JP6914326B2 - 折り紙ベースの試料分離装置 - Google Patents

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Description

本実施形態が属する技術分野は、特定区間に標的物質を濃縮させることができ、低費用で製造可能な生体試料分離装置に関する。本発明は、２０１６年に政府（教育部）の財源で韓国研究財団の支援を受けて行われた研究事業（ペーパーベースの分子ふるい濃縮メカニズムおよび急性疾患用のソリューションの開発）の結果物に該当する（課題固有番号：１３４５２５６１２６）。
この部分に記述された内容は、単に本実施形態に対する背景情報を提供するためのものであって、従来技術を構成するものではない。
現代医学は、単に寿命を延ばすのではなく、健康に長生きする健康寿命の延長を実現することを目的とする。よって、未来医学は、治療医学中心でなく、予防医学（Ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）、予測医学（Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）、個別化医学（Ｐｅｒｓｏｎａｌｉｚｅｄ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）の３Ｐを実現することにパラダイムが変化している。これを具体的に実現するためには、疾病の早期発見および早期治療などが重要な手段となっており、このために手段としてバイオマーカ（ｂｉｏｍａｒｋｅｒ）に関する研究が非常に活発に行われている。
バイオマーカは、正常や病的な状態を区分したり治療反応を予測したり客観的に測定したりすることができるマーカをいう。バイオマーカには、核酸ＤＮＡ、ＲＮＡ（遺伝子）、タンパク質、脂肪質、代謝物質などとそのパターンの変化などが利用されている。すなわち、糖尿病を診断するための血中ブドウ糖のような簡単な物質からグリーベックの治療ターゲットである慢性骨髄性白血病のＢＣＲ−ＡＢＬ遺伝子融合のような遺伝子などが全てバイオマーカに該当し、臨床で実際に使用するバイオマーカである。
ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ）は核内に存在する遺伝子物質であり、遺伝子は生物体が生成するタンパク質の種類を決める化学情報が格納された所である。人体を構成する情報はＤＮＡを分析することにより把握することができ、疾病の予防および治療のために様々なＤＮＡ分析技法が研究開発および活用されている。ＤＮＡを用いて疾病を分析するためには、ＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）という遺伝子増幅技術を利用している。ＰＣＲはＤＮＡの二重らせんを連続的に分離させてできた一本鎖を新しい二重らせんを作る原本として用いるために熱に安定したＤＮＡポリメラーゼを用いて加熱および冷却を繰り返し行うものであり、先ず、ＤＮＡに熱を加えて２個の鎖に分ける。それに「プライマー（ｐｒｉｍｅｒ）」という短いＤＮＡを追加して冷却すれば、プライマーがＤＮＡに結合するようになる。それにＤＮＡポリメラーゼ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ）という酵素を加えれば、プライマー部分が出発点になってＤＮＡが複製される。この「加熱および冷却」という一つのサイクルにより、ＤＮＡは２倍になる。それを数十回繰り返すと、約１時間でＤＮＡは数十億倍に増えるようになる。
タンパク質（ｐｒｏｔｅｉｎ）は、アミノ酸（ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ）という比較的単純な分子が連結されて作られた複雑な分子であって、概して分子量が非常に大きい傾向がある。タンパク質を構成するアミノ酸には約２０種類があり、該アミノ酸が化学結合により互いに連結されてポリペプチド（ｐｏｌｙｐｅｐｔｉｄｅ）を作る。この時、アミノ酸の結合をペプチド結合といい、このようなペプチド結合が複数個（ｐｏｌｙ−）存在するということでポリペプチドという。広い意味でタンパク質もポリペプチドと言え、一般には、分子量が比較的小さければポリペプチドといい、分子量が非常に大きければタンパク質という。このようなタンパク質は、生物体のボディーを構成する代表的な分子であり、細胞内の各種化学反応の触媒の役割と免疫を担当する物質である。タンパク質は、このように生体を構成し、生体内の反応およびエネルギー代謝に参加する非常に重要な有機物である。
上記のようなＤＮＡまたはタンパク質を分析して癌または疾病の発病および進行程度を把握することができる。特に癌などの難治の病の早期診断と治療のために、血液内に入っているタンパク質のうち正常細胞が癌細胞に発展する初期段階に微細な変化を示す指標タンパク質を探し出す血液メタボローム解析技法が知られている。血液メタボローム解析とは、癌の有無に応じて人体の代謝物質が変化しうるということに着目して、癌患者の血液内に存在する代謝物質の質量分析データを総合的に分析してパターンの変化推移を通じて癌の発生有無を診断する技法である。血液メタボローム解析は、血液から直ちに癌の発生有無を診断することができるため、速かに情報を得ることができるという長所がある。
しかし、現在、タンパク質を分析するための技術および素子は、ナノ技術を利用することにより、素子の製作が難しく、比較的高価であるため、普及化し難いという問題がある。また、タンパク質分析装置に高感度のセンサが必要であったり、少量のサンプルによっては正確な分析が難しいという短所がある。一方、最近では、ナノ技術とＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術の発展により、これを単一の流体素子内にナノ構造物でパターニングして少量の試料だけでも必要とする物質を迅速に分離および精製できるようになり、このような技術を生命工学および医療工学分野に適用しようとする努力が活発になされている。また、発展したＭＥＭＳ／ＮＥＭＳ技術は、さらに精密にナノ構造物を所望の位置に数ナノの誤差限界でパターニングできるようになり、このような技術は、微小流体チャネルと結合されてμ−ＴＡＳ（ｍｉｃｒｏ ｔｏｔａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｙｓｔｅｍ）またはＬｏＣ（Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）として活発に研究されている。
特に、ガラスやその他の重くて高価な材料を用いて少量のサンプル試料でも生体分子を濃縮して検出正確度を向上できる生体分子の濃縮および分離装置を実現する方式が知られており、これは、分析対象物質を狭い管や薄い板を介して拡散させつつ一定位置に標的物質を濃縮できるように膜を形成する方式である。しかし、この方式は、濃縮および分離装置の製造が難しく、多くの費用がかかり、装置が大きく、重く、取り扱いが不便な問題がある。
本発明の実施形態は、折り紙をベースに選択的イオン透過層に電界を加えて特定領域に標的物質を濃縮させ分離させて低費用で製造が可能な生体試料分離装置を提供することに発明の主な目的がある。
本発明の実施形態は、紙を圧着させて微細孔の大きさが調節された濾過層を介して、標的物質（収集対象物）を所望の位置に濃縮させ、非標的物質（分離対象物）を分離させることに発明の他の目的がある。
本発明の明示されていないまた他の目的は、下記の詳細な説明およびその効果から容易に推論できる範囲内でさらに考慮できるものである。
本実施形態の一側面によれば、予め定められた間隔で折り畳まれ、折り畳まれる基本単位となる複数のベースユニットを含むベース、前記ベースの少なくとも一部領域に位置して処理対象試料の吸着を防止し、貯蔵空間または移動経路を区分するコーティング層、前記コーティング層により領域が定義され、前記ベースユニットに各々位置し、測定しようとする試料に含まれて分離しようとするターゲット物質または前記試料から前記ターゲット物質を除いた分離対象物質を少なくとも一部吸着して貯蔵するかまたは移動経路を提供する複数のリザーバ、および前記リザーバのうち少なくとも一部のリザーバと少なくとも一部重なって位置し、イオンを選択的に透過させる選択的イオン透過層を含む試料分離装置を提供する。
本実施形態の他の側面によれば、複数のベースユニットを含み、前記複数のベースユニットが折り畳まれるように形成されたベース、前記ベースの少なくとも一部領域に位置して試料の吸着を防止し、貯蔵空間または移動経路を区分するコーティング層、前記コーティング層により領域が設定され、前記複数のベースユニットに位置し、前記試料から分離しようとする収集対象物または前記試料に含まれた前記収集対象物でない分離対象物を貯蔵するかまたは移動させる複数のリザーバ、前記複数のリザーバのうち一部のリザーバと結合してイオンを選択的に透過させる選択的イオン透過層、および前記複数のベースユニットが折り畳まれて形成する前記収集対象物の移動経路の中間に位置して前記分離対象物を濾過する濾過層を含む試料分離装置を提供する。
以上で説明したように、本発明の実施形態によれば、折り紙をベースに選択的イオン透過層に電界を加えて特定領域に標的物質を濃縮させ分離させて低費用で製造できるという効果がある。
本発明の実施形態によれば、紙を圧着させて微細孔の大きさが調節された濾過層を介して標的物質を所望の位置に濃縮させ分離できるという効果がある。
ここに明示的に言及されていない効果であっても本発明の技術的特徴によって期待される以下の明細書に記載された効果およびその暫定的な効果は本発明の明細書に記載されたものと同様に取り扱いされる。
本発明の実施形態による生体試料分離装置の平面図である。 本発明の実施形態による生体試料分離装置の平面図である。 本発明の実施形態による生体試料分離装置の平面図である。 本発明の他の実施形態による生体試料分離装置におけるスリップレイヤユニットを示すものである。 本発明の一実施形態による生体試料分離装置の濃縮および分離領域を示すものである。 図６ａおよび図６ｂは本発明の一実施形態による生体試料分離装置のコーティング層を示すものである。 本発明の一実施形態による生体試料分離装置が折り畳まれた状態を示すものである。 図８ａおよび図８ｂは本発明の一実施形態による生体試料分離装置の実験過程および結果を示すものである。 本発明の一実施形態による生体試料分離装置の折り畳み過程を示すものである。 図１０ａおよび図１０ｂは本発明の他の実施形態による生体試料分離装置およびそれに応じた模擬実験結果を示すものである。 本発明の他の実施形態による濾過層を含む生体試料分離装置の正面図である。 本発明の他の実施形態による生体試料分離装置の濾過層の動作を示すものである。
以下では、本発明を説明するにおいて、関連の公知機能に対して該分野の技術者に明らかな事項として本発明の要旨を不要に濁す恐れがあると判断される場合にはその詳細な説明は省略し、本発明の一部の実施形態を例示的な図面を通じて詳しく説明することにする。
図１は、本発明の一実施形態による生体試料分離装置を示すものである。
本実施形態の生体試料分離装置は、生体試料の分析を容易にするために成分の物性差に応じた分離を用いて、ターゲット物質の濃縮と分離対象物質の分離が行われるようにする。ここで、物性差は、移動性（ｍｏｂｉｌｉｔｙ）、質量（ｍａｓｓ）、電荷（ｃｈａｒｇｅ）、大きさ（ｓｉｚｅ）などを含む概念である。分離過程で電気泳動（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）および電気浸透（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｓｍｏｓｉｓ）の特性を用いてイオン濃度分極（ｉｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）を発生させ、試料を濃縮および分離することができる。その結果、得られた濃縮の標的物質はＩＣＰ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ）のような発光分光分析法により反応を判別することができ、特に、本発明においては、数ｎｇ以下の全血内のバイオマーカ（ｂｉｏｍａｒｋｅｒ）を数千倍以上濃縮することができるため、肉眼でも反応判別が容易であり、早期に疾病の検出および診断が可能となる。標的物質としてはタンパク質（ｐｒｏｔｅｉｎ）、核酸（ＤＮＡ、ＲＮＡ）、ステロイド（ｓｔｅｒｏｉｄ）、コレステロール（ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｏｌ）、エキソソーム（ｅｘｏｓｏｍｅ）などが挙げられ、これらは例示に過ぎず、これらに限定されるものではなく、実現される試料分離装置の設計に応じて好適な物質が含まれた試料が用いられてもよい。
図１に示すように、本明細書の一実施形態による生体試料分離装置１０は、ベース１００、コーティング層２００、リザーバ３００および選択的イオン透過膜４００を含む。
ベース１００は、予め定められた間隔で折り畳まれ、折り畳まれる基本単位となる複数のベースユニットを含む。ベース１００は少なくとも一部の繊維組織を有する材料を含み、前記コーティング層２００は前記ベース１００に付加して結合され、前記選択的イオン透過層４００が形成された空間は前記コーティング層２００が存在しない空間を少なくとも一部含み、前記空間を通して前記試料または標的物質が移動するように実現することができる。
本実施形態においては、紙をベース１００に用いた例を提示しているが、ベース１００の種類はこれに限定されず、ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）も可能である。特に、ベース１００としては、疎水性物質との結合が円滑になされるか、または疎水性物質が浸透可能な構造を有する材質が好ましい。
紙の場合は、原価が安いだけでなく、弾性および成形性が良く、疎水性物質と吸着、浸透させる形態で紙上に一定の厚さを有するコーティング層２００を形成し易く、疎水性コーティング物質との結合力にも優れる。このようなコーティング層は、試料を貯蔵し、一定成分を移動させるためのチャネルを形成し易いという長所もある。
紙の場合、ファイバー形態からなる親水性材料であって、この場合、ファイバー構造に応じて毛細管が形成され、これに液体を落とした時、毛細管現象により液体が移動するようになる。すなわち、このような毛細管現象を利用すれば、別に外部から動力を提供しなくても液体を移動させることができ、このような抗力（ｄｒａｇ ｆｏｒｃｅ）を利用するのであれば、生体分子の濃縮のために分別された成分の移動が容易になる。紙の他にもファイバー形態の親水性材料として知られた他の物質も紙と共に使用可能である。
また、本発明のまた他の実施形態により、濃縮が行われる時、ある程度濃縮になれば、濃縮プラグが徐々に移動する。この場合、抗力を反対に取ることができるのであれば、濃縮比の向上に非常に有用である。このような抗力を毛細管現象を利用すれば、追加の動力なしに進行できるので効果的である。
コーティング層２００は、前記ベースの少なくとも一部領域に位置して処理対象試料の吸着を防止し、貯蔵空間または移動経路を区分する。
本実施形態において、疎水性物質は、代表的にアルコール脂肪酸エステルとしてワックス（Ｗａｘ）などを用いることができる。この場合、ベース１００にワックスを印刷したり加熱したりして結合させることができる。但し、これに限定されず、アクリル（Ａｃｒｙｌｉｃｓ）、オレフィン（Ｏｌｅｆｉｎｓ）、アミド、イミド、スチレン、カーボネート、ビニルアセタール、ジエン（Ｄｉｅｎｅｓ）、ビニル、エステル、ビニルエステル、ケトン、フルオロカーボンやテフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）、ＰＤＭＳ、シラン（Ｓｉｌａｎｅ）などから選択される成分を含むことができる。その他にもアルキルシラン系のＳｉｌｉｃｌａｄなどがあり、シリコン系としてはＨ末端ポリジメチルシロキサン,Ｍｅｔｈｙｌｈｙｄｒｏｓｉｌｏｘａｎｅ−Ｄｉｍｅｔｈｙｓｉｌｏｘａｎｅ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ などがある。
一般に、材料で物質が疎水性を帯びる場合には、水と接する表面の構造による影響と材料の表面そのものの特性による影響で疎水性を有することができる。特に、ベースである紙にコーティングをしてマイクロチャネル２０を形成する場合は後者に該当し、紙にワックスをコーティングしてチャネルを形成するのは、紙という親水性材料にチャネルとして用いる部分を除き、他の部分を疎水性を帯びるようにするためである。このような疎水性の性質は、ベースを紙と類似したファイバー（ｆｉｂｅｒ）素材を用いる場合にも類似した効果を得ることができるため、セルロースペーパーの他にファイバー系のベースを用いることも可能である。
リザーバ３００は、図面に例示されたように、３１０〜３４０のリザーバを含んで例示できる。リザーバは、前記コーティング層により領域が定義され、前記ベースユニットに各々位置し、測定しようとする試料に含まれて分離しようとするターゲット物質または前記試料から前記ターゲット物質を除いた分離対象物質を少なくとも一部吸着して貯蔵するかまたは移動経路を提供する。各々のリザーバ３００は、図示されたように円形に実現できることは勿論、三角形、四角形および星模様などの様々な形態に実現でき、各ベースユニットに含まれるリザーバ３００の模様が必ずしも同一に実現されなければならないものではない。
リザーバ３００は、濡らされた試料、例えば、分析しようとするタンパク質試料または導電性液体（バッファ）が貯蔵されるかまたは移動する経路を提供することができる。
本発明の一実施形態によれば、リザーバ３００は、ベース１００の少なくとも一面において、コーティング層２００と結合せず露出された空間に実現されてもよい。
上述したリザーバ３００はベース１００に位置するコーティング層２００により形成される物理的な空間であって、本実施形態においては、ベース１００に疎水性物質であるワックスを結合させる方法として紙上に疎水性物質のパターンをコーティングさせる方法を開示する。ワックスパターニング方法に対して特に制限はなく、紙と疎水性物質を単に接合させること、紙に疎水性物質を浸透させた状態で結合させることも可能であるが、好ましくは、試料の漏れを防止するために疎水性物質を紙に浸透されるように結合させることが好ましい。紙の場合、原価が安いだけでなく、弾性および成形性が良く、疎水性物質と吸着、浸透させる形態で紙上に一定の厚さを有するコーティング層を形成し易く、疎水性コーティング物質との結合力にも優れる。
ベース１００は多孔性メンブレイン（Ｐｏｒｏｕｓ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）を含むことができ、ベース１００の厚さを調節して試料が分離および濃縮される程度として分解能を制御することができる。例えば、ベース１００が紙である場合、紙の厚さを５０μｍ、１８０μｍ、３５０μｍなどに差等をつけて適用して分解能を調節することができ、ベース１００の微細孔（Ｐｏｒｅ）の大きさを調節して電気泳動（ＥＰ、ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）の効率を制御することができる。
本発明の一実施形態によれば、処理の対象となる試料またはバッファはリザーバ３００に予め投与され（Ｐｒｅ−ｗｅｔｔｅｄ）、ベース１００を折り畳んで分離が行われるようにすることができ、また他の実施形態によれば、ベース１００のリザーバに予め物質を投与せず（Ｕｎ−ｗｅｔｔｅｄ）、処理の対象となる試料またはバッファを別のスリップレイヤユニット６００のスリップレイヤリザーバ６３０に投与して折り畳まれたベース１００の特定区間に挿入するか、またはインジェクションベースユニット１５０のインジェクションリザーバ１５３に投与しベース１００を折り畳んで分離を行うことができる。
選択的イオン透過層４００は、複数のリザーバのうち少なくとも一部のリザーバと少なくとも一部重なって位置してイオンを選択的に透過させる。パターニングされた選択的イオン透過膜４００は、プロトン（ｐｒｏｔｏｎ）を選択して透過させる一種のナノフィルタの役割をする。
選択的イオン透過膜４００は、マイクロフローパターニング（ｍｉｃｒｏｆｌｏｗ ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）やピペッティング（ｐｉｐｅｔｔｉｎｇ）技法を用いて接着層２０に直接既に指定されたパターンに応じて所定の厚さと領域を有するナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）メンブレイン（ｍｅｍｂｒａｎｅ）に形成されることができる。
ここで、選択的イオン透過物質をパターニングする方法に特に制限があるものではないが、マイクロチャネルにおいてターゲット物質の濃縮効率を高め、濃縮比率を制御するための方法として、既存のプリンティング技法（例えば、インクジェット印刷）を用いて選択的イオン透過物質を形成させることが好ましい。但し、低費用で容易に製造可能な生体試料分離装置１０を提供しようとする場合、予め形成されたナフィオンメンブレインをカッティング（ｃｕｔｔｉｎｇ）してパターンを形成しベース１００に付着することができる。選択的イオン透過膜４００は、数百ナノ〜数十マイクロメータの厚さを有するように形成され、数十〜数百マイクロメータの幅を有する四角パターンに形成されることができる。選択的イオン透過層４００は、ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）の他にもＰＳＳ（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ Ｓｕｌｆｏｎａｔｅ）、ＰＡＨ（Ｐｏｌｙａｌｌｙｌａｍｉｎｅ Ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ）などの高分子電解質（Ｐｏｌｙｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）で実現されてもよく、選択的にイオン透過が可能な物質であれば、いかなる物質で実現されてもよい。
選択的イオン透過膜４００は、特定イオン物質を選択的に透過させる膜であって、ナノフィルタ（ｎａｎｏ ｆｉｌｔｅｒ）の機能をするナノチャネル（ｎａｎｏ ｃｈａｎｎｅｌ）を実現するための構成要素である。選択的イオン透過膜４００は、一例としてプロトン（ｐｒｏｔｏｎ）を選択して透過させるナノフィルタとして機能することができる。選択的イオン透過膜４００がナフィオン（ｎａｆｉｏｎ）で実現される場合、ナピオンの化学構造のうちＳＯ３ −によってＨ＋イオンがホッピング（ｈｏｐｐｉｎｇ）およびビークル機構（ｖｅｈｉｃｌｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）により選択的に速く透過されるようにする。したがって、選択的イオン透過膜４００は、ナノフィルタの機能をすることができる。
本発明の一実施形態においては、試料の分離および濃縮が容易に行われ、電位差による試料分離の効果を極大化するために、ベース１００末端に隣接したベースユニットに位置するリザーバ３００に選択的イオン透過層４００を結合させて実施する。
図２は、本発明の一実施形態による生体試料分離装置１０の平面図を示すものである。図１を参照して図２を説明すれば以下のとおりである。
第１末端ベースユニット１１０はベース１００を構成するベースユニットのうち一側末端に位置したベースユニットであり、第２末端ベースユニット１２０は他側末端に位置したベースユニットである。第１および２末端ベースユニット１１０、１２０は、ベース１００が折り畳まれて試料の分離が行われる場合に電圧が印加され、ベースを支持する役割をする。
第１末端ベースユニット１１０には、疎水性物質を含むコーティング層２００が塗布されるかまたはカッティングされて付着されることができ、前記コーティング層２００により区分される領域である第１末端リザーバ３１０およびベース１００に電圧を印加して試料の分離および濃縮が行われるようにするための第１電極５１０が位置することができる。
第２末端ベースユニット１２０には、疎水性物質を含むコーティング層２００が塗布されるかまたはカッティングされて付着されることができ、前記コーティング層２００により区分される領域である第２末端リザーバ３２０およびベース１００に電圧を印加して試料の分離および濃縮が行われるようにするための第２電極５２０が位置することができる。
第３末端ベースユニット１３０は第１末端ベースユニット１１０と隣接したベースユニットであり、第４末端ベースユニット１４０は第２末端ベースユニット１２０と隣接したベースユニットである。
第３末端リザーバ３３０は、第３末端ベースユニット１３０に位置し、前記第１末端リザーバ３１０と連結される。第４末端リザーバ３４０は、第４末端ベースユニット１４０に位置し、前記第２末端リザーバ３２０と連結される。第３および４末端リザーバ３３０、３４０は、選択的イオン透過膜４００と連結されてイオンの選択的透過が起こるようにする。
前記連結の意味は、両リザーバの間にコーティング層２００が塗布されるかまたはカッティングされて付着されていないチャネルが存在することを意味する。連結されているリザーバ３００の間では試料、バッファなどが毛細管現象によって相互移動することができる。
本発明の一実施形態として、第１末端リザーバ３１０および第２末端リザーバ３２０の間に電位差が発生するように各々正の電極、負の電極または接地（Ｇｒｏｕｎｄ）が連結されるようにし、第１末端リザーバ３１０と連結された第３末端リザーバ３３０および第２末端リザーバ３２０と連結された第４末端リザーバ３４０に位置した選択的イオン透過膜４００両端に電位差が発生することにより、イオン濃度分極（ＩＣＰ、ｉｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｉｏｎ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）によって試料が分離および濃縮されるようにすることができる。
図３は、本発明の一実施形態による生体試料分離装置１０の平面図を示すものである。図１および図２を参照して図３を説明すれば以下のとおりである。
インジェクションベースユニット１５０は、インジェクションベースユニットコーティング層１５１、インジェクションリザーバ１５３、およびインジェクションチャネル１５５を含むことができる。
インジェクションベースユニット１５０は、第１〜４末端ベースユニット１１０、１２０、１３０、１４０でないベースユニットと直接的に連結され、ベース１００が折り畳まれる場合に外部に少なくとも一部位置するベースユニットである。
インジェクションベースユニットコーティング層１５１は、インジェクションベースユニットの少なくとも一部領域に位置して処理対象試料の吸着を防止し、貯蔵空間または移動経路を区分する。
インジェクションベースユニット１５０には、試料またはバッファの吸着を防止するためのコーティング層２００が少なくとも一部塗布されるかまたはカッティングされて付着される方式で位置し、コーティング層１５１により区分される空間としてリザーバであるインジェクションリザーバ１５３および連結されたベースユニットのリザーバとインジェクションリザーバ１５３を連結し処理対象試料などの移動経路になるインジェクションチャネル１５５が位置することができる。
本発明の一実施形態によれば、インジェクションリザーバ１５３およびインジェクションチャネル１５５は、コーティング層２００と結合せず露出されたベース１００の少なくとも一面に実現されることができる。
インジェクションベースユニット１５０は、リザーバに濡らすための処理対象試料またはバッファなどを注入する用途を有する。本発明の一実施形態として、インジェクションベースユニット１５０を介して血液サンプルなどを注入した後、連結されるベースユニットとインジェクションベースユニット１５０を切り取ってサンプルが再び拡散（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）するのを防止することができる。
図４は、本発明の一実施形態により、図２における生体試料分離装置１０に加えてスリップレイヤユニット６００をさらに示すものである。図１および図２を参照して図４を説明すれば以下のとおりである。
図４は、生体試料分離装置１０において、折り畳まれるベース１００にさらに構成できるスリップレイヤユニット６００を示すものである。
スリップレイヤユニット６００は、試料などが吸着されるスリップレイヤベース６１０、スリップレイヤベース６１０の少なくとも一部領域に位置して試料などの吸着を防止するスリップレイヤコーティング層６２０、およびスリップレイヤコーティング層６２０により領域が定義され、測定しようとする試料を少なくとも一部吸着して貯蔵するかまたは移動経路を提供するスリップレイヤリザーバ６３０を含むことができる。また、スリップレイヤユニット６００をベース１００に挿入したり除去したりする時に取っ手の役割をする支持部６４０をさらに含んでもよく、支持部６４０はベース１００またはスリップレイヤユニット６００と同一の素材またはプラスチックで実現されてもよい。
スリップレイヤユニット６００は、スリップレイヤリザーバ６３０に試料を濡らし、ベース１００の特定区間に挿入して試料の分離および濃縮を行うことができ、リザーバに試料などを濡らすかまたはインジェクションベースユニット１５０を介して試料などを濡らした後、ベース１００の特定区間に挿入し分離および濃縮を行って、特定区間での濃縮されたターゲット物質または分離対象物質を得ることができる。
図５は、本発明の一実施形態による生体試料分離装置の濃縮および分離領域を示すものである。図２を参照して図５を説明すれば以下のとおりである。
ベース１００の基本単位であるベースユニットは、必要に応じて少なくとも一つを切り取って前記試料のターゲット物質または分離対象物質を選択的に得ることができるようにすることができる。
ベース１００は一定間隔で折り畳まれることができ、この時、折り畳まれる基本単位としてベースユニットは互いに重なり、ベース１００両端に電位差を発生させると、試料などは重なったリザーバを介して電気浸透（ｅｌｅｃｔｒｏｏｓｍｏｓｉｓ ｆｌｏｗ、ＥＯＦ）または電気泳動（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ、ＥＰ）と試料成分の移動性（ｍｏｂｉｌｉｔｙ）の差によって分離および濃縮される。この時、一つ以上のベースユニットに対し、必要に応じて特定区間を切り取って（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）標的物質または分離対象物質を選択的に得ることができる。
例えば、血漿の成分のうちアルブミン（Ａｌｂｕｍｉｎ）およびグロブリン（Ｇｌｏｂｕｌｉｎ）は、血漿内で最も多いボリュームを有するタンパク質（Ｐｒｏｔｅｉｎｓ）成分であって、信号の雑音になって分離が求められる。したがって、本発明の実施形態として、血漿（Ｐｌａｓｍａ）を処理対象試料として分離を行う場合、リザーバに直接投与されるかまたは別のリザーバによって血漿試料が収容され、ベース１００両端に電位を加えると、血漿成分の分離（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）が起こり、図５のように分離されたアルブミンおよびグロブリンが濃縮されたベースユニットを分離することができる。
図６ａおよび図６ｂは、本発明の一実施形態による生体試料分離装置のコーティング層の形成方法について示すものである。
コーティング層２００は、試料の吸着を防止するための疎水性物質を含み、物理的切断方式であるカッティングによって一定パターンの前記疎水性物質のコーティング膜を形成した後にベース１００の両面に付着されるか、または前記疎水性物質を前記パターンに応じて塗布するパターニングによって形成されることができる。
本発明の一実施形態によれば、コーティング層２００はベース１００と結合して試料などがベース１００に吸着されるのを防止し、コーティング層２００と結合せず露出されたベース１００であるリザーバその他のチャネルを介して試料などが貯蔵されるかまたは移動するようにすることができる。
コーティング層２００は、図６ａのように既に作られた膜形態の物質を所望のパターンにカッティングしてベース１００両端に付着または加熱付着するか、または図６ｂのようにベース１００に所望のパターンに塗布および浸透させて形成することができる。但し、リザーバ３００の間に試料の移動が発生する本発明の特性上、塗布および浸透させて製作することが試料などの損失を防止できるので好ましい。
図７は、本発明の一実施形態による生体試料分離装置１０が折り畳まれた状態を示すものである。図７を説明すれば以下のとおりである。
試料分離装置１０は、複数のベースユニットが折り畳まれた構造を有し、選択的に折り畳まれた構造が解除されるように備えられたベース１００、ベースユニット各々の少なくとも一部領域に位置して処理対象試料の吸着を防止し、貯蔵空間または移動経路を区分するコーティング層２００、コーティング層２００により領域が定義され、前記ベースユニットに各々位置し、測定しようとする試料に含まれて分離しようとするターゲット物質または前記試料から前記ターゲット物質を除いた分離対象物質を少なくとも一部吸着して貯蔵するかまたは移動経路を提供する複数のリザーバ３００、および前記リザーバのうち少なくとも一部のリザーバと少なくとも一部重なって位置し、イオンを選択的に透過させる選択的イオン透過層４００を含むことができる。
試料分離装置１０はベース１００を備え、ベース１００は一定間隔を有するベースユニットが互いに重なるように折り畳まれる。この時、第１末端ベースユニット１１０と第２末端ベースユニット１２０は他のベースユニットと重ならず、全体ベース１００の支持台になることができる。ベース１００には一定の形態でパターニングされたコーティング層２００が結合し、各々のベースユニットにはコーティング層と結合せず露出されたベース１００として試料などが貯蔵または移動できるリザーバ３００が位置することができる。
折り畳まれたベース１００において、リザーバ３００は互いに重なるように実現され、この時、重なったリザーバ３００の間に試料などが移動できる。前記リザーバのうち、第１末端ベースユニット１１０に位置するリザーバ３００は第１末端リザーバ５１０であり、第２末端ベースユニット１２０に位置するリザーバ３００は第２末端リザーバ３２０である。第１末端リザーバ３１０には第１電極５１０が連結され、第２末端リザーバ３２０には第２電極５２０が連結される。本発明の一実施形態によれば、第１電極にはＶ＋を印加し、第２電極は接地（Ｇｒｏｕｎｄ）して電圧を印加し、電気浸透（ＥＯＦ）、電気泳動（ＥＰ）現象を用いて試料などが分離されるように実現できる。
第１末端ベースユニット１１０と隣接するベースユニットは第３末端ベースユニット１３０であり、第３末端リザーバ３１０が位置し、第２末端ベースユニット１２０と隣接するベースユニットは第４末端ベースユニット１４０であり、第４末端リザーバ３４０が位置する。第３末端リザーバ３３０および第４末端リザーバ３４０には、イオンを選別的に透過させる選択的イオン透過膜４００が結合される。
本発明の一実施形態によれば、試料分離装置１０は、第１末端リザーバ３１０に連結される第１電極５１０、および第２末端リザーバ３２０に連結される第２電極５２０をさらに含むことができる。
本発明の一実施形態によれば、試料分離装置１０は、ベース１００の一側末端に位置し、ベース１００の支持台になる第１末端ベース１１０に位置するリザーバ３００として第１末端リザーバ３１０、ベース１００の他側末端に位置し、ベースの支持台になる第２末端ベース１２０に位置するリザーバとして第２末端リザーバ３２０、リザーバのうち、第１末端ベースユニット１１０と隣接した第３末端ベースユニット１３０に位置し、第１末端リザーバ３１０と連結されるリザーバ３００である第３末端リザーバ３３０、および第２末端ベースユニット１２０と隣接した第４末端ベースユニット１４０に位置し、第２末端リザーバ３２０と連結されるリザーバ３００である第４末端リザーバ３４０をさらに含むことができる。
試料分離装置１０は、第１〜４末端ベースユニット１１０、１２０、１３０、１４０でないベースユニットと直接的に連結され、折り畳まれたベース１００外部に少なくとも一部位置し、サンプルなどを投与するためのインジェクションベースユニット１５０をさらに含むことができる。
インジェクションベースユニット１５０には、試料またはバッファの吸着を防止するためのコーティング層２００が少なくとも一部塗布されるかまたはカッティングされて付着される方式で結合され、コーティング層２００が結合されず露出されたベースとしてリザーバ３００であるインジェクションリザーバ１５３、およびコーティング層２００が結合されず露出され、前記連結されたベースユニットのリザーバと前記インジェクションリザーバ１５３を連結する処理対象試料などの移動経路であるサンプルインジェクションチャネル１５５が位置することができる。
インジェクションベースユニット１５０は、リザーバ３００に濡らすための処理対象試料またはバッファなどを注入する用途を有する。本発明の一実施形態として、インジェクションベースユニット１５０を介して血液サンプルなどを注入した後、連結されるベースユニットとインジェクションベースユニット１５０を切り取りできるようにしてサンプルが再び拡散（Ｄｉｆｆｕｓｅ）するのを防止することができる。
本発明の一実施形態として、ベース１００と別途に存在するスリップレイヤユニット６００は、スリップレイヤリザーバ６３０に試料などを濡らすかまたは濡らさず折り畳まれたベース１００の特定区間に挿入後に第１電極および第２電極に電圧を印加して試料などの分離を行い、スリップレイヤユニット６００を回収して特定区間で濃縮されるかまたは分離された試料などを用いることができる。
本発明の内容として試料分離装置１０に電圧を印加する場合、選択的イオン透過膜を介した濃縮の一実施形態は以下のとおりである。
例えば、リザーバ３００に血液サンプルが投与されると、リザーバ３００と選択的イオン透過膜４００が重なった領域で、選択的イオン透過膜４００の表面に血液流体が接触して両者に互いに異なる性質の誘導電荷が発生する。このように流体内に発生した誘導電荷が存在する特定の層を電気二重層（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒ、ＥＤＬ）という。この時、両端に配置された第１末端リザーバ３１０および第２末端リザーバ３２０に外部電源が印加されて電圧差が発生すれば、電圧差に応じた電場により流体内に存在するイオンが各イオンの電気的性質と反対の電極側に引かれるようになる。このようにイオンが電気的性質に応じてリザーバ３００の間で動きつつ粘性力によって流体粒子を共に率いて行くようになる。したがって、全体的な流体の流動が発生するようになり、このような流体の移動現象を電気浸透（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｓｍｏｓｉｓ ｆｌｏｗ、ＥＯＦ）といい、イオンの動きを電気泳動（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ、ＥＰ）という。
このような電気泳動（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）および電気浸透（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｓｍｏｓｉｓ）の特性は選択的イオン透過膜（ｉｐｓｍ）で実現されたナノチャネルの近くでその特性が変わって、イオン濃度分極（ｉｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）が発生する。したがって、ナノチャネルとして機能する選択的イオン透過膜４００と重なって配置されたリザーバ３００の反応領域において、負極側にはイオン濃縮（ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ）が発生し、正極側にはイオン枯渇（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生するようになる。この時、枯渇した低いイオン濃度とそれに応じた高い電場により、枯渇領域（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ ｚｏｎｅ）が電荷（ｃｈａｒｇｅ）を帯びたタンパク質に対して一種の電気的障壁（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂａｒｒｉｅｒ）として作用するようになる。その結果、タンパク質は枯渇領域を通過できず、その前に濃縮される。すなわち、標的物質であるタンパク質がリザーバ３００内の枯渇領域の前に非常に速い時間で濃縮される。
図８は、本発明の一実施形態による試料分離装置を用いた実験過程および結果を示すものである。図７を参照して図８を説明すれば以下のとおりである。
図８ａは電圧を印加していない状態を示している。図７および図８ａを参照すれば、リザーバ３００にオレンジＧ染料（１ｍｇ／ｍｌ ｏｒａｎｇｅ Ｇ ｄｙｅ）、リン酸緩衝食塩水（ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｂｕｆｆｅｒ ｓａｌｉｎｅ、ＰＢＳ）溶液として処理対象試料を各リザーバ３００当たり１ｍｌずつ投与し、第３末端リザーバ３３０および第４末端リザーバ３４０に選択的イオン透過膜４００が位置するようにする。
図８ｂは電圧を印加した状態を示している。図７および図８ｂを参照すれば、ベース１００をベースユニットが互いに重なって各リザーバ３００の領域が重なるように折り畳んだ後、第１末端リザーバ３１０に第１電極５１０を連結し、第２末端リザーバ３２０に第２電極５２０を連結した後、第１電極５１０は接地（Ｇｒｏｕｎｄ）し、第２電極５２０には１００Ｖの電圧を１０分間印加した後、ベース１００を広げた結果を示すものである。この時、選択的イオン透過膜４００の効果としてイオン濃度分極（ＩＣＰ）が発生し、その結果、Ｖ＋を印加したベースユニットに近くなるほど、試料の濃度が濃くなり、試料の枯渇領域（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ ａｒｅａ）と濃縮領域（ｐｒｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ａｒｅａ）が明らかに区分されるように分離が起こるのを確認することができる。
図９は、本発明の一実施形態による生体試料分離装置の折り畳み過程を示すものである。
ベース１００は、予め定められた間隔で折り畳まれるように備えられる。この時、予め定められた間隔で折り畳まれる単位となるものをベースユニットに定義し、折り畳まれる方式は図９に示すように段折り（Ｐｌｅａｔ Ｆｏｌｄ）によって各ベースユニットに位置したリザーバ３００が隣接したリザーバ３００と接するように折り畳まれる。各々のリザーバ３００は、図示されたように円形に実現できることは勿論、三角形、四角形および星模様などの様々な形態に実現でき、各ベースユニットに含まれるリザーバ３００の模様が必ずしも同一に実現されなければならないものではない。
複数のリザーバのうち収集対象物が濃縮される位置は、電界の強さ、移動チャネルの長さ、ベースユニットの厚さ、微細孔の大きさに応じて異なりうる。Ｏｒｉｇａｍｉ−ｃｈｉｐまたはＶＦＡｓ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｆｌｏｗ Ａｓｓａｙｓ）構造は、既存のＬＦＡｓ（Ｌａｔｅｒａｌ Ｆｌｏｗ Ａｓｓａｙｓ）より反応時間（Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ）を減らし、線間干渉（Ｌｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を減らし、特にＨｏｏｋ Ｅｆｆｅｃｔを除去することができる。
特に、レイヤ中間に簡単にレイヤを追加することができる。すなわち、レイヤごとにまたは一つのレイヤに多数のリザーバを形成して各々異なるターゲットを選択的に検出することもできる。
図１０ａおよび図１０ｂは、本発明の他の実施形態による生体試料分離装置およびそれに応じた模擬実験結果を示すものである。図１〜図９を参照して説明すれば以下のとおりである。
図１０ａは、本発明の一実施形態による試料分離装置を示しており、図１〜９に示した試料分離装置１０の一実施形態として、移動経路を提供する複数のリザーバで構成される試料分離チャネルを複数備えたものを示すものである。試料分離装置１０において複数のリザーバ３００は、試料分離装置１０がベースユニットの間隔で折り畳まれた場合に、互いに隣接して試料分離チャネルを形成することができる。この時、図１０ａのように各々の単位ベースユニットが複数のリザーバ３００を含んで、複数の試料分離チャネルを形成し、各々異なる試料を同時に分離、濃縮することができる。図１０ａに示された試料分離装置１０は、折り畳まれることができ、Ａ試料分離チャネル、Ｂ試料分離チャネル、Ｃ試料分離チャネルおよびＤ試料分離チャネルを含む。
図１０ｂは、図１０ａに示した複数の試料分離チャネルを備える試料分離装置１０を用いて互いに異なる試料に対する模擬実験の結果を例示したものである。図１０ａのように複数の試料分離チャネルを備える試料分離装置１０を用いて、両端に各々Ｖ＋電圧と接地（Ｇｒｏｕｎｄ）を印加した場合に試料の分離および濃縮が起こり、互いに異なる試料であるＡ〜Ｄに対して各々異なる分離および濃縮の結果が得られる。点線は試料分離装置の折り畳まれる単位間隔を表示したものであって、本発明のベースユニット間隔に該当する。
図１１は、本発明の他の実施形態による濾過層を含む生体試料分離装置の正面図である。試料分離装置は、ベース、コーティング層、複数のリザーバ、選択的イオン透過層および濾過層を含む。
ベースは複数のベースユニットを含み、複数のベースユニット１１１０が折り畳まれるように形成される。複数のベースユニットのうち少なくとも一部のベースユニットは分離できる。
コーティング層は、ベースの少なくとも一部領域に位置して試料の吸着を防止し、貯蔵空間または移動経路を区分する。
複数のリザーバは、コーティング層により領域が設定され、複数のベースユニットに位置する。複数のリザーバは、試料から分離しようとする収集対象物を貯蔵するかまたは移動させる。または、複数のリザーバは、試料に含まれた収集対象物でない分離対象物を貯蔵するかまたは移動させる。
ベースの一側末端に位置した第１末端ベースユニット１１５０は第１末端リザーバを含み、ベースの他側末端に位置した第２末端ベースユニット１１６０は第２末端リザーバを含む。試料分離装置は、第１末端ベースユニットに連結された第１電極、および前記第２末端ベースユニットに連結された第２電極をさらに含むことができる。
選択的イオン透過層は、複数のリザーバのうち一部のリザーバと結合してイオンを選択的に透過させる。選択的イオン透過層の個数は複数であってもよい。複数の選択的イオン透過層１１３０、１１４０は、収集対象物の移動方向に応じて既に設定された距離をおいて分離されて位置することができる。複数の選択的イオン透過層は、第１末端リザーバおよび第２末端リザーバに各々連結される。
複数の選択的イオン透過層に電界１１９０を印加して複数のベースユニットが折り畳まれて形成する収集対象物の移動経路の中間に収集対象物を濃縮する。試料分離装置は、複数のベースユニットが折り畳まれて形成する収集対象物の移動経路、すなわち、試料分離チャネルに濃縮領域１１０４を形成する。
濾過層１１０１〜１１０３は、複数のベースユニット１１１０が折り畳まれて形成する収集対象物の移動経路１１２０の中間に位置して分離対象物を濾過する。濾過層は多孔性メンブレインを含み、濾過層における微細孔の大きさは予め設定される。濾過層の微細孔（Ｐｏｒｅ）の大きさは、収集対象物の大きさより大きく、前記分離対象物の大きさより小さい。
試料分離装置は、収集対象物の大きさに応じて既に設定された大きさを有する濾過層を試料分離チャネルに挿入するかまたは折り畳んで段階的に分離が可能な試料分離チャネルを形成する。すなわち、試料分離装置は、収集対象物と分離対象物を分離することができる。
濾過層は、複数のベースユニットのうち末端に位置しないベースユニットと直接的に連結され、複数のベースユニットが折り畳まれる過程で収集対象物の移動経路の中間に濾過層が挿入されるように形成される。例えば、図３に例示されたインジェクションベースユニット１５０のようにベースに連結されることができる。
一方、濾過層は、図４に例示されたスリップレイヤユニットのように重なったベースユニットの中間に挿入可能に形成される。挿入し易いように、濾過層は取っ手を含むことができる。
濾過層の個数は複数であり、複数の濾過層は、前記複数のベースユニットが折り畳まれて形成する収集対象物の移動経路上に位置し、２つ以上の分離対象物らを段階的に分離することができる。
濾過層は、濾過層に加えられた圧力の強さまたは微細孔の大きさを表示する表示部をさらに含むことができる。
収集対象物が濃縮される位置は、電界の強さ、移動チャネルの長さ、ベースユニットの厚さ、ベースの微細孔の大きさ、濾過層の微細孔の大きさおよび濾過層の位置に応じて異なりうる。試料分離装置は、収集対象物の移動経路上で予め分離対象物を分離させて収集対象物が濃縮される位置を調節することができる。
メンブレイン（例えば、ベースユニットまたは濾過層）を圧着する方法は、簡単にハンドプレスマシーン（Ｈａｎｄ Ｐｒｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅ）を用いて圧着することができる。ロードセル（Ｌｏａｄ Ｃｅｌｌ）のような圧力の強度を測定するセンサ上に固定されたメンブレインを圧着する。ロードセルに連結された圧力表示器を介して加えられた圧力を確認し、圧力の強さに応じたメンブレインの物理的変化を観察することができる。
圧力表示器は、アナログ方式の圧力強さをデジタル信号に変換する装置である。圧力表示器は、紙に加えられる圧力の大きさに応じて紙の厚さ（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）と微細孔大きさ（Ｐｏｒｅ Ｓｉｚｅ）が変化することを示す。圧力の強さに応じて微細孔の大きさが明らかに減るのを確認することができる。例えば、走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）を介して、圧着された紙の微細孔を分析することができる。
図１２は、本発明の他の実施形態による生体試料分離装置の濾過層の動作を示すものである。
図１２を参照すれば、生体試料分離装置の分離チャネルの中間には、複数の濾過層および濃縮領域が形成される。例えば、複数の濾過層は、第１濾過層１１０１、第２濾過層１１０２、第３濾過層１１０３および濃縮領域１１０４を形成することができる。複数の濾過層１１０１、１１０２、１１０３は、機械的または物理的な方法を用いるかまたは商用化された各々異なるメンブレインを用いて、各々異なる微細孔大きさを有する。
左側から右側方向に電界を加えると、全般的に対象物質も左側から右側に動くようになる。すなわち、選択的イオン透過層に電界を加えて複数の対象物を濃縮させ、同時に複数の対象物は一部の濾過層を通過するかまたは一部の濾過層を通過できずに分離される。
第１濾過層１１０１の微細孔の大きさが１０μｍであれば１０μｍより大きい物質Ａが濾過され、第２濾過層１１０２の微細孔の大きさが１μｍであれば１μｍより大きい物質Ｂが濾過され、第３濾過層１１０３の微細孔の大きさが１００ｎｍであれば１００ｎｍより大きい物質Ｃが濾過され、最終的に物質Ｄを濃縮させて濃縮領域１１０４を形成する。各々異なる微細孔大きさ（Ｐｏｒｅ Ｓｉｚｅ）を有するメンブレインにより、順次的にＡ、Ｂ、Ｃは分離され、結局、最も小さいＤパーティクル（Ｐａｒｔｉｃｌｅ）（例えば、エキソソーム（Ｅｘｏｓｏｍｅｓ））だけを分離できるようになる。結論的に純粋なＤターゲットのみを分離および濃縮することができる。濾過層を用いて分離チャネル上で分離対象物Ａ、Ｂ、Ｃを濾過することにより、ベースユニットの全体個数を減らし、濃縮領域の位置を調節することができ、濃縮時間を減らすことができる。
濃縮された収集対象物が含まれたベースユニットは、ベースから分離し易いように小さい孔が予め穿孔された切り取り線を含むことができる。
本実施形態は本実施形態の技術思想を説明するためのものであって、このような実施形態によって本実施形態の技術思想の範囲が限定されるものではない。本実施形態の保護範囲は下記の請求範囲によって解釈しなければならず、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は本実施形態の権利範囲に含まれるものとして解釈しなければならない。

Claims (14)

  1. 複数のベースユニットを含むベース、
    前記ベースの少なくとも一部領域に位置して試料の吸着を防止し、貯蔵空間または移動経路を区分するコーティング層、
    前記コーティング層により領域が設定され、前記複数のベースユニットに位置し、前記試料から分離しようとする収集対象物または前記試料に含まれた前記収集対象物でない分離対象物を貯蔵するかまたは移動させる複数のリザーバ、
    前記複数のリザーバのうち一部のリザーバと結合してイオンを選択的に透過させる選択的イオン透過層、及び
    前記複数のベースユニットが折り畳まれて形成する前記収集対象物の移動経路の中間に位置して前記分離対象物を濾過する複数の濾過層、
    を含む試料分離装置であって、
    折り畳まれるように形成される前記選択的イオン透過膜に電界を印加すると、イオン濃度分極（ＩＣＰ）が発生し、前記複数のベースユニットの中一部のベースユニットに枯渇領域と濃縮領域が明らかに区分されるように分離が起こり、
    前記分離対象物の大きさより小さい異なる微細孔の大きさを有する前記濾過層は、前記収集対象物の移動経路の中間に位置することにより、前記収集対象物の移動経路である前記ベースユニットの個数を減らし、前記ベースユニットにおける前記収集対象物が濃縮される位置である濃縮領域が形成される位置を調整できることを特徴とする、試料分離装置。
  2. 前記ベースの一側末端に位置した第１末端ベースユニットは前記リザーバとして第１末端リザーバを含み、前記ベースの他側末端に位置した第２末端ベースユニットは前記リザーバとして第２末端リザーバを含み、前記第１末端リザーバと前記第２末端リザーバは各々前記選択的イオン透過層と連結されることを特徴とする、請求項１に記載の試料分離装置。
  3. 前記選択的イオン透過層は、前記第１末端ベースユニットと隣接した第３末端ベースユニットに位置する前記リザーバである第３末端リザーバ、および前記第２末端ベースユニットと隣接した第４末端ベースユニットに位置する前記リザーバである第４末端リザーバに位置することを特徴とする、請求項２に記載の試料分離装置。
  4. 前記複数のベースユニットのうち末端に位置しないベースユニットと直接的に連結され、前記ベースが折り畳まれる時に外部に少なくとも一部位置し、サンプルを注入するためのインジェクションベースユニットをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の試料分離装置。
  5. 前記インジェクションベースユニットの少なくとも一面には、
    前記インジェクションベースユニットの少なくとも一部領域に位置して処理対象試料の吸着を防止し、貯蔵空間または移動経路を区分するインジェクションベースユニットコーティング層、
    前記複数のベースユニットのうち末端に位置しないベースユニットに含まれたリザーバと連結され、処理対象試料を投入するために濡らされるインジェクションリザーバ、および
    前記コーティング層により領域が区分され、前記ベースユニットのリザーバと前記インジェクションリザーバを連結する処理対象試料の移動経路であるサンプルインジェクションチャネルを含むことを特徴とする、請求項４に記載の試料分離装置。
  6. 前記ベースは多孔質メンブレンを含み、前記ベースは前記複数のベースユニットが折り畳まれるように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の試料分離装置。
  7. スリップレイヤベース、前記スリップレイヤベースの少なくとも一部領域に位置するスリップレイヤコーティング層、および前記スリップレイヤコーティング層により領域が定義され、測定しようとする試料を少なくとも一部吸着して貯蔵するかまたは移動経路を提供するスリップレイヤリザーバを含み、前記ベースに含まれる少なくとも一部のベースユニットの間に挿入または除去が可能となるように備えられたスリップレイヤユニットをさらに含み、
    前記スリップレイヤリザーバは、試料の投入のために処理対象となる試料または導電性液体で濡らされることを特徴とする、請求項１に記載の試料分離装置。
  8. 前記複数のリザーバは、処理対象となる試料または導電性液体で濡らされることを特徴とする、請求項１に記載の試料分離装置。
  9. 前記ベースユニットは、必要に応じて少なくとも一つを切り取って前記試料のターゲット物質または分離対象物質を選択的に得ることができるようにすることを特徴とする、請求項１に記載の試料分離装置。
  10. 前記コーティング層は、試料の吸着を防止するための疎水性物質を含み、物理的切断方式であるカッティングによって一定パターンの前記疎水性物質のコーティング膜を形成した後に前記ベースの両面に付着されるか、または前記疎水性物質を前記パターンに応じて塗布するパターニングによって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の試料分離装置。
  11. 前記濾過層は多孔性メンブレンを含み、
    前記濾過層の微細孔（Ｐｏｒｅ）の大きさは、前記収集対象物の大きさより大きく、前記分離対象物の大きさより小さいことを特徴とする、請求項１に記載の試料分離装置。
  12. 前記濾過層を圧着して前記微細孔の大きさを調節し、
    前記濾過層は前記濾過層に加えられた圧力の強さまたは前記微細孔の大きさを表示する表示部をさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載の試料分離装置。
  13. 前記複数の濾過層は前記複数のベースユニットが形成する前記収集対象物の移動経路上に位置して２以上の分離対象物を段階的に分離することを特徴とする、請求項１に記載の試料分離装置。
  14. 前記濾過層は前記複数のベースユニットのうち末端に位置しないベースユニットと直接的に連結され、
    前記複数のベースユニットが折り畳まれる過程で前記収集対象物の移動経路の中間に前記複数の濾過層が挿入されるように形成されることを特徴とする、請求項１に記載の試料分離装置。
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