(57)【要約】  流体サンプル内の微量の標的の存在を正確且つ迅速に検出し得るマイクロ流体チップが開示される。それはチャネル構造を有し、チャネル構造は、そこを通じてサンプルを送り込むためのサンプル入口と、その中にサンプルを一次的に貯蔵するための第一貯槽と、その中にサンプルを二次的に貯蔵するための第二貯槽と、標的が標識と接合する第一反応部分と、標識付き標的が抗原抗体反応のような特別な反応を受ける第二反応部分と、サンプルの流速を減少するために第一反応部分と第二反応部分との間に配置される遅延部分とを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体サンプルを分析するためのマイクロ流体チップであって、
そこを通じて前記サンプルを送り込むためのサンプル入口と、
その中に前記サンプルを一次的に貯蔵するための第一貯槽と、
その中に前記サンプルを二次的に貯蔵するための第二貯槽と、
標的が標識と接合する第一反応部分と、
前記標識付き標的が抗原抗体反応のような特別な反応を受ける第二反応部分とを含む、
チャネル構造を有する、
マイクロ流体チップ。
【請求項２】
前記第一反応部分及び前記第二反応部分は、それらの一対の内部側部に沿って設けられるそれぞれの延長部分を含み、該延長部分は、前記チャネルよりも深く押し下げられる、請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項３】
流体サンプルを分析するためのマイクロ流体チップであって、
そこを通じて前記サンプルを送り込むためのサンプル入口と、
その中に前記サンプルを一次的に貯蔵するための第一貯槽と、
標的が標識と接合する第一反応部分と、
前記標識付き標的が抗原抗体反応のような特別な反応を受ける第二反応部分と、
前記サンプルの流速を減少するために前記第一反応部分と前記第二反応部分との間に配置される遅延部分とを含む、
チャネル構造を有する、
マイクロ流体チップ。
【請求項４】
前記第一反応部分、前記第二反応部分、及び、前記遅延部分は、それらの一対の内部側部に沿って設けられるそれぞれの延長部分を含み、該延長部分は、前記チャネルよりも深く押し下げられる、請求項３に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項５】
流体サンプルを分析するためのマイクロ流体チップであって、
そこを通じて前記サンプルを送り込むためのサンプル入口と、
その中に前記サンプルを一次的に貯蔵するための第一貯槽と、
その中に前記サンプルを二次的に貯蔵するための第二貯槽と、
標的が標識と接合する第一反応部分と、
前記標識付き標的が抗原抗体反応のような特別な反応を受ける第二反応部分と、
前記サンプルの流速を減少するために前記第一反応部分と前記第二反応部分との間に配置される遅延部分とを含む、
チャネル構造を有する、
マイクロ流体チップ。
【請求項６】
前記第一反応部分、前記第二反応部分、及び、前記遅延部分は、それらの一対の内部側部に沿って設けられるそれぞれの延長部分を含み、該延長部分は、前記チャネルよりも深く押し下げられる、請求項５に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項７】
前記マイクロチャネルは、１ｍ〜２０ｍの高さに及び、前記サンプルは、全血を含む体液である、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項８】
前記貯槽は、それらの底部上に形成されるパターンを有する、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項９】
前記反応部分は、それらの底部上に形成されるパターンを有する、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１０】
前記第二貯槽は、その上側に形成される孔を有する、請求項１、２、５、及び、６のうちのいずれか１項に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１１】
前記遅延部分の高さは、前記マイクロチャネルの高さよりも３〜２０倍大きい、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１２】
前記遅延部分は、それが前記第一反応部分から前記遅延部分に進むときに上向きになる傾斜側部と、前記第二反応部分に接続される傾斜又は垂直側部とを有する、請求項３乃至６のうちのいずれか１項に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１３】
前記遅延部分の前方位置に配置される前記傾斜側部は、５〜６０の傾きを有する、請求項１２に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１４】
前記遅延部分の後方位置に配置される前記傾斜側部は、前記遅延部分での流れ界面の前方端部と後方端部との間の距離及び前記遅延部分の高さによって決定される傾斜角度よりも大きく、且つ、９０よりも小さい角度を有する、請求項１２に記載のマイクロ流体チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体サンプル内の微量の標的の存在を正確且つ迅速に検出し得るマイクロ流体チップに関する。より具体的には、本発明は、そこを通じてサンプルを送り込むためのサンプル入口と、その中にサンプルを一次的に貯蔵するための第一貯槽と、その中にサンプルを二次的に貯蔵するための第二貯槽と、標的が標識と接合される第一反応部分と、標識付き標的が、抗原抗体反応のような特別な反応を受ける第二反応部分と、サンプルの流速を減少するために、第一反応部分と第二反応部分との間に配置される遅延部分とを含む、チャネル構造を有する、流体サンプルの分析のためのマイクロ流体チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体サンプルの分析は、患者からの血液及び体液を使用して病気を臨床的に診断するために、化学及び生体工学分野並びに医療分野において広範に使用されている。流体サンプルのより便利で効率的な分析のために、様々な小さい分析装置が開発され且つ利用されている。特に、ラボオンアチップは、小さい単一チップ上に分離、濾過、混合、標識付け、分析、洗浄等の様々なラボ機能を集積する装置である。
【０００３】
チップ上に形成されるマイクロチャネルを通過する間、流体サンプルは、ラボ機構を経ることが可能とされ、最終的には、例えば、チップ上に固定される抗体との反応を示す蛍光標識を用いて検出される。よって、チップ上に形成されるマイクロチャネルを通じる流体サンプルの動作を制御することが、そのような小型化されたチップの使用によって正確な分析結果を迅速に得ることにおける、最も重要な技術的要因の１つである。
【０００４】
チップ上のマイクロチャネルを通じて流体を移動する駆動力は、小型モータによって生成され得るし、或いは、毛管現象に頼り得る。主要駆動力として毛管現象を使用するチップの場合には、特にマイクロチャネルが極めて低い高さであり或いは狭くされるときには、マイクロチャネルを通じて流れる流体は、不規則且つ不均一な移動性パターンを示す。これらの不規則且つ不均一な移動性パターンは、上壁及び下壁並びに左壁及び右壁との流体相互作用の違いに起因して生成され、流体サンプル内に微量に含まれる標的を検出し且つ分析する大きな障害として作用する。
【０００５】
また、数十マイクロメートルの大きさの閉塞チャネルが形成されるとき、損失なくチャネルのエッジ部分を均一に処理するのは容易でなく、よって、大量生産後、寸法及び品質において問題を引き起こす。チャネル構造におけるこの微小な相違は、流体流を妨害し、一貫性のない分析結果をもたらす。
【０００６】
そのような問題を克服するために、２００７年７月２３日に出願された韓国特許出願第１０−２００７−００７３６５９号は、流体が他の内部側壁のみとの相互作用を伴ってチャネルを通過するよう、チャネルの一対の内部側壁の一方が、チャネルよりも深く窪んだ延長部分に隣接するチップを提案している。
【０００７】
韓国特許出願第１０−２００７−００７３６５７号は、紙フィルタ又は多孔性膜を使用しない、マイクロチャネル構造のみを通じるノイズの効果的な除去を提案しており、よって、微量の流体サンプルを用いた定量分析及び定性分析の両方を迅速に遂行する。
【０００８】
しかしながら、上述の技法と関連する無壁マイクロ流体チップが利用されるとき、各ステップで流体の流れを適切に制御することが必要である。
【０００９】
例えば、韓国特許出願第１０−２００７−００７３６５７号において提案されるように、流体サンプルがサンプル入口を通じて貯槽内に送り込まれると、それは、流体圧力及び毛管現象の故に、サンプル、例えば、血液の付随的ノイズ濾過を伴って、マイクロチャネル内に移動する。対照的に、流体が微量サイズのマイクロチャネル内に直接的に導入されるとき、貯槽を充填する流体は、延長部分に亘って広がるのに十分な大きさの圧力を有する。よって、それは韓国特許出願第１０−２００７−００７３６５９号によって提案される無壁効果を妨害し、分析結果への誤差の導入を招く。
【００１０】
反応部分は、一般的には、蛍光材料のような標識が標的に結合され、且つ、標識を活性化するよう、標識付き標的が抗原抗体反応のような特別な反応を受ける場所であるよう設計される。正確な定量分析及び定性分析のために、サンプルは、例えば、抗体と十分に反応するほどに長く反応部分内に存在する。
【００１１】
従って、反応部分に亘る流体の流れが、反応部分を通じる通過の間に制御可能に遅延されない限り、誤差が流体内の標的の定量分析及び定性分析において起こり得る。換言すれば、反応部分に亘る流体の流速を遅らせることが必要である。このときに、反応サンプルが混合されるならば、反応効率はさらに増大され得る。
【００１２】
本発明に至るため、本発明者によって行われるマイクロ流体無壁チップの集中的且つ徹底的な研究は、マイクロチャネル内へのサンプルの導入直後に、サンプルが延長部分内に漏出することを成功裏に防止すること、並びに、流体がその中で反応サンプルの付随的混合と十分に反応し得るよう、流体の流速を十分に遅延することをもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
流体サンプルが、サンプル入口を通じて貯槽内に送り込まれた後、その圧力及び毛管現象によってマイクロチャネル内に進むよう駆動されるときに、流体は貯槽内の流体圧力の故に延長部分に漏出することが防止され、よって、無壁効果(wall-free effect)を保証する、マイクロ流体無壁チップを提供することが、本発明の目的である。
【００１４】
サンプルは、反応部分を迅速に通過することが防止され、よって、標的が、検出材料と反応するほどに十分長く、反応部分内に存在することを許容する、マイクロ流体無壁チップを提供することが、本発明の他の目的である。
【００１５】
反応サンプルが、より効率的に分析を達成するよう、マイクロチャネルを通じる分析サンプルの通過中に適切に伝えられる、マイクロ流体無壁チップを提供することが、本発明のさらなる目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のある特徴によれば、本発明は、そこを通じてサンプルを送り込むためのサンプル入口と、その中にサンプルを一次的に貯蔵するための第一貯槽と、標的が標識と接合する第一反応部分と、標識付き標的が抗原抗体反応のような特別な反応を受ける第二反応部分と、サンプルの流速を減少するために第一反応部分と第二反応部分との間に配置される遅延部分とを含む、チャネル構造を有する、流体サンプルを分析するためのマイクロ流体チップを提供する。
【００１７】
本発明の他の特徴によれば、本発明は、そこを通じて前記サンプルを送り込むためのサンプル入口と、その中にサンプルを一次的に貯蔵するための第一貯槽と、その中にサンプルを二次的に貯蔵するための第二貯槽と、標的が標識と接合する第一反応部分と、標識付き標的が抗原抗体反応のような特別な反応を受ける第二反応部分とを含む、チャネル構造を有する、流体サンプルを分析するためのマイクロ流体チップを提供する。
【００１８】
本発明のさらなる特徴によれば、本発明は、そこを通じて前記サンプルを送り込むためのサンプル入口と、その中にサンプルを一次的に貯蔵するための第一貯槽と、その中にサンプルを二次的に貯蔵するための第二貯槽と、標的が標識と接合する第一反応部分と、標識付き標的が抗原抗体反応のような特別な反応を受ける第二反応部分と、サンプルの流速を減少するために第一反応部分と第二反応部分との間に配置される遅延部分とを含む、チャネル構造を有する、流体サンプルを分析するためのマイクロ流体チップを提供する。
【００１９】
上述されたように、本発明に従ったマイクロ流体チップは、延長部分に無壁効果をもたらすよう、マイクロチャネル内へのサンプルの導入直後に、流体サンプルが延長部分に漏れるのを防止するよう設計される。また、本発明に従ったマイクロ流体チップは、試薬と反応し且つ十分な混合効果を発揮するのに十分なほど長くサンプルが反応部分内に存在することを可能にする。
【００２０】
従って、本発明のマイクロ流体チップは、微量のサンプルの正確且つ迅速な定量分析及び定性分析を保証し、容量損失はない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に従った無壁マイクロチャネルの動作原理を示す概念図である。
【図２】本発明の第一実施態様に従ったマイクロ流体チップを概略的に示す平面図である。
【図３】第一及び第二の貯槽の動作原理を示す概念図である。
【図４】本発明の第二実施態様に従ったマイクロ流体チップを概略的に示す平面図である。
【図５】遅延部分の動作原理を示す概念図である。
【図６】本発明の第三実施態様に従ったマイクロ流体チップを概略的に示す平面図である。
【図７】遅延部分の後部に配置される傾斜側の最小値を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図面が今や参照される。図面では、同じ又は類似の構成部品を示すために、異なる図面を通じて同じ参照番号が使用される。
【００２３】
閉塞チャネルという用語は、ここで使用されるときには、流体が外側に漏れずにそこを通じて流れることを許容するよう設計される、チップ内の上壁、下壁、右壁、左壁によって形成される管構造に言及することが意図されている。
【００２４】
無壁チャネルという用語は、ここで使用されるときには、マイクロチャネルを通じて流れる流体が、上壁及び下壁との流体相互作用と左壁及び右壁との流体相互作用との間の相違の故に不規則で不均一な移動性パターンを示すので、流体が他方の内部側壁とだけの相互作用を伴ってチャネルを通過するよう、一対の内部側壁の一方が、チャネルよりも深く陥没される延長部分に隣接する、チャネルに言及することが意図されている（図１）。より詳細に関しては、韓国特許出願第１０−２００７−００７３６５９号を参照し得る。
【００２５】
（実施態様１）
図２に示されるように、本発明の第一実施態様に従って流体サンプルを分析するためのマイクロ流体チップは、そこを通じてサンプルを送り込むためのサンプル入口１１と、その中にサンプルを一次的に保管するための第一貯槽１２と、その中にサンプルを二次的に保管するための第二貯槽１３と、標的が標識と接合する第一反応部分１４と、標識付き標的が特別な反応、例えば、抗原抗体反応を受ける第二反応部分１５とを含む、チャネル構造を有する。
【００２６】
このチャネル構造において、第一貯槽は、入口を通じて送り込まれる流体サンプルを収容するためのチャンバであり、第二貯槽も、サンプルを二次的に保管するためのチャンバである。第二貯槽から、サンプルは無壁マイクロチャネルを通じて移動され、反応部分に至る。マイクロチャネルの適切に制御される高さは、そこを通じるサンプルの通過の間に、紙フィルタ又は多孔性膜を使用せずに、サンプルのノイズが濾過され取り除かれることを可能にし、よって、サンプルの容量損失を最小限化する。
【００２７】
マイクロチャネルの高さは、使用されるサンプルの種類に依存する。例えば、１００リットルよりも少ない量の全血が使用されるとき、チャネルの高さは、赤血球及び白血球のようなノイズを濾過して取り除くために、約１〜２０ｍに及ぶよう設定され得る。より詳細に関しては、韓国特許出願第１０−２００７−００７３６５７号を参照し得る。
【００２８】
しかしながら、サンプルが、第一貯槽を充填した直後に、上掲の特許出願に開示されるように、１の位から１０の位のマイクロメートルの幅の、延長部分を具備する無壁マイクロチャネル内に導入されるときには、貯槽を充填するサンプルの圧力（Ｐ＝ｇｈ）及び表面張力の故に、マイクロチャネルに隣接する延長部分に漏れがちである。これは無壁機能を妨害し、究極的には、分析結果に誤差をもたらす。
【００２９】
この問題を回避するために、追加的な貯槽が、本発明の第一実施態様に従った、サンプル入口と接続される第一貯槽と反応部分に至る無壁マイクロチャネルとの間に設けられる。二次貯槽の上方側には、貯槽から外部に空気を通気するための孔１８が配置される。サンプルは、第一貯槽を完全に充填した後に二次貯槽を充填するが、２つの貯槽の間の流体圧力の力（Ｆ１及びＦ２）は釣り合わされ、その間に、無壁マイクロチャネル内に流入するサンプルの圧力（Ｆ３）は、サンプルが延長部分に漏れるのを防止するように適切に制御される（図３）。
【００３０】
また、第二貯槽を通じるサンプルの通過は、メニスカスを用いてサンプルを均質に混合する利点を享受する。図２に見られるように、混合効果を向上するために、様々なパターン１６が貯槽の底部上に形成される。
【００３１】
サンプルが第二貯槽から出るまで、それは閉塞チャネルを通じて流れる。閉塞チャネルを形成するために、封止作業は必要とされない。上方基板と下方基板とを組み立てることだけによって、効果的で流体密な閉塞チャネルが得られる。
【００３２】
第二貯槽を通じる通路の後、サンプルは駆動され、第一部分に向かって流れ、そこで、それは蛍光材料のような標識と反応し、次に、第二反応部分に向かって流れ、そこで、それは抗原抗体反応のような特別な反応を受ける。第一反応部分内で、例えば、蛍光材料で標識付けられた関心の標的は、例えば、第二反応部分で、例えば、抗体と反応され、標的に結合される標識の活性化を伴う。この活性化された、蛍光材料のような標識は、定量及び定性分析のために、光検出器のような別個の装置によって検出される。図２に見られるように、反応材料の表面積を増大し且つ混合効果を向上するために、反応部分の底部上に様々なパターン１７が形成され得る。
【００３３】
（実施態様２）
図４を参照すると、本発明の第二実施態様に従った液体サンプルを分析するためのマイクロ流体チップが、図示されるように記載される。図２に見られるように、マイクロ流体チップは、そこを通じてサンプルを送り込むためのサンプル入口２１と、そこにサンプルを一次的に貯蔵するための第一貯槽２２と、標的が標識と接合される第一反応部分２３と、標識付き標的が、例えば、抗原抗体反応のような特別な反応を受ける第二反応部分２４と、サンプルの流速を減少するために第一反応部分と第二反応部分との間に配置される遅延部分２５とを含む、チャネル構造を有する。
【００３４】
この実施態様では、入口を通じて送り込まれて貯槽を充填した後、サンプルは無壁マイクロチャネルを通じて第一反応部分内に流入する。次に、サンプルが、標識反応のための第一反応部分から、抗原抗体反応のような特別な反応のための第二反応部分に直ぐに前進するとき、サンプルは、特別な反応を保証するために、速く移動し過ぎ得ることで、標的の定量分析及び定性分析における誤差を引き起こす。従って、第二反応部分内へのサンプルの進行を遅らせることが必要である。
【００３５】
この目的を達成するために、本発明のこの実施態様に従って、流体の流速を減少するための遅延部分が、第一反応部分と第二反応部分との間に設けられる。遅延部分は、図５に示されるように、それが第一反応部分から遅延部分に進むに応じて上向くようになる傾斜側部と、それが第二反応部分に向かうに応じて下向くようになる傾斜又は垂直側部とを有する。サンプルは、第一反応部分のマイクロチャネルから遅延部分に傾斜側部に沿って走る。遅延部分の傾斜又は垂直側部に達した後、サンプルは第二反応部分のマイクロチャネルに進む。チャンバ構造及び大容積を有することで、遅延部分は遅延効果及び混合効果の両方を示す。
【００３６】
遅延部分の傾斜側部は、流路の表面の親水性並びにサンプルの特性に依存して、傾き及び形状が異なり得る。好ましくは、遅延部分の傾斜側部は、流路の表面の親水性を示す接触角未満の傾きを有し、それは５〜６０Ｃである。
【００３７】
例えば、もし傾きが角度範囲の上限を超えるならば、流れが止むように、十分な駆動力が流体に加えられない。他方、もし傾きが小さ過ぎるならば、流体は、遅延部分内に十分なほどに長く留まらず、よって、不十分な遅延効果をもたらすか、或いは、大きい長さの流路を必要とする。
【００３８】
また、遅延部分は、好ましくは、マイクロチャネルよりも約３〜２０倍高い。もし遅延部分の高さが、下限よりも小さいならば、不十分な遅延効果のみが得られる。他方、もし高さが上限よりも高いならば、流体は遅く進み過ぎる。遅延部分の後部に配置される傾斜側部は、好ましくは、遅延部分の狭められた部分にある流れ界面の前方端部と後方端部との間の距離及び遅延部分の高さによって決定される傾き角４１よりも大きく、且つ、９０よりも小さい角度を有する（図７）。もし必要であれば、１つ又はそれよりも多くの遅延部分が設けられ得る。
【００３９】
実施態様１と同様に、この実施態様は、特定の反応のために表面積を増大し且つ混合効果を向上するために、貯槽の底部及び反応部部分の上に形成される様々なパターンを有し得る。
【００４０】
（実施態様３）
図６に示されるように、本発明に従った流体サンプルを分析するためのマイクロ流体チップは、そこを通じてサンプルを送り込むためのサンプル入口３１と、その中にサンプルを一次的に貯蔵するための第一貯槽３２と、その中にサンプルを二次的に貯蔵するための第二貯槽３３と、標的が標識と接合される第一反応部分３４と、標識付き標的が特定の反応、例えば、抗原抗体反応を受ける第二反応部分３５と、サンプルの流速を遅延するために第一反応部分と第二反応部分との間に配置される遅延部分３６とを含む、チャネル構造を有する。
【００４１】
第一実施態様と第二実施態様との組み合わせに由来するこの実施態様は、第二貯槽の提供の故に、反応部分のマイクロチャネルに流れるサンプルが延長部分に漏れることを防止し、且つ、遅延部分の提供の故に、反応部分を通じるサンプルの通過を遅延するよう構成される。そのようなチャネル構造を備えることによって、本発明の第三実施態様に従ったマイクロ流体チップは、マイクロチャネルの無壁機能を効率的に発揮し、且つ、反応部分でサンプルに対する十分な反応をもたらし得る。他の構成及びパターン素子に関しては、上記の実施態様を参照し得る。
【００４２】
本発明の好適実施態様が例証的な目的のために開示されたが、当業者は、付属の請求項に開示されるような本発明の範囲及び精神から逸脱せずに、様々な変更、追加、及び、置換が可能であることを理解するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010531457.tif 000009
【国際調査報告】
2010531457.tif 000010
2010531457.tif 000011