KR100735898B1 - 휴대용 미세 혈액 분리기 - Google Patents

휴대용 미세 혈액 분리기 Download PDF

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박상진
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안연찬
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한국기계연구원
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Abstract

본 발명은 미세 혈액을 별도의 동력 수단 없이 모세관 현상을 이용하여 분리하고 분리된 혈액 성분을 전기화학 방식으로 간편하게 분석할 수 있도록 휴대가 가능한 소형의 휴대용 미세 혈액 분리기에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 휴대용 미세 혈액 분리기는 상부 기판과 하부 기판으로 이루어지는 본체; 상기 본체에 일측에 형성되어 혈액이 도입되는 혈액 도입부; 상기 혈액 도입부로 도입된 혈액이 유입되도록 상기 하부 기판 유입홈이 형성된 혈액 유입부; 상기 혈액 유입부에 유입된 혈액 검체로부터 혈장이 분리되도록 상기 혈액 유입부의 유입홈 높이 보다 낮은 높이를 갖으며 상기 혈액 유입부로부터 연장 구비되는 추출 공간부로 이루어지는 혈장 추출부로 이루어져 혈액 내의 혈장 및 혈구를 분리하고 분리된 혈장내의 성분을 분석하는 혈액 분리기에 있어서, 상기 혈장 추출부에는 효소 주입구가 형성되고, 상기 추출 공간부 내에는 추출된 혈장 성분을 전기화학 측정기를 이용하여 전기화학적인 방식으로 분석하도록 전기 전도성을 갖는 도체가 더 구비된 것이다.
미세 혈액, 혈장, 모세관, 분리, 분석, 전기화학

Description

휴대용 미세 혈액 분리기{THE PORTABLE MICRO BLOOD SEPARATOR}
도 1은 종래 기술에 따른 혈액 분리기의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 미세 혈액 분리기를 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 분해 사시도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 미세 혈액 분리기를 도시한 평면도.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다양한 실시예에 의한 휴대용 미세 혈액 분리기를 이용하여 분리된 혈장 성분을 분석한 결과 그래프도.
삭제
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1 : 본체
11 : 상부 기판, 12 : 하부 기판
2 : 혈액 도입부
21 : 개방부, 22 : 도입홈
3 : 혈액 유입부
31 : 유입홈
4 : 혈장 추출부
41 : 추출 공간부, 42 : 효소 주입구
5 : 도체
51 : 작동 전극, 52 : 기준 전극
6 : 혈액 유입 유도부
본 발명은 혈액 분리기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세 혈액을 별도의 동력 수단 없이 모세관 현상을 이용하여 분리하고 분리된 혈액 성분을 전기화학 방식으로 간편하게 분석할 수 있도록 휴대가 가능한 소형의 휴대용 미세 혈액 분리기에 관한 것이다.
사람의 건강 상태를 진단하는 수단으로서, 체액, 특히 혈액의 생화학적 검사가 널리 실시되고 있으나, 혈액중의 구성 성분, 예컨대 대사산물, 단백질, 지방질, 전해질, 효소, 항원, 항체 등의 종류 및 농도의 측정은 전혈 그대로 실시하는 것이 곤란하다.
삭제
이에, 미리 채혈한 혈액을 원심 분리기에서 작동시켜 분리시키고, 분리된 혈장 또는 혈청 분석기기 또는 바이오센서를 이용하여 분석하는 방식이 적용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 혈액 분리기의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 혈액 분리기는 미세한 홈 유로(102)가 형성된 하부 기판(101)과, 도시되지는 않지만 이 하부 기판을 덮는 상부 기판(11)으로 구성된다.
그리고, 유로(102)에는 혈액 채취 수단(103)과, 분리 수단(104), 분석 수단(105) 및 이동 수단(106)이 순차로 설치된다.
또한, 혈액 채취 수단(103)에는 체내에 찔러 기판 내로 혈액을 도입시키기 위한 중공의 채혈 바늘(103a)이 장착되어 있다.
상기 분리 수단(104)은 유로(102)의 도중을 만곡시킨 것으로, 예를 들면 U자형 마이크로캐필러리로 이루어진다.
분석 수단(105)은 혈액 중의 pH값, 산소, 이산화탄소, 나트륨, 칼슘, 단백질 등의 각 농도를 측정하기 위한 센서로 이루어진다.
상기 유로(102)의 최하류부에 위치하는 이동 수단(106)은 마이크로캐필러리 속에서 혈액을 전기 침투류에 의해 이동시키는 것이며, 전극(107,108)과 그 사이를 연결하는 유로 부분으로 이루어져, 전극 간에 전압 입가에 따라 발생하는 전기 침투류에 의해 유로 내에 미리 채워 놓은 완충액을 유로 하류측으로 이동시켜 발생하는 흡인력에 의해 유로(102) 최전부의 채취 수단(103)으로부터 기판 내로 혈액을 도입한다.
이와 같은 구성을 갖는 종래의 혈액 분리기는 채혈을 실시하고, 원심 분리기 등을 사용하여 유형성분인 혈구와 혈장을 분리한 후 혈액 성분에 대한 분석을 실시해야 하므로, 혈액을 많이 필요로 한다.
또한, 원심 분리기 및 혈액을 유로 내부로 유입하기 위한 전극 등과 같은 주변 장치를 필요로 하기 때문에 소수의 검체를 급하게 처리하고 싶을 경우 또는 현장 검사 등에서는 효율적으로 이용되지 못하며 휴대가 용이하지 못한 단점이 있다.
상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 모세관 현상에 의해 혈액 유입 기판내로 유입되도록 하고, 기판 내의 혈액 중 크기가 작은 혈장 성분만 추출되도록 한 후 전기화학적인 방법을 통해 혈장 성분을 분석하도록 함으로써, 복잡한 주변 장치 없이 혈액을 간편하고 신속하게 분리 및 분석할 수 있도록 하는 휴대용 미세 혈액 분리기를 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 별도의 주변 장치 없이 기판에 형성된 공간부로 모세관 현상에 의해 혈액이 분리되도록 한 후 전기화학적인 방법으로 분석함으로써, 혈액 분리기의 소형화를 통해 휴대가 가능하도록 하는 휴대용 미세 혈액 분리기를 제공하기 위한 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 휴대용 미세 혈액 분리기는 상부 기판과 하부 기판으로 이루어지는 본체; 상기 본체에 일측에 형성되어 혈액이 도입되는 혈액 도입부; 상기 혈액 도입부로 도입된 혈액이 유입되도록 상기 하부 기판 유입홈이 형성된 혈액 유입부; 상기 혈액 유입부에 유입된 혈액 검체로부터 혈장이 분리되도록 상기 혈액 유입부의 유입홈 높이 보다 낮은 높이를 갖으며 상기 혈액 유입부로부터 연장 구비되는 추출 공간부로 이루어지는 혈장 추출부로 이루어져 혈액 내의 혈장 및 혈구를 분리하고 분리된 혈장내의 성분을 분석하는 혈액 분리기에 있어서, 상기 혈장 추출부에는 효소 주입구가 형성되고, 상기 추출 공간부 내에는 추출된 혈장 성분을 전기화학 측정기를 이용하여 전기화학적인 방식으로 분석하도록 전기 전도성을 갖는 도체가 더 구비된 것이다.
상기 혈액 도입부는 상기 상부 기판에 형성된 개방부와 상기 하부 기판에 형성된 도입홈으로 이루어진다.
한편, 상기 유입홈은 혈액 중의 혈장이 상기 혈장 추출부로 원활하게 추출되도록 둘레가 라운딩된 반원홈 형태로 형성될 수 있다.
상기 추출 공간부는 상기 혈액 도입부를 중심으로 방사형의 등간격으로 다수 형성되어 혈장 내 다양한 성분들에 대한 분석이 가능하게 한다.
상기 도체는 혈장과 효소가 반응하는 장소를 제공하여 전압 인가 및 전류 측정 을 위한 전자 부품으로부터 전압을 인가받는 작동 전극과, 상기 작동 전극에 대응하도록 형성되어 기준 전압을 인가받는 기준 전극으로 구성되어, 상기 혈장과 효소가 반응되어 나타나는 전류 변화를 외부 측정기에서 검출할 수 있게 한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 미세 혈액 분리기를 도시한 사시도 이고, 도 3은 도 2의 분해 사시도로, 본 발명의 일실시예는 본체(1)와, 혈액 도입부(2)와, 혈액 유입부(3)와, 혈장 추출부(4) 및 도체(5)를 포함하여 이루어진다.
상기 본체(1)는 상부 기판(11)과 하부 기판(12)으로 구성되며, 도시되지는 않지만 별도의 혈액 측정기를 이용하여 혈액 내의 성분 분석을 할 수 있도록 이루어진다.
상기 혈액 도입부(2)는 본체(1)의 일측에 형성되어 혈액이 도입되는 부분으로, 상기 상부 기판(11)에 형성된 개방부(21)와, 상기 하부 기판(12)에 형성된 도입홈(22)으로 이루어져 상기 개방부(21)를 통해 혈액이 도입되어 진다.
또한, 상기 혈액 유입부(3)는 상기 혈액 도입부(2)로 도입된 혈액이 유입되도록 상기 하부 기판(12)에 형성된 유입홈(31)으로 이루어진다.
이때 상기 유입홈(31)은 혈액 중의 혈장이 후술하는 혈장 추출부(4)로 원활하게 추출되도록 반원호 형상으로 이루어지되, 도시되지는 않았으나 추출되는 혈장이 손상되지 않도록 하기 위하여 양측 상단부가 라운딩되는 곡면 형태를 갖는 것이 바람직하다.
상기 혈장 추출부(4)는 상 기 혈액 유입부(3)로부터 연장 구비되는 추출 공간부(41)로 이루어지며 그 끝단에 효소 주입구(42)가 형성된다.
또한, 상기 혈장 추출부(4)는 상기 혈액 유입부(3)에 유입된 혈액 검체로부터 혈장이 분리되도록 상기 혈액 유입부(3)의 유입홈(31) 높이 보다 낮은 높이를 갖도록 형성됨이 바람직하다.
이에 따라, 상기 유입홈(31)으로 유입된 혈액 성분들 중 혈구 성분과 같이 직경이 큰 성분들을 제외한 혈장 또는 혈청만 상기 추출 공간부(41)로 추출된다.
한편, 상기 도체(5)는 상기 추출 공간부(41)로 추출된 혈장 성분을 전압 인가 및 전류 측정을 위한 전자 부품을 통해 분석하도록 상기 추출 공간부(41) 내에 구비되어, 상기 효소 주입구(42)를 통해 주입된 효소와 반응하는 혈장 성분을 분석하도록 전기 전도성을 갖는 도체로 이루어진다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 도체를 도시한 개략도로, 도면을 참조하면 상기 도체(5)는 혈장과 효소가 반응하는 장소를 제공하여 전압 인가 및 전류 측정을 위한 전자 부품으로부터의 전압을 인가받는 작동 전극(51)과, 상기 작동 전극(51)에 대응하도록 형성되어 전압 인가 및 전류 측정을 위한 전자 부품으로부터 기준 전압을 인가받는 기준 전극(52)으로 구성된다.
이와 같은 구성에 따라, 효소와 혈장이 반응할 때 전압 인가 및 전류 측정을 위한 전자 부품을 이용하여 작동 전극(51) 및 기준 전극(52)에 일정한 전압을 인가하면, 혈장 내 성분에 따라서 전류 변화가 나타나게 되고, 이를 외부의 측정기를 이용하여 검출하여 분석함으로써, 혈장 내의 성분을 분석할 수 있는 것이다.
이와 같은 도체를 이용한 전기화학 방식의 성분 검출 기술은 이 발명 이전에 이미 공지된 것으로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
상기 혈액 도입부(2) 타측의 혈액 유입부(3) 끝단에는 상기 혈액 도입부(2)로부터의 혈액이 모세관 현상에 의해 상기 혈액 유입부(3)로 유입되도록 혈액을 유도하는 혈액 유도부(6)가 더 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 미세 혈액 분리기를 도시한 평면도로, 상기 본 발명의 일실시예와 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 혈장 추출부(4)는 상기 혈액 도입부(2)를 중심으로 방사형의 등간격으로 연장된 다수의 추출 공간부(41)로 이루어지며, 각각의 추출 공간부(41) 끝단부에는 효소 주입구(42)가 형성되고, 추출 공간부(41) 내에는 도체(5)가 구비된다.
본 발명의 실시예들에 따르면 혈장 추출부(4)가 다수 형성됨에 따라 혈장 내의 다수의 성분에 대한 분석을 단일 분석 센서를 이용하여 실시할 수 있다.
다시 말해, 다수의 혈장 추출부(4)에 각각 도체(5) 및 효소 주입구(42)가 형성됨에 따라, 분석하고자 하는 성분에 따라 서로 다른 효소를 주입한 후 분석을 실시하면 여러 종류의 성분들을 단일 분석 센서로 분석할 수 있게 되는바, 분석 효율을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
이상, 본 발명의 휴대용 미세 혈액 분리기에서 혈장 추출부를 혈액 유입부로부터 연장된 일자형 또는 방사형으로 도시하였으나, 본 발명은 여기에 한정되지 않고 다양한 형태로 이루어질 수 있다.
이하에서 이러한 본 발명의 실시예들에 따른 휴대용 미세 혈액 분리기의 작용을 설명하도록 한다.
우선, 분석하고자 하는 대상과 반응하는 효소를 효소 주입구(42)를 통해 주입한 후 건조시킨다.
그런 다음, 체취된 혈액을 혈액 도입부(2)의 개방부(21)로 떨어뜨려 도입 홈(22)에 혈액이 도입되도록 한다.
상기 도입홈(22)에 도입된 혈액은 모세관 현상에 의해 혈액 유입부(3)의 유입홈(31)으로 유입된다.
이렇게 유입홈(31)에 유입된 혈액 중 크기가 큰 혈구 성분들은 유입홈(31)에 잔류하는 반면, 크기가 작은 검체 성분들인 혈장이나 혈청 성분은 상기 유입홈(31)으로부터 연장된 추출 공간부(41)로 모세관 현상에 의해 분리되어 추출되어 건조된 효소와 반응한다.
한편, 상기 혈장 성분이 추출되면 별도의 전압 인가 및 전류 측정을 위한 전자 부품을 이용하여 도체(5)에 전압을 인가, 즉, 작동 전극(51)에는 작동 전압을 기준 전극(52)에는 기준 전압을 각각 인가하여 효소와 반응한 혈장에 의한 전류 변화를 관찰하는 전기화학 분석 방식을 이용하면 혈장 내 성분을 분석 할 수 있게 된다.
상세하게는, 효소 주입구(42)로 분석하고자 하는 대상과 반응하는 효소를 주입하여 전고시킨 후, 상기 추출 공간부(41)를 통해 추출되는 혈장 성분이 추출되면 전압을 인가하는데, 이때 추출된 혈장과 효소가 반응하여 전류를 발생시키게 된다.
이렇게 효소 반응에 의해 발생된 전류는 분석 대상의 농도와 관련되므로 전류 측정을 하면 분석 대상의 농도를 알 수 있게 된다.
상기 효소 주입구(42)로 주입되는 효소는 측정 대상물과 산화 환원 반응하는 것이 이용된다.
예를 들면 글루코오스 옥시다아제(glucose oxidase), 글루코오스 디히드로게나아제(glucose dehydrogenase : GDH) 등은 글루코오스 성분을 분석하기 위한 효소로서 주입되는데, 이때 주입되는 효소는 이에 한정되지 않고 산화 환원 반응을 하는 것이면 어느 것이든 무관하다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다양한 실시예에 의한 휴대용 미세 혈액 분리기를 이용하여 분리된 혈장 성분을 분석한 결과 그래프도이다.
여기서, 도 6a 내지 도 6c 각 도면의 (가)는 전극 형상을, (나)는 인가 전압에 따른 전류 변화를 측정한 그래프도로, 전기화학 분석 방식 중 순환 전압-전류법을 이용한 것이다.
우선, 효소 주입구로 주입된 효소와 혈장 선분이 접촉하면 산화-환원 반응을 하게 되고, 산화-환원 반응 및 인가 전압에 따라서 도체에 흐르는 전류가 증감하게 되므로, 도체에 흐르는 전류의 피크치를 검출하여 이 전류값에 의거하여 혈장 성분량을 산출하는 것이다.
이때, 도체 즉 전극의 형상 및 크기에 따라 검출되는 전류 값에는 차이가 발생하게 되므로, 혈액 분석 특성을 향상시키기 위해서는 전극의 형상 및 크기에 대한 최적화가 필요하다.
이와 같이 본 발명 휴대용 미세 혈액 분리기는, 혈액을 모세관 현상을 이용하여 분리한 후 분리된 혈장에 효소 반응을 시켜 전기화학적인 방식을 이용하여 혈장 내 성분 분석을 함으로써, 소량의 혈액 분리를 간편하게 실시할 수 있어 휴대가 가능해진다.
삭제
상술한 바와 같이 본 발명은 모세관 현상에 의해 혈액 유입 기판내로 유입되도록 하고, 기판 내의 혈액 중 크기가 작은 혈장 성분만 추출되도록 한 후 전기화학적인 방법을 통해 혈장 성분을 분석하도록 함으로써, 복잡한 주변 장치 없이 혈액을 간편하고 신속하게 분리 및 분석할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 별도의 주변 장치 없이 기판에 형성된 공간부로 모세관 현상에 의해 혈액이 분리되도록 한 후 전기화학적인 방법으로 분석함으로써, 혈액 분리기의 소형화를 통해 휴대가 가능하여 시간과 장소에 구애받지 않고 혈액 검사를 할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims (5)

  1. 상부 기판(11)과 하부 기판(12)으로 이루어지는 본체(1)와 상기 본체(1)에 일측에 형성되어 혈액이 도입되는 혈액 도입부(2)와 상기 혈액 도입부(2)로 도입된 혈액이 유입되도록 상기 하부 기판(12) 유입홈(31)이 형성된 혈액 유입부(3) 및 상기 혈액 유입부(3)에 유입된 혈액 검체로부터 혈장이 분리되도록 상기 혈액 유입부(3)의 유입홈(31) 높이 보다 낮은 높이를 갖으며 상기 혈액 유입부(3)로부터 연장 구비되는 추출 공간부(41)로 이루어지는 혈장 추출부(4)로 이루어져 혈액 내의 혈장 및 혈구를 분리하고 분리된 혈장내의 성분을 분석하는 혈액 분리기에 있어서,
    상기 혈장 추출부(4)에는 효소 주입구(42)가 형성되고,
    상기 추출 공간부(41) 내에는 추출된 혈장 성분을 전기화학 측정기를 이용하여 전기화학적인 방식으로 분석하도록 전기 전도성을 갖는 도체(5)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 휴대용 미세 혈액 분리기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 혈액 도입부(2)는;
    상기 상부 기판(11)에 형성된 개방부(21)와 상기 하부 기판(12)에 형성된 도입홈(22)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대용 미세 혈액 분리기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유입홈(31)은;
    혈액 중의 혈장이 상기 혈장 추출부(4)로 원활하게 추출되도록 반원호 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 휴대용 미세 혈액 분리기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 추출 공간부(41)는;
    상기 혈액 유입부(3)를 중심으로 방사형의 등간격으로 다수 형성됨을 특징으로 하는 휴대용 미세 혈액 분리기.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도체(5)는;
    혈장과 효소가 반응하는 장소를 제공하여 전압 인가 및 전류 측정을 위한 전자 부품으로부터의 전압을 인가받는 작동 전극(51)과,
    상기 작동 전극(51)에 대응하도록 형성되어 전압 인가 및 전류 측정을 위한 전자 부품으로부터 기준 전압을 인가받는 기준 전극(52)으로 구성됨을 특징으로 하는 휴대용 미세 혈액 분리기.
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