KR101308116B1

KR101308116B1 - Measerement device for deformation of red blood cell

Info

Publication number: KR101308116B1
Application number: KR1020110081772A
Authority: KR
Inventors: 김무환; 김종록
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2013-09-12
Also published as: KR20130019672A

Abstract

본 발명에 따른 적혈구 변형률 측정 장치는 기판, 기판 위에 위치하며 마주하는 한 쌍의 소전극을 각각 포함하는 제1 전극과 제2 전극으로 이루어지는 필터부, 필터부의 양단에 각각 위치하는 주입로 및 배출로, 주입로 및 배출로와 각각 연결되어 있는 주입관 및 배출관을 포함한다.An apparatus for measuring red blood cell strain according to the present invention includes a substrate, a filter unit including a first electrode and a second electrode, each of which includes a pair of small electrodes facing each other, and an injection passage and an exhaust passage respectively positioned at both ends of the filter portion. And an inlet tube and an outlet tube respectively connected to the inlet passage and the outlet passage.

Description

Red blood cell strain measuring device {MEASEREMENT DEVICE FOR DEFORMATION OF RED BLOOD CELL}

본 발명은 측정 장치에 관한 것으로, 질병의 유무를 판단할 수 있는 적혈구 변형률 측정 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a measuring device, and relates to an erythrocyte strain measuring device capable of determining the presence or absence of a disease.

적혈구는 사람의 혈액에서 산소 및 영양소를 신체 각 기관으로 전달하는 세포로 인체의 모세관과 같은 좁은 통로를 빠른 속도로 통과하기 위하여 적혈구는 매우 유연한 특성을 가지고 있다.Erythrocytes are cells that deliver oxygen and nutrients from human blood to each organ of the body, and red blood cells have a very flexible characteristic in order to quickly pass through narrow passages such as capillaries of the human body.

적혈구의 유연성이 떨어질 경우 혈관을 막거나 혈액 속도를 감소시켜 혈액 순환 장애를 일으킨다. When red blood cells become inflexible, they can clog blood vessels or slow blood flow, causing blood circulation problems.

이러한 적혈구의 변형은 암, 당뇨병 또는 말라리아와 같은 혈액관련 질병과도 관련이 있음을 각종 논문을 통해서 알 수 있다. 따라서 적혈구의 변형을 관찰하므로서 암의 조기 진단도 가능하게 하는 방법이 연구되고 있다.It can be seen from various papers that such modifications of red blood cells are also associated with blood-related diseases such as cancer, diabetes or malaria. Therefore, a method for enabling early diagnosis of cancer by observing deformation of red blood cells has been studied.

적혈구의 변형을 측정하는 장치로는 마이크로 칩을 통과하는 적혈구의 속도를 측정하여 진단하는 장치가 개발되었다. As a device for measuring deformation of red blood cells, a device for diagnosing by measuring the speed of red blood cells passing through a microchip has been developed.

그러나 마이크로 칩 내부를 움직이는 적혈구를 측정하기 위하여 고가의 광학적 검출 부재 및 현미경, 영상촬상 소자 등이 필요하여 장치를 구성하는 비용이 높고 부피가 커지는 단점이 있다. 또한 마이크로 칩의 소재가 광투과성 물질만을 사용해야하는 제약이 있다. However, in order to measure red blood cells moving inside the microchip, an expensive optical detection member, a microscope, an image pickup device, and the like are required, which makes the device expensive and bulky. In addition, there is a restriction that the material of the microchip should use only a light transmissive material.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 적혈구 변형성을 이용한 질환 진단 장치 및 방법을 단순화하여 장비의 비용을 줄이고, 가정에서 자가 진단이 가능한 진단 장치 및 방법을 제공하는 것이다. Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to reduce the cost of the equipment by simplifying the disease diagnosis apparatus and method using erythrocyte deformability, to provide a diagnostic device and method capable of self-diagnosis at home.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 적혈구 변형률 측정 장치는 기판, 기판 위에 위치하며 마주하는 한 쌍의 소전극을 각각 포함하는 제1 전극과 제2 전극으로 이루어지는 필터부, 필터부의 양단에 각각 위치하는 주입로 및 배출로, 주입로 및 배출로와 각각 연결되어 있는 주입관 및 배출관을 포함한다.Red blood cell strain measuring apparatus according to the present invention for achieving the above object is a filter portion consisting of a first electrode and a second electrode, each of which comprises a substrate, a pair of small electrodes facing each other on the substrate, both ends of the filter portion And an inlet and outlet, which are located in connection with the inlet and outlet, the inlet and outlet, respectively.

상기 제1 전극은 제2 전극보다 주입로에 인접하게 위치하고, 제2 전극은 제1 전극보다 배출로에 인접하게 위치할 수 있다. The first electrode may be located closer to the injection path than the second electrode, and the second electrode may be located closer to the discharge path than the first electrode.

상기 필터부, 주입로 및 배출로를 덮는 절연막을 더 포함하고, 주입관 및 배출관은 절연막에 형성되어 있는 관통 구멍을 통해서 주입로 및 배출로와 연결될 수 있다. The filter unit may further include an insulating layer covering the injection path and the discharge path, and the injection pipe and the discharge pipe may be connected to the injection path and the discharge path through the through holes formed in the insulating film.

상기 기판 또는 절연막은 절연성 고분자 물질로 이루어지고, 고분자 물질은 PDMA 또는 PMMA일 수 있다. The substrate or insulating film may be made of an insulating polymer material, and the polymer material may be PDMA or PMMA.

상기 제1 전극의 소전극 사이의 저항값과 제2 전극의 소전극 사이의 저항값으로부터 시료에 포함된 적혈구의 유무를 판단할 수 있다. The presence or absence of red blood cells included in the sample may be determined from the resistance value between the small electrodes of the first electrode and the resistance value between the small electrodes of the second electrode.

상기 제1 전극과 제2 전극 사이의 거리를 적혈구가 제1 전극을 통과할 때의 시간과 제2 전극을 통과할 때의 시간차로 나누어 적혈구의 이동 속도를 측정할 수 있다. The moving speed of the red blood cells may be measured by dividing the distance between the first electrode and the second electrode by the time difference when the red blood cells pass through the first electrode and the time when passing the second electrode.

상기 제1 전극의 소전극 사이의 간격과 제2 전극의 소전극 사이의 간격은 적혈구 1개의 폭과 같을 수 있다.The spacing between the small electrodes of the first electrode and the small electrode of the second electrode may be equal to the width of one red blood cell.

상기 제1 전극의 두께는 1㎛ 내지 4㎛일 수 있고, 제1 전극의 소전극 사이의 간격은 4㎛ 내지 7㎛일 수 있다. The first electrode may have a thickness of 1 μm to 4 μm, and the interval between the small electrodes of the first electrode may be 4 μm to 7 μm.

본 발명에서와 같이 전극을 포함하는 필터부를 가지는 마이크로 칩을 이용하면 용이하게 적혈구의 이동 속도를 측정할 수 있다. 따라서 적혈구의 이동 속도에 따른 변형률을 용이하게 알 수 있다. Using a microchip having a filter unit including an electrode as in the present invention can easily measure the moving speed of red blood cells. Therefore, the strain according to the moving speed of the red blood cells can be easily known.

적혈구의 변형률을 알면 용이하게 적혈구의 변형률에 따른 질병의 유무 및 질병의 종류 등을 용이하게 알 수 있다.Knowing the strain of red blood cells, it is easy to know the presence or absence of a disease and the type of disease according to the strain of red blood cells.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 적혈구의 물리적 특성을 이용한 질환 진단 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로 칩의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 필터부를 도시한 사시도이다
도 4는 본 발명의 실시예에서 시간에 따른 제1 전극과 제2 전극의 저항값을 측정한 그래프이다. 1 is a cross-sectional view of a disease diagnosis apparatus using the physical characteristics of the red blood cells according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a microchip according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view showing a filter unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph measuring the resistance of the first electrode and the second electrode over time in an embodiment of the present invention.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. Like parts are designated with like reference numerals throughout the specification. Whenever a portion of a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it includes not only the case where it is "directly on" another portion, but also the case where there is another portion in between. Conversely, when a part is "directly over" another part, it means that there is no other part in the middle.

이하 도면을 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 적혈구 변혈률 측정기에 대해서 도 1 내지 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, an erythrocytic blood flow rate measuring instrument according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 적혈구의 물리적 특성을 이용한 질환 진단 장치의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a disease diagnosis apparatus using the physical characteristics of the red blood cells according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 진단 장치는 고정대(100), 고정대(100) 위에 위치하는 마이크로 칩(102), 마이크로 칩(102)을 고정대에 고정하는 고정 부재(104)를 포함한다. As shown in FIG. 1, a diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention includes a fixing member 100, a microchip 102 positioned on the fixing member 100, and a fixing member fixing the microchip 102 to the fixing member ( 104).

도 2를 참조하여 마이크로 칩에 대해서 좀 더 구체적으로 설명한다. The microchip will be described in more detail with reference to FIG. 2.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로 칩의 단면도이다. 2 is a cross-sectional view of a microchip according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 마이크로 칩(102)은 기판(200), 기판(200) 위에 위치하는 필터부(202), 필터부(202)의 양단에 각각 위치하는 주입로(204)와 배출로(206), 주입로(204) 및 배출로(206)와 각각 연결되어 있는 주입관(208) 및 배출관(210)을 포함한다. 그리고 필터부(202), 주입로(204) 및 배출로(206)를 덮는 절연막(212)을 더 포함한다. Referring to FIG. 2, the microchip 102 includes a substrate 200, a filter unit 202 positioned on the substrate 200, an injection passage 204 located at both ends of the filter unit 202, and an outlet passage ( 206, an injection passage 204, and an injection passage 208 and an discharge passage 210 connected to the discharge passage 206, respectively. And an insulating film 212 covering the filter portion 202, the injection passage 204, and the discharge passage 206.

기판(200)은 절연성 고분자 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 PDMA(polydiallylmethylamine) 또는 PMMA(polymethylmethacrylate)와 같은 물질로 이루어질 수 있다. The substrate 200 may be made of an insulating polymer material, and may be made of a material such as polydiallylmethylamine (PDMA) or polymethylmethacrylate (PMMA).

필터부(202)는 쌍을 이루어 마주하는 제1 소전극(10a, 10b)과 제2 소전극(20a, 20b)을 각각 포함하는 제1 전극(300)과 제2 전극(302)을 포함한다. 제1 전극(300)은 주입로(204)와 인접하게 위치하고, 제2 전극(302)은 배출로(206)와 인접하게 위치한다. 설명을 용이하게 하기 위해서 제1 전극(300) 및 제2 전극(302)의 제1 소전극(10a, 10b)과 제2 소전극(20a, 20b) 사이의 간격을 제1 간격(L1)이라 하고, 제1 전극(300)과 제2 전극(302) 사이의 간격을 제2 간격(L2)이라 한다The filter unit 202 includes a first electrode 300 and a second electrode 302 each including a pair of first small electrodes 10a and 10b and second small electrodes 20a and 20b that face each other. . The first electrode 300 is located adjacent to the injection path 204, and the second electrode 302 is located adjacent to the discharge path 206. For ease of explanation, the interval between the first small electrodes 10a and 10b and the second small electrodes 20a and 20b of the first electrode 300 and the second electrode 302 is referred to as a first interval L1. The interval between the first electrode 300 and the second electrode 302 is referred to as a second interval L2.

제1 소전극(10a, 10b)은 전압 인가 회로와 연결되어 있고, 제2 소전극(20a, 20b)은 전류 측정기와 연결되어 있다. The first small electrodes 10a and 10b are connected to a voltage application circuit, and the second small electrodes 20a and 20b are connected to a current meter.

제1 전극(10a, 10b) 및 제2 전극(20a, 20b)은 1㎛ 내지 4㎛의 두께로 형성될 수 있다. 제1 간격(L1)은 4㎛ 내지 7㎛일 수 있으며, 두 소전극 사이로 적혈구 1개가 지나갈 수 있을 정도의 간격이다.The first electrodes 10a and 10b and the second electrodes 20a and 20b may be formed to have a thickness of 1 μm to 4 μm. The first interval L1 may be 4 μm to 7 μm, and may be such that one red blood cell may pass between two small electrodes.

절연막(212)은 절연성 고분자 물질로 이루어질 수 있으며, 기판(200)과 동일한 물질로 형성될 수 있으며 주입로 및 배출로를 각각 노출하는 관토 구멍을 포함한다. 주입관(208) 및 배출관(210)은 관통 구멍에 삽입되어 있으며 주입로(204) 및 배출로(206)를 각각 노출한다. The insulating film 212 may be made of an insulating polymer material, may be formed of the same material as the substrate 200, and may include a burial hole exposing the injection path and the discharge path, respectively. The injection tube 208 and the discharge tube 210 are inserted into the through hole and expose the injection passage 204 and the discharge passage 206, respectively.

그럼 도 3 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 진단 장치를 이용하여 적혈구의 변형률을 측정하는 방법에 대해서 설명한다.The method of measuring the strain of erythrocytes using the diagnostic device of the present invention will now be described with reference to FIGS. 3 to 4.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 필터부를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에서 시간에 따른 제1 전극과 제2 전극의 저항값을 측정한 그래프이다. 3 is a perspective view illustrating a filter unit according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a graph measuring resistance values of the first electrode and the second electrode over time in the exemplary embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 진단 장치는 주입관(208)에 튜브 등을 연결하여 수두를 이용하거나 실린지 펌프를 사용하여 주입관(208)을 통해서 주입로(204)에 시료를 전달시킨다. 주입로(204)를 통과한 시료는 필터부(202)에 전달되고 필터부(202)를 통과한 시료는 배출로(206)를 통과하여 배출관(210)에 의해서 외부로 배출된다. 배출관(210)은 튜브 등으로 연결될 수 있으며 펌프 또는 주사기 등을 이용하여 배출로(206)에 위치하는 시료를 흡입하여 배출 시킬 수 있다. The diagnostic apparatus according to the present invention connects a tube or the like to the infusion tube 208 and uses a chicken pox or delivers a sample to the infusion path 204 through the infusion tube 208 using a syringe pump. The sample passing through the injection passage 204 is delivered to the filter unit 202, the sample passing through the filter unit 202 passes through the discharge passage 206 is discharged to the outside by the discharge pipe 210. The discharge pipe 210 may be connected by a tube or the like and may suck and discharge a sample located in the discharge path 206 using a pump or a syringe.

한편, 시료에 포함된 적혈구는 필터부(202)를 통과할 때 1개씩 순차적으로 제1 전극(300)과 제2 전극(302) 사이를 통과한다. 이때, 적혈구가 제1 전극(300)을 통과할 때 전류를 측정하고, 제2 전극(302)을 통과할 때 전류를 측정한 후 저항값으로 환산하면 [수학식 1]을 이용하여 적혈구의 이동 속도를 알 수 있다. On the other hand, the red blood cells included in the sample passes sequentially between the first electrode 300 and the second electrode 302 one by one when passing through the filter unit 202. At this time, when the erythrocyte passes through the first electrode 300, the current is measured, and when the erythrocyte passes through the second electrode 302, the current is measured and converted into a resistance value. You can see the speed.

[수학식 1][Equation 1]

제1 소전극(300)과 제2 소전극(302) 사이의 전기 저항을 지속적으로 측정하고 있을 때 제1 전극(300)의 제1 소전극(10a)과 제2 소전극(20a) 사이에 적혈구가 지나가면 도 4에서와 같이 전기 저항이 급격히 증가하는 것을 알 수 있다. When the electrical resistance between the first small electrode 300 and the second small electrode 302 is continuously measured, between the first small electrode 10a and the second small electrode 20a of the first electrode 300. As the red blood cells pass, it can be seen that the electrical resistance rapidly increases as shown in FIG. 4.

시료에 포함된 혈장의 저항은 약 0.7Ωm이나 적혈구의 저항은 13.0Ωm으로 제1 소전극(10a)과 제2 소전극(20a) 사이에 적혈구가 지나가는 것을 용이하게 알 수 있다. The resistance of the plasma contained in the sample is about 0.7Ωm, but the resistance of the red blood cells is 13.0Ωm, and it can be easily seen that red blood cells pass between the first small electrode 10a and the second small electrode 20a.

따라서 제2 간격(L2)을 적혈구가 제1 전극(300)을 통과할 때의 시간(t1)과 제2 전극(302)을 통과할 때의 시간(t2)의 차이(Δt)로 나누면 적혈구의 이동 속도(v)를 용이하게 얻을 수 있다. Therefore, dividing the second interval L2 by the difference Δt between the time t1 when the red blood cells pass through the first electrode 300 and the time t2 when passing through the second electrode 302 is obtained. The moving speed v can be easily obtained.

한편, 적혈구의 이동 속도는 적혈구의 변형률에 따라서 달라지며 적혈구의 변형률이 적을 때는 이동 속도가 느리나 적혈구의 변형률이 클수록 이동 속도는 빨라한다. 따라서 변형이 없는 적혈구의 이동 속도를 기준으로 변형이 예상되는 적혈구의 이동 속도를 측정하면 적혈구의 변형률을 용이하게 알 수 있다. On the other hand, the movement speed of the red blood cells depends on the strain of the red blood cells, and when the strain of the red blood cells is small, the movement speed is slow, but the larger the strain of the red blood cells, the faster the movement speed. Therefore, by measuring the movement speed of the red blood cells that are expected to be deformed based on the movement speed of the unmodified red blood cells, the strain of the red blood cells can be easily known.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of right.

10a, 10b: 제1 소전극 20a, 20b: 제2 소전극
100: 고정대 102: 마이크로 칩
104: 고정 부재 200: 기판
202: 필터부 204: 주입로
206: 배출로 208: 주입관
208: 배출관 212: 절연막
300: 제1 전극 302: 제2 전극10a and 10b: first small electrode 20a and 20b: second small electrode
100: holder 102: microchip
104: fixing member 200: substrate
202: filter portion 204: injection furnace
206: discharge path 208: injection tube
208: discharge pipe 212: insulating film
300: first electrode 302: second electrode

Claims

Board,
A filter unit including a first electrode and a second electrode, each of which is disposed on the substrate and includes a pair of small electrodes facing each other at the same interval as one red blood cell;
Inlet and outlet passages respectively located at both ends of the filter portion,
Injection pipe and discharge pipe connected to the injection path and the discharge path, respectively
/ RTI >
The first electrode is located closer to the injection path than the second electrode,
The second electrode is located closer to the discharge path than the first electrode,
The presence or absence of red blood cells contained in the sample is determined from the resistance value between the small electrodes of the first electrode and the resistance value between the small electrodes of the second electrode,
Red blood cell strain measurement to measure the moving speed of the red blood cells by dividing the distance between the first electrode and the second electrode by the time difference when the red blood cells pass through the first electrode and the time when passing the second electrode. Device.

delete

In claim 1,
An insulating film covering the filter part, the injection path and the discharge path
Further comprising:
The injection tube and the discharge tube is a red blood cell strain measuring device connected to the injection passage and the discharge passage through the through hole formed in the insulating film.

In claim 1,
The substrate or the insulating film is made of an insulating polymer material,
The polymer material is a red blood cell strain measuring device PDMA or PMMA.

delete

In claim 1,
The thickness of the first electrode is 1 μm to 4 μm red blood cell strain measuring apparatus.

In claim 1,
An interval between small electrodes of the first electrode is 4 μm to 7 μm.