KR100830653B1 - 미세유체 혈장 추출기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대가 가능하고 혈액 분리를 신속하고 간편하게 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 분리된 혈장이 다시 전혈에 다시 혼합되지 않고 분리기로부터 배출시킬 수 있게 한 미세유체 혈장 추출기에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 따른 미세유체 혈장 추출기는 전혈(全血)로부터 혈장 및 혈구를 분리하는 장치에 있어서, 혈액유입홈과 혈액배출홈 사이에 형성되어 전혈이 이동하는 주채널과, 상기 주채널의 중단과 연결되어 주채널을 통과하는 전혈 중 혈장이 모세관 현상에 의해 유입되는 혈장채널이 형성된 본체와 ; 탄성이 우수한 판체 형상을 갖고, 상기 본체의 상부에 적층되며, 일측에는 혈장을 외부로 추출하기 위한 혈장추출구가 형성되고, 상기 본체에 형성된 혈액유입홈 및 혈액배출홈에 대향되는 부분에는 혈액유입구와 혈액배출구가 형성된 격막과 ; 판체 형상을 갖으며, 상기 격막의 상부에 적층되고, 상기 격막에 형성된 혈장추출구와 대향되는 혈장추출구와, 상기 본체에 형성된 혈액유입홈 및 혈액배출홈에 대향되는 혈액유입구와 혈액배출구가 형성되어 있으며, 상기 본체에 형성된 혈장채널의 입구부와 대향되는 저면에는 유체의 출입에 의해 상기 격막을 변형시켜 혈장채널의 유로를 개폐시키는 제어채널이 형성된 커버를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

혈액, 혈장, 분리, 모세관현상, 추출, 격막

Description

미세유체 혈장 추출기{Micro-fluidic plasma extractor}

도 1은 본 발명에 따른 미세유체 혈장 추출기의 일예를 도시한 분해사시도이고,

도 2a는 도 1의 A-A 단면도이고,

도 2b는 도 1의 A-A 단면도로서 혈장배출로가 차단된 상태의 단면도이고,

도 3은 도 2a의 B-B에서 도시한 단면도이고,

도 4a는 도 2a의 C-C에서 도시한 단면도이고,

도 4b는 도 2a의 C-C에서 도시한 단면도로서 혈장배출로가 차단된 상태의 단면도이고,

도 5는 하부 본체의 평면도이고,

도 6은 본 발명에 따른 미세유체 혈장 추출기를 다른 일예를 도시한 사시도이고,

도 7은 종래 기술에 따른 혈액 분석 및 분리 장치의 일예를 도시한 구성도이고,

도 8은 종래 기술에 따른 혈액 분리 장치의 일예를 도시한 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1 : 본체

11 : 혈액유입홈

12 : 혈액배출홈

13 : 주채널

14 : 혈장채널

2 : 격막

21 : 혈장추출구

23 : 가압부

24a : 혈액유입구

24b : 혈액배출구

3 : 커버

31 : 혈장추출구

32 : 유체공급홀

33 : 제어채널

34a : 혈액유입구

34b : 혈액배출구

본 발명은 채혈된 전혈로부터 혈장을 분리하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 혈액 분리를 신속하고 간편하게 실시할 수 있도록 하는 휴대가 가능한 미 세유체 혈장 추출기에 관한 것이다.

더욱이 본 발명은 분리된 혈장이 다시 전혈에 다시 혼합되지 않고 배출시킬 수 있게 한 격막의 탄성을 이용한 미세유체 혈장 추출기에 관한 것이다.

사람의 건강 상태를 진단하는 수단으로서, 체액, 특히 혈액의 생화학적 검사가 널리 실시된다.

그 분석 방법에서는 항원 항체 반응을 이용한 크로마토센서에 의한 측정 방법이 범용으로 사용된다.

그러나 혈액중의 구성 성분, 예컨대 대사산물, 단백질, 지방질, 전해질, 효소, 항원, 항체 등의 종류 및 농도의 측정은 전혈 그대로 실시하는 것이 곤란하다. 이 때문에 종래의 일반적인 혈액 성분 분석 방법은 미리 채혈한 혈액을 원심 분리기로 분리시켜, 수득된 혈장 또는 혈청을 사용하여 분석기기 또는 바이오센서로써 분석하는 등의 몇 가지 작업 공정을 요구한다.

도 7은 종래 기술에 따른 혈액 분석 및 분리 장치의 개략적인 구성도이다.

도시한 바와 같이 종래의 혈액 분석 및 분리 장치는 상,하부 기판과, 기판에 에칭으로 형성된 미세한 홈 유로(102)가 형성되어 있다.

그리고, 유로(102)에는 혈액 채취 수단(103)과, 분리 수단(104), 분석 수단(105) 및 이동 수단(106)이 순차로 설치되며, 혈액 채취 수단(103)에는 중공의 채혈 바늘이 장착되어 바늘(103a)을 체내에 찔러 기판 내로 혈액을 도입한다.

상기 분리 수단(104)은 유로(102)의 도중을 만곡시킨 것으로, 예를 들면 U자형 마이크로캐필러리로 이루어진다.

이에 따라, 채취한 혈액을 U자형의 유로(102)에 도입한 후 기판을 원심 분리기를 이용하여 일정 방향으로 가속을 하면, U자부의 최하부에 혈구 성분이 침전되고, 상청액으로서 혈장이 분리된다.

상기 분석 수단(105)은 혈액 중의 pH값, 산소, 이산화탄소, 나트륨, 칼슘, 단백질 등의 각 농도를 측정하기 위한 센서이다.

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 인가에 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 분리 및 분석 장치는 채혈을 실시하고, 원심 분리기 등을 사용하여 유형성분인 혈구와 혈장을 분리한 후 혈액 성분에 대한 분석을 실시해야 하므로, 혈액을 많이 필요로 할 뿐만 아니라, 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.

이러한 단점을 보완하여 개발된 것이 본 출원인에 의해 개발된 등록특허 제0577367호(무동력 미세 혈액 자동 분리기)이다.

이는 도 8에 도시한 바와 같이 상부 기판(110)과 하부 기판(120)으로 이루어 지는 본체(100)와, 상부 기판(110)에 형성된 개방부(210)와 개방부(210)에 대응하는 홈부(220)로 이루어져 채취된 혈액이 도입되는 혈액 도입부(200)와; 상기 본체(100)의 내부에 구비되며 상기 혈액 도입부(200)에 도입된 혈액이 모세관 현상에 의해 유입되는 혈액 유입부(300)와, 상기 혈액 유입부(300)에 유입된 혈액 검체로부터 모세관 현상에 의해 혈장이 분리되도록 상기 혈액 유입부(300)의 양측 기판 내부에 구비되며 개방부(411)가 형성된 혈장 추출부(400) 및, 상기 혈액 도입부(200) 측의 혈액 유입부(300) 끝단에 형성되며 상기 혈액 도입부(200)에 도입된 혈액이 모세관 현상에 의해 이동하도록 개방부(510)가 형성된 혈액 배출부(500)로 구성된다.

이렇게 구성된 종래의 혈액 자동 분리기는 모세관 현상에 의해 혈장이 자동으로 분리됨에 따라 혈액 분리기의 소형화를 통해 휴대가 용이하여 자가 진단이 가능하게 할 뿐만 아니라, 미세량의 혈액으로도 혈장을 분리할 수 있는 장점이 있으나 분리된 혈장을 분리기로부터 배출시키기가 어려웠다. 즉, 분리된 혈장을 외부로 배출시키는 과정에서 분리된 혈장에 가해지는 압력에 의해 다시 전혈에 혼합되는 문제가 있었다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 모세관 현상에 의해 분리된 혈장을 용이하게 외부로 배출시킬 수 있게 한 미세유체 혈장 추출기를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 별도의 주변 장치 없이 기판에 형성된 모세관 현상에 의해 혈장이 분리되도록 함으로써 혈액 분리 장치의 소형화를 통해 휴대가 가능하도록 하는 미세유체 혈장 추출기를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 미량의 혈액만으로도 혈장을 분리할 수 있는 미세유체 혈장 추출기를 제공함을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 미세유체 혈장 추출기는 전혈(全血)로부터 혈장 및 혈구를 분리하는 장치에 있어서, 혈액유입홈과 혈액배출홈 사이에 형성되어 전혈이 이동하는 주채널과, 상기 주채널의 중단과 연결되어 주채널을 통과하는 전혈 중 혈장만이 모세관 현상에 의해 유입되는 혈장채널이 형성된 본체와 ; 탄성이 우수한 판체 형상을 갖고, 상기 본체의 상부에 적층되며, 일측에는 혈장을 외부로 추출하기 위한 혈장추출구가 형성되고, 상기 본체에 형성된 혈액유입홈 및 혈액배출홈에 대향되는 부분에는 혈액유입구와 혈액배출구가 형성된 격막과 ; 판체 형상을 갖으며, 상기 격막의 상부에 적층되고, 상기 격막에 형성된 혈장추출구와 대향되는 혈장추출구와, 상기 본체에 형성된 혈액유입홈 및 혈액배출홈에 대향되는 혈액유입구와 혈액배출구가 형성되어 있으며, 상기 본체에 형성된 혈장채널의 입구부와 대향되는 저면에는 유체의 출입에 의해 상기 격막을 변형시켜 혈장채널의 유로를 개폐시키는 제어채널이 형성된 커버를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 미세유체 혈장 추출기의 일예를 도시한 분해사시도이고, 도 2a는 도 1의 A-A 단면도이고, 도 2b는 도 1의 A-A 단면도로서 혈장배출로가 차단된 상태의 단면도이고, 도 3은 도 2a의 B-B에서 도시한 단면도이고, 도 4a는 도 2a의 C-C에서 도시한 단면도이고, 도 4b는 도 2a의 C-C에서 도시한 단면도로서 혈장배출로가 차단된 상태의 단면도이고, 도 5는 하부 본체의 평면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 미세유체 혈장 추출기를 다른 일예를 도시한 사시도이다.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 미세유체 혈장 추출기는 전혈이 공급되어 이동하는 주채널(13)과 전혈로부터 분리된 혈장이 이동하는 혈장채널(14)을 구비하고 있다.

또한 상기 혈장채널(14)의 내부로 분리된 혈장이 다시 주채널(13)로 흐르거나 주채널(13)의 전혈이 혈장채널(14)로 유입되는 것을 단속하기 위한 제어채널(33)을 더 구비하고 있다.

이하 상기와 같이 제어채널(33)을 구비한 미세유체 혈장 추출기에 대하여 상세하게 설명하나 이러한 전체 구성은 상기한 바와 같이 본 출원인에 의해 이미 출원되어 등록된 특허등록 제0577367호(무동력 미세 혈액 자동 분리기)와 유사함으로 이와 유사한 부분에 대하여는 약술한다.

본 발명의 혈장 추출기는 도 1내지 도 6에 도시한 바와 같이 크게 본체(1)와, 격막(2)과, 커버(3)로 구성된다.

상기 본체(1)는 도 1에 도시한 바와 같이 소정의 두께를 갖는 판체 형상을 갖으며, 상부면에는 주채널(13)과 혈장채널(14)이 홈의 형상으로 형성되어 있다.

상기 주채널(13)과 혈장채널(14)은 수평 방향으로 서로 수직을 이루고 형성되어 있으며, 상기 주채널(13)의 깊이가 혈장채널(14)의 깊이보다 깊게 형성되어 있다.

상기 주채널(13)의 양단에는 평면의 면적이 넓은 혈액유입홈(11)과 혈액배출홈(12)이 형성되어 있으며, 주채널의 바닥은 혈구의 손상 없이 분리가 원활하게 이루어지도록 라운딩되는 곡면의 형태로 형성됨이 바람직하며, 그 깊이는 혈액을 구성하는 성분들이 충분히 이동할 수 있도록 20㎛ 정도의 높이를 갖도록 형성된다.

상기 혈장채널(14)은 도시한 바와 같이 주채널(13)의 중단으로부터 측방으로 연장된 공간으로 주채널(13)을 통과하는 전혈 중 혈장이 모세관 현상에 의해 유입되는 공간이다.

상기 혈장채널(14)은 혈장 성분만이 모세관 현상에 의해 추출되도록 0.5㎛ 정도의 깊이로 형성한다.

상기와 같이 구성된 본체(1)의 상부에는 격막(2)과 커버(3)가 설치된다.

상기 격막(2)은 커버(3)와 본체(1) 사이를 밀폐시키는 역할을 함과 동시에 후술하는 혈장채널(14)의 유로 개폐 수단의 역할을 한다.

상기 격막(2)은 도 1에 도시한 바와 같이 얇은 박판(薄板)으로서 상기 혈장채널(14)의 후단 즉, 혈장채널(14)의 상기 주채널(13)과 연결된 단부의 반대측 단부의 상부와 대향되는 부분에는 혈장추출구(21)가 형성되어 있고, 상기 본체(1)에 형성된 혈액유입홈(11) 및 혈액배출홈(12)과 대향되는 부분에는 혈액유입구(24a) 및 혈액배출구(24b)가 형성되어 있다.

또한 상기 격막(2)의 일부 즉, 상기 혈장채널(14)의 주채널(13)과 연결되는 단부와 인접한 부분과 대향되는 부분은 채널개폐부(23)가 형성된다. 이 채널개폐부(23)는 도시한 바와 같이 물리적으로 다른 부분과 다른 구조를 갖는 것이 아니라 후술하는 커버(3)에 형성된 제어채널(33)의 작동에 의해 부풀려 변형되어 혈장채널(14)의 유로를 폐쇄시키거나 개방한다.

상기 격막(2)은 상기한 바와 같이 본체(1)와 커버(3) 사이를 밀폐시키는 역할을 할 뿐만 아니라 신축되어 혈장채널(14)의 유로를 개폐하는 역할을 하는 것으로 신축성이 우수한 재질의 합성수지로 만들어질 수 있으며, 바람직하게는 폴리머(polymer)막으로 구성한다.

상기 격막(2)의 상부에 설치되는 커버(3)은 상기 본체(1)에 형성된 채널들(13, 14)의 상부를 덮는 덮개의 역할을 한다.

상기 커버(3)에는 상기 본체(1)에 형성된 혈액유입홈(11) 및 혈액배출홈(12)에 대향되는 혈액유입구(34a)와 혈액배출구(34b)가 형성되어 있고, 상기 격막(2)에 형성된 혈장추출구(21)와 대향되는 부분에는 혈장추출구(31)가 형성되어 있다.

상기 혈장추출구(31)는 혈장채널(14)에 저장된 혈장을 외부로 꺼내기 위한 구멍으로 스포이드나 주사기 등을 이용하여 혈장을 뽑아낼 수 있다.

또한, 상기 커버(3)에는 상기 격막(2)의 채널개폐부(23)를 작동시키는 제어채널(33)이 형성되어 있다.

상기 제어채널(33)은 상기 본체(1)에 형성된 주채널(13)과 혈장채널(14) 사이와 대향되는 저면에 형성된 유로로서 내부에 공급되는 유체의 압력에 의해 상기 격막(2)의 채널개폐부(23)를 부풀려 혈장채널(14)의 유로를 차단하는 역할을 한다.

상기 커버(3)에 형성된 제어채널(33)은 도시한 바와 같이 커버(3)의 저면 즉, 상기 격막(2)의 채널개폐부(23)와 대향되는 부분에 형성되어 있고, 일측 단부에는 커버의 표면으로 관통된 유체공급홀(32)이 연결되어 있다.

따라서, 상기 유체공급홀(32)을 통해 제어채널(33)에 유체를 가압하여 공급함으로서 상기 채널개폐부(23)가 부풀어 도 2b 및 도 4b에 도시한 바와 같이 혈장채널(14)의 입구부를 폐쇄시켜 주채널(13)과 혈장채널(14)를 분리하게 되며, 이에 따라 혈장채널(14)의 내부로 유입된 혈장과 주채널(13)의 전혈이 섞이지 않게 된다.

상기 제어채널(33)에 공급되는 유체는 물이나 오일 등의 액체가 될 수 있다.

또한, 상기 유체공급홀(32)에는 도 6에 도시한 바와 같이, 제어채널(33)에 공급되는 유체가 저장되고, 탄성을 갖는 구체(球體) 형상의 유체저장구(4)를 더 설치할 수 있다.

이렇게 유체저장구(4)를 더 설치함으로서 상기 제어채널(33)에 유체를 공급하기 위한 별도의 수단을 구비하지 않고 유체저장구(4)를 가압함으로서 그 내부에 저장된 유체가 상기 제어채널(33)로 공급되고 이렇게 가압하여 공급된 유체가 상기 격막(2)의 채널개폐부(23)를 부풀려 혈장채널(14)의 유로가 차단된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 혈장 추출기의 작동을 약술한다.

먼저, 혈액유입구(34a)에 채취된 전혈을 투입하면 전혈은 주채널(13)을 통과하여 혈액배출구(34b)측으로 이동한다. 이렇게 전혈이 이동하는 과정에서 혈장은 모세관 현상에 의해 혈장채널(14)로 유입되어 전혈로부터 분리된다.

혈장채널(14)의 내부로 유입된 혈장을 혈장채널(14)로부터 꺼내기 위해서는 혈장채널(14)의 일측 단부에 관통하여 형성된 혈장추출구(31)에 주사기나 스포이드의 단부를 넣어 혈장을 뽑아내게 된다.

이때 주사기나 스포이드가 혈장추출구(31)에 넣어지면 혈장이 압력을 받아 다시 주채널(13)측으로 이동하거나 이러한 압력변화에 따라 주채널의 전혈이 혈장채널(14)측으로 이동되어 혈장채널(14)의 혈장과 섞일 수 있다.

따라서, 주사기나 스포이드로 혈장을 꺼내기 전에 상기 제어채널(33)에 고압으로 유체를 공급하여 격막(2)의 채널개폐부(23)를 부풀려 채널개폐부(23)가 도 2b 및 도 4b에 도시한 바와 같이 혈장채널(14)의 유로를 폐쇄시킨 후 혈장을 뽑아낸다.

상술한 바와 같이 본 발명은 주채널과 혈장채널 사이의 모세관 현상에 의해 혈장이 혈장채널로 유입되어 전혈로부터 혈장이 용이하게 분리될 수 있으며, 혈장 채널의 유입부에 밸브역할을 하는 제어채널을 형성하여 혈장채널과 주채널 사이를 개폐시킴으로서 혈장채널에 분리된 혈장을 외부로 추출하는 과정에서 혈장이 다시 주채널의 전혈에 혼합되거나 주채널의 전혈이 혈장채널로 유입되어 분리된 혈장에 다시 혼합되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 별도의 주변 장치 없이 얇은 판체 형상으로 구성되어 모세관 현상에 의해 혈장이 분리되게 함으로써 혈액 분리 장치의 소형화를 통해 휴대가 가능하도록 하는 미세유체 혈장 추출기를 제공할 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 미량의 혈액만으로도 혈장을 분리할 수 있는 효과도 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 (6)

1. 전혈(全血)로부터 혈장 및 혈구를 분리하는 장치에 있어서,

   혈액유입홈(11)과 혈액배출홈(12) 사이에 형성되어 전혈이 이동하는 통로 역할을 하는 주채널(13)과, 상기 주채널(13)의 중단에 연결되어 주채널을 통과하는 전혈중 혈장만이 모세관 현상에 의해 유입되는 혈장채널(14)이 형성된 본체(1)와 ;

   탄성이 우수한 얇은 판체 형상로서, 상기 본체(1)의 상부에 적층되며, 일측에는 혈장을 외부로 추출하기 위한 혈장추출구(21)가 형성되고, 상기 본체에 형성된 혈액유입홈(11) 및 혈액배출홈(12)에 대향되는 부분에는 혈액유입구(24a)와 혈액배출구(24b)가 형성된 격막(2)과 ;

   상기 격막(2)의 상부에 적층되고, 상기 격막(2)에 형성된 혈장추출구(21)와 대향되는 혈장추출구(31)가 형성되고, 상기 본체에 형성된 혈액유입홈(11) 및 혈액배출홈(12)에 대향되는 혈액유입구(34a)과 혈액배출구(34b)가 형성되어 있으며, 상기 본체(1)에 형성된 혈장채널(14)이 유입부와 대향되는 저면에는 유체의 출입에 의해 상기 격막(2)을 부풀려 혈장채널(14)의 유로를 개폐시키는 제어채널(33)이 형성된 커버(3)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 미세유체 혈장 추출기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 주채널(13)이 혈장채널(14)보다 깊게 형성됨을 특징으로 하는 미세유체 혈장 추출기.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 커버(3)에 형성된 제어채널(33)의 일측에는 외부로부터 유체를 공급하기 위한 유체공급홀(32)이 연결됨을 특징으로 하는 미세유체 혈장 추출기.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 유체공급홀(32)에는 제어채널(33)에 공급되는 유체가 저장되고, 탄성을 갖는 구체(球體) 형상의 유체저장구(4)가 더 설치됨을 특징으로 하는 미세유체 혈장 추출기.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 제어채널(33)에 공급되는 유체는 물이나 오일 중 어느 하나임을 특징으로 하는 미세유체 혈장 추출기.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 격막(2)은 폴리머(polymer)막임을 특징으로 하는 미세유체 혈장 추출기.

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