KR100608973B1 - 혈구 변형 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 혈구에 대한 변형성(deformability) 측정에 관한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 구성장치에는 유체혼합기(fluid mixer), 샘플 저장실, 유동저항관(flow restrictor tube), 폐샘플 저장실, 진공생성장치, 광원 및 광센서 등이 있다. 본 발명은 혈액 한 방울을 채혈하여 샘플 투입구에 넣으면, 이미 샘플 투입구에 저장돼있는 버퍼(buffer)액체와 혼합되며, 진공생성장치에 형성된 진공 압력으로 구동되어 유체 혼합기를 거치면서 샘플 액체는 유동저항관을 통해 폐샘플 저장실로 이송된다. 이 때, 광원을 유동저항관에 조사하여 회절되어 나온 영상을 영상획득장치로 획득하여 이를 분석해 혈구의 변형도 특성을 측정하는 것이다. 동시에, 진공생성장치 내부의 이미 정해진 낮은 압력이 점차로 해제되면서 대기압과의 압력 평형을 이루기까지의 각 시간에 따른 전단응력 및 전단률을 결정할 수 있다. 본 발명의 특징은 매우 짧은 시간내에 미소량의 혈액을 이용하여 혈구의 변형성 측정이 가능하며, 넓은 범위의 전단률 및 전단력에 대한 각각의 혈구의 변형 특성을 한 번의 측정을 통해서 얻을 수 있다는 점이다. 또한 혈구변형센서에 있어 혈액 접촉부의 부품을 일회용으로 사용할 수 있어 세척이 필요 없으며 작동이 매우 간편함을 특징으로 한다.
혈구(blood cell), 변형성(deformability), 일회용(disposable), 센서(sensor)

Description

혈구 변형 센서 { Blood cell Deform Sensor}
도 1은 본 발명에 따른 혈구 변형 센서의 개략적 구성도
도 2는 본 발명에 따른 혈구 변형 센서의 개략도
도 3은 제1도에 도시된 장치의 실시예에 따라 유체 혼합기를 갖는 유체 회로 구성도
도 4는 제1도에 도시된 장치의 실시예에 따른 전자석 교반기를 갖는 유체 회로 구성도
도 5은 제1도에 도시된 진공생성장치의 개략도
도 6는 제1도에 도시된 실시예에 따른 투과형 광회절 감지장치의 개략도
도 7는 제1도에 도시된 실시예에 따른 투과형 광회절 감지장치의 또 하나의 변형된 예의 개략도
도 8은 제1도에 도시된 장치의 실시예에 따른 역산란형 광감지장치의 개략도
도 9는 시간에 따른 압력변화를 나타내는 그래프
도 10은 혈구 변형성 측정 결과를 전단응력에 따라 나타낸 그래프
본 발명은 혈구 유변 특성 측정에 관한 발명으로서 시간에 따라 감소하는 구동 압력에 대해 매 순간 혈구의 변형성을 측정하는 방식에 관한 것이다.
혈구의 변형성이 혈액의 점도 및 유변 특성에 직접적인 영향 인자로 알려지면서 혈구의 변형성에 대한 측정 기기 개발이 시도되어왔다. 그 중에서도 특히, Clinical Hemorheology and Microcirculation 저널(Vol. 14, pp. 605-618, 1994)에 공시된 LORCA 혈구 유변계는 이중 동심원관 구조의 회전형 쿠엣 (Couette) 유동 조건에서 레이저를 혈구에 조사하여 회절되어 나오는 영상을 CCD 카메라로 획득하여 이를 컴퓨터 프로그램을 통하여 분석하여 혈구의 변형성을 측정하는 기술이 발표되었다. 이 때, 전단력 또는 전단률은 회전 속도에 좌우되기 때문에 광범위한 전단률 및 전단력에 대한 측정을 위해서는 회전 속도를 달리하면서 반복되는 실험 측정이 요구되는 불편함이 있다.
한편, 한국 특허(출원번호 1020030000939) ‘진공점도계’는 정밀 압력센서를 이용한 점도계를 공시하였다. 이는 진공을 이용하여 샘플 시험관에 유체를 모세관을 통하여 저장관으로 이송시키면서 저장 탱크에 가해진 진공압력이 서서히 해제되는 것을 압력센서로 측정하여 이를 점도로 환산하는 점도계를 공개하였다.
이러한 점을 고려하여 개선된 한국 특허(출원번호 1020030040650) ‘혈구유변계’는 사각 채널 또는 슬릿(slit)에서의 혈구를 유동시키면서 광원을 조사하여 회절시켜 얻은 영상을 분석하여 혈구의 변형성을 측정하는 센서를 개발하였다.
그러나, 상기와 같이 개발된 혈구유변계(출원번호 1020030040650)는 혈액을 별도로 세척하고 희석하는 시간과 노력이 많이 소요되는 준비 과정을 거쳐야 하는 번거로움이 있어 일반 진료현장에서 사용되기에 곤란한 단점이 있다. 또한, 압력계와 같은 고가 및 중량 부품이 포함되어야 하는 점 때문에 기기의 부피와 중량이 커질 뿐만 아니라 비용도 증대되어서 일반 가정용 또는 진료현장용의 진단기기로 사용되기 어려운 단점이 존재한다.
본 발명은 위의 사정을 배경으로서 이루어진 것으로, 미소 샘플의 혈액을 자동으로 버퍼 액체와 혼합하며 매우 짧은 시간 내에 혈구의 변형성을 측정하는 혈구변형센서로서 한번의 측정을 통해 관심영역의 전단력 및 전단률 범위에 대한 혈구의 변형특성 측정이 가능하도록 하며, 또한 극소량의 샘플을 이용해 짧은 시간 내에 측정할 수 있는 혈구변형센서 및 측정 방법을 발명하는 기술적 과제를 대상으로 한다.
본 발명의 또 하나의 기술적 과제는 구조가 간단하며 작동이 매우 쉽고 생산 단가가 저렴하여 일회용으로 사용될 수 있는 혈구변형센서 및 관련 측정 방법을 발명하는 것을 기술적 과제로 한다. 또한, 압력계 없이도 각 시간에 해당하는 전단력을 알 수 있도록 측정방법을 구성하는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 기술적 구성에 의하여 혈구의 변형성을 측정하는 방법을 제공함으로써 해결될 수 있다.
본 발명은 가변 구동압(variable driving pressure)과 연계된 혈구변형센서 (blood cell deform sensor)에 관한 것이다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 극소량의 혈액을 주입하는 주입구(11), 버퍼 액체(buffer liquid)가 채워져 있는 버퍼액 저장부(12), 버퍼액 저장부와(12)와 주입구(11)가 서로 연결되어 혼합되는 유체혼합기(13), 유체혼합기와 한 쪽 끝이 연결되어 혼합된 샘플액이 저장되는 샘플 저장실(14), 저장실과 한 쪽 끝이 연결되어 액체 샘플이 유입되어 큰 유동저항을 발생시키며 통과하는 유동 저항관(21), 유동 저항관의 다른 한 쪽 끝과 연결되어 유동 저항관을 통해 빠져 나오는 샘플 액을 저장하는 폐샘플 저장실(23), 연결챔버(43)를 통해 폐샘플 저장실(23)에 대기압보다 낮은 진공 압력을 제공하는 진공생성장치(40), 유동저항관 한 쪽 면에 부착되어 광원을 발생하는 장치(61), 회절된 영상을 획득하는 장치(62), 영상획득장치와 연결되어 측정한 값을 저장, 계산, 처리하는 프로세서(51), 그 계산 결과를 화면에 나타내는 장치(52), 자료를 저장하는 장치(53) 및 자료를 출력하는 출력장치(54) 등으로 구성되는 것에 그 특징이 있다.
이와 같은 본 발명의 혈구변형센서의 개략적인 구성도를 도 1에 나타내었다. 도 2는 본 발명에 따른 혈구변형센서의 개략도이다. 이를 참조하여 간단히 설명하면, 본체(200)와 일회용 Kit부(100)로 크게 구분된다. 일회용 키트는 혈액 샘플이 접촉하는 부분으로서, 주로 유체 회로가 미세채널로 구성되어 있으며, 본체는 광원 및 광센서, 프로세서, 진공생성장치 등의 반 영구적인 장치가 내장되어 있어 이를 보호할 수 있는 용기로 포장되어있다. 특히, 본체에는 일회용 키트를 삽입하고 측정 후 일회용 키트를 손쉽게 빼낼 수 있는 구조적 장치를 구성하고 있다.
한편, 도 3은 제 1도에 도시된 장치의 실시예에 따라 유체혼합기를 갖는 혈구변형센서의 유체회로의 구성도이다. 이를 참조하여 구체적으로 본 발명의 혈구 변형센서의 작동 원리 및 혈구변형성 측정 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 일회용 키트의 상단에 있는 진공유지용 스티커(16)를 제거한다. 그 후, 50 ㎕ 정도의 극소량 혈액을 혈액주입구(11)에 주입한다. 이 때, 혈액주입구(11) 및 버퍼액 저장부(12)에는 버퍼 액체(buffer liquid)가 적당하게 채워져 있다. 미리 채워진 버퍼액은 스티커가 개봉되기 전의 진공압력에 의해서 누설되지 않는다. 혈액주입구(11)에 투입된 혈액은 버퍼액과 약간 혼합된다. 다음, 진공생성장치(40)가 작동하여 진공을 형성하면 연결된 유체회로를 통해 진공 압력이 전달된다. 즉, 혈액주입구 및 버퍼액 저장부의 대기압과 폐샘플 저장실의 진공압력과의 차이에 의하여 구동력이 발생한다. 따라서 버퍼액 저장부(12)의 버퍼액과 혈액주입구(11)의 혈액 및 버퍼액 혼합유체가 유체혼합기(13)로 유입되면서 완전히 혼합된 후, 샘플 저장실(14)로 유입된다.
이 때, 샘플 저장실에 유입된 샘플액은 표면장력효과로 인하여 대부분의 혼합된샘플액체가 샘플 저장실에 다 유입되고 샘플저장실(14)이 대기압에 노출되어서야 비로서 유동저항관(21)에 유입된다. 그러나, 샘플저장실의 일부 액체는 모세관 효과(capillary effect)로 인하여 샘플 저장실에 연결된 유동 저항관(21)에 유입되기도 하나, 역시 샘플액의 표면장력 효과 때문에 폐샘플 저장실(23)로 유입되지는 않다가 샘플저장실(14)이 대기압에 노출되어서야 비로서 폐샘플 저장실로 유입된다.
이 때, 폐샘플 저장실(23) 및 진공생성장치(40)는 밀폐된 체적에서 점차로 유동저항관을 거쳐 나온 샘플 액체가 유입될수록 내부 진공이 해제되면서 마지막에는 폐샘플 저장실의 압력이 대기압과 평형을 이루게 된다. 이 때, 유체의 유동은 멈추게 된다.
이 과정 동안 유동저항관(21) 아래 면에 위치한 레이저 또는 발광다이오우드(LED) 등과 같은 광원(61)이 유동에 조사되고 이 때, 혈액 샘플내의 혈구(blood cells)에 의하여 회절(DIFFRACTION)된 빛이 광원의 맞은 편에 위치한 스크린(63)에 투영되고, 이 투영된 영상을 영상획득장치(62)에 의하여 획득된다. 이 때, 영상 획득장치(62)로부터 측정된 신호 입력 값은 각 시간에 따라 프로세서(51)에 저장되고 이를 화면과 같은 출력장치(52)에 값을 표시하게 된다.
다수의 혈구(plural blood cells)가 전단 유동장 내부에 존재하는 전단력에 의하여 변형된 각각의 혈구에 의하여 이를 통과하며 회절된 빛이 스크린(63)에 투영된 이미지는 하나의 통합 영상으로서 나타나게 된다. 특히, 유동의 속도 또는 전단력의 크기에 따라 혈구의 모양이 변화하는데, 초기 유동 속도가 빠른 경우 전단력도 크게 작용하여 혈구가 크게 변형되며 이 때의 회절 이미지는 종횡비가 매우 큰 타원형으로 나타난다. 유동속도가 점차 감소하면 이에 대응하는 전단력도 감소하게 되며 혈구는 본래의 형상인 원형으로 복원되며 이에 따른 회절 이미지는 원형에 가깝게 된다. 영상 획득장치(62)에 의하여 획득된 영상은 장축과 단축의 길이를 영상처리분석에 의하여 측정하고 이를 통해 변형 인덱스(Deformation Index)로 계산할 수 있다.
한편, 이와 동시에 이미 알고 있는 버퍼액과 혈액을 약 100대 1로 혼합한 샘플액의 점도는 버퍼액의 점도와 별 차이가 없기 때문에 이미 알고 있는 버퍼액의 점도로 간주하여도 무방하다. 본 발명에서는 압력계를 사용하지 않지만, 이를 준비하는 과정에서는 이미 알고있는 유동저항관의 기하형상에 대한 제원, 샘플액의 점도 및 미리 정해진 진공압력에 대해서 시간에 따라 압력을 측정하면, 각 시간에 따라 부과되는 전단응력을 미리 얻을 수 있다. 이러한 연산의 자세한 과정은 기 출원된 특허(출원번호:10-2003-0040650)에 잘 설명되어 있다. 따라서, 별도의 압력 측정 없이도 사전에 측정된 시간에 따른 압력을 통해 시간에 따른 전단응력을 미리 얻는 것이 본 발명의 특징중의 하나이다. 이렇게 미리 계산되어서 얻은 전단응력에 대해 매 시간마다 측정되는 혈구 변형률을 도시할 수 있다.
도 4는 제 1도에 도시된 장치의 실시예에 따라 전자석 교반기를 갖는 유체회로의 구성도이다. 즉, 제3도에 도시된 유체 혼합기(13)를 대신한 것으로서, 버퍼액이 미리 채워진 샘플저장실(14)에 소형 자석 입자들이 미리 분산되어 자장에 의해 고정되어 있다. 이 때, 극소량의 혈액이 주입되면 샘플저장실 하부에 위치한 전자석 교반기가 작동되고 이에 따라 자석 입자들이 요동하게 되며 따라서 혈액과 버퍼액은 완전히 혼합되게 된다. 이와 같이 혼합과정이 완료되면, 진공생성장치가 작동되며 샘플저장실(14)의 혼합액은 유동저항관(21)을 통해 폐샘플 저장실(23)로 유입된다. 이 때, 샘플저장실은 항상 대기압에 노출되어 있으며, 폐샘플 저장실의 압력은 샘플액이 유입되면서 진공이 점차 해제되고 결국에는 폐샘플 저장실의 압력이 대기압과 평형을 이루게 된다. 이 때, 유체의 유동은 멈추게 된다.
압력차에 의하여 샘플액이 유동저항관을 통과하는 과정 동안, 유동저항관 하부면에 위치한 레이저 또는 발광다이오우드(LED) 등과 같은 광원(61)이 유동에 조사되고 이 때, 혈액 샘플내의 혈구(blood cells)에 의하여 회절(DIFFRACTION)된 빛이 광원의 맞은 편에 위치한 스크린(63)에 투영되고, 이 투영된 영상을 영상획득장치(62)에 의하여 획득되고 저장된다. 이 때, 영상 획득장치(62)로부터 측정된 신호 입력 값은 각 시간에 따라 프로세서(51)에 저장되고 이를 시간에 따라 각각 대응되는 기지의 전단응력 에 대해 변형률을 계산하여 화면과 같은 출력장치(52)에 값을 표시하게 된다.
도 5는 제 1도에 도시된 진공생성장치의 한 실시예에 따른 개략도이다. 진공생성장치는 폐샘플 저장실(23)과 한 쪽 끝이 연결되어 있는 연결챔버(43), 연결챔버의 다른 한 쪽 끝과 연결되어있는 초소형 공압실린더(41), 공압실린더와 연결되어 있으며 이를 전기적 신호로 구동할 수 있는 소레노이드 밸브 시스템(42), 소레노이드 밸브시스템과 연결되어 이를 제어하는 프로세서(51) 등으로 구성되어 있다. 프로세서로부터 제어를 받아 일정량 만큼 공압실린더(41)의 피스턴을 급작스럽게 후진하면 진공이 발생하며 이 진공 압력은 연결 챔버(43) 및 폐샘플저장실(23), 유동저항관(21)을 통해 샘플저장실(14)의 샘플액에 전달된다. 한편, 스프링의 복원력 및 잠금장치를 이용하여 공압실린더를 갑자기 팽창시키는 전통적인 기계적 메커니즘도 전기적 메커니즘을 대신할 수 있다.
도 6은 제 1도에 도시된 장치의 실시예에 따른 혈구 변형성을 측정하는 투과형광회절 감지장치의 구성도이다. 레이저 다이오우드(LASER DIODE)또는 LED(Light Emitting Diode) 등의 점광원(61)이 유동저항관(21)의 광학적으로 투명한 한쪽 면을 통해 유동에 조사되고 이에 조사된 광은 샘플액 안에 포함되어있는 다수의 혈구에 의하여 회절(DIFFRACTION)되며 유동저항관(21)의 다른 쪽의 투명한 면을 통해 빠져 나오게 된다. 이렇게 투과된 빛은 스크린(63)에 투영되며 이를 카메라와 같은 영상 획득장치(62)로 영상을 획득하며 획득된 자료는 프로세서(51)에 저장된다.
도 7은 제 1도에 도시된 장치의 실시예에 따른 혈구 변형성을 측정하는 투과형광회절 감지장치의 또 다른 구성도이다. 레이저 다이오우드(LASER DIODE)또는 LED(Light Emitting Diode) 등의 점광원(61)이 유동저항관(21)의 광학적으로 투명한 한쪽 면을 통해 유동에 조사되고 이에 조사된 광은 샘플액 안에 포함되어있는 다수의 혈구에 의하여 회절(DIFFRACTION)되며 유동저항관(21)의 다른 쪽의 투명한 면을 통해 빠져 나오게 된다. 이렇게 투과된 빛은 CCD sensor array와 같은 영상획득장치(62)에 직접 획득되며, 획득된 자료는 프로세서(51)에 저장된다.
도 8은 제 1도에 도시된 장치의 실시예에 따른 혈구 변형성을 측정하는 역산란형 광감지 장치의 또 다른 구성도이다. 레이저 다이오우드(LASER DIODE)또는 LED(Light Emitting Diode) 등의 점광원(61)이 유동저항관(21)의 광학적으로 투명한 한쪽 면을 통해 유동에 조사되고 이에 조사된 광은 샘플액 안에 포함되어있는 다수의 혈구에 의하여 회절(DIFFRACTION) 또는 산란되고 이것이 유동관의 다른 쪽 면에 부착된 반사경(62)에 의하여 다시 반사되고 이것이 다시 회절되어 광원이 위치한 쪽으로 다시 투과되어 돌아오는 빛을 스크린(63)에 투영하며 이를 카메라와 같은 영상 획득장치(62)로 영상을 획득하고, 획득된 자료는 프로세서(51)에 저장된다.
도 9는 본 발명의 검증과정에서 측정된 시간-압력의 그래프이다. 이는 진공생성장치와 연결된 폐샘플 저장실의 압력과 대기압의 압력차를 시간에 따라 측정한 것으로, 초기의 높은 압력으로부터 점차 압력이 강하되면서 측정이 완료되는 시점에서 폐샘플 저장실의 압력은 대기압과 평형을 이루게 된다.
본 발명에서는 별도의 압력계를 사용하지 않는다. 다만, 본 발명의 혈구변형센서의 검증(Calibration)과정에서는 압력계를 이용하여 일정한 유동저항관 및 유동 회로에서 일정한 진공 압력이 부과될 때, 제 9 도에 나타난 바와 같이 시간에 따라 차압이 감소하는 특성을 갖게 됨을 알 수 있다. 제 9도를 이용하여 시간에 따라 변하는 압력을 전단률 및 전단력으로 계산하는 원리를 설명하면 다음과 같다.
측정된 압력이 샘플저장실의 대기압과 폐샘플저장실의 진공압력의 차 (ΔP)일 경우는 도 9에 도시된 바와 같이 시간에 따라 감소하며 압력 값이 폐샘플 저장실의 최종 압력을 지나며 평형을 이루게 된다. 이와 같은 방법으로 측정 압력차를 이용하여 폐샘플 저장실 공기의 압력과 초기의 폐샘플 저장실의 체적에 대하여 이상기체 상태방정식을 적용하면 각각의 시간에 해당하는 내부 체적(V)을 계산할 수 있다.
Pwi Vwi = Pw(t) Vw(t)
샘플 액체가 유동 저항관을 통하여 폐샘플 저장실로 이송되면서 밀폐된 폐샘플 저장실의 압력, P w (t)는 시간에 따라 점차 증가하면서 내부의 공기 체적, V w (t)는 감소하게 된다. 이 때, P w (t)는 압력 센서에 의하여 측정되거나 환산되는 값이므로 결국, 위 식을 이용하여 매 순간의 폐샘플 저장실의 공기 체적, Vw(t)을 계산할 수 있다. 위에서 구한 폐샘플 저장실의 공기의 내부체적의 감소는 샘플 액체의 유입 체적증가 와 동일하다.
ΔV w,air = ΔVliq
한편, 시간에 따른 샘플 액체의 체적변화를 시간에 대해 1차 미분하면 단위시간당 모세관을 통과하는 시험유체의 체적 유량(volume flow rate, Q)이 된다.
Q = [Vliq / Δt ]
이때, 유동저항관의 양단에 걸린 구동 압력과 유량을 이용하여 주어진 유동 저항관을 직사각 채널로 가정하고 그 채널의 간격, 폭 및 길이를 각각 H, W, L이라 하면, 이에 상응하는 전단률을 계산하는 식은 다음과 같다.
γ= (1/3)[6Q/(WH2)] [ 2 + {d(ln Q)/ d(ln τ)} ]
여기서 전단응력은 아래의 식과 같이 계산된다.
τ = [P(t) H/L]/[ (1+ 2H/W)].
위에서의 전단률 및 전단력 계산식은 유동저항관(21)이 직사각 채널 또는 슬릿(slit)과 같은 관에 대해서만 유도되었으나, 원형관과 같은 관에 대해서도 전단률 및 전단력을 계산하는 공학식들은 이미 공지되었으며 이를 사용하여 같은 원리에 의하여 계산할 수 있다.
도 10은 제 6도에 도시된 혈구변형률 측정 장치의 한 실시예에 따라 측정된 변형 인덱스(DI)-전단력(shear stress)의 그래프이다. 이 때, 변형인덱스는 회절 영상의 장축길이(A)와 단축길이(B)로서 나타낸 것으로서 다음과 같이 정의된다.
DI = (A-B)/(A+B)
변형인덱스는 전단력이 작으면 거의 0에 가까운 값, 즉 원형임을 나타내고 전단력이 커질수록 DI값은 증가한다.
제 3도와 제 4도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 장치 구성 중 샘플 액체가 직접적으로 접촉하는 샘플 저장실(10), 유동 저항관(21), 폐샘플 저장실(23) 등을 포함한 일회용 키트(100) 부분은 유리 및 플라스틱 사출 및 압출과 기계 가공 공정에 의하여 일체형 또는 조립형이면서 일회용품으로 제작이 가능하다. 특히, 일회용 키트의 재질이 실리콘, 석영, 실리카, 유리, 레이저 가공 가능한 폴리머,사출성형 폴리머 및 세라믹 등의 후보 그룹에서 선택될 수 있다. 한 예로, 폴리머 소재를 모재(substrate)로하여 마이크로 인젝션(micro-injection) 공법을 이용하여 제 3도 및 제 4도에 도시된 바와 같은 구조물을 쉽게 가공할 수 있다. 이러한 폴리머 모재물은 일회용으로 사용하기에 매우 경제적으로 적합하여 혈액과 같이 병원체의 오염 등이 우려되는 경우 측정 후 폐기할 수 있어 매우 편리하다.
한편, 액체의 유변 특성은 온도에 따라 크게 달라지는 특성을 지니고 있기 때문에 측정 온도를 제어할 필요가 있다. 따라서, 본 발명의 구성에서도 모재 (substrate)의 온도를 가열하거나 냉각시킬 수 있는 water-jacket이 연결된 열교환기에 모재를 삽입하거나 또는 직접 열전소자(thermo-electric component)를 모재에 부착하거나 할로겐램프 등으로 미리 정한 온도로 예열할 수 있는 것을 구성할 수 있다.
이상의 구성 및 작용에 의하면 본 발명은 혈액 샘플에 대한 혈구의 변형률을 매우 짧은 시간 내에 측정하는 효과를 거두며, 미소량의 혈액 샘플에 대해서 매우 빠른 짧은 시간동안 광범위한 전단 유동장에서의 변형률을 일괄 측정하는 효과를 거두게 된다. 또한, 압력 측정 없이도 기지의 전단응력에 따른 변형률을 분석할 수 있는 기술적 효과가 있다. 특히, 상기 발명된 장치에서 센서는 샘플 액체가 직접적으로 접촉이 되지않고, 샘플 액체가 접촉하는 부분은 모두 일회용 Kit 등으로 제작이 가능하기 때문에 진료현장에서의 실시간 임상 적용에 매우 유리하다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 시간에 따라 감소하는 압력을 측정하여 다수의 전단률(plural shear rates)에 대하여 생명체의 순환 혈액의 혈구 변형률을 측정하는 장치로서,
    유체혼합기;
    상기의 유체혼합기의 한쪽 끝단에 연결되어 버퍼액이 미리 주입되어 있으며 혈액이 주입되고 저장되는 혈액주입구;
    상기의 유체혼합기의 다른 한쪽 끝단에 연결되어 버퍼액이 미리 주입되어 저장되어있는 버퍼액 저장실;
    상기의 유체혼합기를 통과하며 유체가 혼합된 후, 유체혼합기의 또 다른 한쪽 끝단에 연결되어 혼합된 액체 샘플이 유입되어 저장되는 샘플 저장실;
    상기 샘플 저장실의 다른 한 쪽에 연결되어 유체의 흐름에 큰 저항을 유발시키는 유동저항관
    상기의 유동저항관의 다른 한쪽 끝단에 연결되어 유동저항관을 통해 흘러나오는 샘플 액체를 받아 저장하는 폐샘플 저장실;
    상기의 폐샘플 저장실과 연결되어 대기압 보다 낮은 압력을 생성시키는 진공생성장치;
    상기의 유동저항관 한쪽 면에 위치하는 광원;
    상기의 광원으로부터 조사된 빛이 유동저항관을 회절 투과된 영상을 획득하는 영상획득장치;
    상기의 영상획득장치와 연결되어 있어, 주어진 기하학적 파라메터와 최초 진공압력 및 버퍼액의 점도 데이터로부터 시간에 따른 전단력을 계산하며, 또한 시간에 따른 획득된 영상을 분석하여 혈구 변형률을 계산하는 프로세서;
    상기의 프로세서로부터 계산된 전단력 및 변형률을 나타내주는 출력장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 혈구변형센서
  2. 시간에 따라 감소하는 압력을 측정하여 다수의 전단률(plural shear rates)에 대하여 생명체의 순환 혈액의 혈구 변형률을 측정하는 장치로서,
    유동저항관;
    상기의 유동저항관의 한쪽 끝단에 연결되어 있으며 버퍼액과 자석 구슬이 미리 존재하며 혈액이 주입되고 저장되는 샘플 저장실;
    상기 샘플 저장실의 하부에 위치하며 전자장을 이용하여 샘플저장실 내부에 있는 자석 구슬을 요동시켜 유체의 혼합 기능을 발생시키는 전자석 교반장치;
    상기의 유동저항관의 다른 한쪽 끝단에 연결되어 유동저항관을 통해 흘러나오는 샘플 액체를 받아 저장하는 폐샘플 저장실;
    상기의 폐샘플 저장실과 연결되어 대기압 보다 낮은 압력을 생성시키는 진공생성장치;
    상기의 유동저항관 한쪽 면에 위치하는 광원;
    상기의 광원으로부터 조사된 빛이 유동저항관을 회절 투과된 영상을 획득하는 영상획득장치;
    상기의 영상획득장치와 연결되어 있어, 주어진 기하학적 파라메터와 최초 진공압력 및 버퍼액의 점도 데이터로부터 시간에 따른 전단력을 계산하며, 또한 시간에 따른 획득된 영상을 분석하여 혈구 변형률을 계산하는 프로세서;
    상기의 프로세서로부터 계산된 전단력 및 변형률을 나타내주는 출력장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 혈구변형센서
  3. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 유동저항관이 직사각형인 것을 특징으로 하는 혈구변형센서
  4. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 유동저항관에 샘플 유체를 구동시키기 위한 차압 발생장치로, 대기압 보다 낮은 압력을 생성시키는 진공생성장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 혈구변형센서
  5. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광원이 레이저 또는 광다이오우드(LED)인 것을 특징으로 하는 혈구변형센서.
  6. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 상기 유동저항관이 실리콘, 석영, 실리카, 유리, 레이저 가공 가능한 폴리머, 사출성형 폴리머 및 세라믹 중에서 선택되는 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 혈구변형센서.
  7. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
    샘플 액체와 직접 접촉하는 부분을 일회용(disposable)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 혈구변형센서
  8. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
    샘플액체를 받기 전에 미리 정한 온도(predetermined temperature)로 예열할 수 있는 히터(heater) 및 온도 센서가 부착되어 있는 것을 특징으로하는 혈구변형센서.
  9. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 영상획득장치는 회절 투과된 영상을 스크린에 투영시킨 후 투영된 영상을획득하는 것을 특징으로하는 혈구변형센서.
  10. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 영상획득장치에서 회절 투과된 영상을 스크린에 투영하지 않고 직접 영상을획득하는 것을 특징으로하는 혈구변형센서.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 영상획득장치가 CCD(Charge Coupled Device) 카메라, 웹캠(web-cam), 디지털 카메라, 고속 CCD 비디오, CCD 센서 어레이(array) 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 혈구변형센서.
  12. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 진공생성장치는 전기적 작동 또는 기계적 작동 메커니즘의 후보 그룹에서공압실린더를 작동시켜 진공을 생성하는 것을 특징으로하는 혈구변형센서.
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