KR102122313B1 - 유체의 위치 인식이 가능한 바이오 센서 및 이를 이용한 유체 위치 인식 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체의 위치 인식이 가능한 바이오 센서 및 이를 이용한 유체 위치 인식 방법에 대한 것으로, 특히 유체가 흐르는 채널 상에서 상기 유체에 압력장벽을 부여하는 압력장벽부를 포함하고, 이에 따라 변화하는 채널 내부의 공기 압력 변화를 측정함으로서, 유체의 위치를 인식할 수 있는 것이 특징이다. 이러한 본 발명에 의하면, 종래와 같은 전극 모듈이나 광학 모듈 없이, 압력 센서 하나만으로 다수의 사이트(site)에서 유체의 위치를 인식할 수 있는 효과가 있다.

Description

유체의 위치 인식이 가능한 바이오 센서 및 이를 이용한 유체 위치 인식 방법{Biosensor capable of recognizing location of fluid and method of recognizing location of fluid using the same}

본 발명은 바이오 센서에 대한 것으로, 특히 바이오 센서의 채널 내부를 흐르는 유체의 위치를 인식하는 것이며, 더욱 상세하게는 상기 유체에 의해 변화하는 채널 내부의 압력 변화를 측정함으로서 유체의 위치 인식이 가능한 바이오 센서 및 이를 이용한 유체 위치 인식 방법에 대한 것이다.

바이오 센서는 단백질, DNA, 바이러스, 박테리아, 세포, 조직 등의 생체물질과 센서 표면과의 특이적 결합, 반응 등을 이용하여 전기적, 광학적 신호 변화를 유발함으로써 물질을 정량적 혹은 정성적으로 분석하고 진단한다.

생체물질의 검출은 시료의 처리, 반응, 분석을 위한 복잡한 과정을 필요로 한다. 분석 방법 및 물질의 종류에 따라 다르지만, 일반적으로 바이오 센서를 이용한 생체물질 검출은 여과(filtering), 계량(metering), 혼합(mixing), 이송(transport), 반응(reaction), 세척(washing) 등 복잡한 과정의 조합을 통해 이루어진다. 따라서, 종래의 경우 생체물질의 검출은 다양한 장비를 이용한 실험실 단위의 수작업으로 진행되고 있다.

또한, 바이오 센서를 이용하여 생체물질을 분석하고자 하는 경우, 상기 생체물질이나 시료 또는 반응액이나 워셔액과 같은 유체의 이송과 그 위치를 제어해야할 필요가 있다. 바이오 센서 상에서 유체의 위치를 인식하는 종래의 방법으로는 전극 모듈을 이용하거나 또는 광학 모듈을 이용하는 방법이 있다. 그러나, 이러한 방법은 위치를 인식하고자 하는 사이트(site)마다 상기 전극 모듈이나 광학 모듈을 설치해야 하기 때문에, 부피가 큰 구조물의 추가 설치 및 추가 공정이 필요하다는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 바이오 센서의 채널 내부를 흐르는 유체의 위치를 간단하고 용이하게 인식할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은, 종래와 같은 전극 모듈이나 광학 모듈 없이, 다수의 사이트(site)에서 유체의 위치를 인식할 수 있는 바이오 센서를 제공하는 것이 목적이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체의 위치 인식이 가능한 바이오 센서는, 유체가 흐를 수 있는 채널; 상기 채널 상에 존재하고 상기 흐르는 유체에 압력장벽을 부여하는 압력장벽부; 및 상기 채널 내부의 공기 압력 변화를 측정하는 압력 센서;를 포함한다.

여기서, 상기 채널은 서로 다른 직경을 가지는 제1채널과 제2채널을 포함하고, 상기 압력장벽부는 상기 제1채널과 제2채널을 연결하는 병목 구조물인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 채널은 서로 다르거나 같은 직경을 가지는 제1채널과 제2채널을 포함하고, 상기 압력장벽부는 상기 제1채널과 제2채널을 연결하는 꺽임 구조물인 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 상기 채널의 적어도 일단에 공기를 주입하거나 흡입하는 공기압 조절 수단을 더 포함하는 것일 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 압력 센서가 상기 압력장벽부와 공기압 조절 수단 사이에 위치하는 것이 더욱 바람직하다.

한편, 본 발명의 다른 실시형태는, 상술한 바이오 센서의 채널 일측으로 유체를 유입시키는 단계; 및 상기 바이오 센서의 압력 센서로 채널 내부의 공기 압력 변화를 측정하는 단계;를 포함하는 바이오센서의 유체 위치 인식 방법이다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

이러한 본 발명은 유체가 흐르는 채널 상에서 상기 유체에 압력장벽을 부여하는 압력장벽부를 포함하고, 이에 따라 변화하는 채널 내부의 공기 압력 변화를 측정함으로서, 유체의 위치를 간단하고 용이하게 인식할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 종래와 같은 전극 모듈이나 광학 모듈 없이, 압력 센서 하나만으로 다수의 사이트(site)에서 유체의 위치를 인식할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따라 유체의 위치 인식이 가능한 바이오 센서의 주요 구성 일례를 나타내는 모식도이고,
도 2는 본 발명에 따른 개념을 설명하기 위한 공압 구동 시스템의 일례를 나타내는 개념도이고,
도 3은 본 발명에 따라 공압에 의해 유체가 이동하지 않을 경우 압력장벽이 발생하는 상태의 일례를 설명하기 위한 개념도이고,
도 4는 본 발명에 따라 공압에 의해 유체가 이동하는 경우의 일례를 설명하기 위한 개념도이고,
도 5는 본 발명에 따라 시간이 흘러가면서 측정된 압력센서의 측정값 일례를 나타내는 그래프이고,
도 6은 본 발명에 따라 꺽임 구조물 형상을 가지는 압력장벽부의 일례를 나타내는 모식도이고,
도 7은 본 발명에 따라 병목 구조물 형상을 가지는 압력장벽부의 일례를 나타내는 모식도이고,
도 8은 본 발명에 따라 하나의 채널에 다수의 압력장벽부가 형성된 상태의 일례를 나타내는 모식도이고,
도 9는 본 발명에 따라 메인(main) 채널이 다수의 서브(sub) 채널을 가지는 형상의 일례를 나타내는 모식도이고,
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 유체의 위치 인식이 가능한 바이오 센서를 나타내는 사진이고,
도 11은 도 10의 바이오 센서에서 측정된 압력 변화를 나타내는 그래프이다(Port2(검은색) 채널과 Port3(회색) 채널 각각에서 시간의 흐름((a)→(b)→(c))에 따라 측정된 압력 변화).

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명은 바이오 센서에 대한 것으로, 특히 생체물질이나 시료 또는 반응액이나 워셔액과 같은 액체, 일반적으로 통칭되는 미소 유체(micro fluidics)가 이동하는 경로를 포함하는 카트리지에 대한 것이며, 진단, 분자 및 생화학 분석용 마이크로유체 디바이스 및 방법을 포함한다.

이러한 바이오 센서 또는 마이크로 유체 디바이스에 있어서, 본 발명은 상기 유체, 미소 유체, 또는 마이크로 유체의 위치를 인식하기 위한 것이며, 특별히 상기 유체가 흐르는 경로 상의 채널 내부 압력을 측정함으로서 상기 유체의 위치를 인식하는 마이크로유체 기술에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 미소 유체(micro fluidics) 구동 카트리지에 있어서, 공압 측정 모듈을 이용하여 유체의 위치를 인식하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 유체의 위치 인식이 가능한 바이오 센서의 주요 구성 일례를 나타내는 모식도이고, 여기에 나타난 바와 같이 본 발명에 따라 유체의 위치 인식이 가능한 바이오 센서는, 채널(10); 압력장벽부(20); 및 압력센서(30);를 포함하여 이루어진다.

상기 채널(10)은 일반적인 바이오 센서 상에서 유체(1)가 흐를 수 있는 경로이거나 미세관 또는 챔버일 수 있다. 상기 유체(1)는 생체물질이나 시료 또는 반응액이나 워셔액과 같은 액체(liquid)일 수 있고, 여기에 기체가 혼합된 유체(fluid)인 것도 가능하다. 상기 채널(10)의 형상이나 내부 직경 또는 부피는 특별히 제한되지 않고, 이 기술분야에서 널리 알려진 다양한 공지 기술을 모두 포함한다. 상기 채널(10)은 단일한 하나의 경로일 수 있고, 내부 직경 등이 서로 같거나 다른 2개 이상의 채널(11, 12)이 연결된 것일 수 있도 있다. 상기 채널(10)의 재질은 공지된 모든 것을 포함할 수 있고, 불투명한 재질로 이루어진 것도 가능하지만, 투명한 재질로 이루어진 것이 채널(10) 내부를 흐르는 유체를 외부에서 시각적으로 쉽게 확인할 수 있어서 바람직하다. 또한, 상기 채널(10)의 직경 역시 특별히 제한되지 않지만 미소 유체(1)의 원할한 이동을 위하여 0.01cm~1.0cm 범위 내의 직경을 갖는 것이 바람직하다.

상기 압력장벽부(20)는 상기 채널(10) 상에 존재하는 것으로 상기 흐르는 유체(1)에 압력장벽을 부여하는 것이다. 본 명세서에서 "압력장벽"이라 함은 바이오 센서 카트리지의 채널을 흐르는 유체에 의해 발생하는 상기 채널 내부의 압력증가 또는 압력임계치(threshold)를 의미하며, "압력장벽부"라 함은 이러한 압력증가나 압력임계치를 일으키는 채널 구조를 뜻한다. 예를 들어, 상기 압력장벽부(20)는 채널(10) 상에 형성된 병목 구조물 또는 꺽임 구조물일 수 있고(도 6 및 도 7 참조), 상기 압력장벽은 유체가 상기 압력장벽부(20)에 의해 막힘으로서 발생하는 채널(10) 내부의 압력한계치 또는 압력최고치인 것이 가능하다(도 5 참조). 이러한 압력장벽부(20)와 압력장벽에 대해서는 후술하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

상기 압력센서(30)는 상기 채널(10) 내부의 공기 압력 변화를 측정하는 것이다. 이러한 압력센서(30)는 이 기술분야에 알려진 다양한 형태를 모두 포함한다. 상기 압력센서(30)가 측정하는 공기 압력 변화 부위는 채널(10) 내부의 어디라도 가능하지만, 유체(1)가 유입되는 방향과 상기 압력장벽부(20) 사이의 영역이 상기 유체(1)에 의한 압력 변화가 가장 크기 때문에 바람직하다.

이러한 본 발명은 채널(10) 상의 특정 위치에 구비되는 압력장벽부(20)를 유체가 통과하면서 발생되는 채널(10) 내부의 압력 변화를 측정함으로서, 상기 압력 변화가 증가하거나 일정한 수준 이상에 도달하는 경우 또는 압력임계치(threshold)를 넘어서는 경우, 유체(1)가 상기 압력장력부(20)에 도달하거나 통과한 것으로 인식할 수 있다.

본 발명은 유체(1)가 압력장벽부(20)를 통과하면서 발생되는 채널(10)의 압력 변화를 기반으로 상기 유체(1)의 위치를 인식하는 것을 특징으로 하는바, 본 발명의 기본 개념이라 할 수 있는 공압 구동 시스템과 이를 위한 공압 측정 모듈을 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 개념을 설명하기 위한 공압 구동 시스템의 일례를 나타내는 개념도이고, 도 3은 본 발명에 따라 공압에 의해 유체가 이동하지 않을 경우 압력장벽이 발생하는 상태의 일례를 설명하기 위한 개념도이며, 도 4는 본 발명에 따라 공압에 의해 유체가 이동하는 경우의 일례를 설명하기 위한 개념도이다.

먼저, 본 발명의 기반이 되는 공압 구동 시스템은 도 2에 나타난 바와 같이 시린지 펌프를 사용해서 채널에 공압을 인가하여 카트리지의 유체를 구동시키는 것일 수 있고, 이 과정에서 압력센서로 상기 시린지 펌프와 유체 사이의 공압을 측정할 수 있다는 것을 기반으로 한다.

도 3은 시린지 펌프를 구동시키지만 카트리지 내의 유체가 압력 장벽 등의 영향에 의해서 유체가 이동을 하지 않는 경우의 일례를 나타내고 있다. 이때는 하기 수학식 1의 이상기체법칙에 따라, 시린지 펌프의 이동에 의하여 채널 내부의 부피(volume, V1)는 줄어들면서 공압(P1)은 증가하게 된다. 그래서, 증가된 공압(P1)에 의하여 유체의 일측에서는 압력장벽이 발생하게 된다(도 3 및 도 5 참조).

(P=압력, V=부피, n=몰수, R=gas constant, 8.314J·K^-1·mol^-1, T=temperature)

이어서, 어느 정도 시간이 흐르거나 시린지 펌프를 계속 이동시켜서 채널 내부의 부피(volume, V1)를 더욱 줄이면 공압(P1)은 더욱 증가하게 되고, 이와 같이 증가한 공압(P1)이 어떤 임계치나 한계치 또는 압력임계치(threshold)를 넘어서게 되면, 유체(1)는 비로소 상기한 임계치를 발생시키는 압력장벽부(20)를 통과하면서 이동하게 된다(도 4 및 도 5 참조). 이와 같이 유체가 이동하는 경우는 하기 수학식 2의 Navier-Stokes Equations 에 따라 외부에서 인가되는 힘이 거의 없다고 가정할 때, (시린지 펌프의 이동에 의한) 공기 압력에 의해서 이동되는 것으로 볼 수 있다.

도 5는 본 발명에 따라 시간이 흘러가면서 측정된 압력센서의 측정값 일례를 나타내는 그래프이고(x축=time(sec), y축=압력(ATM)), 여기에 나타난 바와 같이 채널(10) 내부의 유체(1)가 본 발명에 따른 압력장벽부(20)를 통과하기 전에는 상기 채널(10) 내부의 압력이 점차 증가하다가, 어느 정도 시간이 지나면 압력장벽을 통과하게 되면서 압력은 감소한다.

그래서, 기 설정된 이미 알고 있는 어느 특정한 위치에 압력장벽부(20)를 형성하고 여기에 유체(1)를 통과시키면서 압력을 측정하는 경우, 상기 측정한 압력치가 높아지거나 상승하는때에는 유체(1)가 상기 압력장벽부(20)에 도달한 것으로 인식할 수 있고, 상기 측정한 압력치가 낮아지는 때에는 상기 유체(1)가 압력장벽부(20)를 통과한 것으로 인식할 수 있다. 이를 통하며, 상기 채널(10) 상에서 위치 인식을 원하는 영역(site)에 본 발명에 따른 압력장벽부(20)를 미리 형성함으로서, 상기 영역에 유체의 도달 여부, 즉 유체가 이동하는 위치를 인식할 수 있는 것이다.

도 6은 본 발명에 따라 꺽임 구조물 형상을 가지는 압력장벽부(20)의 일례를 나타내는 모식도이고, 도 7은 본 발명에 따라 병목 구조물 형상을 가지는 압력장벽부(20)의 일례를 나타내는 모식도이며, 도 8은 본 발명에 따라 하나의 채널(10)에 다수의 압력장벽부(20)가 형성된 상태의 일례를 나타내는 모식도이다.

여기에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 채널(10)은 서로 다르거나 같은 직경을 가지는 제1채널(11)과 제2채널(12)을 포함할 수 있고, 상기 제1채널(11)과 제2채널(12)은 서로 연결되어 일체화된 하나의 채널(10)을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1채널(11)은 유체(1)가 유입되는 유입구를 가지며, 상기 제2채널(12)은 상기 유체(1)가 배출되는 배출구를 가질 수 있다.

이러한 채널(10) 상에서 본 발명에 따른 압력장벽부(20)는 상기 제1채널(11)과 제2채널(12)을 연결하는 꺽임 구조물인 것이 가능하다. 상기 꺽임 구조물이라 함은 상기 제1채널(11) 및/또는 제2채널(12)에서 흐르는 유체(1)의 흐름 방향과 다른 방향으로 상기 유체(1)를 흐르게 하는 채널 형상을 모두 포함한다. 즉, 상기 꺽임 구조물은 상기 채널(10)의 일부가 "ㄱ", "ㄴ", "ㄷ", "ㄹ" 등의 형태로 굽어진 부분일 수 있고, "S", "C" 등의 굴곡진 형상이나, 상기한 것과 유사한 형태를 모두 포함한다. 나아가, 상기 꺽임 구조물은 채널이 형성된 방향에 대하여 수평한 방향(도 6 또는 도 7에서 왼쪽으로부터 오른쪽 방향)으로 구조가 변형된 것 뿐만 아니라(도 6 및 도 7 참조), 수직한 방향(도 6 또는 도 7에서 지면 뒤쪽으로부터 앞쪽 방향)으로 층상 구조에 의해 변형된 모든 형태를 포함할 수 있다(도 10 참조).

다시 말해서, 상기 꺽임 구조물은 그 내부를 흐르는 유체(1)의 이동 경로를 다르게 변형하거나 그것의 움직임을 변형시킬 수 있는 모든 형태의 구조물일 수 있다. 이러한 꺽임 구조물은 유체(1)의 이동이나 움직임에 변화를 일으키고, 이에 따라 상기 꺽임 구조물 전후의 채널(10) 내부 압력은 변하게 되며, 본 발명은 이러한 압력 변화를 확인함으로서 유체(1)를 인식할 수 있는 것이다.

이와 함께, 본 발명의 다른 특징은 상기 채널(10)이 서로 다른 직경을 가지는 제1채널(11)과 제2채널(12)을 포함하고, 상기 압력장벽부(20)는 상기 제1채널(11)과 제2채널(12)을 연결하는 병목 구조물인 것이 바람직하다(도 1 및 도 7 참조). 예를 들어, 상기 제1채널(11)이 제2채널(12)보다 큰 내부 직경을 가지는 경우, 상기 제1채널(11)과 제2채널(12)을 연결하는 압력장벽부(20)는 그 내부 직경이 점차 감소하는 형상을 가지는 연결 구조물일 수 있다. 이와 같이, 압력장벽부(20)의 내부 직경이 제1채널(11)의 직경으로부터 제2채널(12)의 직경까지 감소하는 형태의 병목 형상을 가지는 경우에는, 유체(1)에 의한 압력변화를 가장 점진적으로 상승시킬 수 있으면서 극대화된 압력임계치 효과(균일한 상승률, 높은 압력 한계치, 급격한 압력 감소)를 얻을 수 있어서 바람직하다.

또한, 본 발명의 또 다른 특징은 도 7 및 도 8에 나타난 바와 같이, 하나의 채널(10) 또는 서로 다른 직경을 가지는 2개 이상의 다수의 채널(11, 12, 13)에 2개 이상의 다수의 압력장벽부(20)가 형성된 것이다. 예를 들어, 제1채널(11)과 제2채널(12) 사이에 제1압력장벽부(21)가 포함되고, 제2채널(12)과 제3채널(13) 사이에 제2압력장벽부(22)가 포함되는 것이다. 이러한 다수의 압력장벽부(20)는 서로 다른 간격으로 떨어져 형성될 수 있지만, 일정한 간격으로 배열된다면 유체(1)가 다음 압력장벽부(20)의 사이트까지 도달할 시간을 예측할 수 있어서 더욱 바람직하다. 이러한 본 발명에 의하면, 종래와 같은 전극 모듈이나 광학 모듈 없이, 압력 센서 하나만으로 다수의 사이트(site)에서 유체의 위치를 인식할 수 있는 효과가 있다.

도 9는 본 발명에 따라 메인(main) 채널이 다수의 서브(sub) 채널을 가지는 형상의 일례를 나타내는 모식도이다.

여기에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 제1채널(11)은 압력장벽부(20)를 통하여 제2채널(12)과 연결될 수 있고, 상기 제1채널(11) 또는 제2채널(12)에는 다른 서브 채널이 더 연결되어 있을 수 있다. 이러한 서브 채널은 메인 채널에 유체를 유입시키거나 메인 채널로부터 유체를 배출시키는 것일 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 압력센서(31, 32)는 상기한 서브 채널에 구비될 수도 있다. 메인 채널인 제1채널(11)에 포함된 유체(1)의 움직임은 상기 메인 채널 뿐만 아니라 서브 채널 내부의 압력에 까지 영향을 미칠 수 있기 때문이다.

이에 따라, 본 발명에 따른 압력센서(30)는 채널(10) 내부의 어디에 라도 위치하는 것이 가능하지만, 유체나 공기가 유입되는 방향 또는 공기 가압 수단이 위치하는 방향과 압력장벽부(20) 사이에 위치하는 것이, 가장 큰 압력 변화를 측정할 수 있어서 바람직하다. 예를 들어, 도 9에서 제1채널(11)의 왼쪽에 공기압 조절 수단(도시하지 않음)이 위치하여 그로부터 공기 가압(41)이 이루어진다면, 본 발명에 따른 압력센서(30)는 상기 압력장벽부(20)와 공기압 조절 수단 사이에 위치하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 채널(10)의 적어도 일단에 공기를 주입하거나 흡입하는 공기압 조절 수단을 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 채널(10) 내부에서 유체(1)는 별도의 공기 가압 또는 감압에 의하지 않더라도, 자연스럽게 이동하거나 높낮이에 의하여 이동할 수도 있으며, 모세관(capillary) 현상에 의하여 이동할 수도 있다. 이렇게 이동하는 유체(1)도 본 발명에 따른 압력장벽부(20)에 부딪히는 경우 상기한 바와 같은 채널(10) 내부의 압력 변화를 일으킬 수 있다.

다만, 상기 채널(10)의 적어도 일단에 공기를 주입하는 공기 가압 수단이나 공기를 흡입하는 공기압 감압 수단이 더 구비되면, 채널(10) 내부의 압력 변화를 더욱 크게 상승시킬 수 있어서 압력장벽을 판단하기가 더욱 용이하다는 장점이 있어서 바람직하다.

이러한 공기압 조절 수단은 일반적으로 널리 알려진 시린지 펌프일 수 있고, 유체(1)가 유입되는 방향과 동일한 쪽에 구비될 수도 있으며, 유체(1)가 배출되는 방향쪽에 위치하여 공기 감압(42)을 일으킴으로서 채널(10) 내부의 압력에 변화를 주는 것도 가능하다. 예를 들어, 도 9에 나타난 바와 같이 제2채널(12)쪽에 공기 감압 수단이 구비되어 공기 감압(42)을 일으킴으로서 내부 압력을 감소시킬 수 있고, 이 경우 압력장벽은 시간에 따라 감소하는 임계치를 가질 것이며, 압력센서(33)는 압력장벽부(20)로부터 유체(1)가 배출되는 방향에 구비되는 것도 가능하다.

한편, 본 발명의 다른 실시형태는, 상술한 바이오 센서의 채널(10) 일측으로 유체(1)를 유입시키는 단계(S10); 및 상기 바이오 센서의 압력 센서(30)로 채널(10) 내부의 공기 압력 변화를 측정하는 단계(S20);를 포함하는 바이오센서의 유체 위치 인식 방법이다.

상기 유체(1)를 유입시키는 방법은 특별히 제한되지 않고, 시린지 펌프와 같은 공기압 조절 수단에 의하여 유체(1)를 유입시킬 수 있으며, 모세관 현상에 의하여 유체(1)가 채널(10)을 이동하게 할 수도 있다.

그래서, 유입된 유체(1)가 본 발명에 따른 바이오 센서의 채널(10) 상에 구비된 압력장벽부(20)에 이르면 상기 채널(10) 내부의 압력이 변하게 되는데, 이 과정에서 본 발명에 따른 방법은 압력 센서(30)로 채널(10) 내부의 공기 압력 변화를 실시간으로 또는 연속적으로 측정하여 그 변화를 관찰함으로서 유체(1)의 위치를 인식할 수 있는 것이다.

상기 압력 센서(30)에 의해 측정된 공기 압력 수치는 별도의 디스플레이에 표시될 수 있고, 본 발명에 따른 바이오 센서 장치는 상기 압력 센서(30)에 의해 측정된 공기 압력 수치 값을 수신하여 기 설정된 기준값과 자동으로 비교 분석하는 제어부를 더 포함하는 것도 가능하다.

도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 유체의 위치 인식이 가능한 바이오 센서를 나타내는 사진이고, 도 11은 도 10의 바이오 센서에서 측정된 압력 변화를 나타내는 그래프이다(Port2(검은색) 채널과 Port3(회색) 채널 각각에서 시간의 흐름((a)→(b)→(c))에 따라 측정된 압력 변화).

본 발명자들은 실제로 도 10에 나타난 바와 같이 제1채널(11)과 제2채널(12) 사이에 압력장벽부가 비아홀(via hole) 구조로 형성된 바이오 센서를 제작하였다. 여기서, 상기 제1채널(11)에는 포트2(port2)와 포트3(port3)를 통한 서브 채널이 추가로 형성되어 있고, 상기 제1채널(11)의 한쪽에는 유체가 유입되는 유입구(110)가 형성되어 있다. 도 10에서 유체는 상기 유입구(110)를 통하여 사진의 뒷쪽에서 앞쪽으로 유입되고(도 10(a) 참조), 유체가 제1채널(11) 내부를 채워서 압력장벽에 도달한 다음에는(도 10(b) 참조), 상기 압력장벽을 넘어서 사진 앞쪽에서 뒷쪽으로 배출될 수 있는 것이다(도 10(c) 참조).

이러한 과정에 따른 압력변화를 포트2와 포트3 각각에서 실시간으로 측정하였고, 그 결과는 도 11에 나타난 바와 같다. 즉, 제1채널(11)에 유체가 채워지는 동안(구간 (a))에는 압력의 변화가 없었고, 유체가 압력장벽에 도달한 후(구간 (b))부터는 포트2와 포트3에서 감지되는 압력이 증가하였다. 증가하는 압력으로부터 위치인식 사이트(site), 즉 압력장벽부에 용액이 도달하였음을 인식할 수 있고, 또한 압력 장벽을 넘지 않는 임계치(threshold)를 설정함으로써 위치 인식 여부를 판단하는 것도 가능하다. 유체를 계속해서 주입할 경우 압력은 계속해서 증가하고, 이때 압력이 압력장벽을 넘어가는 순간 유체는 다음 사이트로 이동하게 되며, 이때 압력은 비로소 해소가 된다(구간 (c)).

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

1 : 유체
10 : 채널
11 : 제1채널
12 : 제2채널
13 : 제3채널
20 : 압력장벽부
21 : 제1압력장벽부
22 : 제2압력장벽부
30 : 압력센서
31 : 제1압력센서
32 : 제2압력센서
33 : 제3압력센서
41 : 공기 가압
42 : 공기 감압
110 : 유입구

Claims (6)

1. 유체가 흐를 수 있는 채널;
   상기 채널 상에 존재하고 상기 흐르는 유체에 압력장벽을 부여하는 압력장벽부; 및
   상기 채널 내부의 공기 압력 변화를 측정하는 압력 센서;를 포함하고
   상기 채널의 적어도 일단에 공기를 주입하거나 흡입하는 공기압 조절 수단을 더 포함하고,
   상기 채널은 서로 다른 직경을 가지는 2개 이상의 다수의 채널이고,
   상기 압력장벽부는 인접하는 채널을 연결하는 병목 구조물로서, 상기 서로 다른 직경을 가지는 2개 이상의 다수의 채널에 2개 이상의 다수의 압력장벽부가 일정한 간격으로 배열되어 형성된 것을 특징으로 하는 유체의 위치 인식이 가능한 바이오 센서.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 압력 센서는 상기 압력장벽부와 공기압 조절 수단 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 유체의 위치 인식이 가능한 바이오 센서.
   
6. 제1항 또는 제5항에 따른 바이오 센서의 채널 일측으로 유체를 유입시키는 단계; 및
   상기 바이오 센서의 압력 센서로 채널 내부의 공기 압력 변화를 측정하는 단계;를 포함하는 바이오센서의 유체 위치 인식 방법.

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