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KR102245674B1 - 고상 추출용 마이크로 디바이스 - Google Patents

고상 추출용 마이크로 디바이스 Download PDF

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KR102245674B1
KR102245674B1 KR1020170153518A KR20170153518A KR102245674B1 KR 102245674 B1 KR102245674 B1 KR 102245674B1 KR 1020170153518 A KR1020170153518 A KR 1020170153518A KR 20170153518 A KR20170153518 A KR 20170153518A KR 102245674 B1 KR102245674 B1 KR 102245674B1
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Abstract

본 발명은 고상 추출용 마이크로 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 충진물과 용매를 투입하고 용매의 균일한 흐름을 구현하여 고상 추출법을 수행할 수 있도록 된 마이크로 디바이스를 제공한다.

Description

고상 추출용 마이크로 디바이스{A Micro device for Solid Phase Extraction}
본 발명은 고상 추출용 마이크로 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 충진물과 용매를 투입하여 고상 추출법을 수행할 수 있도록 된 마이크로 디바이스에 관한 것이다.
고상 추출법(solid phase extraction)이란 특정 성질을 가진 충진물, 예를 들면 비즈(beads) 등을 이용하여 목적 물질(target material)을 흡착시키고 용매를 이용하여 정제 및 농축하여 전처리하는 방법이다. 이 때, 충진물을 패킹(packing)하는 디바이스가 필요하며 회수율을 높이고 전처리 시간을 단축하기 위하여 크기가 작은 마이크로 디바이스로 구현되고 있다. 또한, 마이크로 디바이스는 미량의 물질을 검출하는 데에 사용되고 있으며, 마이크로 디바이스를 사용하는 경우 용매 사용량을 단축할 수 있으므로, 친환경적인 장점을 가지고 있다.
종래의 고상 추출용 마이크로 디바이스(1)의 형태는 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같다. 마이크로 디바이스(1)의 내부에 댐(dam)(2)이 형성 되어 있어 비즈(3)는 통과하지 못하고 유체만 흐르는 방식이다. 이 때, 댐의 후방부에 비즈의 충진(packing)에 의하여 유로가 줄어드는 영향으로 차압이 발생하며, 공극의 정도(porosity)가 작을수록 차압이 크게 발생한다. 도 4a 및 4b의 종래의 마이크로 디바이스의 경우 좌, 우, 중앙 쪽에 댐이 형성되어 있다. 따라서, 상대적으로 비즈의 충진 거리가 짧은 좌, 우 방향으로 보다 많은 양의 유체가 흐르게 되어 유체의 흐름에 불균일한 분포가 발생하게 된다.
종래의 고상 추출용 마이크로 디바이스의 유체의 흐름에 불균일한 분포를 해결하고자, 균일한 유량의 유체가 흐르게 하여 균일한 추출을 구현할 수 있는 새로운 형태의 고상 추출용 마이크로 디바이스가 요구된다.
본 발명에 따른 고상 추출(Solid Phase Extraction)용 마이크로 디바이스(Micro device)에 있어서:
용매와 충진물이 주입되는 주입구;
상기 용매가 배출되는 출구; 및
상기 주입구와 상기 출구 사이에 위치하는 댐 형성부로서, 상기 충진물은 통과하지 못하고 상기 용매만 출구로 흐를 수 있도록 한 댐(dam)을 포함하는 상기 댐 형성부를 포함하고,
상기 댐 형성부와 상기 댐 각각은, 상기 주입구가 연장되는 방향의 중심축에 수직인 단면이 상기 중심축을 기준으로 하는 원형의 형상을 갖고, 상기 댐 형성부 내에서 상기 충진물이 상기 중심축을 기준으로 디스크 형태로 충진되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고상 추출용 마이크로 디바이스에 있어서, 상기 주입구, 상기 출구, 상기 댐 형성부, 상기 댐 각각은, 상기 주입구가 연장되는 방향의 중심축에 수직인 단면이 상기 중심축을 기준으로 하는 원형의 형상이고, 상기 주입구의 직경 및 상기 출구의 직경 각각은 상기 댐 형성부의 직경보다 작을 수 있다.
또한, 고상 추출용 마이크로 디바이스에 있어서, 상기 댐 형성부의 양단부인 상기 주입구에 연결된 제 1 단부 및 상기 출구에 연결된 제 2 단부 중에서, 상기 댐은 상기 제 1 단부보다 상기 제 2 단부에 더 가까이 위치하고, 상기 댐은 상기 제 2 단부로부터 소정 거리 이격되어 위치할 수 있다.
또한, 고상 추출용 마이크로 디바이스에 있어서, 상기 제 2 단부의 형상 및 상기 댐의 상기 제 2 단부를 향하는 면의 형상은 각각 상기 출구로 돌출된 형상일 수 있다.
또한, 고상 추출용 마이크로 디바이스에 있어서, 상기 제 2 단부의 형상 및 상기 댐의 상기 제 2 단부를 향하는 면의 형상은 원뿔형일 수 있다.
또한, 고상 추출용 마이크로 디바이스에 있어서, 상기 충진물은 비즈일 수 있다.
또한, 고상 추출용 마이크로 디바이스에 있어서, 상기 마이크로 디바이스의 총 직경은 25 mm 내지 32 mm이고 상기 마이크로 디바이스의 총 길이는 10 mm일 수 있다.
또한, 고상 추출용 마이크로 디바이스에 있어서, 상기 충진물의 직경은 35 μm 내지 60 μm이고,
상기 주입구의 직경은 0.5 mm 내지 10 mm이고 길이는 5 mm이고, 상기 출구의 직경은 0.5 mm 내지 10 mm이고 길이는 5 mm이고, 상기 댐 형성부의 제 1 단부로부터 상기 댐의 상기 제 1 단부를 향하는 면까지의 길이는 0.2 mm 내지 0.3 mm이고, 상기 댐의 상기 제 1 단부를 향하는 면으로부터 상기 제 2 단부까지의 길이는 100 μm 내지 150 μm이고, 상기 댐의 길이는 30 μm 내지 35 μm일 수 있다.
본 발명의 고상 추출용 마이크로 디바이스에 의하면, 고상 추출용 마이크로 디바이스의 중심축을 기준으로 균일한 유량의 유체가 흐르도록 하여 균일한 고상 추출을 구현할 수 있도록 하는 장점이 있다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고상 추출용 마이크로 디바이스의 정면도를 도시한다.
도 2는 도 1a의 고상 추출용 마이크로 디바이스의 상면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고상 추출용 마이크로 디바이스의 정면도를 도시한다.
도 4a 및 4b는 종래 기술에 따른 고상 추출용 마이크로 디바이스의 사시도를 도시하고 용매와 비즈의 흐름도의 실험예를 도시한다.
이하, 본 발명에 따른 고상 추출용 마이크로 디바이스를 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고상 추출용 마이크로 디바이스(10)의 정면도를 도시한다. 고상 추출용 마이크로 디바이스(10)는 주입구(100), 댐(dam) 형성 구역(200), 및 출구(300)를 포함한다. 주입구(100)를 통해 충진물(400)(예를 들면, 비즈)과 용매가 주입되고, 주입된 충진물(400)과 용매는 주입구(100)와 연결된 댐 형성부(200) 내로 이동한다. 댐 형성부(200) 내의 댐(210)의 후방에 충진물(400)이 충진되고 용매는 댐(210)의 측면으로 지나 댐 형성부(200)에 연결된 출구(300)를 통해 빠져나간다.
본 발명에 따른 고상 추출용 마이크로 디바이스(10)의 댐 형성부(200)는 단면이 원형인 원통형(또는, 소정의 길이를 갖는 원판)의 형상을 갖는다. 댐 형성부(200) 내에는 출구(300) 측에 댐(210)을 포함한다. 댐(210)도 단면이 원형인 원판의 형상을 갖는다. 원통형의 댐 형성부(200)의 양단부 중 댐 형성부(200)가 주입구(100)와 연결된 측의 단부를 제 1 단부(220)라고 하고 댐 형성부(200)가 출구(300)에 연결된 측의 단부를 제 2 단부(230)라고 하면, 댐(210)은 댐 형성부(200)의 제 2 단부(230)에 가까이 위치하고, 용매가 출구(300)로 나갈 수 있도록 댐(210)은 제 2 단부(230)로부터 소정 거리 이격되어 위치한다. 한편, 본 발명은 상술한 것에 한정되지 않고, 예를 들어, 댐(210)을 충진물(400)보다 크기가 작은 구멍들을 갖는 타공판이나 충진물(400)이 통과하지 못하는 정도의 그물망 구조 등으로 제작할 수도 있으며, 이러한 경우에는, 용매는 댐(210)의 측면뿐만 아니라 댐(210)을 통과하여 출구(300)로 흘러나갈 수도 있다.
댐 형성부(200) 내에서 댐(210)을 지난 용매가 출구(300) 쪽으로 이동할 때 제 2 단부(230)에 의한 저항을 최소화하기 위하여 제 2 단부(230)는 출구(300)쪽으로 돌출된 형상일 수 있고, 예를 들어 도 1a에 도시된 바와 같이 원뿔 형상일 수 있다. 댐(210)도 상술한 바와 같이 원판의 형상일 수도 있지만 도 1a에 도시된 바와 같이 원뿔 형상의 제 2 단부(230)와 마찬가지로 댐(210)의 전방부도 원뿔 형상일 수 있다.
또한, 도 1a에 도시된 바와 같이, 댐 형성부(200)의 직경과 댐(210)의 직경이 같은 경우, 댐 형성부(200)의 댐(210)이 위치한 부분을 둘러싸는 측면은 보다 돌출되어 댐(210)의 측면과 댐 형성부(200)의 내부면 사이로 용매가 이동할 수 있도록 한 돌출부(240)를 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 댐 형성부(200)의 제 2 단부(230)의 직경은 댐 형성부(200)의 제 1 단부(220)의 직경보다 더 클 수 있다. 도 1a에 도시된 용매의 흐름을 표시한 선과 같이, 용매는 충진물(400) 사이를 지나고, 댐 형성부(200)의 돌출부(240)를 지나고, 댐 형성부(200)의 제 2 단부(230)와 댐(210) 사이의 공간을 지나서, 출구(300)로 이동할 수 있다.
댐(210)의 측면과 댐 형성부(200)의 내부면 사이의 용매가 유입되는 공간의 입구인, 용매 유입부(250)의 폭은 충진물(400)의 직경보다 작다.
한편 도 3은 도 1a의 고상 추출용 마이크로 디바이스를 일부 변형한 경우로서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고상 추출용 마이크로 디바이스(10')의 정면도를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이 대안적으로, 댐 형성부(200')의 직경보다 댐(210')의 직경이 작은 경우에는 댐(210')의 측면으로 용매가 이동할 수 있으므로, 댐 형성부(200')는 돌출부를 가지지 않을 수도 있다. 이러한 경우에도, 댐(210')의 측면과 댐 형성부(200')의 내부면 사이의 용매가 유입되는 공간의 입구인, 용매 유입부(250')의 폭은 충진물(400)의 직경보다 작다.
다시 도 1a를 참조하면, 주입구(100) 및 출구(300)는 상술한 바와 같이 댐 형성부(200)에 연결되어 있고 댐 형성부(200)와 일체로 형성되어 있을 수 있다. 주입구(100) 및 출구(300)는 각각 예를 들어 긴 원통형의 형상일 수 있다. 또한, 주입구(100) 및 출구(300)는 각각 댐 형성부(200)의 길이 방향의 중심축을 기준으로 동일한 선상에 위치할 수 있다. 주입구(100) 및 출구(300)의 각각의 직경은 댐 형성부(200)의 직경보다 작다.
고상 추출용 마이크로 디바이스(10)의 크기는, 예를 들어, 도 1b에 도시된 바와 같이, 고상 추출용 마이크로 디바이스(10)의 직경(즉, 댐 형성부(200)의 돌출부(240)를 포함한 직경)은 25 mm 내지 32 mm일 수 있고, 고상 추출용 마이크로 디바이스(10)의 총 길이(즉, 주입구(100), 댐 형성부(200), 출구(300)를 포함한 전체 길이)는 약 10.3 mm 내지 10.45 mm일 수 있고, 일 실시양태로서 약 10 mm일 수 있다. 충진물(400)의 직경은 35 μm 내지 60 μm일 수 있다. 주입구(100)의 직경은 0.5 mm 내지 10 mm일 수 있고, 길이는 약 5 mm일 수 있다. 출구(300)의 직경은 0.5 mm 내지 10 mm일 수 있고, 길이는 약 5 mm일 수 있다. 댐 형성부(200)의 제 1 단부(220)로부터 댐(210)의 후방부까지의 길이(즉, 충진물(400)이 충진될 수 있는 구역의 길이)는 0.2 mm 내지 0.3 mm일 수 있다. 댐(210)의 후방부로부터 제 2 단부(230)까지의 길이는 100 μm 내지 150 μm일 수 있다. 댐(210)의 길이는 30 μm 내지 35 μm일 수 있다. 돌출부(240)의 용매 유입부(250)의 폭은 충진물(400)이 빠져나가지 못하도록 30 μm 내지 35 μm일 수 있다. 도 1b에 기재된 치수는 일 실시예일 뿐이고, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 본 발명이 구현되는 다양한 환경에 맞추어 다양한 변형, 변경이 가능하다.
댐 형성부(200) 내의 충진물(400)은 댐(210)에 막혀 출구(300)로 나가지 못하여 댐(210)의 후방에 충진될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 충진물(400)은 용매의 흐름에 따라 댐(210)의 후방에 디스크 형태로 충진될 수 있다. 충진물(400)이 충진된 형태를 참조번호 200a로 도 2에 도시하였다.
본 발명에 따르면, 댐 형성부(200)의 길이 방향의 중심축으로부터 충진물(400)의 동일한 충진 거리는 유사한 차압을 발생 시키기 때문에, 고상 추출용 마이크로 디바이스(10) 내에서 용매의 균일한 유량분포를 가질 수 있도록 한다. 따라서, 충진물(400)이 충진되는 거리를 동일하게 하도록, 도 1a에 도시된 바와 같이 댐 형성부(200)와 댐(210)을 중심축으로부터 방사되칭되는 형태(원통형)으로 설계하였고 그에 따라 충진물(400)이 충진되는 지역(200a)은 도 2에 도시된 바와 같이 디스크(disk) 형상이 되며, 주입구(100) 및 출구(300)는 상기의 중심축에 위치시켰다. 즉, 댐 형성부(200)와 댐(210) 각각은, 주입구(100)가 연장되는 방향의 중심축에 수직인 단면이 상기 중심축을 기준으로 하는 원형의 형상을 가지며, 댐 형성부(200) 내에서 충진물(400)이 상기 중심축을 기준으로 디스크 형태로 충진되는 되도록 하였다. 이와 같이, 단면이 원형으로 제작되었을 때, 충진물(400)이 고상 추출용 마이크로 디바이스(10)의 중심축으로부터 동일한 분포로 유체 흐름 방향으로 형성되며, 그에 따라, 고상 추출용 마이크로 디바이스(10)의 불필요한 부피(volume)를 없애고 고상추출의 효율을 극대화 할 수 있도록 한다.
상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 기술자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구 범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 고상 추출용 마이크로 디바이스
100: 주입구 200: 댐 형성부
210: 댐 220: 제 1 단부
230: 제 2 단부 240: 돌출부
250: 용매 유입부 300: 출구
400: 충진물

Claims (8)

  1. 고상 추출(Solid Phase Extraction)용 마이크로 디바이스(Micro device)에 있어서:
    용매와 충진물이 주입되는 주입구;
    상기 용매가 배출되는 출구; 및
    상기 주입구와 상기 출구 사이에 위치하는 댐 형성부로서, 상기 충진물은 통과하지 못하고 상기 용매만 출구로 흐를 수 있도록 한 댐(dam)을 포함하는 상기 댐 형성부를 포함하고,
    상기 댐 형성부와 상기 댐 각각은, 상기 주입구가 연장되는 방향의 중심축에 수직인 단면이 상기 중심축을 기준으로 하는 원형의 형상을 갖고, 상기 댐 형성부 내에서 상기 충진물이 상기 중심축을 기준으로 디스크 형태로 충진되며,
    상기 주입구의 직경 및 상기 출구의 직경 각각은 상기 댐 형성부의 직경보다 작고,
    상기 댐의 가장자리는 상기 댐 형성부의 내주면으로부터 이격되며,
    상기 용매는 상기 댐의 측면으로 지나 상기 댐 형성부에 연결된 상기 출구를 통해 빠져나가는 것을 특징으로 하고,
    상기 충진물이 충진되는 지역은 디스크(disk) 형상이 되며, 상기 주입구 및 상기 출구는 상기 중심축에 위치하는, 고상 추출용 마이크로 디바이스.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 댐 형성부의 양단부인 상기 주입구에 연결된 제 1 단부 및 상기 출구에 연결된 제 2 단부 중에서, 상기 댐은 상기 제 1 단부보다 상기 제 2 단부에 더 가까이 위치하고, 상기 댐은 상기 제 2 단부로부터 소정 거리 이격되어 위치하는, 고상 추출용 마이크로 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 단부의 형상 및 상기 댐의 상기 제 2 단부를 향하는 면의 형상은 각각 상기 출구로 돌출된 형상인, 고상 추출용 마이크로 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 단부의 형상 및 상기 댐의 상기 제 2 단부를 향하는 면의 형상은 원뿔형인, 고상 추출용 마이크로 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 충진물은 비즈인, 고상 추출용 마이크로 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 디바이스의 총 직경은 25 mm 내지 32 mm이고 상기 마이크로 디바이스의 총 길이는 10 mm인, 고상 추출용 마이크로 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 충진물의 직경은 35 μm 내지 60 μm이고,
    상기 주입구의 직경은 0.5 mm 내지 10 mm이고 길이는 5 mm이고,
    상기 출구의 직경은 0.5 mm 내지 10 mm이고 길이는 5 mm이고,
    상기 댐 형성부의 제 1 단부로부터 상기 댐의 상기 제 1 단부를 향하는 면까지의 길이는 0.2 mm 내지 0.3 mm이고, 상기 댐의 상기 제 1 단부를 향하는 면으로부터 상기 제 2 단부까지의 길이는 100 μm 내지 150 μm이고, 상기 댐의 길이는 30 μm 내지 35 μm인, 고상 추출용 마이크로 디바이스.
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