(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転式プラットフォーム及び前記回転式プラットフォーム上に放射対称に配される複数個の微細流体構造物を含む定性及び定量分析デバイスにおいて、
前記複数個の微細流体構造物のそれぞれは、
重金属を含む流体試料が注入される試料注入部と、
前記流体試料が検出部に移動することができる通路であり、
前記試料注入部と前記検出部との一端部を連結する微細流体流路と、
前記流体試料の重金属と発色反応を起こしうる有機物が塗布された検出部であって、
それぞれ異なる前記重金属と発色反応を起こしうる有機物が塗布されている複数個の検出部材を含む前記検出部と、
前記発色反応の展開距離の測定のためのスケールと、
を含み、
前記複数個の微細流体構造物のそれぞれは、
互いに異なる試料を収容し、
前記定性及び定量分析デバイスの回転が制御されることにより、
前記流体試料が前記試料注入部から前記微細流体流路に移動した後、前記検出部に移動し、
前記検出部での重金属の発色反応を通じる定性分析及び前記発色反応の展開距離の測定を通じる定量分析が可能な
定性及び定量分析デバイス。
【請求項２】
前記複数個の検出部材のそれぞれには、異なる試薬がそれぞれ塗布されている
請求項１に記載の定性及び定量分析デバイス。
【請求項３】
前記複数個の検出部材のそれぞれは、互いに濃度が異なる前記有機物でコーティングされた複数個の区間を含む
請求項１または２に記載の定性及び定量分析デバイス。
【請求項４】
前記試料注入部と前記検出部との他端部の間を連結する空気循環チャネルをさらに含む、
請求項１から３のいずれか１項に記載の定性及び定量分析デバイス。
【請求項５】
前記流体試料に含まれる重金属は、Ｆｅ２＋、Ｚｎ２＋、Ｈｇ２＋、Ｃｒ６＋、Ｎｉ２＋、またはＣｕ２＋である
請求項１から４のいずれか１項に記載の定性及び定量分析デバイス。
【請求項６】
前記検出部材にあらかじめ塗布される有機物は、
ジメチルグリオキシム、バソフェナントロリン、ジチオオキサミド、ジチゾン、ジフェニルカルバジド、及び１−２−ピリジルアゾ−２−ナフトールからなるグループから選択される何れか１つを含む
請求項１から５のいずれか１項に記載の定性及び定量分析デバイス。
【請求項７】
前記検出部は、前記複数個の検出部材のそれぞれの一端部と前記微細流体流路とを連結するリザーブ領域を含む
請求項１から６のいずれか１項に記載の定性及び定量分析デバイス。
【請求項８】
前記検出部材のそれぞれは、
互いに濃度が異なる有機リガンドでコーティングされた複数個の区間を含み、
前記リザーブ領域からｉ番目に位置した区間にコーティングされた有機リガンドの濃度は、
前記リザーブ領域からｉ−１番目に位置した区間にコーティングされた有機リガンドの濃度よりも低く、
ｉは、１からｎまでの自然数である
請求項７に記載の定性及び定量分析デバイス。
【請求項９】
前記定性及び定量分析デバイスの回転の制御は、
前記試料注入部に注入された試料が、前記微細流体流路に移動するように、前記定性及び定量分析デバイスが１次回転してから停止し、
前記微細流体流路に移動した試料が、前記リザーブ領域に移動するように、前記定性及び定量分析デバイスが２次回転し、
前記リザーブ領域に移動した試料が、前記検出部で展開されるように、前記定性及び定量分析デバイスが停止する方式からなる
請求項７または８に記載の定性及び定量分析デバイス。
【請求項１０】
前記微細流体流路は、"Ｕ"字状の管からなる部分を含み、
前記１次回転以後及び２次回転以前に、前記微細流体流路の内部に前記流体試料を収容することができる
請求項９に記載の定性及び定量分析デバイス。
【請求項１１】
前記１次回転は、２０００〜４０００ＲＰＭ未満に５〜２０秒間なされ、
前記２次回転は、４０００〜６０００ＲＰＭで３〜１０秒間なされる
請求項９または１０に記載の定性及び定量分析デバイス。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の定性及び定量分析デバイスを利用した重金属を含む流体試料の分析方法において、
前記試料注入部に前記流体試料を注入する段階（ステップＳ１）と、
前記定性及び定量分析デバイスの回転を制御する段階（ステップＳ２）と、
前記検出部に展開された試料の定性及び定量分析のうち少なくとも１つを行う段階（ステップＳ３）と、
を含む
試料の分析方法。
【請求項１３】
請求項７から１１のいずれか１項に記載の定性及び定量分析デバイスを利用した重金属を含む流体試料の分析方法において、
前記試料注入部に前記流体試料を注入する段階（ステップＳ１）と、
前記定性及び定量分析デバイスの回転を制御する段階（ステップＳ２）と、
前記検出部に展開された試料の定性及び定量分析のうち少なくとも１つを行う段階（ステップＳ３）と、
を含み、
前記定性及び定量分析デバイスの回転を制御する段階（ステップＳ２）は、
前記試料注入部に注入された試料が、前記微細流体流路に移動するように、前記定性及び定量分析デバイスを１次回転してから停止する段階（ステップＳ２−１）と、
前記微細流体流路に移動した試料が、前記リザーブ領域に流入されるように、前記定性及び定量分析デバイスを２次回転する段階（ステップＳ２−２）と、
前記定性及び定量分析デバイスの回転を停止して、前記リザーブ領域に流入された試料が前記検出部上で展開される段階（ステップＳ２−３）と、
を含む
試料の分析方法。
【請求項１４】
前記試料注入部に前記流体試料を注入する段階（ステップＳ１）は、
前記複数個の微細流体構造物のそれぞれに異なる種類の重金属を含む流体試料をそれぞれ注入する段階
または
前記複数個の微細流体構造物のそれぞれに同じ種類の濃度を異ならせる重金属を含む流体試料をそれぞれ注入する段階
を含む
請求項１２または１３に記載の試料の分析方法。
【請求項１５】
試料の定性及び定量分析のうち少なくとも１つを行う段階（ステップＳ３）は、
前記検出部に展開された前記流体試料の重金属の発色反応を通じる定性分析（ステップＳ３−１）
及び
前記発色反応の展開距離の測定を通じる定量分析（ステップＳ３−２）
のうち少なくとも１つを行う段階
を含む
請求項１２から１４のいずれか１項に記載の試料の分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１７年１１月２０日付の大韓民国特許出願１０−２０１７−０１５４３９５号及び２０１８年５月１０日付の大韓民国特許出願１０−２０１８−００５３６３９号に基づいた優先権の利益を主張し、当該大韓民国特許出願の文献に開示されたあらゆる内容は、本明細書の一部として含まれる。
【０００２】
本発明は、重金属の定性及び定量分析デバイス及び方法に係り、より具体的には、回転式ディスクシステムを活用した重金属試料の定性及び定量分析デバイス及び分析方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、最も普遍的に施行する重金属検出法は、誘導結合プラズマ質量分析や原子吸光・放出光度計など分光学的分析である。質量及び分光学的基盤の重金属検出法は、正確であり、検出限界が高いが、高価であり、熟練された分析技術が必要であって、迅速、簡単に現場で重金属分析を行いにくい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高価の質量及び分光学基盤の重金属分析装備の代替のための経済的であり、安価の発色基盤の重金属分析システムの開発が要求され、現場で便利に適用することができる小型化された分析システムの開発が要求される。また、多重重金属の同時検出遂行を通じる分析時間を短縮させながらも、重金属の定性分析だけではなく、定量分析遂行可能なシステムの開発が要求される。
【０００５】
また、１つの流体試料内に複数個の重金属が存在する場合、それをより簡便かつ迅速に分析を行う方案が要求される。
【０００６】
また、検出部に重金属を含む流体試料を展開させて、このような展開長さによって定量分析を行う場合において、より測定の正確度を高めうる方案が要求される。また、検出部で流体試料が展開される時により均一に流体試料が移動し、検出部の湿気結び現象を防止する方案が要求される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による回転式プラットフォーム及び前記回転式プラットフォーム上に放射対称に配される複数個の微細流体構造物を含む定性及び定量分析デバイスにおいて、前記複数個の微細流体構造物のそれぞれは、重金属を含む流体試料が注入される試料注入部；前記試料が検出部に移動することができる通路であり、前記試料注入部と前記検出部との一端部を連結する微細流体流路（ｓｉｐｈｏｎ  ｃｈａｎｎｅｌ）；前記試料の重金属と発色反応を起こしうる有機物が塗布された検出部であって、複数個の検出部材を含む前記検出部；及び前記発色反応の展開距離の測定のためのスケール；を含み、前記複数個の微細流体構造物のそれぞれは、互いに異なる試料を収容し、前記デバイスの回転が制御されることにより、前記試料が前記試料注入部から前記微細流体流路に移動した後、前記検出部に移動し、前記検出部での重金属の発色反応を通じる定性分析及び前記発色反応の展開距離の測定を通じる定量分析が可能である。
【０００８】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記複数個の検出部材のそれぞれには、異なる試薬がそれぞれ塗布されている。
【０００９】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記検出部材のそれぞれは、互いに濃度が異なる有機リガンドでコーティングされた複数個の区間を含みうる。
【００１０】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記検出部は、前記複数個の検出部材のそれぞれの一端部と前記微細流体流路とを連結するリザーブ（ｒｅｓｅｒｖｅ）領域を含みうる。
【００１１】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記検出部材のそれぞれは、互いに濃度が異なる有機リガンドでコーティングされた複数個の区間を含み、前記リザーブ領域からｉ番目に位置した区間にコーティングされた有機リガンドの濃度は、前記リザーブ領域からｉ−１番目に位置した区間にコーティングされた有機リガンドの濃度よりも低く、ｉは、１からｎまでの自然数であり得る。また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記試料注入部と前記検出部との他端部の間を連結する空気循環チャネルをさらに含み、前記空気循環チャネルは、前記検出部での流体試料の蒸発速度を増加させ、前記検出部の湿気結び現象を防止することができる。
【００１２】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記試料注入部は、前記試料を収容することができる空間及び前記試料が注入される開口部を含みうる。
【００１３】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記デバイスの回転の制御は、前記試料注入部に注入された試料が、前記微細流体流路に移動するように、前記デバイスが１次で回転してから停止し、前記微細流体流路に移動した試料が、前記リザーブ領域に移動するように、前記デバイスが２次で回転し、前記リザーブ領域に移動した試料が、前記検出部上で展開されるように、前記デバイスが停止する方式からなりうる。
【００１４】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記微細流体流路は、"Ｕ"字状の管からなる部分を含み、前記１次回転以後及び２次回転以前に、前記微細流体流路の内部に前記試料を収容することができる。
【００１５】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記１次回転は、２０００〜４０００ＲＰＭ未満に５〜２０秒間なされ、前記２次回転は、４０００〜６０００ＲＰＭで３〜１０秒間なされうる。
【００１６】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記回転式プラットフォームは、円形ディスクであり、直径が１２〜２０ｃｍであり得る。
【００１７】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記試料に含まれる重金属は、Ｆｅ２＋、Ｚｎ２＋、Ｈｇ２＋、Ｃｒ６＋、Ｎｉ２＋、またはＣｕ２＋であり得る。
【００１８】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記検出部材にあらかじめ塗布される有機物は、ジメチルグリオキシム（Ｄｉｍｅｔｈｙｌｇｌｙｏｘｉｍｅ）、バソフェナントロリン（Ｂａｔｈｏｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）、ジチオオキサミド（Ｄｉｔｈｉｏｏｘａｍｉｄｅ）、ジチゾン（Ｄｉｔｈｉｚｏｎｅ）、ジフェニルカルバジド（Ｄｉｐｈｅｎｙｌｃａｒｂａｚｉｄｅ）、及び１−２−ピリジルアゾ−２−ナフトール（１−（２−Ｐｙｒｉｄｙｌａｚｏ）−２−ｎａｐｈｔｈｏｌ）からなるグループから選択される何れか１つを含みうる。
【００１９】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスを利用した重金属を含む流体試料の分析方法において、前記試料注入部に前記試料を注入する段階（ステップＳ１）；前記デバイスの回転を制御する段階（ステップＳ２）；及び前記検出部に展開された試料の定性及び定量分析のうち少なくとも１つを行う段階（ステップＳ３）；を含みうる。
【００２０】
また、本発明による重金属を含む流体試料の分析方法において、前記試料注入部に前記試料を注入する段階（ステップＳ１）は、前記複数個の微細流体構造物のそれぞれに異なる種類の重金属を含む流体試料をそれぞれ注入する段階または前記複数個の微細流体構造物のそれぞれに同じ種類の濃度を異ならせる重金属を含む流体試料をそれぞれ注入する段階を含みうる。
【００２１】
また、本発明による重金属を含む流体試料の分析方法において、前記デバイスの回転を制御する段階（ステップＳ２）は、前記試料注入部に注入された試料が、前記微細流体流路に移動するように、前記デバイスを１次で回転してから停止する段階（ステップＳ２−１）；前記微細流体流路に移動した試料が、前記リザーブ領域に流入されるように、前記デバイスを２次で回転する段階（ステップＳ２−２）；及び前記デバイスの回転を停止して、前記リザーブ領域に流入された試料が前記検出部上で展開される段階（ステップＳ２−３）；を含みうる。
【００２２】
また、本発明による重金属を含む流体試料の分析方法において、試料の定性及び定量分析のうち少なくとも１つを行う段階（ステップＳ３）は、前記検出部に展開された前記試料の重金属の発色反応を通じる定性分析（ステップＳ３−１）及び前記発色反応の展開距離の測定を通じる定量分析（ステップＳ３−２）のうち少なくとも１つを行う段階を含みうる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の一実施例による定性及び定量分析デバイス及びそれを利用した試料の分析方法によれば、自動化された流体制御及び回転力と毛細管力との調節を通じる重金属検出限界の増加が可能である。回転力制御を通じる重金属イオン検出限界の向上が可能である。すなわち、回転制御による遠心力と毛細管力との調節を通じる発色反応時間調節及び発色領域を調節して検出限界の向上が可能である。
【００２４】
また、本発明の一実施例による定性及び定量分析デバイス及びそれを利用した試料の分析方法によれば、複数個の重金属に対する定性分析と定量分析とを１つのデバイスで行うことができる。このような本発明によれば、経済的であり、迅速な多重重金属の定性／定量分析が可能である。従来の高価の分光あるいは質量分析基盤重金属検出器に比べて、経済的であり、分析に必要な時間も短縮させることができる。また、定性分析のための構成と定量分析のための構成とが１つの小型化されたデバイスで統合されて、重金属の定性／定量分析が必要な現場で迅速かつ便利に応用される。
【００２５】
また、流路（微細流体流路）及び検出部が、１つのデバイスにいずれもパターニングされており、定性及び定量分析デバイスの製作が簡便である。
【００２６】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、１つの流体試料内に複数個の重金属が存在する場合にも、それをより簡便かつ迅速に分析を行うことができる。
【００２７】
また、検出部材のそれぞれの全体にわたって同じ濃度の有機リガンドでコーティングするものではなく、検出部材のそれぞれに濃度勾配を置いて、有機リガンドでコーティングすることにより、流体試料に含まれた重金属の定量分析においても、測定の正確度をより高めうる。
【００２８】
また、本発明の一実施例による定性及び定量分析デバイス及びそれを利用した試料の分析方法によれば、空気循環チャネルを置いて、検出部で流体試料が展開される時に検出部の湿気結び現象を防止し、微細流体流路の端部にリザーブ領域を置き、検出部の一端部がリザーブ領域内に位置するようにして、検出部で流体試料が展開される時により均一に流体試料が移動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】本発明の一実施例による定性及び定量分析デバイスを図示する。
【図１Ｂ】図１Ａの定性及び定量分析デバイスの微細流体構造物を図示する。
【図１Ｃ】図１Ａの定性及び定量分析デバイスの微細流体構造物を図示する。
【図１Ｄ】本発明の他の実施例による定性及び定量分析デバイスを図示する。
【図１Ｅ】図１Ｄの定性及び定量分析デバイスの微細流体構造物を図示する。
【図１Ｆ】図１Ｄの定性及び定量分析デバイスの微細流体構造物を図示する。
【図１Ｇ】本発明のさらに他の実施例による定性及び定量分析デバイスを図示する。
【図１Ｈ】図１Ｇの定性及び定量分析デバイスの微細流体構造物を図示する。
【図１Ｉ】図１Ｇの定性及び定量分析デバイスの微細流体構造物を図示する。
【図２Ａ】本発明のさらに他の実施例による定性及び定量分析デバイスを図示する。
【図２Ｂ】図２Ａの定性及び定量分析デバイスの微細流体構造物を図示する。
【図３Ａ】それぞれ図１Ａ、図１Ｄ、図１Ｇによる定性及び定量分析デバイスの微細流体構造物を含む回転式プラットフォームの各層に関して図示する。
【図３Ｂ】それぞれ図１Ａ、図１Ｄ、図１Ｇによる定性及び定量分析デバイスの微細流体構造物を含む回転式プラットフォームの各層に関して図示する。
【図３Ｃ】それぞれ図１Ａ、図１Ｄ、図１Ｇによる定性及び定量分析デバイスの微細流体構造物を含む回転式プラットフォームの各層に関して図示する。
【図４Ａ】図２Ａによる定性及び定量分析デバイスの微細流体構造物を含む回転式プラットフォームの各層に関して図示する。
【図４Ｂ】図２Ａによる定性及び定量分析デバイスの微細流体構造物を含む回転式プラットフォームの各層に関して図示する。
【図４Ｃ】図２Ａによる定性及び定量分析デバイスの微細流体構造物を含む回転式プラットフォームの各層に関して図示する。
【図４Ｄ】図２Ａによる定性及び定量分析デバイスの微細流体構造物を含む回転式プラットフォームの各層に関して図示する。
【図５】重金属イオンと有機錯化剤との発色反応の例示を示す。
【図６】本発明による定性及び定量分析デバイスを用いて重金属に対する同時定性分析の一例示を示す。
【図７Ａ】本発明による定性及び定量分析デバイスを用いて重金属に対する定量分析の一例示を示す。
【図７Ｂ】本発明による定性及び定量分析デバイスを用いて重金属に対する定量分析の一例示を示す。
【図８】本発明による定性及び定量分析デバイスを利用した試料の分析方法のフローチャートを図示する。
【図９】本発明による定性及び定量分析デバイスを含み、それを回転させる定性及び定量分析システムを図示する。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明による回転式プラットフォーム及び前記回転式プラットフォーム上に放射対称に配される複数個の微細流体構造物を含む定性及び定量分析デバイスにおいて、前記複数個の微細流体構造物のそれぞれは、重金属を含む流体試料が注入される試料注入部；前記試料が検出部に移動することができる通路であり、前記試料注入部と前記検出部との一端部を連結する微細流体流路；前記試料の重金属と発色反応を起こしうる有機物が塗布された検出部であって、複数個の検出部材を含む前記検出部；及び前記発色反応の展開距離の測定のためのスケール；を含み、前記複数個の微細流体構造物のそれぞれは、互いに異なる試料を収容し、前記デバイスの回転が制御されることにより、前記試料が前記試料注入部から前記微細流体流路に移動した後、前記検出部に移動し、前記検出部での重金属の発色反応を通じる定性分析及び前記発色反応の展開距離の測定を通じる定量分析が可能である。
【００３１】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記複数個の検出部材のそれぞれには、異なる試薬がそれぞれ塗布されている。
【００３２】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記検出部材のそれぞれは、互いに濃度が異なる有機リガンドでコーティングされた複数個の区間を含みうる。
【００３３】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記検出部は、前記複数個の検出部材のそれぞれの一端部と前記微細流体流路とを連結するリザーブ領域を含みうる。
【００３４】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記検出部材のそれぞれは、互いに濃度が異なる有機リガンドでコーティングされた複数個の区間を含み、前記リザーブ領域からｉ番目に位置した区間にコーティングされた有機リガンドの濃度は、前記リザーブ領域からｉ−１番目に位置した区間にコーティングされた有機リガンドの濃度よりも低く、ｉは、１からｎまでの自然数であり得る。また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記試料注入部と前記検出部との他端部の間を連結する空気循環チャネルをさらに含み、前記空気循環チャネルは、前記検出部での流体試料の蒸発速度を増加させ、前記検出部の湿気結び現象を防止することができる。
【００３５】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記試料注入部は、前記試料を収容することができる空間及び前記試料が注入される開口部を含みうる。
【００３６】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記デバイスの回転の制御は、前記試料注入部に注入された試料が、前記微細流体流路に移動するように、前記デバイスが１次で回転してから停止し、前記微細流体流路に移動した試料が、前記リザーブ領域に移動するように、前記デバイスが２次で回転し、前記リザーブ領域に移動した試料が、前記検出部上で展開されるように、前記デバイスが停止する方式からなりうる。
【００３７】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記微細流体流路は、"Ｕ"字状の管からなる部分を含み、前記１次回転以後及び２次回転以前に、前記微細流体流路の内部に前記試料を収容することができる。
【００３８】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記１次回転は、２０００〜４０００ＲＰＭで５〜２０秒間なされ、前記２次回転は、４０００〜６０００ＲＰＭで３〜１０秒間なされうる。
【００３９】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記回転式プラットフォームは、円形ディスクであり、直径が１２〜２０ｃｍであり得る。
【００４０】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記試料に含まれる重金属は、Ｆｅ２＋、Ｚｎ２＋、Ｈｇ２＋、Ｃｒ６＋、Ｎｉ２＋、またはＣｕ２＋であり得る。
【００４１】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスにおいて、前記検出部材にあらかじめ塗布される有機物は、ジメチルグリオキシム、バソフェナントロリン、ジチオオキサミド、ジチゾン、ジフェニルカルバジド、及び１−２−ピリジルアゾ−２−ナフトールからなるグループから選択される何れか１つを含みうる。
【００４２】
また、本発明による定性及び定量分析デバイスを利用した重金属を含む流体試料の分析方法において、前記試料注入部に前記試料を注入する段階（ステップＳ１）；前記デバイスの回転を制御する段階（ステップＳ２）；及び前記検出部に展開された試料の定性及び定量分析のうち少なくとも１つを行う段階（ステップＳ３）；を含みうる。
【００４３】
また、本発明による重金属を含む流体試料の分析方法において、前記試料注入部に前記試料を注入する段階（ステップＳ１）は、前記複数個の微細流体構造物のそれぞれに異なる種類の重金属を含む流体試料をそれぞれ注入する段階または前記複数個の微細流体構造物のそれぞれに同じ種類の濃度を異ならせる重金属を含む流体試料をそれぞれ注入する段階を含みうる。
【００４４】
また、本発明による重金属を含む流体試料の分析方法において、前記デバイスの回転を制御する段階（ステップＳ２）は、前記試料注入部に注入された試料が、前記微細流体流路に移動するように、前記デバイスを１次で回転してから停止する段階（ステップＳ２−１）；前記微細流体流路に移動した試料が、前記リザーブ領域に流入されるように、前記デバイスを２次で回転する段階（ステップＳ２−２）；及び前記デバイスの回転を停止して、前記リザーブ領域に流入された試料が前記検出部上で展開される段階（ステップＳ２−３）；を含みうる。
【００４５】
また、本発明による重金属を含む流体試料の分析方法において、試料の定性及び定量分析のうち少なくとも１つを行う段階（ステップＳ３）は、前記検出部に展開された前記試料の重金属の発色反応を通じる定性分析（ステップＳ３−１）及び前記発色反応の展開距離の測定を通じる定量分析（ステップＳ３−２）のうち少なくとも１つを行う段階を含みうる。
【００４６】
以下、本発明による回転式ディスクシステムを活用した重金属の定性及び定量分析デバイス及び方法を詳しく説明する。添付図面は、本発明の例示的な形態を図示したものであって、これは、本発明をより詳しく説明するために提供されるものであり、これにより、本発明の技術的な範囲が限定されるものではない。
【００４７】
また、図面符号に関係なく同一または対応する構成要素は、同じ参照番号を付与し、これについての重複説明は省略し、説明の便宜上、示された各構成部材の大きさ及び形状は、誇張または縮小されうる。
【００４８】
図１Ａは、本発明の一実施例による定性及び定量分析デバイス１を図示し、及び図１Ｂは、図１Ａの回転式ディスクシステムの微細流体構造物２０を図示する。
【００４９】
まず、図１Ａを参照すれば、定性及び定量分析デバイス１は、回転式プラットフォーム１０及び回転式プラットフォーム１０に備えられる複数個の微細流体構造物２０を含む。回転式プラットフォーム１０は、例えば、円形ディスクであり、サイズは、例えば、一実施態様として、直径が１２〜２０ｃｍであり、他の実施態様として、直径が１２ｃｍ未満であり得る。
【００５０】
回転式プラットフォーム１０は、複数個の微細流体構造物２０を含む。複数個の微細流体構造物２０は、回転式プラットフォーム１０に放射対称に位置する。例えば、複数個の微細流体構造物２０は、２個、３個、４個、６個、８個、１０個または１２個などからなりうる。図１Ａでは、３個の微細流体構造物２０が回転式プラットフォーム１０に配された場合を図示する。
【００５１】
図１Ｂを参照すれば、複数個の微細流体構造物２０のそれぞれの微細流体構造物２０を図示する。微細流体構造物２０は、上層部（ｔｏｐ  ｌａｙｅｒ、図３Ａ参照）と流体試料の重金属と発色反応を起こしうる有機物が塗布された検出部１２０、下層部（ｂｏｔｔｏｍ  ｌａｙｅｒ、図３Ａ参照）からなっており、上層部には、重金属を含む流体試料が注入される試料注入部１００、流体試料が検出部に移動することができる通路である微細流体流路１１０、検出部１２０が挿入される部分、及び発色反応展開距離測定のためのスケール１３０を含む。下層部は、パターニングされていない減圧粘着層からなっている。
【００５２】
複数個の微細流体構造物２０のそれぞれの微細流体構造物２０は、互いに異なる重金属を含む流体試料を収容することができる。流体試料に含まれる重金属としては、例えば、Ｆｅ２＋、Ｚｎ２＋、Ｈｇ２＋、Ｃｒ６＋、Ｎｉ２＋、またはＣｕ２＋などを含みうる。
【００５３】
試料注入部１００は、重金属を含む流体試料を収容することができる空間があり、前記空間に流体試料が注入される開口部１００ａを含む。試料注入部１００と検出部１２０との一端部は、微細流体流路１１０に連結される。また、試料注入部１００は、塞ぎ部１００ｂを含み、開口部１００ａを通じて試料を注入する時、注入される試料が直ちに微細流体流路１１０に流れることを防止するように、チャネルの段差を用いて試料注入部１００の内部空間に閉じ込める役割を果たす。試料注入部１００のうちから、試料注入部の後端部１００ｃ、すなわち、微細流体流路１１０が連結される場所の付近は、例えば、流線状をしており、試料注入部１００に注入された流体試料が微細流体流路１１０に移動する時、抵抗を最大限少ないようにして、試料注入部１００に注入された流体試料が残らずに微細流体流路１１０に移動するようにした。
【００５４】
微細流体流路１１０のチャネルの幅（ｗｉｄｔｈ）は、１ｍｍであり、深さ（ｄｅｐｔｈ）は、１００μｍであり得る。微細流体流路１１０は、例えば、"Ｕ"字状の管からなる部分を含みうる。後述するように、定性及び定量分析デバイス１の１次回転以後及び２次回転以前に、重金属を含む流体試料は、微細流体流路１１０の親水性（ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃｉｔｙ）によって流体試料が移動する通路であるチャネルに沿って移動し、結果的に、微細流体流路１１０のチャネルに流体試料が収容される。
【００５５】
検出部１２０は、多孔性親水性材質からなったものであり、例えば、紙、ニトロセルロース、木綿、シリカ（Ｓｉｌｉｃａ）系のゾルゲルマトリックス（ｓｏｌ−ｇｅｌ  ｍａｔｒｉｘ）などを使用し、望ましくは、紙を使用することができる。
【００５６】
一方、検出部１２０は、複数個の検出部材１２１、１２２、１２３を含む。図１Ａ及び図１Ｂでは、１つの検出部１２０当たり３つの検出部材１２１、１２２、１２３を含む場合を図示しているが、本発明は、前述したものに限定されず、本発明が具現される多様な環境によって、検出部材の個数を調節して具現することができる。検出部１２０の複数個の検出部材１２１、１２２、１２３のそれぞれには、異なる試薬がそれぞれ塗布されている。このようなあらかじめ塗布された試薬は、それぞれ流体試料の当該重金属と発色反応を起こしうる特定の有機物（有機リガンド）を含む（図５及び表１参照）。したがって、試料注入部１００に注入される１つの有機試料が複数個の重金属を含む場合、このような複数個の重金属を異なる試薬がそれぞれ塗布された複数個の検出部材１２１、１２２、１２３のそれぞれから検出することができる。例えば、検出部材１２１には、Ｚｎ２＋を検出するためのＰＡＮ（１−（２−Ｐｙｒｉｄｙｌａｚｏ）−２−ｎａｐｈｔｈｏｌ）、検出部材１２２には、Ｆｅ２＋を検出するためのＢｐｈｅｎ（Ｂａｔｈｏｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）、検出部材１２３には、Ｎｉ２＋を検出するためのＤＭＧ（Ｄｉｍｅｔｈｙｌｇｌｙｏｘｉｍｅ）がそれぞれ塗布されている。
【００５７】
また、検出部１２０は、微細流体流路１１０と複数個の検出部材１２１、１２２、１２３とを連結するリザーブ領域１２４を含む。リザーブ領域１２４には、有機物がコーティングされていてもよく、コーティングされていなくてもよい。リザーブ領域１２４には、複数個の検出部材１２１、１２２、１２３のそれぞれの一端部が連結されている。また、リザーブ領域１２４には、微細流体流路１１０が連結されている。回転式プラットフォーム１０の１次回転時に試料注入部１００から微細流体流路１１０に移動した流体試料は、回転式プラットフォーム１０の２次回転時に微細流体流路１１０から微細流体流路１１０に連結された検出部１２０のリザーブ領域１２４に移動し、この際、回転による遠心力で検出部１２０の複数個の検出部材１２１、１２２、１２３には展開されず、リザーブ領域１２４に留まる。回転式プラットフォーム１０の２次回転が止まれば、流体試料がリザーブ領域１２４から複数個の検出部材１２１、１２２、１２３にそれぞれ展開される。これに関するさらに詳細な説明は、図８と関連して後述することを参照する。
【００５８】
スケール１３０は、検出部１２０の付近に検出部１２０と平行に位置する。スケール１３０は、例えば、ミリメートル（ｍｍ）単位でスケールされたものである。または、スケール１３０にｍｍのような長さ単位以外にも、ｐｐｍ、ｐｐｂのような濃度単位に換算されてスケールされたものである。スケール１３０に濃度単位に換算されて表記されたものである場合、当該重金属の展開長さをカリブレーションカーブ（Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  ｃｕｒｖｅ、図６参照）に代入することで得られる濃度単位に換算して表記されるものである。
【００５９】
図１Ｃは、図１Ｂの回転式ディスクシステムの微細流体構造物２０の例示的な寸法を図示する。微細流体構造物２０の例示的な寸法は、図１Ｃに示されたものに限定されず、本発明に具現される多様な環境によって変形、変更して具現可能である。
【００６０】
図１Ｄは、本発明の他の実施例による定性及び定量分析デバイス１'を図示し、図１Ｅは、図１Ｄの回転式ディスクシステムの微細流体構造物２０'を図示する。
【００６１】
検出部１２０'の複数個の検出部材１２１'、１２２'、１２３'のそれぞれは、同じ濃度の有機リガンドでコーティングされるものではなく、図１Ｅに示したように、検出部材１２１'、１２２'、１２３'のそれぞれに濃度勾配を置いて、互いに濃度が異なる複数個（ｎ個、ここで、ｎは、２以上の自然数）の区間別に異なる濃度の有機リガンドでコーティングされている。区間の個数（ｎ）は、例えば、２以上１０個以下であり、または、例えば、５または６個であり得る。
【００６２】
より具体的に、検出部材１２１'を説明すれば、リザーブ領域１２４に最も隣接した第１区間１２１'１は、最も高い濃度の有機リガンドでコーティングされ、その次に隣接した第２区間１２１'２は、第１区間１２１'１にコーティングされた有機リガンドの濃度よりも低い濃度でコーティングされ、その次の区間である第３区間１２１'３は、第２区間１２１'２にコーティングされた有機リガンドの濃度よりも低い濃度でコーティングされ、その次の区間も、同様の方法でさらに低い濃度の有機リガンドでコーティングされて、リザーブ領域１２４に最も遠く離れた第ｎ区間１２１'ｎは、最も低い濃度の有機リガンドでコーティングされる。すなわち、リザーブ領域１２４からｉ番目の区間１２１'ｉにコーティングされた有機リガンドの濃度は、ｉ−１番目の区間１２１'ｉ−１にコーティングされた有機リガンドの濃度よりも低い。ここで、ｉは、１からｎまでの自然数である。
【００６３】
リザーブ領域１２４に最も遠く離れた第ｎ区間１２１'ｎからリザーブ領域１２４に最も隣接した第１区間１２１'１に行くほど展開される流体試料の量が多くなるが、本発明によれば、リザーブ領域１２４に最も遠く離れた第ｎ区間１２１'ｎからリザーブ領域１２４に最も隣接した第１区間１２１'１に行くほど、コーティングされた有機リガンドの濃度が高くなるようにした。検出部材１２１'にコーティングされた有機リガンドと流体試料内の重金属とが反応（発色反応）する速度よりも検出部材１２１'で流体試料が展開される速度が速くなることを防止することにより、流体試料に含まれた重金属の定量分析においても、測定の正確度をより高めうる  一方、検出部材１２２'及び検出部材１２３'でも、検出部材１２１'に関して前述したような方式で濃度勾配を置いてコーティングされている。
【００６４】
例えば、Ｚｎ２＋を検出するために、有機物として、ＰＡＮ（１−（２−Ｐｙｒｉｄｙｌａｚｏ）−２−ｎａｐｈｔｈｏｌ）が複数個の検出部材１２１'、１２２'、１２３'のうち何れか１つ（例えば、検出部材１２１'）にコーティングされ、このような検出部材の区間の個数が５個である場合に、第１区間１２１'１、第２区間１２１'２、第３区間１２１'３、第４区間１２１'４、第５区間１２１'５のそれぞれにコーティングされた有機リガンドの濃度は、それぞれ５０、３５、２０、５、１ｍＭであり得る。
【００６５】
または、例えば、Ｆｅ２＋を検出するために、有機物として、Ｂｐｈｅｎ（Ｂａｔｈｏｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）が複数個の検出部材１２１'、１２２'、１２３'のうち何れか１つ（例えば、検出部材１２１'）にコーティングされ、このような検出部材の区間の個数が５個である場合に、第１区間１２１'１、第２区間１２１'２、第３区間１２１'３、第４区間１２１'４、第５区間１２１'５のそれぞれにコーティングされた有機リガンドの濃度は、それぞれ１０、５、１、０．５、０．１ｍＭであり得る。
【００６６】
または、例えば、Ｎｉ２＋を検出するために、有機物として、ＤＭＧ（Ｄｉｍｅｔｈｙｌｇｌｙｏｘｉｍｅ）が複数個の検出部材１２１'、１２２'、１２３'のうち何れか１つ（例えば、検出部材１２１'）にコーティングされ、このような検出部材の区間の個数が５個である場合に、第１区間１２１'１、第２区間１２１'２、第３区間１２１'３、第４区間１２１'４、第５区間１２１'５のそれぞれにコーティングされた有機リガンドの濃度は、それぞれ５０、１０、５、１、０．５ｍＭであり得る。
【００６７】
または、例えば、Ｃｕ２＋を検出するために、有機物として、ＤＴＯ（Ｄｉｔｈｉｏｏｘａｍｉｄｅ）が検出部１２０の複数個の検出部材１２１'、１２２'、１２３'のうち何れか１つ（例えば、検出部材１２１'）にコーティングされ、このような検出部材の区間の個数が５個である場合に、第１区間１２１'１、第２区間１２１'２、第３区間１２１'３、第４区間１２１'４、第５区間１２１'５のそれぞれにコーティングされた有機リガンドの濃度は、それぞれ１０、８、６、４、２ｍＭであり得る。
【００６８】
または、例えば、Ｃｒ６＋を検出するために、有機物として、１％  Ｈ２ＳＯ４が添加されたＤＣＢ（Ｄｉｐｈｅｎｙｌｃａｒｂａｚｉｄｅ）が複数個の検出部材１２１'、１２２'、１２３'のうち何れか１つ（例えば、検出部材１２１'）にコーティングされ、このような検出部材の区間の個数が５個である場合に、第１区間１２１'１、第２区間１２１'２、第３区間１２１'３、第４区間１２１'４、第５区間１２１'５のそれぞれにコーティングされた有機リガンドの濃度は、それぞれ２０、１０、５、２、１ｍＭであり得る。
【００６９】
または、例えば、Ｈｇ２＋を検出するために、有機物として、ＤＴＺ（Ｄｉｔｈｉｚｏｎｅ）が複数個の検出部材１２１'、１２２'、１２３'のうち何れか１つ（例えば、検出部材１２１'）にコーティングされ、このような検出部材の区間の個数が５個である場合に、第１区間１２１'１、第２区間１２１'２、第３区間１２１'３、第４区間１２１'４、第５区間１２１'５のそれぞれにコーティングされた有機リガンドの濃度は、それぞれ５０、２５、１０、５、１ｍＭであり得る。
【００７０】
図１Ｆは、図１Ｄの回転式ディスクシステムの微細流体構造物２０'の例示的な寸法を図示する。微細流体構造物２０'の例示的な寸法は、図１Ｆに示されたものに限定されず、本発明に具現される多様な環境によって変形、変更して具現可能である。
【００７１】
図１Ｇは、本発明のさらに他の実施例による定性及び定量分析デバイス１"を図示し、図１Ｈは、図１Ｇの回転式ディスクシステムの微細流体構造物２０"を図示する。図１Ｈの定性及び定量分析デバイス１"は、図１Ａの定性及び定量分析デバイス１と同様に、回転式プラットフォーム１０及び回転式プラットフォーム１０に備えられる複数個の微細流体構造物２０"を含む。回転式プラットフォーム１０の回転式プラットフォーム１０の上層部は、重金属を含む流体試料が注入される試料注入部１００及び流体試料が検出部に移動することができる通路である微細流体流路１１０を含む。上層部のうちから検出部１２０"が位置する部分は、検出部１２０"が挿入されるように、検出部１２０"の形状と一致するように、上層部の下面が凹部に備えられていることもあるなど多様に変形、変更が可能である。また、このような凹部の高さも、本発明が実際具現される環境によって多様に変形、変更が可能である。下層部は、検出部１２０"が挿入される部分（図３Ｃ参照）及び発色反応展開距離測定のためのスケール１３０を含む。
【００７２】
一方、図１Ｇの定性及び定量分析デバイス１"は、図１Ａ及び図１Ｄの定性及び定量分析デバイス１、１'とは異なって、上層部に空気循環チャネル１４０を含む。空気循環チャネル１４０は、試料注入部１００と検出部１２０'との複数個の検出部材１２１'、１２２'、１２３'のそれぞれの他端部の間を連結する。それにより、試料注入部１００−微細流体流路１１０−検出部１２０'−空気循環チャネル１４０−試料注入部１００に循環されるように連結される。空気循環チャネル１４０を導入することにより、検出部１２０'の流体試料の蒸発速度が増加する一方、検出部１２０'の湿気結び現象が防止される。一方、試料注入部１００を基準に空気循環チャネル１４０は、円形ディスク状の回転式プラットフォーム１０の中央部側に位置し、微細流体流路１１０は、回転式プラットフォーム１０の縁部側に位置するので、回転式プラットフォーム１０が回転する時、遠心力によって試料注入部１００の試料が微細流体流路１１０に移動し、空気循環チャネル１４０には移動しない。追加的に、もしもの移動可能性を備えて、試料注入部１００と空気循環チャネル１４０とが連結された地点に約１ｍｍの厚さ及び直径が約０．８ｍｍ程度である穴を開けて、空気圧によるキャピラリー弁（ｃａｐｉｌｌａｒｙ  ｖａｌｖｅ）を形成することにより、試料注入部１００から空気循環チャネル１４０への移動を防止することができる。
【００７３】
図１Ｉは、図１Ｇの回転式ディスクシステムの微細流体構造物２０"の例示的な寸法を図示する。微細流体構造物２０"の例示的な寸法は、図１Ｉに示されたものに限定されず、本発明に具現される多様な環境によって変形、変更して具現可能である。
【００７４】
図２Ａは、本発明のさらに他の実施例による定性及び定量分析デバイス１"'を図示し、図２Ｂは、図２Ａの回転式ディスクシステムの微細流体構造物２０"'を図示する。図２Ａの定性及び定量分析デバイス１"'は、図１Ａの定性及び定量分析デバイス１と同様に、回転式プラットフォーム１０及び回転式プラットフォーム１０に備えられる複数個の微細流体構造物２０"'を含む。回転式プラットフォーム１０の回転式プラットフォーム１０の上層部は、重金属を含む流体試料が注入される試料注入部１００及び流体試料が検出部に移動することができる通路である微細流体流路１１０を含む。上層部のうちから検出部１２０"'が位置する部分は、検出部１２０"'が挿入されるように、検出部１２０"'の形状と一致するように、上層部の下面が凹部に備えられていることもあるなど多様に変形、変更が可能である。また、このような凹部の高さも、本発明が実際具現される環境によって多様に変形、変更が可能である。下層部は、検出部１２０"'が挿入される部分（図４Ｄ参照）及び発色反応展開距離測定のためのスケール１３０を含む。
【００７５】
図２Ａの定性及び定量分析デバイス１"'は、図１Ｇの定性及び定量分析デバイス１"と同様に、空気循環チャネル１４０'を含む。空気循環チャネル１４０は、試料注入部１００と検出部１２０"との他端部の間を連結する。それにより、試料注入部１００−微細流体流路１１０−検出部１２０"−空気循環チャネル１４０'−試料注入部１００に循環されるように連結される。
【００７６】
一方、図２Ａの定性及び定量分析デバイス１"'では、検出部１２０"で１つの検出部材を含む。また、図１Ｄ及び図１Ｇの定性及び定量分析デバイス１、１'でのように検出部１２０"に有機リガンドの濃度が区間別に異なるようになっていない。また、図２Ａの定性及び定量分析デバイス１"'では、検出部１２０"の全体が流体試料の重金属と発色反応を起こしうる有機物でコーティングされて流体試料が展開され、検出部１２０"と別個に設けられたリザーブ領域１５０を含む。検出部１２０"の一端部は、リザーブ領域１５０内に収容されている。リザーブ領域１５０は、流体試料を内部に収容できるように、図４Ａの回転式プラットフォーム１０の上層部の下面と下層部の上面のそれぞれに凹状にパターニングされた領域である。回転式プラットフォーム１０の１次回転時に微細流体流路１１０に収容された流体試料が回転式プラットフォーム１０の２次回転時に微細流体流路１１０からリザーブ領域１５０に移動し、この際、回転による遠心力で検出部１２０"には展開されず、リザーブ領域１５０に留ま（すなわち、閉じ込められ）る。回転式プラットフォーム１０の２次回転が止まれば、リザーブ領域１５０から検出部１２０"に流体試料が移動して検出部１２０"で展開される。これに関するさらに詳細な説明は、図８と関連して後述することを参照する。
【００７７】
図２Ａの定性及び定量分析デバイス１"'及び図２Ｂの微細流体構造物２０"'に関する説明で、図１Ａから図１Ｈの定性及び定量分析デバイス１、１'、１"及び微細流体構造物２０、２０'、２０"と重複される構成要素に関するその他の説明は、図１Ａから図１Ｈに関する説明を参照する。
【００７８】
図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ図１Ａ及び図１Ｄの微細流体構造物２０、２０'を含む回転式プラットフォーム１０の各層に関して図示する。微細流体構造物２０、２０'を含む回転式プラットフォーム１０は、大きく２種の層で構成することができる。上層部には、試料注入部１００、微細流体流路１１０、検出部１２０、１２０'が挿入される空間が設けられた部分、及びスケール１３０が設けられている。上層部の厚さは、例えば、１．０ｍｍであり、上層部の材質としては、例えば、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ；ＰＣ）またはポリメチルメタクリレート（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ；ＰＭＭＡ）などを含みうる。上層部の内部には、試料注入部１００、微細流体流路１１０が備えられており、試料注入部１００及び微細流体流路１１０は、マイクロミリング（ｍｉｃｒｏ−ｍｉｌｌｉｎｇ）を利用したパターニング工程を通じて生成されうる。上層部のうちから検出部１２０、１２０'が位置する部分は、検出部１２０、１２０'が挿入されるように、検出部１２０、１２０'の形状と一致するように、上層部の下面が凹部に備えられていることもあるなど多様に変形、変更が可能である。また、このような凹部の高さも、本発明が実際具現される環境によって多様に変形、変更が可能である。下層部は、パターニングされておらず、上層部と接合されるようになった減圧粘着層（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ａｄｈｅｓｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）であり、材質としては、例えば、ポリオレフィン（Ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ）系などを含みうる。
【００７９】
図３Ｃは、図１Ｇの微細流体構造物２０"を含む回転式プラットフォーム１０の各層に関して図示する。図３Ｃに示したように、微細流体構造物２０"'を含む回転式プラットフォーム１０は、大きく３種の層で構成され、それぞれは、試料注入部１００及び微細流体流路１１０が位置する上層部、検出部が挿入される下層部、上層部と下層部とを接合することができるＰＳＡ層部（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ａｄｈｅｓｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）である。上層部及び下層部の材質は、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）またはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などを含む。上層部の内部には、試料注入部１００、微細流体流路１１０が備えられており、試料注入部１００及び微細流体流路１１０は、マイクロミリングを利用したパターニング工程を通じて生成されうる。上層部のうちから検出部１２０'が位置する部分は、検出部１２０'が挿入されるように、検出部１２０'の形状と一致するように、上層部の下面が凹部に備えられているなど多様に変形、変更が可能である。また、このような凹部の高さも、本発明が実際具現される環境によって多様に変形、変更が可能である。微細流体流路１１０の内部（すなわち、チャネル）には、重金属を含む流体試料を収容できるように、親水性物質がコーティングされている。下層部には、検出部１２０'が挿入される空間が設けられるように、検出部１２０'の形状と一致するように、上層部の下面が凹部に備えられている。また、下層部には、スケール１３０がパターニングされている。ＰＳＡ層部は、上層部と下層部とを接合させる役割を行う粘着層であって、例えば、アクリル（ａｃｒｙｌ）系の両面粘着テープで製作することができる。回転式プラットフォーム１０のサイズに対応する粘着成分を有する材質のテープや板などで、上層部の試料注入部１００と微細流体流路１１０とに対応する領域及び下層部の検出部１２０'に対応する領域をカッティング（ｃｕｔｔｉｎｇ）などで除去して、製作することができる。一方、下層部の検出部１２０"の試料の展開及びスケールを確認できるように、上層部及びＰＳＡ層部は、透明な材質からなっている。しかし、本発明は、前述したものに限定されず、スケール１３０が上層部にパターニングされているなど、多様な変形、変更が可能である。
【００８０】
図４Ａから図４Ｄは、図２Ａの微細流体構造物２０"'を含む回転式プラットフォーム１０の各層に関して図示する。図４Ａに示したように、微細流体構造物２０"'を含む回転式プラットフォーム１０は、大きく３種の層で構成され、それぞれは、試料注入部１００及び微細流体流路１１０が位置する上層部（図４Ｂ参照）、検出部が挿入される下層部（図４Ｄ参照）、上層部と下層部とを接合することができるＰＳＡ層部（図４Ｃ参照）である。図４Ａから図４Ｄにおいて、図２Ａの定性及び定量分析デバイス１"'及び図２Ｂの微細流体構造物２０"'に関する説明及び各層部に関する説明で、図１Ｇの定性及び定量分析デバイス１"及び微細流体構造物２０"に関する構成要素及び各層部に関する重複されるその他の説明は、図３Ｃに関する説明を参照する。
【００８１】
本発明の定性及び定量分析デバイス１、１'、１"、１"'によれば、定性及び定量分析デバイス１の回転を制御して、重金属を含む流体試料が試料注入部１００から微細流体流路１１０に移動した後、検出部１２０、１２０'、１２０"に移動することができる。例えば、試料注入部１００に重金属を含む流体試料が注入された後、定性及び定量分析デバイス１、１'、１"、１"'が３０００ＲＰＭで１０秒間１次で回転してから停止されれば、重金属を含む流体試料が微細流体流路１１０に移動する。再び、定性及び定量分析デバイス１、１'、１"、１"'が５０００ＲＰＭで５秒間２次で回転すれば、上層部の微細流体流路１１０にあった重金属を含む流体試料が遠心力によって下層部に挿入されている検出部１２０、１２０'、１２０"に注入され、定性及び定量分析デバイス１、１'、１"、１"'の回転を止めれば、重金属を含む流体試料が毛細管力によって検出部１２０、１２０'、１２０"上で展開される。
【００８２】
検出部１２０、１２０'、１２０"上に展開された重金属を含む流体試料は、検出部１２０、１２０'、１２０"にあらかじめ塗布された試薬と反応して、当該重金属に関する色相を示す。検出部１２０、１２０'、１２０"にあらかじめ塗布される有機物としては、例えば、有機錯化剤を使用し、一実施態様として、下記の表１のように、重金属イオンと有機錯化剤との反応リストのような有機錯化剤を使用することができる。
【００８３】
【表１】
0006870818.tif 000002
【００８４】
図５は、表１による重金属イオンと有機錯化剤との発色反応を示す。図５の例示で、有機錯化剤として、ＰＡＮ（１−（２−Ｐｙｒｉｄｙｌａｚｏ）−２−ｎａｐｈｔｈｏｌ）、Ｂｐｈｅｎ（Ｂａｔｈｏｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）、ＤＭＧ（Ｄｉｍｅｔｈｙｌｇｌｙｏｘｉｍｅ）、ＤＴＯ（Ｄｉｔｈｉｏｏｘａｍｉｄｅ）、ＤＣＢ（Ｄｉｐｈｅｎｙｌｃａｒｂａｚｉｄｅ）、及びＤＴＺ（Ｄｉｔｈｉｚｏｎｅ）を使用し、Ｃｒ６＋の場合、ＤＣＢに１％  Ｈ２ＳＯ４を添加して、ＤＣＢのＣｒ６＋イオン反応選択性及び発色反応を向上させるようにした。
【００８５】
このような、本発明による定性及び定量分析デバイス１、１'を用いてＦｅ２＋、Ｚｎ２＋、Ｈｇ２＋、Ｃｒ６＋、Ｎｉ２＋、またはＣｕ２＋などの複数個の重金属に対して、２５ｐｐｍのレベルまで同時に定性分析が１５分内に可能である。
【００８６】
検出部１２０、１２０'、１２０"上の発色反応による色相で流体試料に含まれた重金属に対して定性分析ができ、例えば、発色反応による色相を肉眼で見て、当該流体試料に含まれた重金属の種類を識別することができる。これと関連して、図６は、６個の重金属（１００ｐｐｍ）に対する同時定性分析の一例示であって、図２Ａの定性及び定量分析デバイス１"'を用いて６個の重金属に対して同時定性分析を行った場合を示す。
【００８７】
また、検出部１２０、１２０'、１２０"上の重金属を含む流体試料の展開された程度をスケール１３０を用いて定量分析ができる。図６の例示を参照すれば、複数個の微細流体構造物２０"'のそれぞれの検出部１２０"上に重金属を含む流体試料の展開された程度が、それぞれ異なることが分かる。それをそれぞれのスケール１３０を用いて重金属を含む流体試料が展開された程度を測定することもできる。スケール１３０を用いて検出部１２０"上の当該流体試料の展開距離を測定する一方、前述した定性分析で当該流体試料に含まれた重金属の種類を見つけ出して、当該重金属に対するカリブレーションカーブ（例えば、図７Ａ及び図７Ｂ参照）に展開距離を代入して、当該重金属の定量分析ができる。定量分析の一例示として、図７Ａは、図２Ａの定性及び定量分析デバイス１"'を用いてＣｒ６＋を定量分析する場合を図示し、図７Ｂは、Ｆｅ２＋を定量分析する場合を図示する。例えば、図７Ａに記載された１ｐｐｍ、５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、２５ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、１００ｐｐｍの数字は、いずれもＣｒ６＋の定量分析の結果である。これは、６個の検出部１２０"上のＣｒ６＋に該当する紫色の展開程度をスケール１３０を測定した後、Ｃｒ６＋のカリブレーションカーブに代入して、カリブレーションカーブのｙ軸上の展開程度に該当するｘ軸上の濃度を得る方式で定量分析を行うことができる。図７ＢのＦｅ２＋の場合、同じ方式で定量分析を行うことができる。この際、Ｃｒ６＋の場合には、定性分析の検出下限（ｌｉｍｉｔ  ｏｆ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）が１ｐｐｍであり、定量分析の定量下限（ｌｉｍｉｔ  ｏｆ  ｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）が５ｐｐｍである。また、Ｆｅ２＋の場合には、定性分析の検出下限が２５ｐｐｍであり、定量分析の定量下限が５０ｐｐｍである。
【００８８】
以下、図８を参照して、本発明の一実施例による定性及び定量分析デバイス１、１'、１"、１"'を用いて重金属を含む流体試料に対する試料の分析方法２を説明する。本発明の一実施例による試料の分析方法２での各段階は、次の通りである。
【００８９】
段階１：定性及び定量分析デバイス１、１'、１"、１"'の試料注入部１００に流体試料を注入する段階（ステップＳ１）
【００９０】
段階２：定性及び定量分析デバイス１、１'、１"、１"'の回転を制御する段階（ステップＳ２）
【００９１】
段階３：定性及び定量分析のうち少なくとも１つを行う段階（ステップＳ３）
【００９２】
段階１：定性及び定量分析デバイス１、１'、１"、１"'の試料注入部１００に流体試料を注入する段階（ステップＳ１）
【００９３】
定性及び定量分析デバイス１、１'、１"、１"'の複数個の微細流体構造物２０のそれぞれの試料注入部１００に流体試料をそれぞれ注入する。例えば、流体試料を約４０マイクロリットルずつ注入することができる。しかし、本発明は、前述したものに限定されず、本発明が具現される多様な環境によって注入量を多様に調節することができる。複数個の微細流体構造物２０、２０'、２０"、２０"'のそれぞれに異なる種類の重金属を含む流体試料それぞれ注入して（ステップＳ１−１）、後述するように、定性分析及び／または定量分析を行うこともでき、複数個の微細流体構造物２０、２０'、２０"、２０"'のそれぞれに同じ種類や濃度を異ならせる重金属を含む流体試料それぞれ注入して（ステップＳ１−２）、後述するように、定性分析及び／または定量分析を行うこともできる。
【００９４】
段階２：定性及び定量分析デバイス１、１'、１"、１"'の回転を制御する段階（ステップＳ２）
【００９５】
定性及び定量分析デバイス１、１'、１"、１"'を回転させる定性及び定量分析システム３、例えば、図９に示したような回転式定性及び定量分析システム３上に装着した後、定性及び定量分析デバイス１、１'、１"、１"'を回転させる。本段階（ステップＳ２）は、次のような細部的な段階を含む。
【００９６】
段階２−１：微細流体構造物２０、２０'、２０"、２０"'の上層部に位置した試料注入部１００に注入された重金属を含む流体試料が、微細流体流路１１０に移動するように、定性及び定量分析デバイス１、１'、１"、１"'を２０００〜４０００ＲＰＭで５〜２０秒間１次で回転してから停止する（ステップＳ２−１）。
【００９７】
段階２−２：段階２−１で微細流体流路１１０に移動した重金属を含む流体試料が、微細流体構造物２０、２０'、２０"、２０"'のリザーブ領域１２４、１５０に流入されるように、定性及び定量分析デバイス１、１'、１"、１"'を４０００〜６０００ＲＰＭで３〜１０秒間２次で回転する（ステップＳ２−２）。
【００９８】
段階２−３：定性及び定量分析デバイス１、１'、１"、１"'の回転を停止して、重金属を含む流体試料が毛細管力によって検出部１２０、１２０'、１２０"上で展開させる（ステップＳ２−３）。
【００９９】
段階３：定性及び定量分析のうち少なくとも１つを行う段階（ステップＳ３）
【０１００】
検出部１２０、１２０'、１２０"上で展開された流体試料に対して検出部１２０、１２０'、１２０"上での発色反応を肉眼で分析する方式などで定性分析を行うこともでき（ステップＳ３−１）、検出部１２０、１２０'、１２０"上で展開された流体試料の展開程度をスケール１３０を用いて測定した後、当該重金属のカリブレーションカーブに代入する方式などで定量分析を行うこともでき（ステップＳ３−２）、定性分析と定量分析いずれもを行うこともできる（ステップＳ３−１及びステップＳ３−２）。これに関連した例示は、図６、図７Ａ及び図７Ｂと関連して前述したことを参照する。
【０１０１】
まとめれば、本発明の一実施例による定性及び定量分析デバイス１、１'、１"、１"'は、回転式プラットフォーム１０（例えば、円形ディスク）上に複数個の種類（例えば、６種）の重金属を検出することができる同じ構造を有するそれぞれの微細流体構造物２０が回転式プラットフォーム１０の回転方向に沿って放射対称に配されており、それぞれの微細流体構造物２０は、重金属と発色反応を起こしうる有機物が塗布された検出部１２０、１２０'、１２０"を含む。
【０１０２】
本発明の一実施例による定性及び定量分析デバイス１、１'、１"、１"'及びそれを利用した試料の分析方法２によれば、定性及び定量分析デバイス１、１'、１"、１"'の回転時に発生する遠心力を用いて重金属が含まれた流体を検出部１２０、１２０'、１２０"に移動させ、発色反応を通じて定性分析を行うこともでき、回転が止めた時の紙の毛細管力による流体展開を通じて発色領域の長さを定性及び定量分析デバイス１、１'、１"、１"'にパターニングされたスケール１３０で確認して定量分析を行うこともできる。自動化された流体制御及び回転力と毛細管力との調節を通じる重金属検出限界の増加が可能である。回転力制御を通じる重金属イオン検出限界の向上が可能である。すなわち、回転制御による遠心力と毛細管力との調節を通じる発色反応時間調節及び発色領域を調節して検出限界の向上が可能である。具体的には、検出部上で、毛細管力による重金属含む試料の展開速度が重金属と有機錯化剤とが反応する速度に比べて早くなれば、重金属含む試料が十分に有機錯化剤と発色反応できず、検出部の全体に展開される状況が発生する。濃度が高い重金属試料の場合には、発色が表われるので、検出に問題にならないが、定量性が落ちる可能性がある。濃度が低い重金属試料の場合には、検出部の有機錯化剤と十分に反応ができず、発色が起こらず、検出感度及び限界が落ちる可能性がある。しかし、本発明によれば、遠心力は、毛細管力と逆方向に作用するために、それを加えて毛細管力による溶液展開速度を制御し、それを通じて発色反応が検出部上で十分になされるようにして、検出限界を高める。
【０１０３】
また、本発明の一実施例による定性及び定量分析デバイス１、１'、１"、１"'及びそれを利用した試料の分析方法２によれば、経済的であり、迅速な多重重金属の定性／定量分析が可能であり、従来の高価の分光あるいは質量分析基盤重金属検出器に比べて、経済的であり、分析に必要な時間も短縮させ、重金属の定性／定量分析が必要な現場で迅速かつ便利に応用される。
【０１０４】
前述した本発明の技術的構成は、当業者が、本発明のその技術的思想や必須的な特徴を変更せずとも、他の具体的な形態で実施可能であることを理解できるであろう。したがって、前述した実施例は、あらゆる面で例示的なものであり、限定的ではないということを理解しなければならない。また、本発明の範囲は、前記の詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって表われる。また、特許請求の範囲の意味及び範囲、そして、その等価概念から導出されるあらゆる変更または変形された形態が、本発明の範囲に含まれると解釈されねばならない。
【符号の説明】
【０１０５】
１、１'、１"、１"'：定性及び定量分析デバイス
２：試料分析方法
３：定性及び定量分析システム
１０：回転式プラットフォーム
２０、２０'、２０"、２０"'：微細流体構造物
１００：試料注入部
１１０：微細流体流路
１２０、１２０'、１２０"：検出部
１３０：スケール
【図１ａ】
0006870818.tif 000003
【図１ｂ】
0006870818.tif 000004
【図１ｃ】
0006870818.tif 000005
【図１ｄ】
0006870818.tif 000006
【図１ｅ】
0006870818.tif 000007
【図１ｆ】
0006870818.tif 000008
【図１ｇ】
0006870818.tif 000009
【図１ｈ】
0006870818.tif 000010
【図１ｉ】
0006870818.tif 000011
【図２ａ】
0006870818.tif 000012
【図２ｂ】
0006870818.tif 000013
【図３Ａ】
0006870818.tif 000014
【図３Ｂ】
0006870818.tif 000015
【図３Ｃ】
0006870818.tif 000016
【図４Ａ】
0006870818.tif 000017
【図４Ｂ】
0006870818.tif 000018
【図４Ｃ】
0006870818.tif 000019
【図４Ｄ】
0006870818.tif 000020
【図５】
0006870818.tif 000021
【図６】
0006870818.tif 000022
【図７ａ】
0006870818.tif 000023
【図７ｂ】
0006870818.tif 000024
【図８】
0006870818.tif 000025
【図９】
0006870818.tif 000026