KR101308655B1 - 일회용 경사 모세관을 이용한 점도측정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일회용 경사 모세관을 이용한 점도측정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 혈액의 점도 측정에 대한 편의성을 높이고 구성을 간소화하여 제작단가를 낮춤으로써 경제성을 높인 일회용 경사 모세관을 이용한 점도측정방법에 관한 것이다.
이를 위해, 채취된 혈액이 수용되는 내부 공간을 형성하는 혈액용기와, 상기 혈액 용기로부터 상향 경사지게 설치되며, 혈액 용기의 내부 공간과 통하는 관로를 형성하는 경사 모세관을 포함하되 상기 경사 모세관의 표면에는 길이방향의 등간격으로 복수의 눈금이 표시된 일회용 경사 모세관을 이용한 점도측정방법에 있어서, 상기 혈액용기에 수용된 혈액이 표면장력에 의해 경사 모세관을 통해 이동되는 과정에서 상기 혈액이 각 눈금을 지나는 시간을 측정하여 혈액의 점도를 측정하되,상기 표면장력은 혈액의 점성계수로 인해 발생하는 마찰 저항력과 경사 모세관 내부에 작용하는 혈액의 중력을 더한 값과 동일한 수치임을 고려하여 혈액의 점도를 측정하며, 상기 점도측정방법을 통한 혈액의 점도계수(μ)를 구하는 식은,
Figure 112013064781059-pat00025
이고,
ρ = 혈액 밀도
g = 혈액 중력
D = 경사 모세관 내경
α= 경사 모세관의 경사각
x = 표면 장력의 힘으로 경사 모세관에 유입되는 혈액의 변위
L = 표면 장력의 힘에 의해 경사 모세관에 유입된 혈액의 최대변위
t = 표면 장력의 힘에 의해 경사 모세관에 유입된 혈액의 변위시간인 것을 특징으로 하는 일회용 경사 모세관을 이용한 점도측정방법을 제공한다.

Description

일회용 경사 모세관을 이용한 점도측정방법{Viscosity measurements method using a Disposable viscosity measurement apparatus}
본 발명은 일회용 경사 모세관을 이용한 점도측정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 혈액 점도 측정에 대한 편의성을 높이고 제작 단가를 낮춰 경제성을 높인 일회용 경사 모세관을 이용한 점도측정방법에 관한 것이다.
유체 내에는 유체가 흐를 때 유동에 저항하는 성질이 있는데, 이러한 성질을 점성(viscosity)이라고 한다.
즉, 유체가 흐르고 있을 때, 유체 내의 각 층 사이 또는 유체와 고체 사이에서 분자 간의 잡아당기는 힘에 의해 서로 운동을 막으려고 하는 힘이 작용하는 데 이러한 성질이 점성이다.
이러한 점성의 크기를 점성계수 또는 점도라고 한다.
보통 유체의 점도는 온도에 따라 다른데, 액체의 경우에는 온도가 높아지면 점도는 감소한다.
한편, 생체 내의 혈액 점도, 정확하게는 혈장 점도는 각종 혈관질환의 근본 원인이 될 수 있으며, 이러한 혈장의 점도를 측정하기 위해서는 신체로부터 혈액을 수집하고, 원심 분리를 통해 혈액에서 적혈구와 이외의 혈액을 분리하고, 적혈구가 분리된 혈액을 Ｕ-자형 튜브 등에 통과시켜 혈장의 점도를 측정하기도 한다.
혈장 점도는 일반적으로 체내의 염증상태를 진단하는 도구로 사용할 수 있을 뿐 아니라 미세혈관들(Arteriole, capillary)에서의 혈유동에 문제가 있는지 등을 판단하는데 사용될 수 있다.
예를 들어, 혈장 점도가 정상값보다 훨씬 높을 경우 이들 미세 혈관에 혈유동이 충분하지 않아서 산소공급 부족으로 인해 세포들이 죽게 될 수 있으며, 결국 이들 세포로 만들어진 기관들(예: 망막, 신장, 간, 뇌, 심장)이 그 기능을 상실할 수도 있게 된다.
상기한 바와 같이 혈장의 점도를 측정하기 위하여 다양한 점도계가 개시되어 있으며, 이중 한국등록특허 제747605호에는 이중 수직관 및 단일 모세관으로 구성된 일회용 점도측정장치가 개시되어 있다.
상기 점도 측정장치는 환자의 순환 혈액으로부터 서로 대향된 혈액 기둥의 높이 변화를 모니터링하고, 혈액이 유동하는 일정 치수의 모세관 튜브에서 유동속도와 압력강하를 측정하여 전단율, 특히 저전단율과 고전단율 범위에 걸쳐서 혈액 점도를 측정한다.
이러한 점도측정장치는 등록특허공보에 개시된 바와 같이 한 쌍의 수직관 튜브와, 상기 수직관 튜브 사이에 연결된 모세관 튜브와, 상기 수직관 튜브로 혈액 유동을 제어하기 위한 밸브장치를 포함한다.
그리고, 각각의 개별 센서는 수직관 튜브내 혈액 기둥의 유동을 모니터링 하고, 마이크로 프로세서는 모세관 내에서의 혈액 유동을 분석한다.
상기한 점도측정장치를 이용하여 혈액 점도를 측정하기 위해서는 최소 3ml의 혈액이 필요한데, 점도 측정을 위한 혈액을 채취하기 위해서는 신체 혈관에 주사 바늘을 꽂아 채취하게 된다.
이후, 채취된 혈액을 일측의 수직관(10)에 주입하여 혈액이 하강되는 속도를 측정함으로써 혈액에 대한 점도측정이 완료된다.
하지만, 상기한 종래의 일회용 점도 측정장치는 다음과 같은 문제가 있었다.
첫째, 한 쌍의 수직관 튜브 및 모세관 튜브로 구성된 점도측정장치를 통해 혈액이 하강되는 속도를 측정하기 위해서는 상기한 바와 같이 비교적 많은 양의 혈액이 필요한 문제가 있었다.
이는, 경우에 따라 환자 및 채혈자의 부담으로 작용할 우려가 있었다.
둘째, 한 쌍의 수직관 튜브와, 모세관 튜브로 구성된 유튜브를 사용하기 때문에 혈액에 대한 점도측정 시간이 비교적 많이 소요되는 문제가 있었다.
즉, 일측의 수직관 튜브를 통해 모세관 튜브를 거쳐 타측의 수직관 튜브로 이동되는 혈액의 이동속도를 통해 혈액의 점도를 측정하기 위해서는 대략 4~5분 정도 소요되는바, 이러한 측정시간은 점도측정에 대한 효율성을 떨어뜨리는 문제가 있었던 것이다.
셋째, 새로운 점도측정 때마다 새로운 유튜브를 교체해 주어야하는데, U자형태의 유튜브를 교체하기가 용이하지 않을 뿐만 아니라, 유튜브의 단가가 높아 교체 비용이 높은 문제가 있었다.
즉, 유튜브가 일회용임에도 불구하고 유튜브에 대한 제작 단가가 높아 교체 비용이 많이 소요되고, 구성이 복잡하여 유튜브에 대한 교체 작업성이 떨어지는 문제가 있었던 것이다.
대한민국 등록특허 10-0747605호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 구성을 간소화하여 점도측정에 대한 일련의 작업 과정 및 점도 측정 시간을 줄이고, 제작 단가를 낮춰 경제성을 높인 일회용 경사 모세관을 이용한 점도측정방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전체 크기를 축소하여 점도 측정을 위해 소요되는 혈액의 양을 최소화한 일회용 경사 모세관을 이용한 점도측정방법에 관한 것이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 채취된 혈액이 수용되는 내부 공간을 형성하는 혈액용기와, 상기 혈액 용기로부터 상향 경사지게 설치되며, 혈액 용기의 내부 공간과 통하는 관로를 형성하는 경사 모세관을 포함하되 상기 경사 모세관의 표면에는 길이방향의 등간격으로 복수의 눈금이 표시된 일회용 경사 모세관을 이용한 점도측정방법에 있어서, 상기 혈액용기에 수용된 혈액이 표면장력에 의해 경사 모세관을 통해 이동되는 과정에서 상기 혈액이 각 눈금을 지나는 시간을 측정하여 혈액의 점도를 측정하되, 상기 표면장력은 혈액의 점성계수로 인해 발생하는 마찰 저항력과 경사 모세관 내부에 작용하는 혈액의 중력을 더한 값과 동일한 수치임을 고려하여 혈액의 점도를 측정하며, 상기 점도측정방법을 통한 혈액의 점도계수(μ)를 구하는 식은,
Figure 112013064781059-pat00023
이고,
ρ = 혈액 밀도
g = 혈액 중력
D = 경사 모세관 내경
α= 경사 모세관의 경사각
x = 표면 장력의 힘으로 경사 모세관에 유입되는 혈액의 변위
L = 표면 장력의 힘에 의해 경사 모세관에 유입된 혈액의 최대변위
t = 표면 장력의 힘에 의해 경사 모세관에 유입된 혈액의 변위시간인 것을 특징으로 하는 일회용 경사 모세관을 이용한 점도측정방법을 제공한다.
본 발명에 따른 일회용 경사 모세관을 이용한 점도측정방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 점도측정을 위해 요구되는 혈액의 양을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
즉, 점도측정기구의 구성을 간소화하고, 혈액의 변위를 측정하기 위한 이동 거리 즉, 경사 모세관의 길이를 비교적 짧게 함으로써 점도측정을 위해 요구되는 혈액의 양을 최소화할 수 있는 것이다.
이에 따라, 혈액 제공자와 채혈자의 부담을 줄일 수 있다.
둘째, 점도측정기구의 구성을 간소화함으로써, 점도측정 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.
즉, 혈액의 변위 측정을 위한 이동거리가 경사 모세관을 통해 직선으로 제공되기 때문에 혈액이 이동되는 시간 소요가 줄어들어 점도 측정을 위한 시간이 절감될 수 있는 것이다.
셋째, 점도측정기구에 대한 제작비용이 줄어 경제성을 높일 수 있는 효과가 있다.
즉, 일회용 점도측정기구임을 감안할 때, 제작비용의 효율성은 매우 중요한바, 혈액용기와 경사 모세관으로 이루어진 단순 구성으로 제공됨으로써 제작단가를 낮춰 경제성을 높인 것이다.
이에 따라, 가격 경쟁력을 통해 타사 제품에 비해 수요 시장에서의 우위를 점할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일회용 점도측정기구의 기본 구성을 나타낸 사시도
도 2는 본 발명에 따른 일회용 점도측정기구의 기본 구성을 나타낸 단면도
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 일회용 점도측정기구를 나타낸 측면도
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 일회용 점도측정기구를 나타낸 측면도
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 일회용 점도측정기구를 나타낸 측면도
도 6는 본 발명의 제4실시예에 따른 일회용 점도측정기구를 나타낸 측면도
도 7은 본 발명에 따른 일회용 점도측정기구를 이용한 혈액 점도 측정에 있어서, 시간에 따른 혈액의 변위 측정 결과를 나타낸 그래프.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 첨부된 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 일회용 점도측정기구의 기본 구성에 대하여 설명하도록 한다.
일회용 점도측정기구는 액체의 표면장력을 이용하여 혈액의 이동 변위 측정을 통해 혈액의 점도를 간편하게 측정할 수 있는 기술적 특징이 있다.
일회용 점도측정기구는 도 1에 도시된 바와 같이 혈액용기(100)와, 경사 모세관(200)을 포함하여 구성된다.
혈액용기(100)는 점도 측정을 위한 혈액이 수용되는 구성이며, 소정의 혈액을 수용하기 위한 내부 공간(110)을 형성한다.
이때, 혈액용기(100)의 형태는 제한되지 않으며, 본 명세서에서는 설명의 편의상 상부가 개구된 원통형임을 예로 하여 설명하기로 한다.
혈액용기(100)의 재질은 제작비용을 감안할 때, 합성수지로 제공됨이 바람직하다.
이때, 혈액용기(100)의 상부는 혈액이 주입될 수 있도록 개구된 상태로 이루어지며, 혈액용기(100)의 일측 하단부에는 연결공(120)이 형성된다.
연결공(120)은 후술하는 경사 모세관(200)이 결합되는 부위이며, 혈액용기(100)에 수용된 혈액은 상기 연결공(120)을 통해 경사 모세관(200)으로 이동하게 된다.
그리고, 상기 혈액용기(100)의 크기는 적어도 0.1 ml 정도의 혈액을 수용할 수 있을 정도의 크기이면 무방하다.
다음으로, 경사 모세관(200)은 혈액용기(100)로부터 혈액의 변위를 측정하기 위해 혈액이 이동되는 관로를 제공하며, 혈액용기(100)의 연결공(120)에 결합된다.
경사 모세관(200)은 혈액용기(100)로부터 상향 경사지게 결합이 되며, 그의 경사진 각도는 혈액용기(100)의 저면을 기준으로 10도 ~ 20도 사이의 각도임이 바람직하다.
이때, 경사 모세관(200)의 경사진 각도는 15도임이 가장 바람직하다.
이는, 본 출원인의 실험을 통해, 상기 경사 모세관(200)의 경사진 각도가 15도일 때, 혈액의 변위 측정을 위한 신뢰도를 가장 높일 수 있었다.
이때, 경사 모세관(200)의 내경은 0.8mm ~ 1mm임이 바람직하며, 경사 모세관(200)의 길이는 100mm로 제공됨이 바람직하다.
그리고, 경사 모세관(200)의 재질 역시 제한되지는 않지만, 혈액의 변위를 육안으로 확인할 수 있도록 투명 재질임이 바람직하다.
이하, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 일회용 점도측정기구의 기본 구성을 변형한 여러 실시예를 통해 각 실시예에 따른 구성 및 그를 이용한 혈액의 점도측정방법에 대하여 설명하도록 한다.
먼저, 도 3을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 일회용 점도측정기구 및 이를 이용한 혈액 점도측정방법에 대하여 설명하도록 한다.
제1실시예에 따른 일회용 점도측정기구는 혈액용기(100)와, 경사 모세관(200)으로 구성되되, 상기 경사 모세관(200)의 표면에는 눈금이 표시된다.
눈금은 경사 모세관(200)의 길이방향으로 표시되며, 등간격으로 표시된다.
이와 같은 구성으로 이루어진 일회용 점도측정기구를 이용한 혈액 점도측정방법은 다음과 같다.
피펫(pipette)을 이용해 신체로부터 채취된 혈액을 혈액용기(100)에 유입시킨다.
이후, 혈액용기(100)의 내부 공간에 채취된 혈액이 일정량 차오르게 되면, 상기 혈액은 표면장력에 의해 연결공(120)을 통해 경사 모세관(200)을 따라 상향으로 이동이 된다.
이때, 경사 모세관(200) 내로 유입되는 혈액의 부피 및 시간이 증가함에 따라, 혈액의 표면장력과 중력은 어느 순간에 동일하게 되며, 이때, 혈액의 이동은 멈추게 된다.
이때, 혈액은 점도에 따라 경사 모세관(200)의 이동거리 및 이동이 멈추는 시간이 각각 다르게 되는데, 측정자는 상기와 같이 혈액의 이동에 따른 변위가 멈추는 위치의 눈금 및 그 눈금에 도달한 시간을 스톱워치 등을 이용해 측정하여 혈액의 점도를 측정하는 것이다.
다음으로, 도 4를 참조하여 제2실시예에 따른 일회용 점도측정기구 및 이를 이용한 점도측정방법에 대하여 설명하도록 한다.
제2실시예에 따른 일회용 점도측정기구는 경사 모세관(200)을 통과하는 광원의 빛의 굴절로 인해 변하는 빛의 각도 측정을 통해 혈액의 점도를 측정할 수 있는 기술적 특징이 있다.
이를 위한 일회용 점도측정기구는 혈액용기(100)와, 경사 모세관(200)과, 광원(300)과, 센서(400)를 포함한다.
이때, 광원(300)은 레이저임이 바람직하며, 센서(400)는 CCD 센서임이 바람직하다.
이는, 혈액의 점도를 측정함에 있어서, 투명한 액체의 점도를 측정할 수 있도록 하기 위함인데, 예컨대, 광원을 레이저(300)로 제공함에 따라 혈장에 대한 점도 측정시 염료를 사용할 필요가 없는 장점이 있다.
이와 같은 구성으로 이루어진 일회용 점도측정기구를 이용한 혈액 점도측정방법은 다음과 같다.
레이저 콜리메이터(laser-collimator)(300)를 이용하여 아주 얇은 빛의 층(sheet of light)을 만든다.
이후, 빛의 층이 경사 모세관(200)을 통과할 수 있도록 레이저 콜리메이터(300)와 경사 모세관(200)의 위치를 조절하고, CCD 센서(400)의 위치를 조절하여 레이저 콜리메이터(300)로부터 조사(照射)된 빛이 경사 모세관(200) 벽에 반사-굴절되어 CCD 센서(400)에 도착되도록 한다.
한편, 혈액용기(100)로 유입된 혈액은 표면장력에 의해 경사 모세관(200)으로 유입되고, 시간이 증가함에 따라 혈액은 경사 모세관(200)을 따라 이동되어 변위가 달라지게 된다.
이때, 레이저 콜리메이터(300)로부터 조사된 빛은 혈액의 간섭에 의해 반사-굴절되면서 CCD 센서(400)에 도착하는 빛의 강도(intensity of light)가 현저하게 줄어들게 된다.
이와 같이 줄어드는 빛의 강도를 컴퓨터를 이용해 측정함으로써 혈액의 변위를 측정할 수 있는 것이다.
다음으로, 도 5를 참조하여 본 발명의 제3실시예에 따른 일회용 점도측정기구에 대하여 설명하도록 한다.
제3실시예에 따른 점도측정기구는 타임 오브 플라이트 방식을 통해 혈액의 변위를 측정하는 기술적 특징이 있다.
이를 위한 일회용 점도측정기구는 혈액용기(100)와, 경사 모세관(200)과, 검출기(500)를 포함하여 구성된다.
이때, 경사 모세관(200)의 일단부는 혈액용기(100)의 연결공(120)에 결합이 되고, 경사 모세관(200)의 타단부에는 검출기(500)가 설치된다.
검출기(500)는 타임 오브 플라이트 방식을 위한 빛, 주파수, 소리 등을 발생하는 장치이다.
즉, 검출기(500)로부터 발생한 빛, 주파수, 소리 등이 경사 모세관(200)의 내부로 유입된 후, 경사 모세관(200)의 일단부로부터 올라오는 혈액에 부딪혀 검출기로 되돌아오는 시간을 통해 혈액의 변위를 측정하는 것이다.
예컨대, 혈액이 경사 모세관(200)의 일단부로부터 유입되는 혈액의 최초 위치와 경사 모세관(200)의 타단부 사이, 즉 검출기(500)가 설치된 곳까지의 거리가 최대이므로 상기 검출기(500)로부터 발생한 빛, 소리, 주파수 등이 되돌아오는 시간은 최대화된다.
하지만, 시간이 갈수록 혈액은 경사 모세관(200)을 따라 상방으로 올라옴에 따라 혈액과 검출기(500) 사이의 거리는 점점 짧아지게 되어 검출기(500)로부터 발생한 빛, 주파수, 소리 등이 되돌아오는 시간은 점점 감소하게 된다.
이후, 검출기(500)로부터 발생한 빛, 주파수, 소리 등이 되돌아오는 시간이 일정해진 경우를 통한 혈액의 변위 측정을 통해 혈액의 점도를 측정할 수 있는 것이다.
다음으로, 도 6을 참조하여 본 발명의 제4실시예에 따른 일회용 점도측정기구 및 이를 이용한 점도측정방법에 대하여 설명하도록 한다.
제4실시예에 따른 일회용 점도측정기구는 경사 모세관(200)을 따라 경사 모세관(200)의 일단부로부터 타단부를 향해 올라오는 혈액의 압력을 통한 혈액의 변위를 측정하여 혈액의 점도를 측정하는 기술적 특징이 있다.
이를 위한 일회용 점도측정기구는 혈액용기(100)와, 경사 모세관(200)과, 압력용기(600)와, 압력측정계(610)를 포함하여 구성된다.
경사 모세관(200)의 일단부는 혈액용기(100)의 연결공(120)에 결합이 되고, 경사 모세관(200)의 타단부에는 압력용기(600)가 설치된다.
이때, 압력용기(600)에는 압력용기(600)의 내부 압력을 측정하는 압력측정계(610)가 설치된다.
이와 같은 구성으로 이루어진 일회용 점도측정기구를 이용한 혈액의 점도측정방법은 다음과 같다.
혈액 용기(100)의 내부 공간으로 신체로부터 채취된 혈액을 유입시킨다.
이후, 혈액 용기(100)의 내부 공간에 혈액이 차게 되면, 혈액은 표면장력에 의해 경사 모세관(200)의 일단부를 통해 상방으로 이동이 된다.
이때, 혈액의 이동에 의해 경사 모세관(200)의 내부 압력은 변하게 되고, 경사 모세관(200)의 내부 압력 변화에 의해 경사 모세관(200)의 타단부에 설치된 압력용기(600)의 내부 압력도 변하게 된다.
이때, 압력용기(600)에 설치된 압력측정계(610)가 상기 압력용기(600)의 내부 공간에 대한 압력을 시간별로 측정함으로써 혈액의 변위를 알 수 있게 된다.
즉, 혈액의 이동에 따라 경사 모세관(200) 내부의 압력은 지속적으로 증가하다가, 혈액의 이동이 멈추게 되면 경사 모세관(200) 및 압력용기(600)의 내부 압력은 일정한 압력값을 유지하게 되는데 이를 통해 혈액의 변위를 측정함으로써 혈액의 점도를 측정할 수 있는 것이다.
이때, 압력용기(600)를 이용한 혈액의 점도 측정에 있어서, 초기 압력을 대기 압력보다 크게 잡고 시작할 수도 있으며, 초기 압력을 대기압보다 작게 잡고 시작할 수도 있다.
한편, 상기한 일회용 점도측정기구 및 이를 이용한 혈액의 점도측정방법을 통해 혈액의 점도계수를 구하는 식에 대하여 설명하면 다음과 같다.
혈액의 점도는 벽전단응력과 벽전단율의 비로 정의된다.
혈액점도 = 벽전단응력/벽전단율
1. 벽전단응력(Wall Shear Stress)의 결정
경사 모세관(200)에 혈액이 유입될 때 힘의 평형을 고려하여 힘의 지배방정식은 다음과 같이 기술될 수 있다.
ma = F표면장력 - (F마찰저항력 + F중력)
표면장력에 의해 혈액이 경사 모세관(200)으로 유입되는 과정에서 혈액의 유속 및 유속의 시간에 따른 변화는 아주 작으므로 가속도 a는 실제 거의 제로에 가깝다.
따라서, 경사 모세관(200) 내에서의 혈액의 흐름이 정상상태라고 가정할 수 있고 위 식에서 왼쪽항은 제로로 가정할 수 있다. 이 경우 힘의 평형방정식은 다음과 같다.
0 = F표면장력 - (F마찰저항력 + F중력)
위 식에서 F표면장력 은 표면장력으로 인해 생긴 힘이고, F마찰저항력 은 혈액의 점성계수로 인해 발생하는 마찰 저항력이며, F중력 은 경사 모세관(200)을 향해 작용하는 중력의 힘을 의미한다.
Figure 112013012447051-pat00002

Figure 112013012447051-pat00003

Figure 112013012447051-pat00004

위 식에서
ρ = 혈액 밀도
g = 혈액 중력
D = 경사 모세관의 내경
σ = 혈액의 표면장력
α = 경사 모세관의 경사각
χ = 표면장력에 의해 경사 모세관으로 유입되는 액체의 변위
τ = 전단응력
τw = 벽전단응력
F마찰저항력 = F표면장력 - F중력
Figure 112013012447051-pat00005
따라서, 벽전단응력은 다음과 같은 식을 만족하게 된다.
Figure 112013012447051-pat00006

한편, 경사 모세관(200) 내로 유입되는 혈액의 부피는 시간이 증가하게 된다.
결국 표면장력의 힘과 중력에 의한 힘이 동일하게 되고, 이 순간 표면장력에 의해 경사 모세관(200) 내로 유입되는 혈액의 이동은 멈추게 된다.
이때, 마찰 저항력은 제로가 되고, 이 경우 힘의 평형방정식은 다음과 같다.
Figure 112013012447051-pat00007

위 식에서 L은 표면장력에 의해 경사 모세관 내로 유입된 혈액의 최대변위(즉 L=χmax)를 나타낸다.
따라서, 표면장력은 다음과 같이 결정된다.
Figure 112013012447051-pat00008

위 식을 벽전단응력 식에 대입하면, 벽전단응력은 다음과 같다.
Figure 112013012447051-pat00009

2. 벽전단율(Wall Shear Rate)의 결정
벽전단율은 수학식으로 다음과 같이 정의된다.
Figure 112013012447051-pat00010
(이때, r = 모세관의 반경 방향좌표, R = 모세관의 반경)
그리고, 표면장력에 의해 혈액이 경사 모세관(200) 내로 유입될 때, 혈액의 작은 유속과 경사 모세관(200)의 작은 내경으로 인해 유속분포(u)는 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112013012447051-pat00011

위의 식에서 U는 경사 모세관(200) 내의 혈액 이동의 평균속도를 나타낸다.
또한, 상기 U는 표면장력에 의해 경사 모세관(200) 내로 유입되는 혈액의 변위가 시간에 따라 변하는 변화율로 정의되며, 다음과 같이 정의될 수 있다.
U = dχ/dt
(이때, t는 혈액의 변위시간)
이후, 상기 유속분포를 벽전단율 공식에 대입을 하면, 벽전단율은 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112013012447051-pat00012

3. 혈액의 점도계수 결정
혈액의 점도 μ는 수학식으로 다음과 같이 정의된다.
Figure 112013012447051-pat00013

위 식에 벽전단응력과 벽전단율의 공식을 대입하면, 혈액의 점도계수는 다음의 수학식을 통해 구할 수 있게 된다.
Figure 112013012447051-pat00014

위 식에서 경사 모세관(200) 내로 유입되는 액체의 변위 χ는 시간 t에 따라 변하게 된다.
따라서, 벽전단응력과 벽전단율도 시간에 따라 변하게 된다.
즉, 표면장력에 의해 혈액이 경사 모세관(200)으로 유입되는 초기에는 변위 χ의 값이 작지만, 시간에 따른 변화는 상당히 큰 값을 갖게 된다.
따라서, 초기에는 벽전단응력과 벽전단율 모두 큰 값을 갖게 된다.
이후, 시간이 경과함에 따라, 혈액의 변위가 증가되면서 변위의 시간에 따른 혈액의 변위 변화율은 점점 작게 된다.
이때, 벽전단응력과 벽전단율은 모두 아주 작은 값을 갖게 된다.
즉, 경사 모세관을 이용하여 혈액의 점도를 측정할 경우, 초기에는 전단율이 큰 경우의 혈액 점도를 측정할 수 있고, 시간이 지나면서 전단율은 감소함에 따라 전단율이 작은 경우의 혈액 점도를 측정할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 일회용 경사 모세관을 이용한 점도측정방법은 점도 측정에 대한 편의성을 높일 수 있으며, 구성을 간소화함으로써 제작단가를 낮춰 경제성을 높일 수 있는 기술적 특징이 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.
100 : 혈액용기 110 : 내부공간
120 : 연결공 200 : 경사 모세관
300 : 광원(레이저 콜리메이터) 400 : 센서(CCD 센서)
500 : 검출기 600 : 압력용기
610 : 압력측정계

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  8. 채취된 혈액이 수용되는 내부 공간을 형성하는 혈액용기와, 상기 혈액 용기로부터 상향 경사지게 설치되며, 혈액 용기의 내부 공간과 통하는 관로를 형성하는 경사 모세관을 포함하되 상기 경사 모세관의 표면에는 길이방향의 등간격으로 복수의 눈금이 표시된 일회용 경사 모세관을 이용한 점도측정방법에 있어서,
    상기 혈액용기에 수용된 혈액이 표면장력에 의해 경사 모세관을 통해 이동되는 과정에서 상기 혈액이 각 눈금을 지나는 시간을 측정하여 혈액의 점도를 측정하되,
    상기 표면장력은 혈액의 점성계수로 인해 발생하는 마찰 저항력과 경사 모세관 내부에 작용하는 혈액의 중력을 더한 값과 동일한 수치임을 고려하여 혈액의 점도를 측정하며,
    상기 점도측정방법을 통한 혈액의 점도계수(μ)를 구하는 식은,
    Figure 112013064781059-pat00024
    이고,
    ρ = 혈액 밀도
    g = 혈액 중력
    D = 경사 모세관 내경
    α= 경사 모세관의 경사각
    x = 표면 장력의 힘으로 경사 모세관에 유입되는 혈액의 변위
    L = 표면 장력의 힘에 의해 경사 모세관에 유입된 혈액의 최대변위
    t = 표면 장력의 힘에 의해 경사 모세관에 유입된 혈액의 변위시간인 것을 특징으로 하는 일회용 경사 모세관을 이용한 점도측정방법.

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