KR101800552B1 - 시료 혼합장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 시료 혼합장치는 단일 종류의 시료가 각각 수용되는 복수 개의 시료 공급챔버; 상기 시료 공급챔버로부터 복수 종의 시료를 공급받아 상기 시료를 혼합하여 수용하는 시료 혼합챔버; 일단이 상기 복수의 시료 공급챔버와 연통하고 타단이 상기 시료 혼합챔버와 연통하여, 상기 시료 공급챔버로부터 복수 종의 시료를 공급받아 상기 시료 혼합챔버에 인입시키는 유로관; 및 상기 유로관의 내부에 유동 가능하도록 수용되어, 상기 유로관의 내부 공기를 부분적으로 차단하는 차단액을 포함한다. 이러한 본 발명에 따른 시료 혼합장치에 의하면, 각 종의 시료의 증발을 방지하여 정량의 시료를 정량으로 공급하여 혼합할 수 있어 이후 수행되는 실험의 정확도를 높일 수 있다. 또한 상기 시료의 유출 또는 증발을 방지하기 위한 수단으로 유로관 내부를 유동하는 차단액을 이용함으로써 구조를 간소화 할 수 있으며 제작과 작동이 용이하다.

Description

시료 혼합장치{Device for sample mixing}

본 발명은 시료 혼합장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마이크로 유체반응기(Microfluidic reactor)를 이용하여 복수 시료의 혼합 반응을 일으키는 시료 혼합장치에 관한 것이다.

일반적으로, 바이오칩을 이용한 진단 센서의 경우, 전기화학측정 방법(Electrochemical detection), 전위차 측정 방법(Potentiometer detection), 화학 발광 방법(Chemiluminescence detection) 등 여러 가지 측정 방법들이 있다.

최근 들어 미세 유동 제어 장치(Microfluidic device)를 이용하여 미세 유동 채널내로 시료와 반응 물질 등을 주입하여 혼합 반응을 일으켜, 이 때 발생하는 신호(광반응 등)의 강도를 측정하여 원하는 물질의 농도를 측정하는 방법이 권장된다.

이때 미세 유동 제어 장치를 이용하여 시료나 시약의 정확한 정량을 하기 위하여서는 유체를 주입하거나 혼합할 때 복잡한 시스템이 요구된다. 특히, 화학 발광 바이오센서의 경우 반응이 일어나기 위해서는 정량의 시료, 반응 매개 물질, 발광체 등의 정량 혼합 비율을 유지해야만 한다.

그러나 미세 유체 제어로써 원하는 물질을 주입하여 이동한 다음 반응부에서 시료를 혼합하여 측정부에서 신호를 정확히 측정하여 이들을 정량화하기는 매우 힘든 문제점이 있었다.

이를 해결하고자 소량의 시료를 미세하게 조작하기 위한 장비들이 개발되었으며, 이에 관련된 기술로서 대한민국 공개특허 제10-2013-0037073호가 제안되고 있다. 여기에서는 표적 물질을 포함하는 유체가 유입되는 적어도 하나의 샘플 챔버, 세척액이 유입되는 세척 챔버, 상기 적어도 하나의 샘플 챔버와 연결되는 제1멀티-포트(multi-port), 상기 제1멀티-포트와 연결되고, 상기 표적 물질을 필터링하는 필터부, 상기 필터부와 연결되는 제1펌프 및 상기 제1 내지 제3채널에 구비되어 각 채널을 개폐하는 제1 내지 제3밸브를 포함하는 유체 제어장치를 개시하고 있다.

그러나 상기 유체 제어장치는 유체의 유입을 밸브를 이용하여 제어하는 밸브 제어식으로서, 각 채널마다 밸브를 구비하여야 하므로 장치의 구성이 복잡해지고 그 운영이 번거롭다는 문제점을 갖는다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 복수의 공급유로 각각은 직선 관형으로 형성되면서, 일 지점에‘U’자 형태로 굴곡지는 굴곡부를 형성하고, 상기 차단액은 점성을 가진 기름 성분으로 상기 공급유로의 굴곡부에 수용되어, 상기 굴곡부에 정지된 상태로 수용되되 가압이 가해지면 상기 굴곡부에서 이탈하여 유동 가능한 정도의 세기로 점착되도록 하여, 각 시료를 정량으로 공급할 수 있으며 그 구성이 간소하여 제작과 사용이 간편한 시료 혼합장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 시료 혼합장치는 수용성이며, 단일 종류의 시료가 각각 수용되는 복수 개의 시료 공급챔버와, 상기 시료 공급챔버로부터 복수 종의 시료를 공급받아 상기 시료를 혼합하여 수용하는 시료 혼합챔버와, 일단이 각각 상기 복수의 시료 공급챔버와 연통하여 상기 시료 공급챔버로부터 시료를 공급받는 복수의 공급유로와, 일단이 상기 시료 혼합챔버와 연통하고 타단이 복수로 분기하여 상기 복수의 공급유로와 이어지는 분기유로로 이루어져, 상기 시료 공급챔버로부터 복수 종의 시료를 공급받아 상기 시료 혼합챔버에 인입시키는 유로관과, 비수용성(非水溶性) 용액으로 상기 유로관의 내부에 수용되어 상기 유로관을 부분적으로 차단하는 차단액과, 각각의 시료 공급챔버 일측에 연결되어, 상기 시료 공급챔버 내부로 압력을 공급하여, 상기 시료 공급챔버에 수용된 시료를 압출시키는 가압수단과, 상기 시료 혼합챔버를 모니터링하기 위한 것으로, 복수의 시료가 시료 혼합챔버로 인입되는 상태 또는 복수의 시료가 상기 시료 혼합챔버 내에서 혼합되는 상태를 촬영하는 촬영수단 및 상기 촬영수단의 렌즈 전방과 시료 혼합챔버의 사이에 배치되어 상기 촬영수단의 촬영 시야를 상기 시료 혼합챔버 상에 집중되도록 안내하는 경통을 포함하는데, 상기 복수의 공급유로 각각은 직선 관형으로 형성되면서, 일 지점에‘U’자 형태로 굴곡지는 굴곡부를 형성하고, 상기 차단액은 점성을 가진 기름 성분으로 상기 공급유로의 굴곡부에 수용되어, 상기 굴곡부에 정지된 상태로 수용되되 가압이 가해지면 상기 굴곡부에서 이탈하여 유동 가능한 정도의 세기로 점착된다.

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본 발명에 따른 시료 혼합장치에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다,

복수의 공급유로 각각은 직선 관형으로 형성되면서, 일 지점에‘U’자 형태로 굴곡지는 굴곡부를 형성하고, 상기 차단액은 점성을 가진 기름 성분으로 상기 공급유로의 굴곡부에 수용되어, 상기 굴곡부에 정지된 상태로 수용되되 가압이 가해지면 상기 굴곡부에서 이탈하여 유동 가능한 정도의 세기로 점착되도록 하여, 각 종의 시료의 증발을 방지하면서 정량의 시료를 정량으로 공급하여 혼합할 수 있어 이후 수행되는 실험의 정확도를 높일 수 있고, 시료 혼합장치의 구조를 간소화되어 제작과 작동이 용이하다.

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또한, 시료와 차단액의 밀도와 성질을 다르게 하여 시료를 혼합한 후에, 상기 혼합된 시료로부터 차단액을 분리하는 것이 용이하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 혼합장치의 사시도,
도 2는 도 1에서 나타낸 시료 혼합장치의 내부 유체의 흐름이 도시된 절단면도,

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 혼합장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에서 나타낸 시료 혼합장치의 절단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 시료 혼합장치는 복수 종의 시료 또는 반응 물질을 주입하여 혼합 반응을 일으키는 장치이다. 이를 위해 상기 시료 혼합장치는 시료 공급챔버(100), 시료 혼합챔버(200), 유로관(300), 차단액(400), 촬영수단(500) 및 경통(600)을 구비한다.

여기서 본 발명에 따른 시료 혼합장치는 적어도 두 종류 이상의 시료를 혼합하기 위한 것이며, 상기 시료는 수용성 물질인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 시료 혼합장치는 미세유체 반응기(Microfluidic reactor)에 관한 것으로서, 수십에서 수백 마이크로미터의 채널 크기로 적용되는 것이 바람직하다.

상기 시료 공급챔버(100:100a,100b,100c)는 단일 종류의 시료가 수용되는 것으로 준비된 시료에 대응하는 갯수로 구비된다. 이때 상기 시료 공급챔버(100:100a,100b,100c)의 일측에는 상기 공급챔버 내부로 압력을 공급하여, 상기 시료 공급챔버(100:100a,100b,100c)에 수용된 시료를 압출시키는 가압수단(110:110a,110b,110c)이 구비될 수 있다. 이때 상기 가압수단(110:110a,110b,110c)으로는 상기 시료 공급챔버(100:100a,100b,100c)와 연통하는 복수의 실린더가 예시될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 사용자가 상기 챔버를 직접 가압하는 방식도 가능하다.

상기 시료 혼합챔버(200)는 상기 시료 공급챔버(100:100a,100b,100c)와 연통하여 상기 시료 공급챔버(100:100a,100b,100c)로부터 복수 종의 시료를 공급받는다. 이때 상기 시료 혼합챔버(200)는 후술(後述)할 유로관(300)을 통하여 상기 복수 종의 시료를 공급된다. 또한 상기 시료 혼합챔버(200)는 공급된 복수 종의 시료를 혼합하여 혼합된 시료를 수용한다. 이때 상기 혼합된 시료는 일종의 혼합 반응을 일으킬 수 있다.

상기 유로관(300)은 상기 복수의 시료 공급챔버(100:100a,100b,100c)의 시료를 공급받아 상기 혼합챔버(200)에 인입시키기 위한 것으로서, 공급유로(310)과 분기유로(320)로 구성된다.

이때 상기 공급유로(310)은 상기 시료 공급챔버(100)의 개수에 대응하도록 복수로 구비되어, 일단이 상기 시료 공급챔버(100)에 연결되고 타단이 후술(後述)할 분기유로(320)에 연결된다. 이때 상기 공급유로(310)은 일 지점에 ‘U’자 형태의 하향으로 굴곡진 굴곡부(311a,311b,311c)를 구비되는 것이 바람직하다. 한편 상기 공급유로(310)는 측방향으로 굴곡지는 ‘ㄷ’자 형상으로 구비될 수 있으며, 상기 굴곡부(311)의 굴곡 방향을 한정하는 것은 아니다.

한편, 상기 공급유로(310)는 직선의 중공 관형으로 형성될 수 있다. 이때 상기 공급유로(310)는 소정의 각도로 기울어진 상태로 배치되어 하부측이 상기 분기관(320)과 연결되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 공급유로(300)내에 수용되는 후술(後述)할 차단액(400)은 점성을 가지어, 상기 공급유로(310)의 내면에 소정의 세기로 점착되도록 구비된다. 이때 상기 차단액(400)은 상기 공급유로(310)의 상기 일 지점에 정지된 상태로 수용될 수 있다. 여기서 상기 차단액(400)의 점성 세기는, 상기 공급유로(310)의 일 지점에 정지된 상태로 수용되되 가압이 가해지면 상기 일 지점으로부터 이탈하여 유동 가능한 정도인 것이 바람직하다.

한편, 상기 분기유로(320)는 일단이 상기 시료 혼합챔버(200)와 연통하고 타단이 분기되어 상기 공급유로(310)의 단부와 연결된다. 이때 상기 분기유로(320)는 상기 공급유로(310)으로부터 공급되는 복수의 상기 시료를 상기 혼합챔버(200) 내로 주입한다.

상기 차단액(400)은 유로관 내부에 유동 가능하도록 수용된다. 상기 공급유로(310a,310b,310c)의 각 굴곡부(311a,311b,311c)에 수용되어, 상기 굴곡부(311a,311b,311c)를 기점으로 상기 시료가 증발되거나, 상기 시료로 외부공기가 유입되는 것을 방지한다. 이때 상기 차단액(400)은 반 수용성 물질로 이루어져, 수용성을 띄는 상기 시료와 혼합되지 않고 분리되는 것이 바람직하다. 이때 상기 차단액(400)은 상기 유로관의 내부 공기를 부분적으로 차단하는 역할을 한다.

한편, 상기 차단액(400)은 수성계 이(二)상 시스템(ATPs: Aqueous two phase system) 이용하여, 두 물질이 두 개의 상으로 분리되는 성질을 적용할 수 있다. 보다 상세하게는 폴리에틸렌글리콜(PEG)-덱스트란(Dextran)의 상분리 방법을 이용하여, 상기 차단액(400)은 폴리에틸렌글리콜 또는 덱스트란 중 선택된 어느 하나의 물질을 포함하도록 구비하고, 상기 시료를 폴리에틸렌글리콜 또는 덱스트란 중 선택된 다른 하나를 구비하도록 구비하는 것이 바람직하다.

이처럼 본 발명에 따른 시료 혼합장치는 상기 차단액(400)을 이용하여 상기 시료의 증발을 방지함으로써 정량의 시료를 혼합하는 것이 가능하며, 간소화된 구성으로 시료의 유출입을 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 시료 혼합장치는 각 종의 시료를 혼합한 후에, 상기 혼합된 시료로부터 차단액을 분리하는 것이 용이하여 조작이 간편하다는 장점을 갖는다.

상기 촬영수단(500)은 상기 시료 혼합챔버(200)를 촬영하기 위한 것으로, 복수의 시료가 상기 시료 혼합챔버(200)로 인입되는 상태 또는 복수의 시료가 상기 시료 혼합챔버(200) 내에서 혼합되는 상태를 촬영한다. 이때 상기 촬영수단(500)으로는 영상카메라가 예시된다.

상기 경통(600)은 중공의 관형으로 형성되어 상기 촬영수단(500)의 렌즈(510)와 상기 시료 혼합챔버(200)의 사이에 배치된다. 이때 상기 경통(600)은 상기 촬영수단(500)의 시야를 상기 시료 혼합챔버(200) 상에 집중되도록 안내한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100(100a,100b,100c): 시료 공급챔버 110(110a,110b,110c): 가압수단
200: 시료 혼합챔버 300: 유로관
310(310a,310b,310c): 공급유로 320: 분기유로
400: 차단액 500: 촬영수단
600: 경통

Claims (9)

1. 수용성이며, 단일 종류의 시료가 각각 수용되는 복수 개의 시료 공급챔버와, 상기 시료 공급챔버로부터 복수 종의 시료를 공급받아 상기 시료를 혼합하여 수용하는 시료 혼합챔버와, 일단이 각각 상기 복수의 시료 공급챔버와 연통하여 상기 시료 공급챔버로부터 시료를 공급받는 복수의 공급유로와, 일단이 상기 시료 혼합챔버와 연통하고 타단이 복수로 분기하여 상기 복수의 공급유로와 이어지는 분기유로로 이루어져, 상기 시료 공급챔버로부터 복수 종의 시료를 공급받아 상기 시료 혼합챔버에 인입시키는 유로관과, 비수용성(非水溶性) 용액으로 상기 유로관의 내부에 수용되어 상기 유로관을 부분적으로 차단하는 차단액과, 각각의 시료 공급챔버 일측에 연결되어, 상기 시료 공급챔버 내부로 압력을 공급하여, 상기 시료 공급챔버에 수용된 시료를 압출시키는 가압수단과, 상기 시료 혼합챔버를 모니터링하기 위한 것으로, 복수의 시료가 시료 혼합챔버로 인입되는 상태 또는 복수의 시료가 상기 시료 혼합챔버 내에서 혼합되는 상태를 촬영하는 촬영수단 및 상기 촬영수단의 렌즈 전방과 시료 혼합챔버의 사이에 배치되어 상기 촬영수단의 촬영 시야를 상기 시료 혼합챔버 상에 집중되도록 안내하는 경통을 포함하는 시료 혼합장치에 있어서,
   상기 복수의 공급유로 각각은 직선 관형으로 형성되면서, 일 지점에‘U’자 형태로 굴곡지는 굴곡부를 형성하고,
   상기 차단액은 점성을 가진 기름 성분으로 상기 공급유로의 굴곡부에 수용되어, 상기 굴곡부에 정지된 상태로 수용되되 가압이 가해지면 상기 굴곡부에서 이탈하여 유동 가능한 정도의 세기로 점착되는 것을 특징으로 하는 시료 혼합장치.
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