 노드는 미세유체 채널 내에 중심설정될 수 있다.
도 25에 도시된 소정의 관점에 의하면, 포커싱 메커니즘(400)은 하나 이상의 IDT(412)(예컨대, 도 24에 개시)를 구비한 정재 표면 탄성파 발생기(SSAW)(405)를 구비할 수 있고, 또한 스위치 메커니즘(500)은 정재 표면 탄성파(SSAW) 액추에이터(560) 또는 발생 장치를 구비할 수 있다. 정재 표면 탄성파 발생기는 하나 이상의 IDT(562)를 구비할 수 있다. 일부 실시예에 의하면, 단일의 IDT(562)는 각 미세유체 채널(330)을 위해 제공될 수 있고, 스위칭 영역에서 미세유체 채널(330)의 기하학적 형상 및/또는 표면은 정재 간섭 패턴(선택적으로, 이동형 정재 표면 탄성파(TSSAW)를 구비함)을 형성하기 위해 채널(330) 내의 음파를 반사하도록 구성될 수 있다.
변형적으로, 도 25에 도시한 바와 같이, 스위칭 영역에서 미세유체 채널(330)의 양측부 상에 한 쌍의 IDT(562a, 562b)가 제공될 수 있다. IDT(562a, 562b) 각각은 미세유체 채널(330)의 유체 내에 정재 간섭 패턴을 형성하도록 병합하는 대향하는 표면 탄성파를 발생시킬 수 있다. 예컨대, IDT(562a, 562b) 각각은 동일하고 반대의 표면 탄성파를 발생시킬 수 있다. 스위칭은 더 높은 압력의 영역으로부터 더 낮은 압력으로 입자를 이동시키도록 미세유체 채널(330) 내의 입자에 가해지는 압력 구배 또는 음향 방사력에 의존할 수 있다. 특히, IDT(562a, 562b)의 쌍은 채널 내의 하나 이상의 압력 노드 및 파복을 형성하는 SSAW를 발생시켜, 채널의 길이를 따를 때의 입자를 노드 또는 파복과 정렬된 복수의 입자 스트림으로 나눌 수 있다. 입자는 그 용적, 밀도, 압축성 또는 다른 음향 대조 인자에 근거하여 구분될 수 있다. 입자 분리 스테이지의 하류에서, 입자의 각종 구분된 스트림은 스트림과 정렬된 다수의 수집 출구 내로 흐를 수 있다.
도 23, 24 및 25는 미세유체 칩(320)의 복수의 미세유체 흐름 채널(330) 각각이 채널(330) 내로 흐르는 입자를 비말 동반하기 위한 포커싱 메커니즘(400)과, 채널(330) 내로 흐르는 입자를 분류, 편향, 우회 및/또는 지향시키기 위한 스위치 메커니즘(500) 양자를 구비할 수 있음을 도시한다. 도 23, 24 및 25는 포커싱 메커니즘(400)과 스위치 메커니즘(500) 중 하나 또는 그 양자가 도구를 구비할 수 있고, 미세유체 칩(320)이 이들 기구에 제거가능하게 작동가능하게 결합될 수 있음을 도시한다. 도 18a, 18b, 19 내지 22를 참조하면, 스위치 메커니즘(500)의 각종 실시예 중 어느 것은 상술한 관점 및 실시예 중 어느 것에 따라 제공될 수 있다. 또한, 포커싱 메커니즘(400)의 각종 실시예 중 어느 것은 본 개시내용의 이익을 제공하면 당업자가 포커싱 메커니즘(400)에 적용가능하도록 이들관점을 이해함에 따라 스위치 메커니즘(500)에 대해 상술한 관점 및 실시예 중 어느 것에 따라 제공될 수 있다.
몰딩, 본딩, 마이크로머시닝, 리소그래피 또는 다른 패터닝 기술, 에칭, 방전 머시닝, 디포지션, 3D 프린팅, 표면 처리 등을 포함하는 각종 제조 기술 중 어느 것이 미세유체 칩을 형성하는데 이용될 수 있다. 일부 관점에 의하면, 미세유체 칩(또는 그 일부)은 마이크로전자기계(MEMS) 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 이에 따라, 반도체 장치 제조기술은 포커싱 메커니즘(400), 스위치 메커니즘(500) 및/또는 그 일부를 형성하는데 이용될 수 있다.
소정의 다른 관점에 의하면, 분류 알고리즘은 상술한 입자 처리 시스템 실시예를 이용하여 실시 및/또는 최적화될 수 있다. 입자 처리 시스템의 성능을 모니터링하는 예시적인 분류 모니터링 시스템은 미국특허공개 2012/0277902호(2012년 1월 3일자로 출원된 시리얼 13/342,756호)("Method and Apparatus for Monitoring and Optimizing Microfluidic Particle Sorting")에 개시되어 있으며, 그 내용은 본원에 참고로 편입된다.
예컨대, 도 6a 및 6b를 참조하면, 분류 메커니즘(500)은 미세유체 흐름 채널(330)과 관련되어 1차 입자 인터로게이션 사이트(314)의 하류에 위치된다. 입자 인터로게이션 사이트(314)는 입자 인터로게이션 시스템(110)과 작동가능하게 결합될 수 있고, 또한 소정의 입자 특성을 검출하고 이들 입자 특성에 근거하여 분류 결정을 하기 위해 제어 시스템(150)(도 3 참조)과 작동가능하게 결합될 수 있다. 또한, 스위칭 메커니즘(500)은 분류 결정과 일치하는 지시를 수신하도록 제어 시스템(150)과 작동가능하게 결합된다. 분류 모니터링 시스템의 일부로서, 하나 이상의 2차 입자 인터로게이션 사이트(314a)는 하류 채널(332, 334) 중 하나 이상에서 스위칭 메커니즘(500)의 하류에 제공될 수 있다.
도 6a에서, 2차 입자 인터로게이션 사이트(314a)(점선)는 유지 채널(334)과 관련되게 도시된다. 입자 인터로게이션 사이트(314a)는 2차 입자 인터로게이션 시스템과 관련될 수 있고, 또한 분류 모니터링 시스템을 형성하도록 제어 시스템(150)과 작동가능하게 관련될 수 있다. 2차 입자 인터로게이션 시스템은 1차 입자 인터로게이션 시스템(110)의 일부로서 또는 독립형 입자 인터로게이션 시스템으로서 제공될 수 있고, 광학 센서, 이에 한정되지 않지만 컨덕턴스, 캐패시턴스를 포함하는 패시브 또는 액티브 전기 검출, 마이크로칩 상에 제조된 장치를 통한 RF 필드 모니터링, 또는 관심사의 채널 근방에 위치된 오프-칩, 홀-효과 장치를 이용하는 자기 검출 혹은 흐름-채널 근방에 위치된 다른 필드 프로브, 및 온보드 또는 리모트 장치를 이용하는 초음파 흡수, 반사, 분산기 등과 같은 음향 검출을 이용할 수 있다. 또한, 다른 광기계식 또는 전자기 감지 시스템이 채용될 수 있다.
분류 모니터링 시스템(예컨대, 적어도 부분적으로 입자 인터로게이션 시스템, 제어 시스템 및 관련된 분류 모니터링 알고리즘)은 분류 성능을 모니터링하고, 포커싱, 검출 및/또는 스위칭 촤적화 알고리즘의 적합성을 확인하고, 분류 알고리즘에 피드백을 제공하고, 그리고/또는 입자 처리 시스템의 하나 이상의 작동 변수(유량, 압력, 입자 스루풋, 인터로게이션 빔 강도, 분류 지체, 스위칭 변수 등)를 제어 또는 변경하는데 이용될 수 있다. 비제한적인 예로서, 최적의 분류 성능은 분류된 샘플의 순도, 분류된 샘플 내의 사전결정된 입자 타입에 대한 잔류, 분류된 샘플의 예측된 분류 입자 카운트, 분류된 샘플의 분류 조각, 분류된 샘플의 분류 정확도, 스루풋 속도, 샘플의 생존도, 및/또는 상기한 것의 조합에 근거하여 결정될 수 있다. 이에 따라, 최적의 분류 성능을 결정 및/또는 유지하는 분류 모니터링은 분류된 샘플의 통계 기반의 특성에 근거하여 평가될 수 있다. 분류된 샘플의 통계 기반의 특성은 입자 분류기 중 하나의 개별 성능 또는 복수의 입자 분류기의 수집 성능에 관계될 수 있다. 분류 모니터링 방법은 분류 결정 및/또는 스위치 메커니즘 동작의 통계 기반의 특성에 대한 분류된 샘플의 통계 기반의 특성을 평가하는 것을 포함할 수 있다. 분류 모니터링 시스템은 그 예측된 특성 및/또는 소정의 특성에 대한 분류된 샘플의 특성을 평가하여, 그에 근거하여 조치를 취할 수 있다.
각종 실시예에 의하면, 분류 모니터링 시스템은 스위칭 메커니즘의 하나 이상의 작동 변수를 제어 또는 변경하여 스위칭 메커니즘의 성능을 최적화하는데 이용될 수 있는 스위칭 최적화 알고리즘을 구비할 수 있다. 예컨대, 분류 모니터링 시스템은 최적의 분류 지체(즉, 입자의 상류 검출과 하류의 스위칭 메커니즘의 동작 간의 시간)를 결정 및/또는 유지하는데 이용될 수 있다. 분류 지체는 상술한 스위칭 메커니즘의 스위칭 최적화 알고리즘 및 실시예를 이용하여 조율될 수 있다. 또 다른 예로서, 분류 모니터링 시스템은 최적의 스위칭 영역의 위치를 결정 및/또는 유지하는데 이용될 수 있다. 스위칭 영역의 위치는 상술한 스위칭 메커니즘의 스위칭 최적화 알고리즘 및 실시예를 이용하여 조율될 수 있다.
도 26을 참조하면, 분류 모니터링 시스템은 분류 모니터링 알고리즘(700)을 구비한다. 제1 단계(701)에서, 1차 입자 인터로게이션 시스템(110a)으로부터 데이터가 수집된다. 이 데이터는 검출된 입자 수에 대한 정보, 즉 예컨대 하나 이상의 광학적 신호, 속도 등을 포함하는 검출된 입자의 특정한 특성; 입자와 관련된 분류 결정; 예컨대 스위칭 메커니즘의 하나 이상의 작동 변수를 포함하는 입자 처리 시스템의 하나 이상의 작동 변수; 등을 구비할 수 있다. 제2 단계(702)에서, 2차 입자 인터로게이션 시스템(110b)으로부터 데이터가 수집된다. 이 데이터는 검출된 입자 수에 대한 정보, 즉 예컨대 하나 이상의 광학적 신호, 속도 등을 포함하는 검출된 입자의 특정한 특성; 입자 검출의 시간; 입자와 관련된 분류 결정; 예컨대 스위칭 메커니즘의 하나 이상의 작동 변수를 포함하는 입자 처리 시스템의 하나 이상의 작동 변수; 등을 구비할 수 있다. 제3 단계(703)에서, 제1 단계 및 제2 단계로부터 수집된 데이터는 소정의 분류 성능이 만족되는지를 결정하도록 평가될 수 있다. 제3 단계는 제1 단계에서 수집된 데이터의 통계적 평가, 제2 단계에서 수집된 데이터의 통계적 평가, 및 1차 입자 인터로게이션 시스템(110a)으로부터의 데이터에 대한 2차 입자 인터로게이션 시스템(110b)으로부터의 데이터의 비교 또는 관계를 수반할 수 있다. 그 단계들이 "제1", "제2", "제3" 등으로 라벨링되지만, 단계 중 어느 것은 임의의 차순으로 발생할 수 있고, 순차적으로, 동시에, 부분적으로 동시에 등으로 수행될 수 있다. 또한, 분류 모니터링 시스템은 실시간, 즉 분류 작업 동안에 실시될 수 있다. 선택적으로, 분류 모니터링 알고리즘, 특히 제3 단계(703)는 분류된 샘플, 도구의 분류 성능, 및/또는 도구의 작동 특성을 평가할 목적으로 분류 작업에 후속적으로 오프-라인으로 수행될 수 있다.
또한, 도구 및/또는 스위치 메커니즘의 작동 특성은 분류 모니터링 알고리즘(700)의 실시간 실시에 근거한 분류 작업 동안에 평가 및/또는 변경될 수 있다. 이에 따라, 도 26을 참조하면, 분류 최적화 알고리즘(710)은 스위치 작동 변수를 실시간 변경하고, 분류 모니터링 알고리즘을 이용하여 분류 성능을 실시간 평가하도록 제공될 수 있다. 예컨대, 일 실시예에 의하면, 제1 단계(711)에서, 분류 최적화 알고리즘(710)은 스위칭 변수를 초기값으로 설정할 수 있다. 제2 단계(712)에서, 분류 최적화 알고리즘(710)은 스위칭 메커니즘 변수를 업데이트값으로 설정할 수 있다. 스위칭 메커니즘 변수가 업데이트된 후에, 데이터는 1차 및 2차 입자 인터로게이션 시스템(110a, 110b)으로부터 수집되어, 소정의 분류 성능이 만족되는지를 결정하도록 평가될 수 있다. 이러한 제2 단계(712)는 (분류 모니터링 알고리즘에 의해 결정된) 소정의 분류 성능이 만족되지 않았다면 실시될 수 있다. 또한, 이러한 제2 단계(712)는 (분리된 별개의 최적화 알고리즘을 실시하는 것과는 대조적으로) 분류 최적화 알고리즘(710)을 실시하도록 결정이 이루어진다면 실시될 수 있다.
분류 모니터링을 실시하는 일부로서 설정되어 변경 또는 업데이트될 수 있는 스위칭 메커니즘 변수는, 예컨대 테이퍼진 IDT에 인가된 바와 같은 구동신호 주파수를 구비할 수 있다. 테이퍼진 IDT에 인가된 구동신호 주파수를 변경하는 것은 테이퍼진 IDT의 길이를 따라 발생된 표면 탄성파의 어퍼쳐의 위치를 변경하는 것에 대응한다(예컨대, 도 11a 참조). 이에 따라, 제1 구동신호 주파수에서 분류 지체 설정값을 제공하면, IDT는 입자가 1차 인터로게이션 사이트로부터 그 영역에 도달할 때 미세유체 채널의 영역 상에서 정확하게 작동하는 표면 탄성파를 발생시킬 수 있다. 그러나, 제1 구동신호 주파수에서, IDT는 입자가 1차 인터로게이션 사이트로부터 그 영역에 도달하기 전 또는 후에 미세유체 채널의 영역 상에서 작동하는 표면 탄성파를 발생시킬 수 있다. 이 경우, 분류 성능을 최적화하기 위해, 구동신호 주파수는 제1 주파수 영역의 약간 상류 또는 약간 하류에서 미세유체 채널의 영역 상에서 작동하는 표면 탄성파를 발생시킬 수 있다. 즉, 분류 지체값이 발생될 표면 탄성파를 트리거하도록 최적화된 구동신호 주파수가 결정되어, 표면 탄성파 및 입자가 동일한 영역을 동시에 차지할 수 있다. 마찬가지로, 스위칭 메커니즘이 일련의 IDT(예컨대, 도 11b 참조)로서 제공되면, 분류 성능을 최적화하는 것은 구동신호가 제1, 제2, 제3 등의 IDT에 시리즈로 공급되어야 하는지의 여부를 결정하는 것을 포함할 수 있다.
선택적으로, 분류 모니터링 절차 동안에 설정되어 변경 또는 업데이트될 수 있는 스위칭 메커니즘 변수는 하나 이상의 구동신호 주파수가 테이퍼진 IDT에 인가되는지의 여부를 구비할 수 있다. 분류 성능은 복수의 구동신호 주파수를 순차적으로 또는 동시에 인가함으로써 최적화될 수 있다. 일련의 IDT가 공급되면, 분류 성능은 복수의 구동신호 주파수를 순차적으로 또는 동시에 소정의 IDT에 시리즈로 인가함으로써 최적화될 수 있다.
또한, 분류 모니터링 절차 동안에 설정되어 변경 또는 업데이트될 수 있는 스위칭 메커니즘 변수는 하나 이상의 구동신호의 형상을 구비할 수 있다. 예컨대, 분류 성능은 강도의 점진적 증가(또는 감소 혹은 그 양자), 경시적인 주파수 변화, 별개의 입자가 스위칭 영역 등을 통과함에 따른 펄스된 다수 시간인 구동신호를 인가함으로써 최적화될 수 있다.
분류 모니터링 알고리즘을 스위칭 최적화 알고리즘으로 실시함으로써, 이상적인 입력 구동신호 특성(예컨대, 주파수, 파형 등), 음파 어퍼쳐 영역 등이 결정될 수 있다. 분류 최적화 알고리즘은 TSAW 스위칭 메커니즘 및 SSAW(또는 TSSAW) 스위칭 메커니즘 양자를 포함하는 상술된 스위칭 메커니즘 중 어느 것으로 실시될 수 있다. 유리하게, 단일의 하드웨어 구성(예컨대, 테이퍼진 IDT, 일련의 IDT, 포커싱된 IDT, 조정가능한 IDT, 및/또는 그 조합 등)의 경우, 복수의 스위칭 알고리즘이 실시될 수 있다. 소정의 분류 성능을 위해, 스위칭 최적화 알고리즘은 특정한 스위칭 알고리즘이 최선인지를 결정할 수 있다. 작업 조건이 분류 작업 동안에 변환하면, 분류 모니터링 시스템은 그 스위칭 최적화 알고리즘을 실시간 동작할 수 있고, 특정한 스위칭 알고리즘이 업데이트될 수 있다.
이에 따라, 소정의 관점에 의하면, 입자 처리 시스템은 입자의 스트림을 수용하도록 구성된 브랜치형 흐름-채널과, 상기 브랜치형 흐름-채널의 제1 출력 브랜치 채널과 제2 출력 브랜치 채널 사이의 입자를 선택적으로 분류하도록 구성된 입자 분류기를 갖는 미세유체 분류 모듈; 및 분류된 샘플의 통계적 특성을 결정함으로써 분류 작업의 성능을 모니터링하도록 구성된 분류 모니터링 시스템을 구비할 수 있으며, 분류 모니터링 시스템은 분류된 샘플의 통계적 특성을 실시간 평가하도록 구성되고, 분류 모니터링 시스템은 스위칭 최적화 알고리즘을 구비한다. 입자 처리 시스템은 분류 모니터링 시스템의 출력에 응답하는 프로그램가능한 제어기를 구비할 수 있다. 프로그램가능한 제어기는 분류된 샘플의 통계적 특성에 근거하여 상기 입자 처리 시스템의 하나 이상의 작업을 제어하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 프로그램가능한 제어기는 실제의 분류 성능을 소정의 분류 성능과 정렬하기 위해 스위칭 메커니즘에 인가되는 하나 이상의 입력 구동 신호를 조절하도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 분류 모니터링 시스템은 입자 처리 시스템 내의 상이한 위치에 입자를 추적하도록 구성될 수 있다. 분류 모니터링 시스템은 하나 이상의 분류 변수에 근거하여 입자 분류기 성능을 실시간 평가하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 분류 변수는 출력 브랜치 채널 중 하나에 대한 기준 이벤트율(baseline event rate) 또는 오차의 기준 마진(baseline margin of error)을 구비할 수 있다. 입자 처리 시스템의 미세유체 분류 모듈은 복수의 브랜치형 채널과, 상기 브랜치 채널 내의 입자를 분류하는 복수의 입자 분류기를 구비할 수 있으며, 분류 모니터링 시스템은 분류된 샘플의 통계 기반의 특성을 모니터링하도록 구성된 모니터 센서를 구비하고, 분류 모니터링 시스템은 복수의 입자 분류기의 수집 성능을 실시간 평가하도록 구성된다.
입자 분류 시스템을 통해 흐르는 입자를 처리하는 방법은, 입자 분류 시스템의 브랜치형 흐름-채널 내의 입자 스트림을 수용하는 단계; 브랜치형 흐름-채널의 제1 출력 브랜치 채널과 제2 출력 브랜치 채널 사이의 부유된 입자 스트림 내의 입자를 선택적으로 분류하도록 입자 분류기를 이용하는 단계; 분류된 샘플의 통계 기반의 특성을 결정하도록 분류 작업을 모니터링하는 단계; 사전결정된 분류 성능 기준에 대해 분류된 샘플의 통계 기반의 특성을 실시간으로 평가하는 단계; 및 분류 성능을 최적화하도록 스위칭 최적화 알고리즘을 실시하는 단계를 구비할 수 있다. 상기 특성은 분류기 중 하나의 별개의 성능 및/또는 복수의 분류기의 수집 성능에 관계될 수 있다. 분류된 샘플의 통계 기반의 특성은 분류된 샘플의 순도, 분류된 샘플 내의 사전결정된 입자 타입에 대한 잔류, 분류된 샘플 내의 사전결정된 입자 타입에 대한 배제, 분류된 샘플의 예측된 분류 입자 카운트, 분류된 샘플의 분류 조각, 또는 분류된 샘플의 분류 정확도 중 적어도 하나일 수 있다. 프로그램가능한 마이크로프로세서는 그 특성을 평가하여 그에 기반하여 조치를 취하는데 이용될 수 있다. 상기 방법은 분류 모니터링 시스템의 출력에 근거하여 스위칭 메커니즘의 작동을 제어하는 단계를 구비할 수 있다. 예컨대, 상기 방법은 분류된 샘플의 평가된 통계 기반의 특성에 근거하여 스위칭 메커니즘의 작동을 제어하는 단계를 구비할 수 있다. 상기 방법은 분류된 샘플의 통계 기반의 특성에 대한 평가에 근거하여 입자 스트림이 입자 처리 시스템을 통해 계속하여 흐름에 따라 스위칭 메커니즘에 인가된 입력 구동신호를 조절하는 단계를 구비할 수 있다.
사전결정된 분류 성능 기준은 출력 브랜치 채널 중 하나에 대한 기준 이벤트율 또는 오차의 기준 마진을 구비할 수 있다. 상기 방법은 입자 분류기 중 하나의 별개의 출력을 모니터링, 예컨대 입자 분류기 중 제1의 것의 하류의 모니터 영역에 입자의 존재 또는 부재를 검출하는 단계를 구비할 수 있다. 상기 방법은 복수의 모니터 영역에서 입자의 존재 또는 부재를 검출하는 단계를 구비할 수 있다. 상기 방법은 복수의 입자 분류기에서 입자의 존재 또는 부재를 검출하는 단계를 구비할 수 있다. 또한, 상기 방법은 복수의 입자 분류기의 수집 성능을 실시간으로 평가하는 단계를 구비할 수 있다.
일부 실시예에 의하면, 실제의 샘플의 교정 샘플 또는 작은 부분은 입자 처리 시스템(100)을 통해 제공될 수 있다. 미세유체 흐름 채널(330)을 통해 흐르는 샘플 내의 입자는 1차 입자 인터로게이션 사이트(314)에서 인터로게이션될 수 있고, 분류 결정이 분류 알고리즘에 근거하여 이루어질 수 있다. 분류된 샘플(유지 및/또는 폐기 스트림)은 2차 입자 인터로게이션 사이트(314a)에서 스위칭 메커니즘(500)의 하류에서 인터로게이션 또는 모니터링될 수 있다. 스위칭 최적화 알고리즘에 근거한 지시는 분류 결정을 실시하도록 스위칭 메커니즘(500)에 제공될 수 있다. 스위칭 최적화 알고리즘은, 예컨대 스위칭 메커니즘 작동 변수를 업데이트하는 단계를 구비할 수 있다. 최적의 분류 성능을 유지하기 위해, 스위칭 메커니즘의 하나 이상의 작동 변수, 예컨대 스위치 타이밍, 구동신호 및/또는 표면 탄성파 주파수, 표면 탄성파 위치, 구동신호 파형, 압력 펄스력 또는 가속력, 펄스폭, 펄스 지속시간 등이 조절될 수 있다.
전술한 바로부터 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 본 개시내용의 기본 개념은 각종 방식으로 실시될 수 있다. 이로써, 본 설명에 개시되거나 또는 본 명세서에 첨부된 도면에 도시한 특정 실시예 또는 요소는 제한할 의도의 것이 아니라, 본 개시내용에 의해 포괄적으로 포함되는 다수의 변경된 실시예, 또는 임의의 특정한 요소에 대해 포함되는 동등물에 대한 예시이다. 더욱이, 하나의 실시예 또는 요소에 대한 특정한 설명음 모든 가능한 실시예 또는 요소를 명백하게 기술할 수 없고, 다수의 변형이 설명 및 도명에 의해 함축적으로 개시된다. 예컨대, 상술한 IDT 중 어느 것은 테이퍼형, 비테이퍼형, 포커싱형, 단일 방향성, 처프형, 조정가능형 등일 수 있다. 또한, 상술한 IDT 중 어느 것은 단일의 발생기에 전기적으로 체인되거나 독립적으로 와이어링된 일련의 IDT로서 제공될 수 있다.
달리 정의되지 않으면, 본원에 사용된 모든 기술적, 과학적 용어는 본 개시내용에 속한 당업자에 의해 공통으로 이해되는 동일한 의미를 갖는다. 또한, 본원에 사용된 용어는 단지 특정 실시예를 기술할 목적이고, 제한한 의도의 것이 아니므로, 본 개시내용의 범위는 첨부한 청구범위에 의해서만 제한될 것이다. 본원에 기술된 바와 유사 또는 동등한 임의의 방법 및 재료가 본 개시내용의 실시 또는 시험에 이용될 수도 있지만, 바람직한 방법 및 재료가 기술된다.
본 개시내용을 읽을 때 당업자에게 명백한 바와 같이, 본원에 기술 및 예시된 별개의 실시예 각각은 본 개시내용의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않고서 다른 몇 가지의 실시예 중 어느 것의 특징으로부터 쉽게 구분되거나 또는 조합될 수 있는 별개의 구성요소 및 특징을 갖는다. 임의의 언급된 방법은 언급된 이벤트의 차순 또는 논리적으로 가능한 다른 임의의 차순으로 수행될 수 있다.
더욱이, 본 개시내용의 목적을 위해, 단수로 기술된 엔티티는 복수의 그 엔티티를 지칭한다. 이로써, 용어 "단수의 엔티티", "하나 이상" 및 "적어도 하나"는 본원에서 상호교환적으로 이용될 수 있다.
본원의 모든 수치는 달리 지시되지 않으면 용어 "약"으로 변경되도록 가정된다. 본원에 기술된 바와 같이, 범위는 "약"의 특정값에서 "약"의 다른 특정값으로 표현될 수 있다. 범위 각각의 종료점은 다른 종료점에 대해 그리고 다른 종료점과 독립적으로 중요하다. "약"의 사용에 의해 대략으로 값이 표현되면, 특정값은 또 다른 실시예를 형성하는 것으로 이해될 것이다.
Claims (44)
- 미세유체 입자 처리 칩 조립체(microfluidic particle processing chip assembly)에 있어서,
기판;
상기 기판 내에 형성된 복수의 흐름 채널로서, 각각의 흐름 채널은,
상기 흐름 채널 내에 입자 흐름을 포커싱하기 위한 포커싱 영역(focusing region),
상기 포커싱 영역의 적어도 부분적으로 하류에 있는 인터로게이션 영역(interrogation region), 및
상기 인터로게이션 영역의 적어도 부분적으로 하류에 있는 스위칭 영역(switching region)을 갖는, 상기 복수의 흐름 채널; 및
상기 기판 상에 형성된 복수의 스위칭 표면 탄성파 발생기(switching surface acoustic wave generators)로서, 각각의 스위칭 표면 탄성파 발생기는 상기 복수의 흐름 채널 중 하나와 관련되고, 상기 기판 내에 표면 탄성파와, 상기 흐름 채널의 스위칭 영역에서 상기 흐름 내에 압력 펄스를 발생시키도록 구성된, 상기 복수의 스위칭 표면 탄성파 발생기
를 포함하는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제1항에 있어서,
상기 기판 상에 형성된 복수의 감쇠 요소(attenuation elements)를 더 포함하며, 각각의 감쇠 요소는 상기 복수의 스위칭 표면 탄성파 발생기 중 하나와 관련되고, 상기 감쇠 요소는 상기 기판을 통해 상기 표면 탄성파의 전달을 감쇠시키도록 구성된,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제2항에 있어서,
상기 감쇠 요소는 상기 스위칭 표면 탄성파 발생기에 의해 상기 기판 내에 발생된 상기 표면 탄성파로부터 다른 흐름 채널을 격리시키도록 구성된,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제2항에 있어서,
상기 감쇠 요소는 상기 기판 내에 공기-충전형 갭을 구비하는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제1항에 있어서,
각각의 스위칭 표면 탄성파 발생기는 다른 주파수에서 표면 탄성파를 발생시키는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제1항에 있어서,
각각의 스위칭 표면 탄성파 발생기는 교차-연결형 변환기(inter-digitated transducer)를 구비하는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제1항에 있어서,
각각의 스위칭 표면 탄성파 발생기는 테이퍼식 교차-연결형 변환기(tapered inter-digitated transducer)를 구비하는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제1항에 있어서,
상기 기판 상에 형성된 복수의 포커싱 표면 탄성파 발생기(focusing surface acoustic wave generators)를 더 포함하며, 각각의 포커싱 표면 탄성파 발생기는 상기 복수의 흐름 채널 중 하나와 관련되고, 상기 기판 내에 표면 탄성파와, 상기 포커싱 영역에서 상기 흐름 채널 내의 상기 흐름 내에 정재 음파(standing pressure wave)를 발생시키도록 구성된,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제8항에 있어서,
각각의 포커싱 표면 탄성파 발생기는 교차-연결형 변환기를 구비하는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제8항에 있어서,
각각의 포커싱 표면 탄성파 발생기는 상기 포커싱 영역의 각 측부 상에 한 쌍의 교차-연결형 변환기를 구비하는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 흐름 채널 각각은 상기 스위칭 영역 내에 펄스 감쇄 요소(pulse dampening element)를 구비하는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 흐름 채널 각각은 상기 스위칭 표면 탄성파 발생기에 대향된 상기 흐름 채널의 일측부 상에 위치된 상기 스위칭 영역 내에 펄스 감쇄 요소를 구비하는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제1항에 있어서,
상기 기판은 압전 재료층을 구비하고, 상기 복수의 스위칭 표면 탄성파 발생기는 상기 압전 재료층 상에 형성되는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 미세유체 입자 처리 칩 조립체(microfluidic particle processing chip assembly)에 있어서,
기판;
상기 기판 내에 형성된 흐름 채널로서, 상기 흐름 채널은 스위칭 영역을 갖는, 상기 흐름 채널; 및
상기 기판 상에 형성되며 상기 흐름 채널의 스위칭 영역과 관련된 적어도 하나의 스위칭 표면 탄성파 발생기(switching surface acoustic wave generators)로서, 상기 적어도 하나의 스위칭 표면 탄성파 발생기는 상기 기판 내에 복수의 표면 탄성파와, 상기 흐름 채널의 스위칭 영역에서 상기 흐름 내에 복수의 압력 펄스를 발생시키도록 구성된, 상기 적어도 하나의 스위칭 표면 탄성파 발생기
를 포함하며,
상기 복수의 표면 탄성파는 순차적으로 발생되고, 상기 복수의 압력 펄스는 상기 흐름 채널을 따라 종방향으로 이격되는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제14항에 있어서,
상기 적어도 하나의 스위칭 표면 탄성파 발생기는 상이한 주파수를 갖는 복수의 표면 탄성파를 발생시키도록 구성된,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제14항에 있어서,
상기 적어도 하나의 스위칭 표면 탄성파 발생기는 상기 흐름 채널의 흐름방향을 따라 순차적으로 배열된 복수의 교차-연결형 변환기를 구비하는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 미세유체 입자 처리 칩 조립체(microfluidic particle processing chip assembly)에 있어서,
기판;
상기 기판 내에 형성된 적어도 하나의 흐름 채널로서, 상기 흐름 채널은 인터로게이션 영역, 스위칭 영역 및 제1 브랜치 채널을 갖고, 상기 인터로게이션 영역 내의 흐름은 제1 흐름방향을 갖고, 상기 제1 브랜치 채널 내의 흐름은 브랜치 흐름방향을 갖는, 상기 적어도 하나의 흐름 채널; 및
상기 기판 상에 형성되며 상기 흐름 채널의 스위칭 영역과 관련된 스위칭 표면 탄성파 발생기(switching surface acoustic wave generators)로서, 상기 스위칭 표면 탄성파 발생기는 상기 기판 내에 표면 탄성파와, 상기 흐름 채널의 스위칭 영역에서 상기 흐름 내에 압력 펄스를 선택적으로 발생시키도록 구성된, 상기 스위칭 표면 탄성파 발생기
를 포함하며,
발생된 표면 탄성파는 상기 브랜치 채널의 브랜치 흐름방향과 실질적으로 정렬되는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제17항에 있어서,
상기 표면 탄성파는 상기 인터로게이션 영역 내의 상기 제1 흐름방향과 실질적으로 정렬되는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제17항에 있어서,
상기 적어도 하나의 흐름 채널은 복수의 실질적으로 동일한 흐름 채널을 구비하고,
상기 스위칭 표면 탄성파 발생기는 상기 복수의 흐름 채널 각각에 대해 상기 기판 내에 표면 탄성파를 선택적으로 발생시키도록 구성되는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제19항에 있어서,
상기 스위칭 표면 탄성파 발생기는 복수의 표면 탄성파 액추에이터를 구비하는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 미세유체 입자 처리 칩 조립체(microfluidic particle processing chip assembly)에 있어서,
기판;
상기 기판 내에 형성된 적어도 하나의 흐름 채널로서, 상기 흐름 채널은 인터로게이션 영역, 스위칭 영역 및 제1 브랜치 채널을 갖고, 상기 인터로게이션 영역 내의 흐름은 제1 흐름방향을 갖고, 상기 제1 브랜치 채널 내의 흐름은 브랜치 흐름방향을 갖는, 상기 적어도 하나의 흐름 채널; 및
상기 기판 상에 형성되며 상기 흐름 채널의 스위칭 영역과 관련된 스위칭 표면 탄성파 발생기 조립체(switching surface acoustic wave generators assembly)로서, 상기 스위칭 표면 탄성파 발생기 조립체는 상기 기판 내에 표면 탄성파와, 상기 흐름 채널의 스위칭 영역에서 상기 흐름 내에 압력 펄스를 발생시키도록 구성된, 상기 스위칭 표면 탄성파 발생기 조립체
를 포함하며,
상기 표면 탄성파는 상기 인터로게이션 영역 내의 상기 제1 흐름방향과 실질적으로 정렬되는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제21항에 있어서,
상기 표면 탄성파는 상기 브랜치 채널의 브랜치 흐름방향과 실질적으로 정렬되는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제21항에 있어서,
상기 적어도 하나의 흐름 채널은 복수의 실질적으로 동일한 흐름 채널을 구비하고,
상기 스위칭 표면 탄성파 발생기 조립체는 상기 복수의 흐름 채널 각각에 대해 상기 기판 내에 표면 탄성파를 선택적으로 발생시키도록 구성되는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제23항에 있어서,
상기 스위칭 표면 탄성파 발생기 조립체는 복수의 표면 탄성파 액추에이터를 구비하며, 각각의 스위칭 표면 탄성파 액추에이터는 상기 복수의 흐름 채널 중 하나에 대해 상기 기판 내에 표면 탄성파를 발생시키도록 구성되는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 제23항에 있어서,
인접한 흐름 채널을 위해 발생된 상기 표면 탄성파는 상이한 주파수를 갖는,
미세유체 입자 처리 칩 조립체.
- 미세유체 입자 처리 시스템(microfluidic particle processing system)에 있어서,
미세유체 칩 조립체로서,
기판 내에 형성된 복수의 흐름 채널을 구비한 칩 기판을 구비하며, 각각의 흐름 채널은 상기 흐름 채널 내의 입자 흐름을 포커싱하기 위한 포커싱 영역, 상기 포커싱 영역의 적어도 부분적으로 하류에 있는 검사 영역(inspection region) 및 상기 검사 영역의 적어도 부분적으로 하류에 있는 스위칭 영역을 갖는, 상기 미세유체 칩 조립체; 및
입자 처리 도구(particle processing instrument)로서,
상기 도구와 관련된 스위칭 기판 상에 형성되며 상기 스위칭 기판 내에 적어도 하나의 표면 탄성파를 발생시키도록 구성된 스위칭 표면 탄성파 발생기 조립체를 구비한, 상기 입자 처리 도구
를 포함하며,
상기 미세유체 칩 조립체는 적어도 하나의 스위칭 커플링 요소를 통해 상기 입자 처리 도구와의 작동가능한 결합을 위해 구성되고, 상기 작동가능한 결합은 상기 스위칭 표면 탄성파 발생기 조립체로부터 적어도 하나의 흐름 채널의 적어도 하나의 스위칭 영역으로 음향 에너지의 전달을 제공하고, 전달된 음향 에너지는 상기 흐름 채널의 스위칭 영역에서 상기 흐름 내에 압력 펄스를 발생시키고,
상기 미세유체 칩 조립체는 상기 입자 처리 도구로부터 분리를 위해 구성되는,
미세유체 입자 처리 시스템.
- 제26항에 있어서,
상기 스위칭 표면 탄성파 발생기 조립체는 복수의 스위칭 표면 탄성파 액추에이터를 구비하는,
미세유체 입자 처리 시스템.
- 제26항에 있어서,
상기 스위칭 표면 탄성파 발생기 조립체는 상기 스위칭 기판 내에 복수의 표면 탄성파를 선택적으로 발생시키는 스위칭 표면 탄성파 액추에이터를 구비하는,
미세유체 입자 처리 시스템.
- 제28항에 있어서,
인접한 흐름 채널을 위해 선택적으로 발생된 상기 표면 탄성파는 상이한 주파수를 갖는,
미세유체 입자 처리 시스템.
- 제28항에 있어서,
상기 스위칭 표면 탄성파 발생기 조립체는 테이퍼식 교차-연결형 변환기를 구비하는,
미세유체 입자 처리 시스템.
- 제26항에 있어서,
상기 스위칭 표면 탄성파 발생기 조립체로부터 상기 미세유체 칩 조립체로 상기 음향 에너지를 전달하도록 구성된 적어도 하나의 스위칭 커플링 요소를 더 포함하는,
미세유체 입자 처리 시스템.
- 제31항에 있어서,
상기 적어도 하나의 스위칭 커플링 요소는 정합형(conformable)인,
미세유체 입자 처리 시스템.
- 제31항에 있어서,
상기 적어도 하나의 스위칭 커플링 요소는 유체와 겔 중 하나를 구비하는,
미세유체 입자 처리 시스템.
- 제31항에 있어서,
상기 적어도 하나의 스위칭 커플링 요소는 가역적 고형화 및 액화 에폭시(reversibly solidifying and liquefying epoxy)를 구비하는,
미세유체 입자 처리 시스템.
- 제26항에 있어서,
상기 스위칭 표면 탄성파 발생기 조립체로부터 적어도 하나의 흐름 채널의 적어도 하나의 스위칭 영역으로 상기 음향 에너지를 지향시키도록 구성되는 적어도 하나의 스위칭 전달 요소를 더 포함하는,
미세유체 입자 처리 시스템.
- 제35항에 있어서,
상기 적어도 하나의 스위칭 전달 요소는 상기 미세유체 칩 조립체의 덮개층(superstrate layer)을 일체로 구비하는 돌출 요소(projecting element)인,
미세유체 입자 처리 시스템.
- 제26항에 있어서,
상기 적어도 하나의 표면 탄성파가 이동하는 상기 스위칭 기판의 표면은 비평면인,
미세유체 입자 처리 시스템.
- 제26항에 있어서,
상기 입자 처리 도구는,
상기 입자 처리 도구와 관련된 포커싱 기판 상에 형성되며, 상기 포커싱 기판 내에 표면 탄성파와, 상기 흐름 채널의 포커싱 영역에서 상기 흐름 내에 정재 압력파를 발생시키도록 구성된 포커싱 표면 탄성파 발생기 조립체; 및
상기 포커싱 표면 탄성파 발생기 조립체로부터 상기 흐름 채널 각각의 포커싱 영역으로 음향 에너지를 전달하도록 구성된 적어도 하나의 포커싱 커플링 요소
를 더 구비하며,
상기 미세유체 칩 조립체는 상기 적어도 하나의 포커싱 커플링 요소를 통해 상기 입자 처리 도구와의 작동가능한 결합을 위해 구성되는,
미세유체 입자 처리 시스템.
- 제26항에 있어서,
상기 미세유체 칩은 상기 칩 기판 상에 형성된 복수의 감쇠 요소를 더 구비하며, 각각의 감쇠 요소는 상기 복수의 흐름 채널 중 하나 이상과 관련되고, 상기 감쇠 요소는 상기 칩 기판을 통해 상기 스위칭 표면 탄성파의 전달을 감쇠시키도록 구성되는,
미세유체 입자 처리 시스템.
- 제26항에 있어서,
상기 미세유체 칩 조립체는 유체 밀봉식 카트리지의 구성요소로서 제공되는,
미세유체 입자 처리 시스템.
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