KR100808415B1 - 물질 분석용 칩 및 이를 포함하는 물질 분석장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 혈액과 같은 시료 중 대상 물질을 정량 정성분석하기 위한 물질 분석용 칩에 관한 것으로서 상기 물질 분석용 칩은, 시료가 저장되는 시료저장부; 상기 시료의 특정 대상물질들 각각과 반응하는 서로 다른 시약이 마련된 복수의 시약저장부; 상기 시료저장부와 상기 복수의 시약저장부를 연결시켜 상기 시료저장부의 시료를 상기 시약저장부로 이송시킬 수 있도록 상기 시약저장부에 대응되는 개수로 마련된 복수의 미세유로를 포함하여 한 번의 시료 투입으로 다양한 대상물질을 정량 정성분석할 수있다.
한 번의 투입, 시료, 시약, 정성 정량분석
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 분석 장치를 개략적으로 나타낸 사시도,
도 2는 도 1의 물질 분석 장치의 제어블럭도,
도 3은 도 1에 도시된 물질 분석용 칩의 분해 사시도,
도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ를 따라 절개한 단면도,
도 5a는 도 4에 도시된 지지리브의 평면도,
도 5b는 도 4에 도시된 지지리브의 저면도,
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지리브의 평면도,
도 6b는 도 6a에 도시된 지지리브의 저면도,
도 7은 도 6a 및 도 6b에 도시된 지지리브에 광원과 광센서가 삽입된 상태를 개략적으로 나타낸 모식도,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩 몸체의 평면도,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 물질 분석용 칩의 평면도이다.
<도면의 주요구성에 대한 설명>
100; 본체 120; 물질 분석용 칩
121; 칩 지지체 122; 수용부
123; 광투과홀 124; 칩 몸체
125; 시료저장부 130; 시약
131; 시약저장부 132, 133; 제1 및 제2커버
141; 광원 151; 광센서
160; 지지리브 161; 광원용 홀
162; 센서용 홀 170; 제어부
241aa, 241ab; 제1 및 제2파장 광원 338; 분배리브
R; 곡면 PP; 시약저장부 투영위치
본 발명은 혈액과 같은 시료로부터 대상 물질을 정량 및 정성 분석하기 위한 물질 분석용 칩과 이를 포함하는 물질 분석 장치에 관한 것이다.
최근 질병을 조기 진단하기 위해 사용자가 휴대하면서 장소에 구분없이 자신의 혈액을 분석하여 특정 질병의 유무 및 진행 상태를 점검할 수 있는 휴대용 혈액검사기기들이 출시되고 있다.
이러한 혈액검사기기들은 소위 랩온어칩(Lab On a Chip, LOC)이라고 일컫는 바이오칩을 내장하고 있다. 바이오칩은 인체로부터 채취되어 투입된 혈액을 반응물질과 화학반응시키고, 반응된 혈액을 광학적 또는 전기화화적으로 정량 정성분석한 다. 그리고 분석 결과로부터 특정 질병의 발병여부나 진행 정도를 파악하게 된다.
그러나 상기의 바이오 칩은 채취된 혈액을 하나의 시약에만 반응시키기 때문에 하나의 대상 물질에 대한 정보만을 취득할 수 있다. 따라서, 혈액내의 다양한 대상 물질을 정량 정성분석하기 위해서는 분석하고 하는 대상 물질의 종류만큼 혈액을 여러번 채취해야 한다.
또한, 채취된 혈액을 상기 시약에 이송시키기 위해서는 펌프와 같은 별도의 유체구동수단이 필요하나, 이러한 유체구동수단은 그 구조가 복잡하고 제조가 어려워 바이오칩의 크기 및 단가를 상승시킬 뿐만 아니라 제조가 어렵다.
본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 한 번의 시료투입으로 시료 내에 포함된 다양한 대상 물질을 일시에 정량 정성분석할 수 있는 물질 분석용 칩 및 이를 포함하는 물질 분석장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 제조가 용이하고 크기를 줄일 수 있는 물질 분석용 칩 및 이를 포함하는 물질 분석장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 시료 내의 대상물질을 정밀하게 정량 정성분석할 수 있는 물질 분석용 칩 및 이를 포함하는 물질 분석장치를 제공하는 데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 물질 분석용 칩은 시료가 저장되는 시료저장부; 상기 시료의 특정 대상물질 각각과 반응하는 서로 다른 시약이 마련된 복수의 시약저장부; 상기 시료저장부와 상기 복수의 시약저장부 를 연결시켜 상기 시료저장부의 시료를 상기 시약저장부로 이송시킬 수 있도록 상기 시약저장부에 대응되는 개수로 마련된 복수의 미세유로를 포함한다.
또한, 상술한 바와 같은 목적은, 수용부가 마련된 칩 지지체; 상기 수용부에 수용되며, 시료가 투입되는 시료저장부와, 상기 시료에 포함된 특정 대상물질들 각각과 반응하는 서로 다른 시약이 마련된 복수의 시약저장부와, 상기 시료저장부의 시료을 상기 복수의 시약저장부 각각으로 이송시키기 위한 복수의 미세유로가 형성된 칩 몸체; 상기 칩 몸체의 일면을 덮도록 상기 칩 몸체의 일면에 부착되며, 상기 시료저장부에 대응되는 위치에 시료를 투입시키기 위한 투입구가 형성된 제1커버를 포함하는 물질 분석용 칩에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 시료저장부의 시료는 모세관 현상에 의해 상기 시약저장부로 이송되며, 이 모세관 현상을 활성화시키기 위해 상기 칩 몸체에는 BSA(Bovine Serum Albumin)와 같은 친수성 물질이 도포된다.
상기 시료저장부와 상기 시약저장부는 상기 칩 몸체에 관통되게 형성되고, 상기 미세유로는 상기 칩 몸체의 타면으로부터 함몰되게 형성되며,상기 칩 몸체의 타면에는 제2커버가 부착된다.
상기 제1 및 제2커버는 유리재질로 형성되고, 상기 칩 몸체는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 재질로 형성된다.
상기 칩 지지체에는 상기 시약저장부에 광을 조사할 수 있도록 상기 시약저장부에 대응하는 복수의 광투과홀이 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 시료저장부와 상기 미세유로의 연결 부와 상기 미세유로와 상기 시약저장부의 연결부는 곡면으로 형성되며, 상기 시료저장부에는 상기 시료저장부의 시료가 상기 복수의 시약저장부 각각에 균등하게 분배되어 이송될 수 있도록 분배리브가 마련된다.
한편, 상술한 바와 같은 목적은, 시료가 저장된 시료저장부; 상기 시료의 특정 대상물질들 각각과 반응하는 서로 다른 시약이 저장된 복수의 시약저장부; 상기 시료저장부의 시료를 상기 시약저장부로 이송시키기 위한 미세 유로; 및 상기 각 시약저장부에서 반응된 시료로부터 특정 대상물질을 정량 정성분석하는 제어부를 포함하는 물질 분석 장치에 의해서도 달성될 수 있다.
상기의 물질 분석 장치는 상기 복수의 시약저장부에서 시약과 반응된 시료 각각에 광을 조사하기 위한 광원; 및 상기 반응된 시료로부터 반사된 광의 세기를 감지하기 위한 광센서;를 포함하며, 상기 제어부는 상기 광센서로부터 출력된 광의 세기에 대한 신호로부터 상기 대상물질을 정량 정성분석할 수도 있다.
상기 광원 및 상기 광센서는 상기 복수의 시약저장부에 대응하는 개수로 마련되나, 상기 광원은 상기 하나의 시약저장부에 순차적으로 서로 다른 파장의 광을 조사하는 제1 및 제2파장 광원을 포함하여 가시영역의 광과 적외선 영역의 광을 각각 순차적으로 출사시킬 수도 있다.
상기 시료는 혈액을 포함하며, 상기 시약은 글루코오스산화효소(glucose oxidase), 페록시다아제(peroxidase), 콜레스테롤산화효소(cholesterol oxidase), 콜레스테롤 에스테르가수분해효소(cholesterol esterase), MBTH(3-Methylbenzothiazolinone hydrazone), DMBA(7, 12-dimethylbenz[α]anthracene, 9, 10-dimethyl-1, 2-benzanthracene)를 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 물질 분석용 칩 및 물질 분석 장치에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 분석 장치는 키입력부(101)와 표시부(102)가 마련된 본체(100)와, 상기 본체(100)의 내부에 선택적으로 삽입되는 물질 분석용 칩(120)과, 광원(141)과, 광센서(151), 제어부(170) 및 메모리(180)를 포함한다.
상기 본체(100)는 물질 분석 장치의 외관을 형성하며, 상기 물질 분석용 칩(120)이 삽입될 수 있는 슬롯(103)이 일 측면에 형성된다. 상기 본체(100)의 정면에는 복수의 키가 마련된 키입력부(101)가 마련되며, 상기 키입력부(101)의 상부에는 산출된 데이터를 출력하기 위한 표시부(102)가 마련된다. 이러한 키입력부(101) 및 표시부(102)는 제어부(170)와 전기적으로 연결되어 있어서, 키입력부(101)로부터 입력된 신호는 제어부(170)로 전달될 수 있고, 제어부(170)로부터 출력된 신호는 상기 표시부(102)에 출력된다.
상기 물질 분석용 칩(120)은 시료에 대한 분석을 할 수 있도록 시료가 투입된 상태로 상기 본체(100)의 내부에 삽입되며, 시료가 투입되기 전에는 사용자가 개별적으로 소지한다. 이러한 물질 분석용 칩(120)은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 칩 지지체(121)와, 칩 몸체(124)와, 제1 및 제2커버(132)(133)를 포함한다.
상기 칩 지지체(121)는 일정한 강성을 가지는 수지제로 형성되어 상기 칩 몸체(124)를 지지 및 보호한다. 이러한 칩 지지체(121)에는 상기 칩 몸체(124)를 수 용하기 위한 수용부(122)가 마련되며, 상기 수용부(122)에는 복수의 광투과홀(123)이 형성된다. 상기 복수의 광투과홀(123)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 광원(141)으로부터 출사된 광을 상기 칩 몸체(124)에 도달할 수 있도록 통과시키며, 상기 칩 몸체(124)의 반응된 시료로부터 반사된 광을 상기 광센서(151)로 도달될 수 있도록 통과시킨다. 본 실시예에서는 별도의 칩 지지체(121)가 마련되는 것을 예시하였으나, 상기 칩 지지체(121)는 칩 몸체(124)가 일정 이상의 강성을 가지는 경우에는 생략될 수 있다.
상기 칩 몸체(124)는 투입된 시료를 시약(130)과 반응시키기 위한 것으로서, 시료저장부(125), 시약저장부(131) 및 미세유로(126)가 형성된다.
상기 시료저장부(125)는 시료가 투입되는 곳으로서, 칩 몸체(124)의 중앙부에 관통되어 형성된다.
상기 시약저장부(131)는 복수개가 상기 시료저장부(125)의 주변에 방사상으로 배치되는 제1 내지 제4시약저장부(131a)(131b)(131c)(131d)를 포함하며, 상기 각 시약저장부(131a)(131b)(131c)(131d)는 상기 칩 몸체(124)를 관통하여 형성된다. 이러한 시약저장부(131a)(131b)(131c)(131d) 각각에는 시료내에 포함된 서로 다른 대상물질들 각각과 반응될 수 있도록 서로 다른 시약(130)이 마련된다. 일 예로, 혈액을 시료로 하는 경우에, 혈액내의 글루코오스(glucose)를 정량 정성분석하기 위해 글루코오스산화효소(glucose oxidase)와 페록시다아제(peroxidase)와 같은 효소와 MBTH(3-Methylbenzothiazolinone hydrazone)와 DMBA(7, 12-dimethylbenz[α]anthracene, 9, 10-dimethyl-1, 2-benzanthracene)와 같은 색소를 시약(130)으로 사용하며, 이와 같은 시약(130)과 글루코오스가 반응할 경우 상기 시약(130)은 파란색으로 변색되며, 글루코오스의 양(밀도)에 따라 파란색으로 변색되는 정도가 달라진다. 또한, 혈액내의 콜레스테롤(cholesterol)을 정량 정성분석하기 위해서는 콜레스테롤산화효소(cholesterol oxidase)와 페록시다아제(peroxidase) 및 콜레스테롤 에스테르가수분해효소(cholesterol esterase)와 같은 효소와 MBTH(3-Methylbenzothiazolinone hydrazone)와 DMBA(7, 12-dimethylbenz[α]anthracene, 9, 10-dimethyl-1, 2-benzanthracene)와 같은 색소를 시약(130)으로 사용하며, 이러한 시약(130)은 콜레스테롤과 반응하여 파란색으로 변색하며 콜레스테롤의 양에 따라 파란색으로 변색되는 정도가 달라진다. 이와 같이 혈액내의 각 대상물질과 반응하는 서로 다른 시약(130)을 제1 내지 제4 시약저장부(131a)(131b)(131c)(131d) 각각에 저장된다.
상기 미세유로(126)는 상기 시료저장부(125)에 투입된 시료를 상기 각 시약저장부(131)로 이송시키기 위한 것으로서, 상기 시료저장부(125)와 상기 4개의 시약저장부(131a)(131b)(131c)(131d)를 각각 연결시킬 수 있도록 상기 칩 몸체(124)의 하면으로부터 상측으로 함몰되어 형성된다. 이와 같은 미세유로(126)는 상기 제2커버(133)에 의해 밀폐된다.
이와 같은 구조를 가지는 칩 몸체(124)는 화학적, 생물학적으로 안정적인 탄성 중합체인 PDMS(Polydimethylsiloxane) 재질로 제작될 수 있으며, 상기 시료저장부(125)와 시약저장부(131) 및 미세유로(126)는 네거티브(negative) PR(Pohoto Resistor)을 이용한 소프트 리소그라피(soft lithography) 방법에 의해 형성될 수 있다. 한편, 상기 시료저장부(125)에 투입된 시료는 모세관 현상에 의해 상기 시약저장부(131)로 이송된다. 따라서, 상기 칩 몸체(124)에는 모세관 현상을 활성화시키기 위해 BSA(Bovine Serum Albumin) 등과 같은 친수성 물질이 코팅될 수 있다. 이와 같이 시료를 모세관 현상에 의해 시료저장부(125)로부터 시약저장부(131)로 이송함으로써, 마이크로 펌프과 같은 별도의 유체구동수단을 생략할 수 있게 되어 물질 분석용 칩(120)의 구조와 제조공정이 간소화될 수 있다. 또한, 물질 분석용 칩(120)의 두께를 줄일 수 있어 물질 분석용 칩(120)의 소형화에도 유리하다.
상기 제1커버(132)는 상기 칩 몸체(124)의 상면을 덮도록 상기 칩 몸체(124)에 부착되며, 그 중앙에는 시료를 시료저장부(125)로 투입시키기 위한 투입구(132a)가 상기 시료저장부(125)에 대응하는 위치에 형성된다.
상기 제2커버(133)는 상기 칩 몸체(124)의 하면에 부착되며, 상기 칩 몸체(124)와 협력하여 상기 미세유로(126)를 밀폐시킨다. 이러한 제1 및 제2커버(132)(133)는 광이 통과될 수 있도록 투명재질인 유리재질 등으로 제작된다.
본 실시예에서는 상기 제1 및 제2커버(132)(133)를 통해 시료저장부(125)와 시약저장부(131) 및 미세유로(126)를 밀폐시키는 것을 예시하였으나, 칩 몸체(124)에 상기 시료저장부(125) 및 시약저장부(131)를 상기 미세유로(126)와 같이 일면으로부터 함몰되게 형성할 경우, 상기 제1 및 제2커버(132)(133) 중 어느 하나는 생략될 수 있다. 또한, 칩 몸체(124)를 증착공정 및 식각공정 등을 통해 시료저장부(125)와 시약저장부(131)와 미세유로(126) 및 투입구(132a)를 형성할 경우, 상기 제1 및 제2커버(132)(133)는 모두 생략될 수 있다.
상기 광원(141)은, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 시약저장부(131)에서 시약(130)과 반응된 시료에 광을 조사하기 위한 것으로서, 각 시약저장부(131a)(131b)(131c)(131d)당 하나씩 배치된 제1 내지 제4광원(141a)(141b)(141c)(141d)을 포함한다. 상기 광원(141)은 상기 반응된 시료에 대해 일정 각도 경사지게 광을 조사한다. 이러한 광원(141)은 단일 파장의 광을 출사시키는 LED(Light Emitting Diode)나 LD(Laser Diode)가 이용될 수 있다. 본 실시예에서는 적색광을 출사시키는 LED(Light Emitting Diode)를 사용한다. 시료의 대상물질과 시약(130)과의 반응에 의해 시약(130)은 파란색으로 변색되므로, 상기 적색광이 상기 반응되어 파란색으로 변색된 시약에 조사될 경우, 파란색으로 변색된 정도에 따라서 상기 적색광이 반응된 시약(130)에 흡수되는 정도가 달라진다. 즉, 반응된 시료가 파란색으로 변색된 정도가 클수록 상기 시약(130)으로부터 반사된 광의 세기는 작아진다.
상기 광센서(151)는 반응되어 변색된 시약(130)으로부터 반사된 광의 세기를 측정하기 위한 것으로서, 상기 광원(141)에 대응하는 수만큼 배치된 제 1 내지 제4광센서(151a)(151b)(151c)(151d)를 포함한다. 이러한 광센선(151)로는 포토 다이오드(Photo Diode)나 포토 트랜지스터(Photo Transistor)등이 이용될 수 있다. 상기 광센서(151)는 반사되는 광의 세기에 따라 전류의 값이 변동되고 이를 신호처리하여 제어부(170)로 출력한다.
이러한 광원(141) 및 광센서(151)는 본체(100)의 내부에 형성된 지지리브(160)에 설치된다. 상기 지지리브(160)에는, 도 4 내지 도 5b에 도시된 바와 같 이, 광원용 홀(161)과 센서용 홀(162)이 형성되며, 상기 광원용 홀(161)의 내부에 상기 광원(141)이 설치되고, 상기 센서용 홀(162)에 상기 광센서(151)가 각각 설치된다. 상기 광원용 홀(161)은 칩 몸체(124)의 수직한 선에 대해 일방향으로 일정각도(θ) 경사지게 형성되고 상기 센서용 홀(162)은 칩 몸체(124)의 수직한 선에 대해 타방향으로 상기 광원용 홀(161)과 동일한 각도(θ)로 경사지게 형성된다. 이와 같이 광원용 홀(161)과 센서용 홀(162)을 마련하고, 각각의 내부에 광원(141)과 광센서(151)를 형성함으로써, 광원(141)으로부터 출사되어 반응된 시료에 입사되는 광과 반응된 시료로부터 반사되는 광의 간섭을 줄일 수 있다. 따라서, 광센서(151)에 의해 검출되는 광의 세기를 보다 정밀하게 측정할 수 있게 되고, 이에 의해 보다 정밀하게 시료를 정량 정성분석할 수 있게 된다.
상술한 바와 같은 광원(141)과 광센서(151)는 각 시료저장부(125)마다 하나씩 한쌍으로 배치된다. 따라서, 4개의 시료저장부(125) 각각에 광을 조사할 수 있도록 제1 내지 제4광원(141a)(141b)(141c)(141d)과 상기 제1 내지 제4광원(141a)(141b)(141c)(141d)에 대응되게 제1 내지 제4광센서(151a)(151b)(151c)(151d)가 배치된다. 도 5a 및 도 5b는 광원용 홀(161a)(161b)(161c)(161d)과 센서용 홀(162a)(162b)(162c)(162d)이 지지리브(160)의 상면과 하면에 각각 배치된 상태를 나타낸 것이다. 도 5a 및 도 5b에 점선으로 표시된 부분(PP)은 시약저장부(131)의 위치를 지지리브(160) 상에 투영시킨 것으로서, 각 광원용 홀161a)(161b)(161c)(161d)과 각 센서용 홀(162a)(162b)(162c)(162d)은 각 시약저장부(131)에 수렴하는 형태로 경사진다.
상기 제어부(170)는 상기 광센서(151)로부터 출력된 신호를 분석하여 시료내의 각 대상물질이 존재하는지 여부(정성) 및 얼마나 존재하는지 여부(정량)를 분석하여 표시부(102)로 출력한다. 보다 상세하게 설명하면, 메모리(180)에 기설정된 각 대상물질과 그 대상물질의 양에 따른 광의 세기가 설정되어 있고, 상기 제어부(170)는 상기 광센서(151)로부터 출력된 광의 세기를 메모리(180)의 기설정된 광의 세기와 비교하여 대상물질을 존재여부와 양을 분석하여 표시부(102)로 출력한다.
이하에서는 이상의 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 분석 장치의 동작에 대하여 설명한다.
도 4를 참조하면, 사용자는 인체로부터 시료인 혈액을 채취하여 물질 분석용 칩(120)의 투입구(132a)로 투입시킨다. 그러면, 투입된 혈액은 시약저장부(131)에 떨어지고, 모세관 현상에 의해 미세유로(126)를 따라 각 시약저장부(131a)(131b)(131c)(131d)로 균등한 양으로 분배되어 이송된다. 각 시약저장부(131a)(131b)(131c)(131d)로 이송된 혈액은 시약(130)과 반응한다. 이때, 혈액의 특정 대상물질은 시약(130)과 반응을 하여 대상물질의 양에 따라 시약(130)은 파란색으로 변색되는 정도가 달라진다. 따라서, 각 시약(130)이 파란색으로 발색되었는지 여부를 통해 특정 대상물질이 혈액속에 포함되어 있는지를 판단하고(정성분석), 파란색으로의 발색정도에 따라 혈액속에 얼마나 많은 양(밀도)이 포함되어 있는지를 판단한다(정량분석). 이하 이러한 판단을 하는 과정을 상세히 설명한다.
광원(141)으로부터 적색광이 시약(130)과 반응된 시료에 입사된다. 이때, 대 상물질과 반응된 시약(130)이 파란색으로 변색된 정도에 따라 적색광을 흡수하는 정도가 달라진다. 즉, 파란색으로 변색된 정도가 높을 수록 반사되는 적색광은 그 세기가 줄어들게 된다. 따라서, 광센서(151)는 반응된 시약(130)으로부터 반사된 광의 세기를 측정하게 되고, 제어부(170)는 광의 세기가 높을수록 특정 대상물질의 양이 혈액속에 많이 포함되어 있다고 판단한다.
상기 제어부(170)는 각 광센서(151)로부터 출력된 광의 세기에 대한 신호를 메모리(180)에 기설정된 광의 세기와 비교하여 특정 대상물질의 양을 산출하게 된다. 그리고, 산출된 각 대상물질의 양은 사용자가 인지할 수 있도록 표시부(102)로 출력된다. 특히, 특정 대상물질의 양이 정상의 범위에서 벗어난 경우, 제어부(170)는 경고의 메시지를 표시부(102)로 출력할 수 있다.
또한, 상기 제어부(170)는 송수신장치(미 도시)를 통해 측정된 대상물질에 대한 정보를 개인의 병력이 관리될 수 있도록 병원이나 기타 의료기관등의 서버로 전송할 수도 있다.
본 실시예에서는 반응된 시료의 발색정도를 측정하는 광학식을 사용하였으나, 시약저장부에 전압을 인가하고 시약과 대상물질의 반응정도에 따라 달라지는 전류의 양을 측정하여 대상물질의 정성 정량 분석하는 전기화학방식이 이용될 수도 있다.
도 6a 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지리브(260) 및 광원(241aa)(241ab)과 광센서(251a)를 개략적으로 나타낸 것으로서, 이를 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 광원(241aa, 241ab)은 하나의 시약저장부(231)에 서 로 다른 파장의 광의 조사할 수 있도록 서로 다른 파장의 광을 출사하는 제1 및 제2파장 광원(241aa)(241ab)을 포함한다.
상기 제1파장 광원(241aa)은 가시광선 영역의 제1파장의 광을 출사하여, 반응된 시약이 변색된 정도를 측정한다. 만약, 시약(130)과 반응한 시료가 파란색으로 변색되는 경우에는 제1파장의 광은 적색광인 650nm의 파장을 가지는 광인 것이 바람직하다.
상기 제2파장 광원(241ab)은 물질 분석용 칩(120, 도 1 참조)이 본체(100, 도 1 참조) 내부에 삽입된 상태에서 자세가 기울어지거나 시약저장부(231)의 표면의 오차로 인해 시약저장부(231)로부터 반사된 제1파장의 광 세기에 오류를 수정하기 위한 것으로서, 가시광선 영역 외의 영역의 파장인 것이 바람직하다. 이는 가시영역 이외의 파장을 가지는 광은 표면의 오차 등에 의해 반사광의 세기가 받는 영향이 작기 때문이다. 본 실시예에서는 제2파장의 광으로 적외선 영역의 광인 880nm 파장의 광을 사용된다.
상기 광센서(251a)는 상기 제1 및 제2파장 광원(241aa)(241ab)으로부터 출사된 광이 시약저장부(231)로부터 반사되어 입사될 수 있는 위치에 마련된다. 즉, 상기 제1 및 제2파장 광원(241aa)(241ab)과 상기 광센서(251a) 및 시약저장부(231)를 연결하면, 정사면체를 이루도록 배치되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 물질 분석 장치에 의하면, 제어부(170, 도 2 참조)는 시약저장부(231)의 반응된 시료로부터 반사된 제1파장의 광으로부터 광의 세기를 분석하고, 반응된 시료로부터 반사된 제2파장의 광으로부터 광의 세기를 분석하여 구조적인 오차를 측정하며, 측정된 오차를 반응된 시료의 정성 정량 분석에 반영하여 최종적으로 시료내 대상물질의 함유여부 및 함유된 양을 산출한다.
이와 같이 제1파장의 광으로 반응된 시료의 변색정도를 측정하고, 제2파장의 광으로부터 구조적인 오차를 수정함으로써, 대상물질을 더욱 정밀하게 정성 정량분석할 수 있다.
본 실시예에서는, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 서로 다른 파장의 광을 각각 출사하는 제1 및 제2파장 광원(241aa)(241ab)은 두개의 시약저장부(231)에 대응하는 위치에 형성하고, 나머지 두개의 시약저장부는 본 발명의 일 실시예와 동일하게 하나의 광원을 사용하는 구조를 도시하였다. 즉, 도 6a 및 도 6b의 양측에는 위치하는 시약저장부에 대응하는 광원용 홀(261aa, 261ab)(261ca, 261cb)은 두개씩 형성되고, 센서용 홀(262a)(262c)은 하나씩 형성된다. 그러나, 상하로 위치하는 광원용 홀(261b)(261d)과 센서용 홀(262b)(261d)은 본 발명의 일 실시예와 동일하게 하나씩 형성된다. 이와 같은 구조로 보다 정밀한 분석이 필요한 대상물질을 정밀분석할 수 있게 된다. 여기서, 점선으로 표시된 부분은 시약저장부(231)를 각각 지지리브(260)에 투영한 위치(PP)를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩 몸체(324)의 평면도를 도시한 것으로서, 이를 참조하면, 시료저장부(325)에 십자형 분배리브(338)가 형성된다. 이러한 분배리브(338)는 투입되는 시료를 각 시약저장부(331)에 균일량으로 분배하는 역활을 한다.
또한, 시료저장부(325)와 미세유로(326)의 연결부와, 미세유로(126)와 시약 저장부(131)의 연결부를 일정곡률을 가지는 곡면(R)을 가지도록 형성되므로서, 모세관 현상을 활성화시킬 수 있다.
이와 같이 상기 분배리브(338)와 곡면(R)에 의해 시료를 보다 균일하고 신속하게 시약저장부(331)로 이송시킬 수 있게 되고, 이에 의해 보다 정밀하고 신속한 대상물질의 분석이 가능하다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 물질 분석용 칩(420)을 개략적으로 나타낸 평면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 시약저장부(431)는 분석하고자 하는 대상물질의 개수에 대응되는 개수로 형성될 수 있다. 물론, 광원 및 광센서도 최소한 이와 동일한 개수로 배치되어야 함은 물론이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 물질 분석 장치는, 별도의 휴대용 물질분석기기 뿐만 아니라 물질분석기능이 구현된 PDA(Personal Digital[Data] Assistant )나 이동통신 단말기등과 같은 휴대용 전자기기를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 시료저장부에 투입된 시료는 서로 다른 대상물질과 반응하는 서로 다른 시약이 마련된 복수의 시약저장부로 이송되고, 각 대상물질과 각 시약을 반응시켜 각 대상물질을 정량 정성분석함으로써, 한 번의 시료 투입으로 다양한 대상물질을 일시에 정량 정성분석할 수 있다.
또한, 투입된 시료를 모세관 현상에 의해 시료저장부로부터 시약저장부로 이송시키므로써, 펌프와 같은 별도의 이송수단을 생략할 수 있어 부품수 및 제조비용을 줄일 뿐만 아니라 물질 분석용 칩의 크기를 줄일 수 있다.
또한, 광이 통과되는 홀을 형성함으로써, 광원으로부터 조사된 광과 반응된 시약(시료)로부터 반사된 광의 간섭현상을 방지할 수 있어 대상물질의 정밀한 정량 정성 분석이 가능하다.
또한, 서로 다른 파장의 광을 이용하여 구조적인 오차를 보정함으로써, 대상물질을 더욱 정밀하게 정량 정성분석할 수 있다.
또한, 분배리브를 시료저장부에 형성함으로써, 시료를 각 시약저장부에 균일하게 분배할 수 있다.
또한, 시료저장부와 미세유로의 연결부 및 미세유로와 시약저장부의 연결부를 곡면으로 형성함으로써, 모세관 현상을 활성화시킬 수 있고 이에 의해 보다 신속하게 시료를 시약저장부에 이송시킬 수 있다. 따라서 시료의 대상물질을 보다 신속하게 정성 정량 분석할 수 있다.
Claims (29)
- 시료가 저장되는 시료저장부;상기 시료의 특정 대상물질 각각과 반응하는 서로 다른 시약이 마련된 복수의 시약저장부;상기 시료저장부와 상기 복수의 시약저장부를 연결시켜 상기 시료저장부의 시료를 상기 시약저장부로 이송시킬 수 있도록 상기 시약저장부에 대응되는 개수로 마련된 복수의 미세유로;를 포함하고,상기 시료저장부에는 상기 시료저장부의 시료가 상기 복수의 시약저장부 각각에 균등하게 분배되어 이송될 수 있도록 분배리브가 마련된 것을 특징으로 하는 물질 분석용 칩.
- 제1항에 있어서,상기 시료저장부의 시료는 모세관 현상에 의해 상기 시약저장부로 이송되는 것을 특징으로 하는 물질 분석용 칩.
- 삭제
- 수용부가 마련된 칩 지지체;상기 수용부에 수용되며, 시료가 투입되는 시료저장부와, 상기 시료에 포함된 특정 대상물질들 각각과 반응하는 서로 다른 시약이 마련된 복수의 시약저장부와, 상기 시료저장부의 시료을 상기 복수의 시약저장부 각각으로 이송시키기 위한 복수의 미세유로가 형성되고, 상기 시료저장부에는 상기 시료저장부의 시료가 상기 복수의 시약저장부 각각에 균등하게 분배되어 이송될 수 있도록 분배리브가 마련된 칩 몸체;상기 칩 몸체의 일면을 덮도록 상기 칩 몸체의 일면에 부착되며, 상기 시료저장부에 대응되는 위치에 시료를 투입시키기 위한 투입구가 형성된 제1커버를 포함하는 물질 분석용 칩.
- 제4항에 있어서,상기 시료저장부의 시료는 모세관 현상에 의해 상기 시약저장부로 이송되는 것을 특징으로 하는 물질 분석용 칩.
- 제5항에 있어서,상기 칩 몸체에는 시료의 모세관 현상을 활성화시키기 위한 친수성 물질이 도포된 것을 특징으로 하는 물질 분석용 칩.
- 제6항에 있어서,상기 친수성 물질은 BSA(Bovine Serum Albumin)인 것을 특징으로 하는 물질 분석용 칩.
- 제5항에 있어서,상기 시료저장부와 상기 시약저장부는 상기 칩 몸체에 관통되게 형성되고, 상기 미세유로는 상기 칩 몸체의 타면으로부터 함몰되게 형성되며,상기 칩 몸체의 타면에는 제2커버가 부착되는 것을 특징으로 하는 물질 분석용 칩.
- 제8항에 있어서,상기 제1 및 제2커버는 유리재질로 형성되고, 상기 칩 몸체는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 재질로 형성되며, 상기 칩 몸체에는 친수성 물질이 도포된 것을 특징으로 하는 물질 분석용 칩.
- 제8항에 있어서,상기 시료저장부와 상기 미세유로의 연결부와 상기 미세유로와 상기 시약저장부의 연결부는 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 물질 분석용 칩.
- 제4항에 있어서,상기 칩 지지체에는 상기 시약저장부에 광을 조사할 수 있도록 상기 시약저장부에 대응하는 복수의 광투과홀이 형성된 것을 특징으로 하는 물질 분석용 칩.
- 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.시료가 저장되는 하나의 시료저장부;상기 시료의 특정 대상물질들 각각과 반응하는 서로 다른 시약이 마련된 복수의 시약저장부; 및상기 시료저장부와 상기 복수의 시약저장부를 연결시켜 상기 시료저장부의 시료를 상기 시약저장부로 이송시킬 수 있도록 상기 시약저장부에 대응되는 개수로 마련된 복수의 미세유로를 포함하고,상기 시료저장부에는 상기 시료저장부의 시료가 상기 복수의 시약저장부 각각에 균등하게 분배되어 이송될 수 있도록 분배리브가 마련된 것을 특징으로 하는 물질 분석용 칩.
- 시료가 저장된 시료저장부;상기 시료의 특정 대상물질들 각각과 반응하는 서로 다른 시약이 저장된 복수의 시약저장부;상기 시료저장부의 시료를 상기 시약저장부로 이송시키기 위한 미세 유로;상기 복수의 시약저장부에서 시약과 반응된 시료 각각에 광을 조사하고, 상기 복수의 시약저장부 중 적어도 하나에 순차적으로 서로 다른 파장의 광을 조사하는 제1 및 제2파장 광원을 포함하는 광원;상기 반응된 시료로부터 반사된 광의 세기를 감지하기 위한 광센서; 및상기 광센서로부터 출력된 광의 세기에 대한 신호로부터 상기 대상물질을 정량 정성분석하는 제어부;를 포함하는 물질 분석 장치.
- 삭제
- 제13항에 있어서,상기 광원 및 상기 광센서는 상기 복수의 시약저장부에 대응하는 개수로 마련된 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
- 삭제
- 제13항에 있어서,상기 제1파장 광원으로부터 출사되는 광은 가시영역의 광이며,상기 제2파장 광원으로부터 출사되는 광은 적외선 영역의 광인 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
- 제17항에 있어서,상기 가시영역의 광은 650nm 파장의 광이며,상기 적외선 영역의 광은 880nm의 파장의 광인 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
- 본체 내부에 삽입되며, 수용부가 마련된 칩 지지체;상기 수용부에 수용되며, 시료가 투입되는 시료저장부와, 상기 시료의 특정 대상물질들 각각과 반응하는 서로 다른 시약이 마련된 복수의 시약저장부와, 상기 시료저장부의 시료을 상기 복수의 시약저장부 각각으로 이송시키기 위한 복수의 미세유로가 형성된 칩 몸체;상기 본체 내부에 마련되며, 상기 칩 몸체의 일면에 수직한 선에 대해 일방향으로 경사진 광원용 홀과 상기 칩 몸체의 일면에 수직한 선에 대해 타방향으로 상기 광원용 홀과 동일한 각도로 경사진 센서용 홀이 형성된 지지리브;상기 시약저장부의 시약과 반응된 시료에 광을 조사할 수 있도록 상기 광원용 홀에 설치된 광원;상기 반응된 시료로부터 반사된 광의 세기를 검출할 수 있도록 상기 센서용 홀에 설치된 광센서; 및상기 광센서로부터 검출된 광의 세기로부터 상기 대상물질을 정성 정량분석하기 위한 제어부를 포함하는 물질 분석 장치.
- 제19항에 있어서,상기 칩 몸체의 일면을 덮도록 상기 칩 몸체의 일면에 부착되며, 상기 시료저장부에 대응되는 위치에 시료를 투입시키기 위한 투입구가 형성된 제1커버를 포함하는 물질 분석 장치.
- 제20항에 있어서,상기 시료저장부의 시료는 모세관 현상에 의해 상기 시약저장부로 이송되는 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
- 제21항에 있어서,상기 칩 몸체에는 친수성 물질이 도포된 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
- 제24항에 있어서,상기 친수성 물질은 BSA(Bovine Serum Albumin)인 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
- 제20항에 있어서,상기 시료저장부와 상기 시약저장부는 상기 칩 몸체에 관통되게 형성되고, 상기 미세유로는 상기 칩 몸체의 타면으로부터 함몰되게 형성되며,상기 칩 지지체와 상기 칩 몸체의 사이에는 제2커버가 개재되는 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
- 제24항에 있어서,상기 제1 및 제2커버는 유리재질로 형성되고, 상기 칩 몸체는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 재질로 형성되며, 상기 칩 몸체에는 친수성 물질이 도 포된 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
- 제19항에 있어서,상기 시료저장부와 상기 미세유로의 연결부와 상기 미세유로와 상기 시약저장부의 연결부는 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
- 제19항에 있어서,상기 칩 지지체에는 상기 시약저장부에 광을 조사할 수 있도록 상기 시약저장부에 대응하는 복수의 광투과홀이 형성된 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
- 제19항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,상기 시료는 혈액을 포함하며, 상기 시약은 글루코오스산화효소(glucose oxidase), 페록시다아제(peroxidase), 콜레스테롤산화효소(cholesterol oxidase), 콜레스테롤 에스테르가수분해효소(cholesterol esterase), MBTH(3-Methylbenzothiazolinone hydrazone), DMBA(7, 12-dimethylbenz[α]anthracene, 9, 10-dimethyl-1, 2-benzanthracene)를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
- 제19항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,상기 시료저장부에는 투입된 시료가 상기 복수의 시약저장부 각각에 균등하 게 분배될 수 있도록 분배리브가 마련된 것을 특징으로 하는 물질 분석 장치.
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