KR100841355B1 - 무동력 혈액분리수단을 구비한 바이오센서 칩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무동력 혈액분리수단을 구비한 바이오센서 칩에 관한 것으로서, 혈액이 모세관력에 의해 유체채널을 따라 이동하면서 혈장과 혈구로 분리되도록 유체채널 내 특정한 채널구조에 의해 형성되는 무동력 혈액분리수단과, 혈액으로부터 추출된 혈장이 흐르게 되는 유체채널의 특정 구간에서 혈장으로부터 해당 성분을 검출하여 신호 출력하게 되는 센서수단을 구비하여 구성됨으로써, 칩 자체에 내장된 혈액분리수단에 의해 복잡한 원심분리기와 멤브레인 구조가 필요 없고, 작은 진단칩에서 혈구가 분리된 혈장을 대상으로 분석이 가능하므로 전혈 분석시에 비해 정확한 측정 결과를 얻을 수 있으며, 별도 동력 제공 없이 신속한 혈액 분리 및 분석이 가능한 장점을 가지는 바이오센서 칩에 관한 것이다.

바이오센서, 칩, 혈액분리수단, 무동력

Description

무동력 혈액분리수단을 구비한 바이오센서 칩{Biosensor chip provided with blood separation means}

도 1은 본 발명에 따른 바이오센서 칩의 일 실시예를 도시한 사시도,

도 2는 도 1에 도시된 바이오센서 칩의 내부구성을 보여주기 위한 분리사시도,

도 3은 도 1의 선 'A-A'를 따라 취한 단면도,

도 4a와 도 4b는 본 발명에서 유체채널 구조의 다른 예들을 비교하여 보여주기 위한 하부기판의 평면도,

도 5는 본 발명에 따른 바이오센서 칩의 다른 실시예를 도시한 사시도,

도 6은 도 5에 도시된 바이오센서 칩의 분리사시도,

도 7은 도 5의 바이오센서 칩에서 유체채널의 구조 및 전극의 배치상태를 보여주기 위한 하부기판의 평면도,

도 8은 본 발명에 따른 바이오센서 칩의 또 다른 실시예를 도시한 사시도,

도 9는 도 8에 도시된 바이오센서 칩의 분리사시도,

도 10은 도 8의 바이오센서 칩에서 유체채널의 구조 및 전극의 배치상태를 보여주기 위한 하부기판의 평면도,

도 11은 도 8에서 선 'B-B'를 따라 취한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 바이오센서 칩 110 : 칩 본체

111 : 상부기판 112 : 하부기판

113 : 혈액도입부 114 : 공기배출부

120 : 유체채널 121 : 혈액이동채널부

121a : 혈액유입부 122 : 혈장이동채널부

123a, 123b, 123c : 혈장이동채널부 130 : 센서수단

130a : 제1센서수단 130b : 제2센서수단

130c : 제3센서수단 131 : 작업전극

132 : 기준전극 133 : 시약고정부

135 : 인터페이스부 135a : 전기접속단

본 발명은 무동력 혈액분리수단을 구비한 바이오센서 칩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도입된 혈액이 모세관 현상에 의해 이동하도록 형성된 내부의 유체채널과, 혈액이 상기 유체채널을 따라 이동하면서 혈장과 혈구로 분리되도록 유체채널 내 특정한 채널구조에 의해 형성되는 무동력 혈액분리수단과, 혈액으로부터 추출된 혈장이 흐르게 되는 유체채널의 특정 구간에서 혈장으로부터 해당 성분을 검출하여 신호 출력하게 되는 센서수단을 구비하여 이루어진 바이오센서 칩에 관한 것이다.

21세기로 진입하면서 가장 뚜렷하게 나타나는 사회적 변화는 개별화, 분산화, 소형화이며, 이에 따라 전통적인 중앙통제적 사회에서 요구되었던 절차와 과정을 생략할 수 있는 방법과 문명이기를 개발하기 위한 노력들이 증대되고 있다.

이러한 변화는 임상 의료진단 분야에서도 뚜렷이 나타나고 있는 바, 의사의 판단에 의한 검사방법 선택, 검체 채취, 분석방법 결정 및 준비, 검사 시행, 의사에게 검사결과 송부, 의사의 검사결과 해석 및 치료방법 선정 등의 복잡한 진단과정을 거쳐야 했던 전통적인 임상 의료진단 과정을 탈피하여, 보다 신속히 환자의 진료를 결정할 수 있는 방법들이 요구되고 있다.

특히, 사회적 변화에 따라 환자의 체액이나 혈액을 채취하여 질병과 관련된 화학 및 생화학적 물질들을 별도의 중앙검사실에서 검사하는 방법보다는, 환자가 있는 곳에서 직접 의사, 간호사, 임상병리사 또는 환자 자신이 간편, 신속, 정확히 질병요인에 대한 국한된 검사를 실시하는 방법 및 이러한 검사를 수행하고 그 결과를 중앙 환자관리시스템에 자동으로 송부하여 줄 수 있는 인공지능형 소형 계측기기에 대한 수요가 급속히 증가하고 있다.

이에 따라 시간과 비용이 많이 드는 중앙검사실 분석에서 탈피하여 현장 측정으로 환자에게 필요한 검사를 보다 신속하고 정확히 제공할 수 있는 현장검사용 임상/혈액검사 시스템의 개발이 대학이나 연구소, 대기업을 중심으로 활발히 이루 어지고 있다.

현장검사용 임상/혈액검사 시스템이란 특정 공간에 국한되지 않고 검사 대상자 주변으로 이동하여 체액 및 혈액에 존재하는 각종 질병의 지표가 될 수 있는 화학 및 생화학적 물질들을 정량 또는 정성적으로 검출할 수 있는 계측기, 임상센서 및 시약 등을 통칭하는 것으로, 크게 생화학분석기, 면역분석기, 혈액응고분석기, 자동혈액분석기, 전해질분석기, 혈액가스분석기, 혈당분석기, 뇨분석기 등으로 분류할 수 있다.

상기와 같은 현장검사용 임상/혈액검사 시스템의 하나로서, 최근 혈액 등의 생체시료를 분석하기 위한 바이오센서 및 이를 이용한 측정기의 사용이 크게 증가하고 있다.

바이오센서란 측정 대상물로부터 정보를 얻을 때 생물학적 요소를 이용하거나 생물학적 요소를 모방하는 것을 사용하여 색, 형광, 전기적 신호 등과 같이 인식 가능한 유용한 신호로 변환시켜주는 시스템이라 할 수 있다.

이러한 바이오센서는 불과 몇 년 전까지만 하더라도 주로 임상적인 수요가 큰 혈당센서에 집중되었으나, 최근 분자생물학, 나노테크놀로지(NT) 및 정보통신기술(IT)의 급격한 발달로 다분야의 특성을 접목한 다양한 센서의 개발이 시도되고 있고, 단순한 생화학적 측면의 목적에 더하여 대량 검색과 다중 측정 또는 다중 진단이라는 관점에서 많은 관심을 끌고 있다.

의료진단 분야에서 바이오센서는 자유로운 이동이 가능하면서 즉각적인 감지가 가능하여 위험도가 높은 약품의 사용을 용이하게 하고, 중환자에 대한 신속한 진료도 가능하게 하므로, 지속적인 수요 확대가 예상되고 있다.

특히, 의료진단 분야의 예로서, 생체시료에 있는 특정 물질, 예컨대 혈액 중의 혈당, 콜레스테롤 등을 선택적으로 정량분석할 수 있는 바이오센서를 들 수 있으며, 전세계 각 제조사들을 중심으로 성능 개선 및 신기술 개발을 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.

현재까지 가장 많이 쓰이고 있는 바이오센서로는 혈당측정을 위한 혈당센서를 들 수 있는 바, 혈당센서의 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

혈당센서는 포도당을 산화시키는 글루코스 산화효소(GOD, glucose oxidase)를 폴리아크릴아미드의 겔막에 포괄 고정화시켜 이 막을 격막 센서 전극 위에 부착시켜서 만든 최초의 센서를 바탕으로 현재까지 끊임없이 발전되어 왔다.

혈당센서에 사용되는 효소인 GOD는 쉽고 값싸게 구할 수 있고, 다른 효소보다 pH, 이온강도, 온도에 대해 안정하며, GOD가 글루코스를 산화시키는 최적조건이 사람 혈액 속의 글루코스 농도와 일치한다는 이유로 널리 사용되고 있다.

상기와 같은 혈당센서의 분석법은 크게 광도법(photometeric method)과 전기화학법(electrochemical method)으로 나눌 수 있으며, 광도법과 전기화학법 모두 기본적으로는 글루코스와 반응하여 글루코스를 산화시킬 수 있는 산화효소를 사용한다.

광도법에서는 글루코스가 산화될 때 색의 변화를 가져오는 색소원을 사용하며, 색의 변화 정도를 광도계(photometer)를 사용하여 빛의 반사도 또는 투과도를 측정함으로써 정량화한다.

이에 비해서 전기화학법은 글루코스가 산화될 때 산소 또는 산화된 매개체가 과산화수소 또는 환원된 매개체로 바뀌고 다시 산화되어 원래의 산화된 형태로 되돌아올 때 발생하는 전자를 전극을 이용해서 흐르는 전류 형태로 측정하여 글루코스를 정량화한다.

광도법은 일반적으로 전기화학법에 비해 측정시간이 길고, 상대적으로 많은 양의 혈액을 필요로 하며, 생체시료의 혼탁도에 기인한 측정오차 등으로 인하여 중요한 생체물질을 분석하는데 어려움이 수반된다.

따라서, 최근에는 전극을 형성한 뒤 시료 내 측정 성분과 반응하는 분석시약을 전극 소정 부위에 도포 및 고정시키고, 혈액 등 생체시료가 도입된 후 일정 전위를 적용하여 생체시료 중의 특정 물질을 정량적으로 측정하는 전기화학법이 바이오센서에 많이 응용되고 있다.

미국특허 제5,437,999호 'Electrochemical Sensor'에는 PCB 산업에서 통상적으로 사용되는 기술을 전기화학적 바이오센서 테스트 스트립에 적합하도록 새롭게 응용하여, 정밀하게 정의된 전극 영역을 가지는 전기화학적 바이오센서 테스트 스트립에 관하여 기술되어 있다.

이 전기화학적 바이오센서 테스트 스트립은 매우 적은 시료 양으로 매우 정확한 전기화학적 측정을 수행할 수 있다.

또한 전기화학적 바이오센서와 관련된 특허로서, 본 발명의 출원인은 '전기화학적 바이오센서 테스트 스트립, 그 제조방법 및 전기화학적 바이오센서'를 출원한 바 있으며[등록특허 제340174호], 이는 제조경비 절감 및 제조공정의 단순화, 검출효율의 극대화를 위한 바이오센서 제조기술을 개시하고 있다.

또한 본 발명의 출원인은 '인식전극을 갖는 전기화학적 바이오센서 테스트스트립 및 이를 이용하는 측정기'를 출원한 바 있으며[등록특허 제385832호], 이는 테스트 스트립의 용도, 즉 분석물질을 바이오센서 측정기에 버튼 조작 없이 자동 인식시킬 수 있으므로 하나의 측정기를 사용하여 혈당, 콜레스테롤은 물론 GOT, GPT 등의 각종 혈액성분을 용이하게 정량분석할 수 있는 장점을 제공하고, 또한 측정기가 소켓을 따로 필요로 하지 않으므로 제조경비가 매우 저렴하며, 인식전극과 저항을 이용하여 간편하게 체크 스트립을 만들 수 있으면서 이로부터 분석물질의 정확한 농도를 계산할 수 있는 장점을 제공한다.

그리고, 본 발명의 출원인에 의해 출원된 등록특허 제515438호에는 필름을 이용한 '전기화학적 바이오센서 및 그 제조방법'이 개시되어 있는 바, 이는 스퍼터링 공정이 용이하면서 전극의 크기를 일정하게 형성할 수 있고, 측정 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 필름을 적절히 이용함에 따른 여러 장점들을 제공한다.

그 밖에 공개특허 제2005-96490호에는 전극이 형성된 전기화학적 바이오센서 테스트 스트립을 이용하면서 전압 인가시점의 피크전류가 왜곡됨 없이 해당 전압으로 변환되도록 전압변압수단이 설정되고, 측정시점의 디지털 전압신호가 A/D 컨버터의 기준전압 이하가 되도록 증폭기가 설정된 '전기화학적 바이오센서 측정기'가 개시되어 있는 바, 이는 높은 재현성은 물론 신뢰성 향상의 장점을 제공한다.

한편, 바이오센서의 분석대상이 되는 혈액은 약 55%의 체액성분인 혈장과 약 45%의 유형성분인 혈구로 되어 있고, 혈장은 92%가 수분과 6.5 ~ 7%의 혈장 단백 질, 나머지 1 ~ 1.5%의 무기염류, 효소, 호르몬, 비타민, 지질, 당질로 되어있다.

또한 유형성분인 혈구는 적혈구(erythrocyte,RBC), 백혈구(leukocyte,WBC) 및 혈소판(platelet)으로 되어 있고, 그 중 대부분을 적혈구가 차지하고 있다.

통상 상기한 바이오센서의 이용에 있어서 대부분 전혈을 그대로 사용하여 측정하고 있다.

즉, 사용자가 소량의 혈액을 채혈한 후, 혈액에서 혈장만을 분리하는 과정 없이, 바로 테스트 스트립 위에 혈액을 떨어뜨려 반응시키는 검사과정을 거치며, 현재 병원이나 가정에서 일반인이 쉽게 사용하도록 판매되는 대부분의 바이오센서 진단분석기 제품들이 혈장만을 분리하는 별도 기구 없이 전혈을 그대로 사용하는 형태로 제공되고 있다.

그러나, 전혈에는 혈구 등의 유형성분이 존재하고, 또한 이러한 혈구가 분석 결과에 영향을 미치는 유효성분으로 작용하기 때문에, 정확한 결과를 얻기 위해서는 혈구에 의한 효과가 배제될 수 있도록 혈장만을 사용하여 검사를 실시하는 것이 가장 유리하며, 특히 글루코스나 콜레스테롤 측정시에는 더욱 그러하다.

일 예를 들어, 글루코스를 측정할 경우, 전혈을 사용해도 측정이 가능하고 신뢰성 있는 값을 얻을 수는 있으나, 혈구 성분들이 전극을 가리는 현상으로 측정값에 대한 오류로 작용할 가능성이 크다.

하지만, 상기와 같이 혈장만으로 측정을 하게 되면 신뢰성 있는 측정이 가능하고 측정오차를 줄일 수 있지만 바이오센서 시스템에서 혈구를 따로 분리해내기란 쉽지가 않다.

혈액에서 혈장과 혈구를 분리하는 방법으로는 큰 원심분리기를 이용하여 원심분리하는 방법과 셀룰로오스와 같은 멤브레인을 이용하는 방법이 알려져 있다.

그러나, 이러한 방법은 혈액의 확실한 분리가 가능하지만 여러 번거로운 프로토콜을 거쳐야 하고, 많은 시간을 기다려야 하며, 전문지식 및 숙련도를 필요로 하여 일반인을 대상으로 한 제품에 적용하기에는 많은 어려움이 있다.

또한 채혈을 실시하고 원심분리기 등을 사용하여 유형성분인 혈구와 혈장을 분리한 뒤 혈액성분에 대한 분석을 실시해야 하므로, 많은 혈액이 필요한 것은 물론 기구나 장치를 구동시키기 위한 동력이 필요하다.

또한 원심분리기 및 주변 장치를 필요로 하여 소수의 검체를 급하게 처리할 때나 현장검사 등을 실시할 때 효율적인 이용이 어렵고, 휴대 또한 용이하지 못하다.

그리고, 초소형 진단칩이나 바이오센서의 제작에 있어서 칩 자체에 혈액분리기구나 장치를 구성하기란 거의 불가능하나, 만약 초소형으로 집적을 하더라도 공정상 매우 복잡한 과정을 거쳐야 하고, 제품의 생산성을 떨어뜨리는 것은 물론 제품의 단가를 크게 상승시키는 요인이 된다.

이에 극소형으로 제작이 가능하면서 별도의 동력 없이 극미량의 혈액을 보다 신속히 분리 및 분석할 수 있는 바이오센서의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 혈액이 모세관력에 의해 유체채널을 따라 이동하면서 혈장과 혈구로 분리되도록 유체채널 내 특정한 채널구조에 의해 형성되는 무동력 혈액분리수단과, 혈액으로부터 추출된 혈장이 흐르게 되는 유체채널의 특정 구간에서 혈장으로부터 해당 성분을 검출하여 신호 출력하게 되는 센서수단을 구비하여 구성됨으로써, 칩 자체에 내장된 혈액분리수단에 의해 복잡한 원심분리기와 멤브레인 구조가 필요 없고, 작은 진단칩에서 혈구가 분리된 혈장을 대상으로 분석이 가능하므로 전혈 분석시에 비해 정확한 측정 결과를 얻을 수 있으며, 별도 동력 제공 없이 신속한 혈액 분리 및 분석이 가능한 장점을 가지는 바이오센서 칩을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 상부기판과 하부기판으로 이루어지고, 일측과 타측에 각각 혈액도입부와 공기배출부가 형성된 칩 본체와; 상기 혈액도입부를 통해 도입된 혈액이 모세관 현상에 의해 공기배출부쪽으로 이동되도록, 상기 칩 본체 내부에 혈액도입부와 공기배출부 사이의 소정 경로로 형성된 유체채널과; 상기 유체채널 내부에서 소정의 채널구조에 의해 형성되어, 혈액이 통과시에 혈장과 혈구로 분리되도록 하는 무동력 혈액분리수단과; 상기 혈액분리수단에 의해 분리된 혈장이 흐르게 되는 유체채널의 특정 구간에 설치되어, 혈장으로부터 해당 성분을 검출하여 신호 출력하는 센서수단;을 포함하는 무동력 혈액분리수단을 구비한 바이오센서 칩을 제공한다.

여기서, 상기 유체채널은, 상기 혈액도입부와 연결된 일측의 통로구간인 혈액이동채널부와; 상기 혈액분리수단에 의해 분리된 혈장만이 추출되어 이동되고, 도중에 상기 센서수단이 위치되며, 상기 혈액이동채널부로부터 상기 공기배출부로 연결되는 타측의 통로구간인 혈장이동채널부;로 구성되고,

상기 혈액분리수단을 형성하는 채널구조는, 상기 혈액이동채널부와 상기 혈장이동채널부의 경계가 되는 부분에서 혈장과 혈구가 분리되도록, 상기 혈장이동채널부의 통로높이가 혈장만이 통과할 수 있는 높이로 상기 혈액이동채널부의 통로높이에 비해 낮게 형성된 단차진 채널구조인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 유체채널에서 혈장이동채널부의 통로높이가 1㎛ 이하로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 유체채널에서 상기 혈장이동채널부가 혈액이동채널부로부터 복수개로 분기된 구조이고, 분기된 상기 각 혈장이동채널부에 각각 센서수단이 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 센서수단은 일단부가 유체채널 저면을 통과하도록 하부기판 상에 길게 설치된 작업전극 및 기준전극과, 상기 작업전극 및 기준전극에 걸쳐 유체채널 저면을 포함한 소정 영역에 분석시약이 고정되어 이루어진 시약고정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 센서수단은 각 전극의 타단부에 일체로 형성된 전기접속단을 하부기판 일측에 배열 설치하여 이루어지고 측정기에 접속되어 전극으로부터 출력되는 전기신호를 측정기에 전달하는 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 유체채널은 상부기판과 하부기판 중 어느 한쪽의 접합면 또는 양쪽의 접합면에 형성된 홈 구조에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은, 상부기판과 하부기판으로 이루어지고, 상부기판 일측에 혈액도입부가 관통 형성되며, 타측에는 복수개의 공기배출부가 형성된 칩 본체와; 상기 혈액도입부의 직하방 위치에서 하부기판 상에 소정 깊이의 홈 구조로 형성된 혈액유입부와, 상기 혈액유입부로부터 방사상으로 분기되어 각 공기배출부로 연결되도록 하부기판 상에 형성된 복수개의 혈장이동채널부로 이루어진 유체채널과; 상기 유체채널 내부에서 소정의 채널구조에 의해 형성되어, 상기 혈액도입부를 통해 혈액유입부로 제공된 혈액이 통과시에 혈구가 분리되면서 혈장만이 모세관 현상에 의해 각 혈장이동채널부로 흡입되도록 하는 무동력 혈액분리수단과; 상기 각 혈장이동채널부에 설치되어, 흡입된 혈장으로부터 해당 성분을 검출하여 신호 출력하는 센서수단;을 포함하는 혈액분리수단을 구비한 바이오센서 칩을 제공한다.

여기서, 상기 혈액분리수단을 형성하는 채널구조는, 상기 혈액유입부와 상기 각 혈장이동채널부의 경계가 되는 부분에서 혈장과 혈구가 분리되도록, 상기 각 혈장이동채널부의 통로높이가 혈장만이 통과할 수 있는 높이로 축소 형성되어, 상기 경계가 되는 부분이 단차진 구조로 된 채널구조인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 유체채널에서 혈장이동채널부의 통로높이가 1㎛ 이하로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 각 센서수단은 일단부가 혈장이동채널부의 저면을 통과하도록 하 부기판 상에 길게 설치된 작업전극 및 기준전극과, 상기 작업전극 및 기준전극에 걸쳐 혈장이동채널부 저면을 포함한 소정 영역에 분석시약이 고정되어 이루어진 시약고정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 센서수단은 각 전극의 타단부에 일체로 형성된 전기접속단을 하부기판 일측에 배열 설치하여 이루어지고 측정기에 접속되어 전극으로부터 출력되는 전기신호를 측정기에 전달하는 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위하여 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 바이오센서 칩의 일 실시예를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 바이오센서 칩의 내부구성을 보여주기 위한 분리사시도이다.

또한 첨부한 도 3은 도 1의 선 'A-A'를 따라 취한 단면도로서, 이는 본 발명에서 유체채널 구조를 명확히 보여주기 위한 것이며, 도 4a와 도 4b는 본 발명에서 유체채널 구조의 다른 예들을 비교하여 보여주기 위한 하부기판의 평면도이다.

본 발명은 무동력 혈액분리수단을 구비한 진단용 바이오센서 칩(또는 스트립)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도입된 혈액이 모세관 현상(capillary)에 의해 이동하도록 형성된 내부의 유체채널(120)과, 혈액이 상기 유체채널(120)을 따라 이동하면서 혈장과 혈구로 분리되도록 유체채널(120) 내 특정한 채널구조에 의해 형성되는 무동력 혈액분리수단과, 혈액으로부터 추출된 혈장(즉, 혈구가 분리된 혈장)이 흐르게 되는 유체채널(120)의 특정 구간에서 혈장으로부터 해당 성분을 검출하여 신호 출력하게 되는 센서수단(130)을 구비하여 이루어진 바이오센서 칩(100)에 관한 것이다.

특히, 본 발명의 바이오센서 칩(100)은 혈액이 모세관력(capillary force)에 의해서만 유체채널(120)을 따라 이동하면서 혈구가 혈장으로부터 분리되고 또한 이렇게 분리된 혈장이 센서수단(130)에 도달하도록 되어 있는 바, 외부의 어떠한 동력 제공 없이도 오직 모세관력에 의해서만 혈액이 이동하면서 혈구와 혈장이 자동 분리된 후 상기 센서수단(130)에 의해 성분 검출이 이루어질 수 있도록 제공되는 것이다.

이와 같이 본 발명의 바이오센서 칩(100)은 무동력 혈액분리수단과 센서수단(130) 등이 하나의 칩 상에 구비되어 제공되는 것으로서, 해당 성분의 분석을 위해 사용자가 채취된 미량의 혈액을 혈액도입부(113)를 통해 도입시킨 뒤 측정기(도시하지 않음)에 결합시켜서 사용하며, 이때 측정기는 센서수단(130)이 출력하는 전기적인 신호를 입력받아 그 신호를 이용하여 해당 성분을 정량분석하게 된다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예의 구성에 대해 상술하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오센서 칩(100)은, 칩 본체(110)와, 사용자에 의해 제공된 혈액이 모세관력에 의해 소정 경로를 따라 이동하도록 상기 칩 본체(110) 내부에 형성된 유체채널(120)과, 상기 유체채널(120) 내부에 형성되어 혈액이 통과됨으로써 혈구와 혈장으로 분리되도록 하는 무동력 혈액분리수단과, 상기 혈액분리수단에 의해 분리된 혈장으로부터 해당 성분을 검출하기 위해 구비된 센서수단(130)을 포함하여 구성된다.

상기 칩 본체(110)는 절연재질로 제작된 상부기판(111)과 하부기판(112)으로 구성되고, 상기 상부기판(111)과 하부기판(112)이 상하로 접착된 상태에서 내부에 유체채널(120)을 형성하게 된다.

상기 상부기판(111)과 하부기판(112)은 일 예로 투명한 글래스를 재질로 하여 제작될 수 있다.

상기 유체채널(120)은 칩 본체(110) 내부, 즉 상부기판(111)과 하부기판(112) 간의 접합면 상에 형성된 혈액의 이동통로로서, 일단은 채취된 혈액이 제공되는 칩 본체(110)의 혈액도입부(113)로, 타단은 혈액도입부(113)에 제공된 혈액이 유체채널(120) 내부에서 모세관 현상에 의해 이동할 수 있도록 외부로 개방된 칩 본체(110)의 공기배출부(114)로 연결되어 있으며, 이에 유체채널(120)이 칩 본체(110) 내부에서 혈액도입부(113)와 공기배출부(114) 사이를 연결하는 혈액의 이동통로가 된다.

상기 혈액도입부(113)는 진단 및 측정을 위해 사용자가 채취한 혈액을 투입하는 입구가 되는 부분으로, 이는 도시한 실시예에서와 같이 유체채널(120)의 입구쪽 끝단부분, 보다 명확히는 혈액이동채널부(121)의 입구쪽 끝단부분에서 두 기판(111,112) 사이 개방된 기판 측단의 입구부분이 될 수 있다.

즉, 유체채널(유체채널에서도 혈액이동채널부가 되는 부분임)(120)을 기판 가장자리 측단 끝까지 연장 형성하여, 두 기판(111,112) 사이 개방된 기판 측단의 입구부분이 혈액도입부(113)의 역할을 하도록 하는 것이다.

이 경우 개방된 측단 입구부분에 혈액을 묻혀주기만 하면 모세관 현상에 의해 유체채널 내부로 혈액이 빨려들어가게 된다.

이와 같이 혈액도입부(113)는 채취된 혈액을 방울형태로 떨어뜨리거나 묻혀주게 되면 이 혈액이 유체채널(120) 내부에 유입되도록 칩 본체(110)의 일측에 혈액이 제공될 수 있는 개방부를 형성하여서 구성되는 것이다.

그리고, 도면상에는 도시되지 않았지만, 상부기판(111)에 유체채널(120)의 일단, 보다 명확히는 혈액이동채널부(121)의 일단과 연결되는 별도의 개방부를 형성하여 혈액도입부를 구성할 수도 있다.

예를 들면, 유체채널(120)의 일단이 개방되도록 상부기판(111)의 가장자리 일부가 소정 형상으로 절개된 홈 구조의 개방부를 형성한 혈액도입부가 실시 가능하며, 또는 유체채널(120) 일단의 위치에서 혈액도입부로서 상부기판(111)을 관통하는 홀을 형성하여 이곳을 통해 혈액이 투입되도록 하는 것도 가능하다.

이와 같이 칩 본체 외부에서 모세관 현상에 의해 내부의 유체채널로 혈액이 도입될 수 있는 구조라면 혈액도입부는 다양한 형태로 실시될 수 있고, 또한 도시한 예로부터 적절히 변형이 가능하다.

다음으로, 상기 유체채널(120)은 상기 칩 본체(110) 내부에, 즉 상부기판(111)과 하부기판(112) 사이에 형성되어 혈액도입부(113)를 통해 제공된 혈액을 센서수단(130)으로 이동시키기 위한 혈액 이동통로로서, 특히 유체채널(120)에서 혈액도입부(113)의 반대측에 공기배출부(114)가 형성됨으로써 혈액도입부(113)를 통해 제공된 혈액이 모세관 현상에 의해 내부로 흡입 및 이동하게 된다.

즉, 채취된 혈액이 상기 혈액도입부(113)에 투입될 경우, 혈액이 모세관력에 의해 유체채널(120) 내부로 자연스럽게 빨려들어간 뒤 순간적으로 공기배출부(114)쪽으로 이동하게 되며, 이때 혈액은 오직 모세관력에 의해서만 유체채널(120)을 따라 이동하게 된다.

바람직한 실시예에서, 상기 유체채널(120)은 모세관력에 의해 혈액이 이동할 수 있는 나노채널을 하부기판(112) 상에 홈 구조로 형성하여 구성되며, 이때 칩 본체(110) 일측의 혈액도입부(113) 위치에서 타측의 공기배출부(114) 위치까지 소정의 경로로 길게 형성시킨다.

한편, 본 발명에서 유체채널(120)은 모세관력에 의해 이동할 수 있는 통로가 되면서 특히 혈액분리수단으로 혈장과 혈구를 분리할 수 있는 소정의 채널구조를 가지는 것에 큰 특징이 있는 것이다.

보다 상세하게는, 상기 유체채널(120)은 채취된 혈액이 혈액도입부(113)로부터 처음 유입되는 혈액이동채널부(121)와, 상기 혈액이동채널부(121)에서 혈구가 분리된 혈장만이 유입되어 이동하는 혈장이동채널부(122)로 구성되며, 이때 혈액이동채널부(121)와 혈장이동채널부(122)는 하나의 유체통로를 이루도록 연결되되, 양측 채널부(121,122)의 경계가 되는 부분에서 혈장과 혈구가 분리될 수 있도록 두 채널부(121,122)의 통로높이가 상이하게 형성된다.

이때, 유체채널(120)을 구성하는 혈액이동채널부(121)와 혈장이동채널부(122)에서 혈액 또는 혈장은 오직 모세관력에 의해서만 이동되는데, 혈장이동채널부(122)의 통로높이를 혈액이동채널부(121)의 통로높이보다 상대적으로 낮게 하여, 혈액이동채널부(121)로 들어온 혈액으로부터 혈장만이 혈장이동채널부(122)로 유입될 수 있게 한다.

즉, 본 발명의 바이오센서 칩(100) 본체에서는 혈액도입부(113)를 통해 도입된 혈액이 먼저 혈액이동채널부(121)로 유입된 후 두 채널부(121,122)의 경계부에서 소정 크기의 유형성분인 혈구가 낮은 통로높이에 의해 혈장이동채널부(122)를 통과하지 못한 채 혈장성분만이 혈장이동채널부(122)로 추출되어 이동하게 되며, 결국 혈장이동채널부(122)를 통해 추출된 혈장성분만이 센서수단(130)에 도달될 수 있게 한 것이다.

바람직한 실시예에서, 상기 혈액이동채널부(121)는 혈액을 구성하는 성분들이 모세관력에 의해 원활히 이동될 수 있는 20㎛ 정도의 통로높이를 갖도록 형성되고, 상기 혈장이동채널부(122)는 혈구가 통과하지 못하여 혈장성분만이 추출된 후 이동될 수 있는 1㎛ 이하의 통로높이를 가진 나노채널로 형성된다.

도 3은 상기한 유체채널의 단면구조를 보여주는 것으로, 유체채널의 길이방향을 따라 단면한 구조를 나타내고 있는 바, 이를 참조하면, 하부기판(112) 상에 홈 구조의 통로를 형성한 뒤 그 위로 상부기판(111)을 접착시켜, 칩 본체(110) 내부의 유체채널(120), 즉 상부기판(111)과 하부기판(112)이 형성하는 유체채널(120)이 형성됨을 볼 수 있으며, 유체채널(120)은 일측의 혈액도입부(113)쪽 통로구간인 혈액이동채널부(121)와, 센서수단(130) 및 공기배출부(114)가 위치되고 혈구가 분리된 혈장성분만이 추출되어 이동하는 통로구간인 혈장이동채널부(122)로 구성되고, 특히 혈장이동채널부(122)의 통로높이는 혈구가 통과하지 못하도록 혈액이동채널부(121)에 비해 상대적으로 낮게 형성됨을 볼 수 있다.

도 3에서 혈액이동채널부(121)와 혈장이동채널부(122)의 경계부분은 단차진 구조가 되어 일종의 걸림턱을 역할을 하도록 되어 있는 바, 이 턱 부분에 혈구가 걸리면서 통과하지 못하게 되고, 이에 혈장성분만이 혈액이동채널부(121)에서 모세관력에 의해 혈장이동채널부(122)로 이동되어 센서수단(130)에 도달하게 된다.

다시 말해, 채취된 혈액이 일측의 혈액도입부(113)에 제공되면, 모세관력에 의해 혈액이 기판과 기판 사이의 유체채널(120) 내부로 순간 흡입되면서 타측의 공기배출부(114)쪽으로 이동하는 바, 이때 혈구는 혈장이동채널부(122)의 좁은 통로를 통과하지 못하므로 혈장성분만이 모세관력에 의해 공기배출부(114)쪽으로 이동하게 되고, 결국 모세관력 및 단차진 축소형 채널구조에 의해 동력 제공 없이도 혈액의 분리가 자연적으로 이루어지게 된다.

도시한 실시예에서, 하부기판(112) 상에 형성된 유체채널(120)은 식각공정을 통해 형성될 수 있으며, 하부기판(112) 상에서 식각 마스크 및 식각용액을 사용하여 홈 구조의 채널을 형성할 수 있다.

유리기판 상에 미세 채널을 형성하기 위하여 식각용액으로는 불산(HF)을 사용할 수 있으며, 혈액이동채널부(121)의 식각 깊이를 혈장이동채널부(122)의 식각 깊이에 비해 크게 하여야 하는 바, 혈액이동채널부(121)와 혈장이동채널부(122)의 식각공정을 나누어 단계적으로 실시하는 2단계 식각처리를 통해 도시된 바의 단차진 채널구조를 형성할 수 있다.

도시한 실시예는 하부기판(112)을 식각처리하여 유체채널(120)을 형성한 예를 나타낸 것으로서, 하부기판(112) 대신 상부기판(111) 상에 단차진 홈 구조의 유체채널을 식각처리하여 형성하는 것도 실시 가능하다.

물론, 상부기판(111)과 하부기판(112)의 양측 접합면 대응위치에 각각 홈 구조의 채널을 형성하고, 상부기판(111)과 하부기판(112)의 접합시에 양측의 홈 구조가 하나의 유체채널을 형성하도록 할 수도 있다.

상기 공기배출부(114)는 모세관 현상에 의해 유체채널(120) 내부의 혈액 또는 혈장이 이동할 수 있도록 일종의 벤트홀 역할을 하는 것으로, 도시한 실시예에서는 유체채널(120), 보다 명확히는 혈장이동채널부(122)를 기판 가장자리 측단 끝까지 연장 형성하여, 두 기판(111,112) 사이 개방된 기판 측단의 출구부분(공기배출부가 됨)을 통해 공기가 배출되도록 하고 있다.

공기배출부(114)의 다른 예로서, 유체채널(120)의 출구쪽 끝단, 보다 명확히는 혈장이동채널부(122)의 출구쪽 끝단과 연결되도록 상부기판(111)의 가장자리 일부가 소정 형상으로 절개된 홈 구조의 개방부를 형성하여 구성하거나, 상부기판(111)을 관통하는 홀 구조의 개방부를 형성하여 구성할 수 있다.

이와 같이 유체채널 내부의 공기가 배출될 수 있는 구조, 즉 유체채널의 출구쪽이 칩 본체 외부로 개방되는 구조라면 공기배출부는 다양한 형태로 실시될 수 있고, 도시한 예로부터 적절히 변형이 가능하다.

도 4a와 도 4b는 본 발명의 바이오센서 칩에서 유체채널 구조의 두 가지 다른 예를 보여주는 것으로, 도 4a의 경우 혈장이동채널부(122)의 통로폭을 혈액이동채널부(121)의 통로폭에 비해 상대적으로 축소시킨 예를 나타내며, 이러한 유체채널(120) 구조에서는 혈장이동채널부(122)의 통로폭 및 통로높이가 혈액이동채널부(121)에 비해 모두 축소된 채널구조가 된다.

도 4b의 경우 혈액이동채널부(121)와 혈장이동채널부(122)의 통로폭을 동일하게 한 예를 나타내며, 통로폭은 동일하지만, 혈액으로부터 혈장만이 통과할 수 있도록 혈장이동채널부(122)에서 통로높이에 차이를 둔 것은 앞에서 설명한 바와 같다.

다음으로, 혈구가 분리된 혈장으로부터 해당 성분을 검출하기 위한 센서수단의 구성에 대해 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명하기로 한다.

도시된 바와 같이, 센서수단(130)은 혈장이동채널부(122)에서 일단부가 유체채널(120) 저면을 통과하도록 하부기판(112) 상에 길게 설치된 작업전극(131) 및 기준전극(132)과, 상기 작업전극(131) 및 기준전극(132)에 걸쳐 유체채널(120) 저면을 포함한 소정 영역에 분석시약이 고정되어 이루어진 시약고정부(133)를 포함하여 구성된다.

상기 두 전극(131,132)의 타단부는 바이오센서 칩(100)이 측정기에 삽입될 때 측정기의 소켓장치에 접속되는 부분으로서, 전극으로부터 출력되는 전기신호를 측정기의 소켓장치에 전달하는 인터페이스부가 된다.

이러한 센서수단(130)이 구비된 바이오센서 칩(100)에서, 전술한 바의 단차 진 축소형 채널구조에 의해 추출된 혈장은 모세관력으로 혈장이동채널부(122)를 따라 이동하면서 센서수단(130)의 시약고정부(133)를 통과하게 되어 있다.

상기 작업전극(131) 내에서 분석시약이 고정된 부분은 산화환원반응 등 혈장 내 분석물질과 분석시약 간의 반응이 일어나는 부분이 된다.

따라서, 혈구가 분리된 혈장이 혈장이동채널부(122)로 유입되어 시약고정부(133)에 도달하게 되면, 공지의 바이오센서 칩에서와 마찬가지로, 작업전극(131)에서는 반응을 통해 전자가 생성되면서 일정시간 동안 전류신호가 발생하며, 바이오센서 칩(100)이 측정기에 삽입된 상태에서 이 전류신호를 측정기가 읽어서 혈장 내 해당 성분을 정량분석하게 된다.

센서수단(130)을 구성하는 작업전극(131)과 기준전극(132)의 형상 및 구조는 도시한 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상 및 구조의 실시가 가능한 바, 당업자라면 도시한 예로부터 전극의 형상 및 구조를 적절히 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 바이오센서 칩은, 도입된 혈액이 오직 모세관력에 의해 유체채널 내부를 이동하면서, 통로높이의 차이를 갖는 단차진 유체채널 구조에 의해 혈구가 분리된 혈장만이 추출된 후, 센서수단으로 이동되어 특정 성분의 검출이 이루어지는 무동력 전기화학적 바이오센서 칩이 된다.

한편, 첨부한 도 5는 본 발명에 따른 바이오센서 칩의 다른 실시예를 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 바이오센서 칩의 분리사시도이며, 도 7은 도 5의 바이오센서 칩에서 유체채널의 구조 및 전극의 배치상태를 보여주기 위한 하부 기판의 평면도로서, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

이에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 바이오센서 칩(100)은, 칩 본체(110)와, 사용자에 의해 제공된 혈액이 모세관력에 의해 소정 경로를 따라 이동하도록 상기 칩 본체(110) 내부에 형성된 유체채널(120)과, 상기 유체채널(120) 내부에 형성되어 혈액이 통과됨으로써 혈구와 혈장으로 분리되도록 하는 무동력 혈액분리수단과, 상기 혈액분리수단에 의해 분리된 혈장으로부터 해당 성분을 검출하기 위해 구비된 센서수단(130a ~ 130c)을 포함하여 구성된다.

이와 같이 기본 구성은 앞의 실시예(도 1 내지 도 4b 참조)와 같으나, 도 5 내지 도 7의 실시예는 복수개의 혈장이동채널부(123a ~ 123c)가 형성된 예로서, 혈액으로부터 추출된 혈장성분이 각 혈장이동채널부(123a ~ 123c)를 통해 해당 센서수단(130a ~ 130c)으로 나누어져 흐를 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 유체채널(120)의 혈액이동채널부(121)에 연결된 혈장이동채널부(123a ~ 123c)가 복수개로 분기되어 형성되고, 분기된 각 혈장이동채널부(123a ~ 123c)에 센서수단(130a ~ 130c)이 설치된다.

이때, 상기 혈액이동채널부(121)로부터 각 혈장이동채널부(123a ~ 123c)로 이어지는 유체채널(120)의 단면구조는 도 3에 도시된 단면구조와 동일하며, 혈액이 모세관력에 의해 이동하면서 혈액이동채널부(121)와 혈장이동채널부(123a ~ 123c)의 통로높이에 차이를 둔 유체채널(120) 구조에 의해 혈액으로부터 혈장과 혈구가 분리되는 원리 및 작용 또한 도 1 ~ 도 4b의 실시예와 동일하다.

즉, 유체채널(120)이 단차진 축소형 채널구조에 의해 형성되는 혈액분리수단 을 가지며, 이를 위해 혈장이동채널부(123a ~ 123c)의 통로높이를 혈액이동채널부(121)의 통로높이에 비해 상대적으로 축소하되, 바람직하게는 각 혈장이동채널부(123a ~ 123c)의 통로높이를 나노채널로서 혈구가 분리되면서 혈장만이 통과할 수 있는 1㎛ 이하가 되도록 한다.

또한 각 센서수단(130a ~ 130c)에서 작업전극(131) 및 기준전극(132), 시약고정부(133)의 구성 및 작용 또한 앞에서 설명한 실시예와 동일하다.

도 5 내지 도 7의 실시예는 바이오센서 칩(100)을 측정기에 삽입할 때 측정기의 소켓장치에 접속되는 인터페이스부(135)를 칩 본체(110) 일측에 설치한 예로서, 인터페이스부(135)는 상기 전극이 출력하는 전기적 신호를 측정기에 전달하는 구성부가 되며, 바이오센서 칩(100)이 측정기에 삽입될 때 신호 전달을 위하여 측정기의 소켓장치에 접속되는 부분이 된다.

상기 인터페이스부(135)는 각 전극(131,132)의 일단부에 일체로 형성된 전기접속단(135a)을 하부기판(112) 일측에 배열 설치함으로써 구성된다.

이와 같이, 혈장이동채널부(123a ~ 123c)가 분기된 구조로 되어 있는 점, 각 혈장이동채널부에 센서수단(130a ~ 130c)을 설치하여 다중 진단이 가능한 점을 제외하고는, 도 5 내지 도 7의 실시예는 앞에서 설명한 실시예와 차이가 없다.

상기와 같이 이루어진 바이오센서 칩(100)은 혈액도입부(113)로 제공된 혈액이 모세관력에 의해 유체채널(120) 내에서 이동하면서 추출된 혈장성분이 각 혈장이동채널부(123a ~ 123c)로 분기되어 흐르고, 각 혈장이동채널부(123a ~ 123c)에 설치된 센서수단(130a ~ 130c)에 의해 혈장 내 여러 특정 성분들이 동시에 검출될 수 있게 된다.

즉, 분기된 각 혈장에 대하여 독립적으로 특정 성분을 분석할 수 있는 바, 혈당, 콜레스테롤, GOT/GPT 등 여러 성분의 분석을 하나의 바이오센서 칩을 이용하여 진단이 가능해지는 것이다.

예를 들면, 분석시약의 종류를 달리하여 제1센서수단(130a)은 혈당을, 제2센서수단(130b)은 콜레스테롤을, 제3센서수단(130c)은 GPT 또는 GOT를 검출하도록 하면, 이후 측정기에서 3가지 성분에 대한 정량분석이 모두 가능해지는 바, 본 실시예의 바이오센서 칩은 다중 진단이 가능한 바이오센서 칩이 된다.

도 5 및 도 6에서 도면부호 114는 각 혈장이동채널부(123a ~ 123c)의 끝단에 형성된 공기배출부를 나타내는 것으로, 이는 혈장이동채널부(123a ~ 123c)의 끝단 위치에 상부기판(111)을 관통하는 홀을 형성하여 구성한 예이다.

이와 같이 벤트홀 역할을 하는 공기배출부(114)를 각 혈장이동채널부(123a ~ 123c)의 끝단에 형성함으로써, 혈액도입부(113)로 제공된 혈액이 모세관 현상에 의해 유체채널(120) 내부로 흡입 및 이동될 수 있고, 또한 이러한 모세관력에 의한 혈액 이동과 더불어 단차진 축소형 채널구조에 의해 혈구가 분리된 혈장성분만이 혈장이동채널부(123a ~ 123c)로 추출될 수 있게 된다.

상기 혈액도입부(113)와 공기배출부(114)는 도 1 내지 도 4b의 실시예와 마찬가지로 다양하게 변형될 수 있는 바, 예를 들면, 혈액도입부가 상부기판(111)의 가장자리 일부가 소정 형상으로 절개된 홈 구조의 개방부를 형성하여 구성되거나, 상부기판(111)에 관통홀을 형성하여 구성될 수 있다.

또한 공기배출부의 경우도 유체채널(120)을 기판 가장자리 측단 끝까지 연장 형성하여, 두 기판(111,112) 사이 개방된 기판 측단의 출구부분(공기배출부가 됨)을 통해 공기가 배출되도록 할 수 있다.

그리고, 도 5 및 도 6에는 3개의 혈장이동채널부(122a ~ 122c)와 센서수단(작업전극 및 기준전극, 시약고정부)(130a ~ 130c)이 구비된 예가 도시되어 있으나, 분기된 혈장이동채널부(123a ~ 123c)의 수와 센서수단(130a ~ 130c)의 수는 적절히 변경이 가능하다.

또한 본 발명에서 센서수단(130a ~ 130c)을 구성하는 작업전극(131) 및 기준전극(132), 인터페이스부(135)의 전기접속단(135a)의 형상 및 구조, 배치상태 역시 도시한 예에 의해 한정되지 않으며, 다양한 형상 및 구조, 배치상태의 실시가 가능한 바, 당업자라면 도시한 예로부터 적절히 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

한편, 첨부한 도 8은 본 발명에 따른 바이오센서 칩의 또 다른 실시예를 도시한 사시도이고, 도 9는 도 8에 도시된 바이오센서 칩의 분리사시도이다.

또한 첨부한 도 10은 도 8의 바이오센서 칩에서 유체채널의 구조 및 전극의 배치상태를 보여주기 위한 하부기판의 평면도이고, 도 11은 도 8에서 선 'B-B'를 따라 취한 단면도이다.

여기서는 혈장이동채널부(122)가 방사형으로 배치 형성된 다중 진단용 바이오센서 칩(100)을 보여주고 있다.

도시된 바와 같이, 상부기판(111)에는 상대적으로 넓은 면적의 혈액도입부(113)가 관통 형성되고, 이 혈액도입부(113)의 직하방 위치에서 하부기판(112) 상에는 소정 깊이의 혈액유입부(121a)가 홈 구조로 형성된다.

그리고, 하부기판(112) 상에 혈액유입부(121a)로부터 방사상으로 배치되도록 복수개의 채널이 형성되는 바, 하부기판(112) 위에 상부기판(111)이 접착된 상태에서 방사상의 각 채널과 상부기판(111)이 형성하는 통로가 혈액으로부터 혈장이 추출되어 이동하게 되는 혈장이동채널부(122)가 된다.

또한 상기 각 혈장이동채널부(122)의 끝단에는 공기배출부(114)가 형성되고, 이 공기배출부(114)는 상부기판(111)을 관통하는 홀 구조로 형성될 수 있다.

물론, 유체채널(120), 보다 명확히는 혈장이동채널부(122)를 기판 가장자리 측단 끝까지 연장 형성하여, 공기배출부로서 두 기판(111,112) 사이 개방된 기판 측단의 출구부분(공기배출부가 됨)을 통해 공기가 배출되도록 할 수 있다.

여기서, 각 혈장이동채널부(122)를 구성하게 되는 하부기판(112)의 각 채널은 혈액유입부(121a)의 깊이에 비해 상대적으로 낮은 깊이로 형성되며, 바람직하게는 상부기판(111)과 하부기판(112)이 조합된 상태에서 혈장이동채널부(122)의 통로높이를 나노채널로서 혈구가 분리되면서 혈장만이 통과할 수 있는 1㎛ 이하가 되도록 한다.

결국, 혈액유입부(121a)로부터 각 혈장이동채널부(122)로 연결되는 유체채널(120)에는 도 11에 나타낸 바와 같이 혈액유입부(121a)와 혈장이동채널부(122)의 경계가 되는 부분에서 단차진 채널구조가 만들어지며, 이와 같이 혈구가 통과할 수 없는 통로높이로 혈장이동채널부(122)를 형성한 채널구조가 곧 혈액을 혈구와 혈장으로 분리하는 혈액분리수단이 된다.

또한 각 혈장이동채널부(122)에 대하여 각각 센서수단(130)이 설치되며, 이때 각 센서수단의 구성은 도 5 내지 도 7의 실시예와 같다.

즉, 상기 각 센서수단(130)은 혈장이동채널부(122)에서 일단부가 유체채널(120) 저면을 통과하도록 하부기판(112) 상에 길게 설치된 작업전극(131) 및 기준전극(132)과, 상기 작업전극(131) 및 기준전극(132)에 걸쳐 유체채널(120) 저면을 포함한 소정 영역에 분석시약이 고정되어 이루어진 시약고정부(133)를 포함하여 구성된다.

또한 센서수단(130)의 상기 전극으로부터 출력되는 전기신호를 측정기의 소켓장치에 전달하는 인터페이스부(135)가 칩 본체(110) 일측에 구비되며, 이 인터페이스부(135)는 각 전극(131,132)의 타단부에 일체로 형성된 전기접속단(135a)을 하부기판(112) 일측에 배열 설치함으로써 구성된다.

이와 같이 하여, 각 센서수단(130)의 분석시약을 달리하는 경우 바이오센서 칩(100)은 혈장 내의 여러 성분들에 대해 동시 분석이 가능한 다중 진단용 칩이 된다.

그 사용상태에 대해 설명하면, 사용자가 채취한 혈액을 방울형태로 혈액도입부(113) 안쪽에 떨어뜨려 주면, 혈액유입부(121a)에 채워진 혈액으로부터 혈장성분만 모세관 현상에 의해 각 혈장이동채널부(122)로 순간 흡입되고, 이렇게 각 혈장이동채널부(122)를 통해 퍼진 혈장이 각 센서수단(130)의 시약고정부(133)까지 도달하게 된다.

이때, 혈구는 혈장이동채널부(122)의 낮은 통로높이에 의해 혈액유입 부(121a)로부터 혈장이동채널부(122)로 유입되지 못하므로, 혈구가 분리된 혈장만이 혈장이동채널부(122)로 순간 유입된다.

상기와 같이 시약고정부(133)까지 혈장이 도달하게 되면, 혈장 내 특정 성분이 각 분석시약과 반응하면서 상기 작업전극(131)으로부터 전류신호가 출력되고, 바이오센서 칩(100)이 측정기에 삽입된 상태에서, 이 신호를 기초로 측정기가 해당 성분을 분석하게 된다.

도 8 내지 도 10에는 6개의 혈장이동채널부(122)와 센서수단(작업전극 및 기준전극, 시약고정부)(130)이 구비된 예가 도시되어 있으나, 혈장이동채널부(122)의 수와 센서수단(130)의 수는 적절히 변경이 가능하다.

또한 본 발명에서 센서수단(130)을 구성하는 작업전극(131) 및 기준전극(132), 인터페이스부(135)의 전기접속단(135a)의 형상 및 구조, 배치상태 역시 도시한 예에 의해 한정되지 않으며, 다양한 형상 및 구조, 배치상태의 실시가 가능한 바, 당업자라면 도시한 예로부터 적절히 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 무동력 혈액분리수단을 구비한 바이오센서 칩에 의하면, 혈액이 모세관력에 의해 유체채널을 따라 이동하면서 혈장과 혈구로 분리되도록 유체채널 내 특정한 채널구조에 의해 형성되는 무동력 혈액분리수단과, 혈액으로부터 추출된 혈장이 흐르게 되는 유체채널의 특정 구간에서 혈장으로부터 해당 성분을 검출하여 신호 출력하게 되는 센서수단을 구비하여 이루 어짐으로써, 다음과 같은 효과를 제공할 수 있게 된다.

1) 초소형 진단칩 내부에 혈구와 혈장의 분리가 가능한 자체 혈액분리수단을 구비한 것으로, 복잡한 원심분리기와 멤브레인 구조가 필요 없으며, 별도 동력 제공 없이 신속히 혈액 분리 및 분석이 가능해진다.

2) 검체를 급하게 처리할 때 효율적인 이용이 가능하고, 크기가 작으면서도 휴대가 용이한 장점을 가진다.

3) 혈액 분리를 위한 간단한 채널구조를 포함하는 것으로, 간단한 공정 추가에 의해 제작이 가능하고, 원심분리기나 멤브레인 구조를 갖추는 것에 비하여 제작비를 낮출 수 있는 장점이 있다.

4) 하나의 칩을 이용하여 혈액의 여러 성분을 동시에 분석할 수 있는 다중 진단용 칩으로 제공될 수 있다.

5) 작은 진단칩을 이용해 혈구가 분리된 혈장을 대상으로 분석이 가능하므로 전혈 분석시에 비해 정확한 측정 결과를 얻을 수 있다.

6) 상기한 본 발명의 바이오센서 칩은 혈당, 콜레스테롤, GOT/GPT, 프로테인 진단용(protein marker) 및 암 진단용(cancer marker)으로 널리 적용될 수 있다.

Claims (12)

1. 상부기판과 하부기판으로 이루어지고, 일측과 타측에 각각 혈액도입부와 공기배출부가 형성된 칩 본체와;

   상기 혈액도입부를 통해 도입된 혈액이 모세관 현상에 의해 공기배출부쪽으로 이동되도록, 상기 칩 본체 내부에 혈액도입부와 공기배출부 사이에 형성된 유체채널과;

   상기 유체채널 내부에 형성된 채널구조에 의해, 혈액이 통과시에 혈장과 혈구로 분리되도록 하는 무동력 혈액분리수단과;

   상기 혈액분리수단에 의해 분리된 혈장이 흐르게 되는 혈장이동채널부에 설치되어, 혈장으로부터 해당 성분을 검출하여 신호 출력하는 센서수단;

   을 포함하는 무동력 혈액분리수단을 구비한 바이오센서 칩.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 유체채널은

   상기 혈액도입부와 연결된 일측의 통로구간인 혈액이동채널부와; 상기 혈액분리수단에 의해 분리된 혈장만이 추출되어 이동되고, 도중에 상기 센서수단이 위치되며, 상기 혈액이동채널부로부터 상기 공기배출부로 연결되는 타측의 통로구간인 혈장이동채널부;로 구성되고,

   상기 혈액분리수단을 형성하는 채널구조는

   상기 혈액이동채널부와 상기 혈장이동채널부의 경계가 되는 부분에서 혈장과 혈구가 분리되도록, 상기 혈장이동채널부의 통로높이가 혈장만이 통과할 수 있는 높이로 상기 혈액이동채널부의 통로높이에 비해 낮게 형성된 단차진 채널구조인 것을 특징으로 하는 무동력 혈액분리수단을 구비한 바이오센서 칩.
3. 삭제
4. 청구항 2에 있어서,

   상기 유체채널에서 상기 혈장이동채널부가 혈액이동채널부로부터 복수개로 분기된 구조이고, 분기된 상기 각 혈장이동채널부에 각각 센서수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 무동력 혈액분리수단을 구비한 바이오센서 칩.
5. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 센서수단은 일단부가 유체채널 저면을 통과하도록 하부기판 상에 길게 설치된 작업전극 및 기준전극과, 상기 작업전극 및 기준전극에 걸쳐 유체채널 저면을 포함한 채널 내부에 분석시약이 고정되어 이루어진 시약고정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무동력 혈액분리수단을 구비한 바이오센서 칩.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 센서수단은 각 전극의 타단부에 일체로 형성된 전기접속단을 하부기판 일측에 배열 설치하여 이루어지고 측정기에 접속되어 전극으로부터 출력되는 전기신호를 측정기에 전달하는 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무동력 혈액수단을 구비한 바이오센서 칩.
7. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 유체채널은 상부기판과 하부기판 중 어느 한쪽의 접합면 또는 양쪽의 접합면에 형성된 홈 구조에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 무동력 혈액분리수단을 구비한 바이오센서 칩.
8. 상부기판과 하부기판으로 이루어지고, 상부기판 일측에 혈액도입부가 관통 형성되며, 타측에는 복수개의 공기배출부가 형성된 칩 본체와;

   상기 혈액도입부의 직하방 위치에서 하부기판 상에 홈 구조로 형성된 혈액유입부와, 상기 혈액유입부로부터 방사상으로 분기되어 각 공기배출부로 연결되도록 하부기판 상에 형성된 복수개의 혈장이동채널부로 이루어진 유체채널과;

   상기 유체채널 내부에서 소정의 채널구조에 의해 형성되어, 상기 혈액도입부를 통해 혈액유입부로 제공된 혈액이 통과시에 혈구가 분리되면서 혈장만이 모세관 현상에 의해 각 혈장이동채널부로 흡입되도록 하는 무동력 혈액분리수단과;

   상기 각 혈장이동채널부에 설치되어, 흡입된 혈장으로부터 해당 성분을 검출하여 신호 출력하는 센서수단;

   을 포함하는 무동력 혈액분리수단을 구비한 바이오센서 칩.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 혈액분리수단을 형성하는 채널구조는

   상기 혈액유입부와 상기 각 혈장이동채널부의 경계가 되는 부분에서 혈장과 혈구가 분리되도록, 상기 각 혈장이동채널부의 통로높이가 혈장만이 통과할 수 있는 높이로 축소 형성되어, 상기 경계가 되는 부분이 단차진 구조로 된 채널구조인 것을 특징으로 하는 무동력 혈액분리수단을 구비한 바이오센서 칩.
10. 삭제
11. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,

    상기 각 센서수단은 일단부가 혈장이동채널부의 저면을 통과하도록 하부기판 상에 길게 설치된 작업전극 및 기준전극과, 상기 작업전극 및 기준전극에 걸쳐 혈장이동채널부 저면을 포함한 채널 내부에 분석시약이 고정되어 이루어진 시약고정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무동력 혈액분리수단을 구비한 바이오센서 칩.
12. 청구항 11에 있어서,

    상기 센서수단은 각 전극의 타단부에 일체로 형성된 전기접속단을 하부기판 일측에 배열 설치하여 이루어지고 측정기에 접속되어 전극으로부터 출력되는 전기신호를 측정기에 전달하는 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무동력 혈액수단을 구비한 바이오센서 칩.

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