KR100889618B1 - 미세입자 변형률 측정장치 - Google Patents

미세입자 변형률 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 미세입자 변형률 측정장치는, 입구가 되는 제1 홀 및 출구가 되는 제2 홀이 각각 거리를 두고 형성되는 제1 판 및 상기 상판에 밀착되고, 상기 입구에서 상기 출구로 통하는 긴 홈 형상의 채널이 형성된 제2 판을 포함하고, 상기 입구, 상기 채널 및 상기 출구를 따라서 미세입자가 통과하며, 상기 채널의 폭은 상기 채널이 형성된 길이 방향으로 점차 좁아진다.
미세입자, 채널, 적혈구, 변형, 상판, 하판, 중판, 입구, 출구

Description

미세입자 변형률 측정장치 {DELICATE PARTICLE DEFORMATION MEASURING DEVICE}
본 발명은 미세입자 변형률 측정장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 미세 채널을 통과하는 미세입자를 변형시킴으로써 미세입자의 변형 특성을 측정하는 장치에 관한 것이다.
우리 인체를 구성하는 세포들이 살아가기 위해서는 각 세포에 영양분과 산소가 공급되어야 한다. 이러한 물질의 전달기능은 혈액이 담당하고 있다. 혈액 중에서 특히 적혈구는 신체 조직의 각 세포들에게 영양분과 산소를 공급한다.
일반적으로 적혈구의 평균직경은 10㎛ 정도이지만, 모세혈관의 크기는 최소 2㎛에 이른다. 이와 같이 모세혈관의 크기가 적혈구보다 작기 때문에 적혈구가 그 형태를 변형시켜 모세혈관을 빠져나가게 된다.
그런데 당뇨병 환자의 경우 적혈구의 변형성이 감소하여 적혈구가 손끝이나 안구 등의 미세한 모세 혈관을 원활하게 지나지 못한다. 이러한 경우 적혈구가 해당 세포 조직에 영양분과 산소를 공급하지 못하게 된다. 결국, 해당 세포가 영양결칩으로 죽음으로써 손발이 썩거나 눈이 실명될 수 있다.
적혈구의 변형률은 필터를 이용한 측정법, 레이저 훼절을 이용한 방법, 전단 응력 변화에 따른 적혈구의 형상변화를 관찰하는 방법 및 마이크로 피펫을 이용하여 변형률을 측정하는 방법 등이 사용되고 있다. 그러나 이런 방법들은 적혈구의 변형을 직접적으로 측정하지 못할 뿐 아니라 측정에 많은 시간과 노력이 필요하다.
본 발명의 목적은 혈액 속의 적혈구가 모세혈관을 지날 때 어느 정도의 변형률을 나타내는지를 직접적으로 측정하여 이와 관련된 질병진단에 도움을 주는 미세입자 변형률 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 미세입자 변형률 측정장치는, 입구가 되는 제1 홀 및 출구가 되는 제2 홀이 각각 거리를 두고 형성되는 제1 판 및 상기 상판에 밀착되고, 상기 입구에서 상기 출구로 통하는 긴 홈 형상의 채널이 형성된 제2 판을 포함하고, 상기 입구, 상기 채널 및 상기 출구를 따라서 미세입자가 통과하며, 상기 채널의 폭은 상기 채널이 형성된 길이 방향으로 점차 좁아진다.
또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 채널의 상기 입구 측은 제1 폭을 갖고, 상기 출구 측은 상기 제1폭보다 작은 제2 폭을 가지고, 상기 제1 폭은 10㎛ 이상이고, 상기 제2 폭은 2㎛ 내지 5㎛의 범위에 속하며, 상기 채널의 높이는 3㎛ 내지 5㎛의 범위에 속하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 제1 판 또는 상기 제2 판은 투명하여 상기 채널 내부가 외부에서 관찰되고, 상기 채널을 따라서 상기 제1 판 또는 상기 제2 판의 일면에 눈금이 표시될 수 있으며, 상기 제1 판과 상기 제2 판은 일체형으로 제작되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 입구 측 또는 상기 출구 측에 압력게이지가 장착되고, 상기 압력게이지는 상기 채널 내부의 압력을 측정할 수 있고, 상기 입구 측과 상기 출구 측 사이에 전기 저항을 측정하는 계측기가 설치될 수 있으며, 상기 채널은 나선형 구조로 되어 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 미세입자는 적혈구가 될 수 있고, 상기 제2 판에 형성된 채널의 폭을 조절하는 폭 조절부가 더 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 폭 조절부는, 상기 채널 내측에 설치되는 이동부 및 상기 이동부를 밀거나 당기는 구동부를 포함하고, 상기 구동부는, 조절나사를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 제2 판은, 상기 채널이 형성된 중판 및 상기 중판에 부착되는 하판을 포함할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 미세입자 변형률 측정장치에 의하면, 점차 좁아지는 채널을 따라 적혈구를 통과시키면서 적혈구가 변형되는 특징을 측정할 수 있다. 또한, 채널의 입구 폭을 적어도 10㎛로 함으로써 적혈구가 쉽게 투입되고, 채널의 출구 폭은 모세혈관과 유사하게 2㎛ 내지 5㎛로 함으로써 적혈구가 모세혈관을 지나는 특징을 파악할 수 있다.
아울러, 하판이나 상판을 투명하게 제작함으로써, 채널 내부를 유관이나 현미경으로 관찰할 수 있다. 또한, 채널을 따라서 눈금을 표시함으로써 적혈구의 변형 특성을 수치적으로 파악할 수 있다. 뿐만 아니라 입구 측과 출구 측에 압력 게이지를 장착하고, 이들 사이에 압력 차이를 측정하여 채널을 지나는 유체나 적혈구 에 가해지는 압력을 수치적으로 파악할 수 있다.
아울러, 입구 측과 출구 측 사이에 전기 저항을 측정하는 계측기를 설치함으로써 유체나 적혈구가 채널을 지나면서 변하는 특징들을 전기적인 신호로 정량화할 수 있다. 또한, 동물의 종류, 성별 및 나이에 따라서 이동부와 조절나사를 이용하여 적혈구가 지나는 채널의 폭을 조절할 수 있다. 뿐만 아니라 나선형의 채널을 적용함으로써 미세입자 변형률 측정장치를 좀 더 컴팩트하게 만들 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 미세입자 변형률 측정장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자 변형률 측정장치의 개략적인 사시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 미세입자 변형률 측정장치는 상판(12), 중판(10) 및 하판(14)을 포함한다. 좀 더 상세하게 설명하면, 상판(12))에는 서로 간격을 두 고 제1 홀과 제2 홀이 형성되고, 이들은 각각 입구(16)와 출구(18)를 형성한다. 또한, 상판(12)과 하판(14)은 서로 간격을 두고 마주하고, 이들 사이에는 중판(10)이 개재된다.
본 발명의 제1 실시예에서는 입구(16), 중판(10) 및 출구(18)를 통하여 유체가 흐를 수 있으며, 이러한 유체에 포함된 미세입자(예를 들어, 적혈구)를 관찰한다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자 변형률 측정장치의 상세한 구조에 대해서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자 변형률 측정장치의 분해 사시도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 상판(12)에는 미세입자를 포함하는 유체가 들어가는 입구(16)와 나가는 출구(18)가 서로 간격을 두고 구비되어 있으며, 중판(10)에는 채널(20)이 형성된다. 이 채널(20)은 입구(16) 측에서 출구(18) 측을 따라서 형성된다. 또한, 하판(14)에는 채널(20)을 따라 눈금(22)이 표시되어 있다.
본 발명의 제1 실시예에서 하판(14)은 투명하다. 따라서 하판(14)을 통해서 채널(20) 내부를 통과하는 미세입자의 거동을 직접적으로 관찰할 수 있다. 물론 상판(12)도 투명하게 형성될 수 있음은 당연하다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 미세입자 변형률 측정장치는 상판(12), 중판(10) 및 하판(14)이 서로 조립됨으로써 완성된다. 본 발명의 다른 실시예에서는 이들(10, 12, 14)이 별도의 부품들이 아니라 하나의 일체형으로 제작될 수 있음은 당연하다. 예를 들어, 중판(10)과 하판(14)은 하나의 일체형 판으로 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자 변형률 측정장치의 중판을 도시한 평면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 중판(10)에는 채널(20)이 형성되어 있다. 또한, 채널(20)의 시작부분은 제1 폭(W1)을 가지고 있고, 마지막 부분은 제2 폭(W2)을 가지고 있다. 좀 더 상세하게 설명하면, 제2 폭(W2)은 제1 폭(W1)보다 작다. 즉, 채널(20)의 폭은 점차 좁아지는 구조로 되어 있다. 또한 경사각(A)의 크기에 따라서 채널(20)의 폭이 얼마나 급히 좁아지는지를 알 수 있다.
채널(20)을 따라서 혈액, 좀 더 상세하게는 적혈구(30)가 지나는데, 일반적으로 적혈구(30)의 평균 직경이 10㎛ 이상이다. 따라서 본 발명의 제1 실시예에서 채널(20)의 제1 폭(W1)은 적어도 10㎛로 하여 적혈구(30)가 용이하게 유입되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 채널(20)의 제2 폭(W2)은 2㎛ 내지 5㎛의 범위에 속하게 한다.
일반적으로 모세혈관의 지름은 2㎛ 내지 5㎛의 범위에 속하는데, 정상적인 건강한 적혈구인 경우 변형됨으로써 이러한 모세혈관을 통과한다. 하지만, 당뇨병이나 순환기 질환 환자들의 경우 적혈구의 변형성이 떨어져 모세혈관을 지나다가 중간 지점에 멈춘다.
본 발명의 실시예에 따른 미세입자 변형률 측정장치를 이용하여 적혈구(30)가 어느 정도의 지름을 가진 모세혈관을 지날 수 있는가에 대한 자료를 직접적으로 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자 변형률 측정장치의 중판을 도시한 측 단면도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 중판(10)에는 채널(20)이 형성되고, 이 채널(20)은 제1 높이(H1)를 갖는다. 본 발명의 제1 실시예에서는 제1 높이(H1)는 3㎛ 내지 5㎛의 범위에 속하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 중판(10)에 형성된 채널(20)은 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 공정을 통해 가공될 수 있다. 일반적으로 이러한 MEMS 공정을 이용하여 초고밀도 직접회로나 머리카락 두께의 기어 및 손톱 크기의 하드디스크와 같은 초미세 구조물을 만들 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자 변형률 측정장치에 압력계와 측정기가 구비된 모습을 도시한 평면도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 채널(20)을 지나면서 적혈구(30)는 변형된다. 한편, 입구(16)에는 제1 압력계(56)가 설치되고, 출구(18)에는 제2 압력계(58)가 설치된다. 이와 같이 입구(16)와 출구(18)에 구비된 압력계들(56, 58)을 이용하여 입구(16) 측과 출구(18) 측 사이에 압력차이를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에서는 입구(16) 측과 출구(18) 측에 각각 제1 전극(50)과 제2 전극(52)이 구비되고, 이들은 하나의 측정기(54)에 연결되어 있다. 이 측정기(54)는 전기 저항의 크기를 계측할 수 있다. 특히 적혈구(30)가 채널을 지날 때 입구(16)와 출구(18) 사이에 전기 저항이 변하게 된다. 이러한 전기 저항의 특징을 분석함으로써 적혈구(30)의 변형에 따른 특징들을 전기적인 신호로 측정할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서 미세 채널(20)은 포유동물(예들 들어, 인간)의 모세혈관에 비유될 수 있다.
도 5에는 표시되어 있지 않으나, 입구(16) 측에는 미세입자가 포함됨 유체를 공급하는 펌프가 더욱 설치될 수 있다. 이러한 펌프로는 시린지 펌프(syringe pump)가 사용될 수 있다. 일반적으로 시린지 펌프는 인슐린을 공급하는 펌프로 사용된다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세입자 변형률 측정장치의 개략적인 평면도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 미세입자 변형률 측정장치를 도 6을 참조하여 설명하며, 이전에 설명된 내용과 동일하거나 유사한 부분에 대해서는 반복적인 설명은 생략한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 미세입자 변형률 측정장치에는 채널(220)이 형성되고, 이러한 채널(220)은 나선형으로 형성된다. 또한, 채널(220)의 입구(216) 측 부분은 제1 폭(W21)을 가지고 있고, 채널(220)의 출구(218) 측은 제2 폭(W22)을 가지고 있으며, 제2 폭(W22)보다 제1 폭(W21)의 크기가 크다.
채널(220)은 길이 방향으로 점차 좁아지는 구조로 되어 있되, 전체적으로 나 선형 구조를 갖는다.
채널(220)이 직선형으로 형성되는 경우 미세입자 변형률 측정장치의 길이가 커지는 단점이 있다. 하지만, 본 발명의 제2 실시예에서는 채널(220)이 나선형으로 형성됨으로써 전체 크기가 작아진다. 따라서 미세입자 변형률 측정장치의 외관이 컴팩트해지고 휴대가 간편해진다.
본 발명의 제2 실시예에서도 도 6에 도시한 바와 같이, 채널(220)을 따라서 눈금(222)이 표시되는 것이 바람직하다.
일반적으로 적혈구의 변형 특징과 혈관의 지름은 동물의 종류, 성별 및 나이 등에 따라서 달라진다. 따라서 측정 대상에 따라서 채널의 폭을 달리하는 것이 바람직하다. 본 발명의 제3 실시예에서는 채널(320, 도 7)의 폭을 조절하는 구조가 개시된다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세입자 변형률 측정장치의 개략적인 평면도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에서는 미세입자 변형률 측정장치에는 채널(320)의 폭을 조절할 수 있는 이동부(70) 및 조절나사(72)가 구비된다.
좀 더 상세하게 설명하면, 중판(310)에는 채널(320)이 형성되되, 이 채널(320)의 내측에는 이동부(70)가 설치된다. 이 이동부(70)는 채널(320)의 폭 방향으로 움직일 수 있는 구조로 되어 있다.
도시한 바와 같이, 채널(320)의 입구 측은 제1 폭(W31)을 가지고 있고, 출구 측은 제2 폭(W32)을 가지고 있다. 또한, 제2 폭(W32)이 제1 폭(W31) 보다 작은 구조로 되어 있다. 또한, 이동부(70)의 한쪽에는 조절나사(72)가 결합되는데, 이러한 조절나사(72)의 회전에 따라서 이동부(70)는 채널(320)의 폭 방향으로 움직이는 구조로 되어 있다.
예를 들어, 조절나사(72)를 정회전(우회전)시키면 이동부(70)가 이동하여 채널(320)의 폭(W31, W32)이 좁아지고, 조절나사(72)를 역회전(좌회전)시키면 이동부(70)가 이동하여 채널(320)의 폭(W31, W32)이 넓어진다.
본 발명의 실시예에 따른 미세입자 변형률 측정장치는 바이오 칩(bio chip) 형태로 제작될 수 있다. 일반적으로 바이오 칩(bio chip)은 디엔에이 칩(DNA chip), 단백질 칩(protein chip), 셀 칩(cell chip), 뉴로 칩(neuro chip), 생체삽입용 칩, 바이오센서 및 랩온어 칩(lab on a chip) 등을 포함한다.
이상을 통해 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자 변형률 측정장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자 변형률 측정장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자 변형률 측정장치의 중판을 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자 변형률 측정장치의 중판을 도시한 측 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자 변형률 측정장치에 압력계와 측정기가 구비된 모습을 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세입자 변형률 측정장치의 개략적인 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세입자 변형률 측정장치의 개략적인 평면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10, 210, 310: 중판 12: 상판
14: 하판 16, 216, 316: 입구
18, 218, 318: 출구 20, 220: 채널
22, 222: 눈금 30: 적혈구
50: 제1 전극 52: 제2 전극
54: 측정기 56: 제1 압력계
58: 제2 압력계 70: 이동부
72: 조절나사 W1, W21, W31: 제1 폭
W2, W22, W32: 제2 폭 A: 경사각
H1: 제1 높이

Claims (16)

  1. 입구가 되는 제1 홀 및 출구가 되는 제2 홀이 각각 거리를 두고 형성되는 제1 판; 및
    상기 제1 판에 밀착되고, 상기 입구에서 상기 출구로 통하는 홈 형상의 채널이 형성된 제2 판;
    을 포함하고,
    상기 입구, 상기 채널 및 상기 출구를 따라서 미세입자가 통과하며,
    상기 채널의 폭은 상기 채널이 형성된 길이 방향으로 점차 좁아지는 것을 특징으로 하는 미세입자 변형률 측정장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 채널의 상기 입구 측은 제1 폭을 갖고, 상기 출구 측은 상기 제1폭보다 작은 제2 폭을 가지는 미세입자 변형률 측정장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 폭은 10㎛ 이상인 미세입자 변형률 측정장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 폭은 2㎛ 내지 5㎛의 범위에 속하는 미세입자 변형률 측정장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 채널의 높이는 3㎛ 내지 5㎛의 범위에 속하는 미세입자 변형률 측정장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 판 또는 상기 제2 판은 투명하여 상기 채널 내부가 외부에서 관찰되는 미세입자 변형률 측정장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 채널을 따라서 상기 제1 판 또는 상기 제2 판의 일면에 눈금이 표시된 미세입자 변형률 측정장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 판과 상기 제2 판은 일체형으로 제작된 미세입자 변형률 측정장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 입구 측 또는 상기 출구 측에 압력게이지가 장착되고, 상기 압력게이지는 상기 채널 내부의 압력을 측정하는 미세입자 변형률 측정장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 입구 측과 상기 출구 측 사이에 전기 저항을 측정하는 계측기가 설치된 미세입자 변형률 측정장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 채널은 나선형 구조로 되어 있는 미세입자 변형률 측정장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 미세입자는 적혈구인 미세입자 변형률 측정장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 판에 형성된 채널의 폭을 조절하는 폭 조절부가 더 구비되는 미세입자 변형률 측정장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 폭 조절부는,
    상기 채널 내측에 설치되는 이동부; 및
    상기 이동부를 밀거나 당기는 구동부
    를 포함하는 미세입자 변형률 측정장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    조절나사를 포함하는 미세입자 변형률 측정장치.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 판은,
    상기 채널이 형성된 중판; 및
    상기 중판에 부착되는 하판을 포함하는 미세입자 변형률 측정장치.
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