KR101789043B1

KR101789043B1 - 종이접기를 통한 생체 시료 농축 장치

Info

Publication number: KR101789043B1
Application number: KR1020160098694A
Authority: KR
Inventors: 이정훈; 한성일; 이경재
Original assignee: 광운대학교 산학협력단
Priority date: 2016-08-03
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2017-11-20

Abstract

본 발명은 접혀질 수 있는 시료 농축 장치를 개시한다. 본 발명의 시료 농축 장치는 접혀질 수 있는 제1 베이스부 및 상기 제1 베이스부가 접혀 겹쳐지며 전극을 연결하고 전위차를 발생시켜 처리 대상 시료의 농축이 일어나도록 할 수 있는 제2 베이스부를 포함하는 베이스, 상기 베이스의 적어도 일부 영역에 위치하여 상기 처리 대상 시료의 흡착을 방지하고 저장 공간 또는 이동 경로를 구분하는 코팅층, 상기 코팅층에 의하여 영역이 정의되고 상기 베이스에 위치하며, 측정하고자 하는 시료에 포함되어 분리하고자 하는 타겟 물질 또는 전해질 용액을 저장하거나 이동 경로를 제공하는 레저버들 및 상기 레저버들 중 적어도 일부의 레저버와 결합하여 이온을 선택적으로 투과시키는 선택적 이온 투과 채널을 포함하여 구현될 수 있다.

Description

종이접기를 통한 생체 시료 농축 장치{ORIGAMI-BASED BIOSAMPLE CONCENTRATION DEVICE}

본 발명은 시료 농축 장치에 관한 것으로서, 특히 특정 영역에 시료의 표적 물질을 농축시킬 수 있고 저비용 제조가 가능한 생체 시료 농축 장치에 관한 것이다.

현대 의학은 단순하게 수명을 연장하는 것이 아니라, 건강하게 오래 사는 건강수명의 연장을 실현하는 것을 목적으로 한다. 따라서 미래의학은 치료의학 중심이 아니라, 예방의학(Preventive Medicine), 예측의학(Predictive Medicine), 맞춤의학(Personalized Medicine)의 3P를 구현하는 것으로 패러다임이 변화하고 있다. 이를 구체적으로 실현하기 위해서는 질병의 조기발견 및 조기치료 등이 중요한 수단이 되고 있으며, 이를 위한 수단으로서 바이오마커(biomarker)에 대한 연구가 매우 활발하게 이루어지고 있다.

바이오마커는 정상이나 병적인 상태를 구분할 수 있거나 치료반응을 예측할 수 있고 객관적으로 측정할 수 있는 표지자를 말한다. 바이오마커에는 핵산 DNA, RNA(유전자), 단백질, 지방질, 대사물질 등과 그 패턴의 변화 등이 이용되고 있다. 즉, 당뇨병의 진단을 위한 혈중 포도당 같은 간단한 물질부터 글리벡의 치료 타겟인 만성골수성백혈병의 BCR-ABL 유전자 융합 같은 유전자 등이 모두 바이오마커에 해당하며 임상에서 실제적으로 사용하는 바이오마커이다.

DNA(Deoxyribonucleic Acid)는 핵내에 존재하는 유전자 물질이며, 유전자는 생물체가 생성하는 단백질의 종류를 결정해주는 화학 정보가 저장된 곳이다. 인체를 구성하는 정보들은 DNA를 분석함으로써 파악할 수 있으며, 질병의 예방 및 치료를 위하여 다양한 DNA 분석 기법이 연구 개발 및 활용되고 있다. DNA를 이용하여 질병을 분석하기 위해서는 PCR(Polymerase Chain Reaction)이라는 유전자 증폭기술을 사용하고 있다. PCR은 DNA의 이중나선을 연속적으로 분리시켜 생긴 단일가닥을 새로운 이중나선을 만드는 원본으로 사용하기 위하여 열에 안정한 DNA 중합효소로 가열 및 냉각을 반복하는 것으로서, 우선 DNA에 열을 가하여 2개의 사슬로 나눈다. 이것에 '프라이머(primer)'라고 하는 짧은 DNA를 추가하여 냉각하면 프라이머가 DNA에 결합하게 된다. 이것에 DNA 폴리머라아제(Polymerase)라는 효소를 더하면 프라이머 부분이 출발점이 되어 DNA가 복제된다. 이 '가열 및 냉각'이라고 하는 1사이클로 DNA는 2배가 된다. 이것을 수십 회 반복하면 약 1시간에 DNA는 수십억 배로 불어난다.

단백질(protein)은 아미노산(amino acid)이라고 하는 비교적 단순한 분자들이 연결되어 만들어진 복잡한 분자로, 대체적으로 분자량이 매우 큰 편이다. 단백질을 이루고 있는 아미노산에는 약 20 종류가 있는데, 이 아미노산들이 화학결합을 통해 서로 연결되어 폴리펩티드(polypeptide)를 만든다. 이때 아미노산들의 결합을 펩티드결합이라 하며, 이러한 펩티드결합이 여러(poly-)개 존재한다는 뜻에서 폴리펩티드라 부른다. 넓은 의미에서 단백질도 폴리펩티드라 할 수 있으며, 일반적으로는 분자량이 비교적 작으면 폴리펩티드라 하고, 분자량이 매우 크면 단백질이라고 한다. 이와 같은 단백질은 생물체의 몸을 구성하는 대표적인 분자이며, 세포 내의 각종 화학반응의 촉매 역할과 면역(免疫)을 담당하는 물질이다. 단백질은 이처럼 생체를 구성하고 생체내의 반응 및 에너지 대사에 참여하는 매우 중요한 유기물이다.

상기와 같은 DNA 또는 단백질을 분석하여 암 또는 질병의 발연 및 진행 정도를 파악할 수 있다. 특히 암 등의 난치병 조기진단과 치료를 위해서는 혈액 속에 들어 있는 단백질 중 정상세포가 암세포로 발전하는 초기 단계에서 미세한 변화를 보이는 지표 단백질을 찾아내는 혈액지문분석 기법이 알려져 있다. 혈액지문분석이란, 암의 유무에 따라 인체의 대사 물질들이 변화될 수 있다는데 착안하여, 암환자들의 혈액 내에 존재하는 대사 물질들의 질량분석데이터를 종합적으로 분석해 패턴의 변화추이를 통해 암 발생 여부를 진단하는 기법이다. 혈액지문분석은 혈액으로부터 곧바로 암 발생 여부를 진단할 수 있어 신속하게 정보를 획득할 수 있다는 장점이 있다.

그러나, 현재 단백질 분석을 위한 기술 및 소자들은 나노 기술을 이용함으로써 소자의 제작이 어렵고 비교적 고가이어서 보급화 되기 어려운 문제점이 있다. 또한, 단백질 분석 장치에 고감도의 센서가 필요하거나 적은 양의 샘플로는 정확한 분석이 어렵다는 단점이 있다. 한편 최근에는 나노기술과 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술의 발전으로 이를 단일의 유체 소자 내에 나노 구조물로 패터닝하여 적은 양의 시료만으로도 필요로 하는 물질을 신속히 분리 및 정제할 수 있게 되었으며, 이러한 기술들을 생명공학 및 의료공학 분야에 적용하고자 하는 노력들이 활발히 이루어지고 있다. 또한, 발전된 MEMS/NEMS 기술은 보다 정밀하게 나노구조물을 원하는 위치에 수 나노의 오차한계로 패터닝할 수 있게 되었으며, 이러한 기술은 미세유체채널과 결합되어 미세종합분석시스템(micro total analysis system; μ-TAS) 또는 랩온어칩 (Lab-on-a-chip)으로 활발히 연구되고 있다.

특히 유리나 기타 무겁고 비싼 재료를 이용하여 적은 양의 샘플 시료에서도 생체 분자를 농축하여 검출 정확도를 향상시킬 수 있는 생체 분자 농축 및 분리 장치를 구현하는 방식이 알려져 있으며, 이는 분석 대상 물질을 좁은 관이나 얇은 판을 통해 확산시키면서 일정 위치에 표적 물질을 농축할 수 있도록 막을 형성하는 방식이다. 하지만 이러한 방식들은 농축 및 분리 장치의 제조가 어렵거나 많은 비용이 들어가고 장치가 크고 무겁거나 취급이 불편한 점 등의 문제점이 있다.

한국 공개 특허 제 10-2015-0083722호 (2015.08.20 공개)

본 발명의 목적은 특정 영역에 표적 물질을 농축시키고 생체 시료의 활용도 증진을 위한 생체 시료 농축 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 베이스(base), 레저버(reservoir), 채널(channel) 등을 이루는 선택적 이온 투과 멤브레인(ion perm-selective membrane), 셀룰로오스 페이퍼(cellulose paper) 등의 물질을 커팅하여 붙이거나 도포하는 방법으로 저비용 제조가 가능한 생체 시료 분리 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일예에 따른 시료 농축 장치는 접혀질 수 있는 제1 베이스부 및 제1 베이스부가 접혀 겹쳐지며 전극을 연결하고 전위차를 발생시켜 처리 대상 시료의 농축이 일어나도록 할 수 있는 제2 베이스부를 포함하는 베이스, 베이스의 적어도 일부 영역에 위치하여 처리 대상 시료의 흡착을 방지하고 저장 공간 또는 이동 경로를 구분하는 코팅층, 코팅층에 의하여 영역이 정의되고 베이스에 위치하며, 측정하고자 하는 시료에 포함되어 분리하고자 하는 타겟 물질 또는 전해질 용액을 저장하거나 이동 경로를 제공하는 레저버들 및 레저버들 중 적어도 일부의 레저버와 결합하여 이온을 선택적으로 투과시키는 선택적 이온 투과 채널을 포함하는 시료 농축 장치를 포함한다. 여기서 제1 베이스부 및 제2 베이스부는 분리될 수 있다. 또한, 베이스는 다공성 멤브레인을 포함하여 구현될 수 있다.

여기서 코팅층은 시료의 흡착을 방지하기 위하여 물에 반발하여 빨아들이지 않는 소수성 물질을 적어도 일부 포함하도록 할 수 있다.

이때 레저버들은, 측정하고자 하는 시료가 흡수되어 저장되거나 이동할 수 있으며 제1 베이스부에 위치하는 흡수 레저버, 베이스가 접혀진 경우에, 흡수 레저버와 연결되며 측정하고자 하는 시료가 점습되고 제2 베이스부에 위치하는 샘플 레저버 및 샘플 레저버와 구분되는 영역을 가지고 전해질 용액이 저장되거나 이동할 수 있으며 제2 베이스부에 위치하는 복수 개의 버퍼 레저버들을 포함할 수 있다.

또한 베이스는, 흡수 레저버가 위치하며 접혀질 수 있는 제1 베이스부 및샘플 레저버와 버퍼 레저버들이 위치하며, 전극을 연결하여 전위차를 발생시켜 시료의 농축이 일어나도록 할 수 있는 제2 베이스부를 포함하여 구현될 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 베이스는 접혀진 형태를 유지하도록 하는 제1 접착면을 포함할 수 있고, 베이스에 포함되는 제1 접착면은 양면에 접착성을 가질 수 있다.

여기서 선택적 이온 투과 채널은 베이스의 일면에 위치하고 샘플 레저버와 버퍼 레저버들 중 적어도 하나의 버퍼 레저버를 연결하거나, 버퍼 레저버들을 연결하도록 패턴될 수 있으며, 일정한 채널 형상으로 컷팅되고, 일면에 접착성을 가지는 제2 접착면에 의하여 베이스의 일면에 고정되어 구현될 수 있다.

또한 선택적 이온 투과 채널은, 샘플 레저버와 버퍼 레저버들을 각각 연결할 수 있으며, 레저버들을 연결하는 브리지 형태의 채널로서 베이스의 일면에 위치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시료 농축 장치는, 버퍼 레저버들 중 어느 하나의 레저버에 연결되는 제1 전극 및 버퍼 레저버들 중 제1 전극이 연결되지 않은 레저버들 중 어느 하나의 레저버와 연결되는 제2 전극을 더 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 코팅층은 베이스의 적어도 일부 영역에 도포 된 후 가열되어 베이스의 단면 전체에 침습되는 제1 코팅층 및 제1 코팅층이 도포 또는 투과되지 않은 베이스 공간의 적어도 일면에 도포되는 제2 코팅층을 포함할 수 있다. 이때 제2 코팅층은, 버퍼 레저버의 일면에 도포될 수 있다.

본 발명의 선택적 이온 투과 채널은 나피온(Nafion), 폴리스티렌 설포네이트(polystyrene sulfonate, PSS), 폴리알릴아민 하이드로클로라이드(polyallylamine hydrochloride, PAH), 및 전기방사 나노섬유(electrospinning nanofiber) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시료 농축 장치는, 서로 분리될 수 있는 제1 베이스부와 제2 베이스부를 포함하며, 제1 베이스부가 제2 베이스부에 겹치게 접혀지고, 접혀진 형태를 유지하도록 제1 베이스부에 위치한 제1 접착면에 의하여 고정된 베이스, 베이스의 적어도 일부 영역에 위치하여 처리 대상 시료의 흡착을 방지하고 저장 공간 또는 이동 경로를 구분하는 코팅층, 코팅층에 의하여 영역이 정의되고 베이스에 위치하며, 측정하고자 하는 시료에 포함되어 분리하고자 하는 타겟 물질 또는 전해질 용액을 저장하거나 이동 경로를 제공하는 레저버들 및 제2 베이스부의 일면에 위치하며 레저버들 중 적어도 일부의 레저버들을 연결하여 이온을 선택적으로 투과시키는 선택적 이온 투과 채널을 포함할 수 있다.

이때 레저버들은, 측정하고자 하는 시료가 흡수되어 저장되거나 이동할 수 있으며 제1 베이스부에 위치하는 흡수 레저버, 베이스가 접혀진 경우에 흡수 레저버와 연결되며 측정하고자 하는 시료가 점습되고 제2 베이스부에 위치하는 샘플 레저버, 제2 베이스부에 위치하며 샘플 레저버와 구분되는 영역을 가지고 전해질 용액이 저장되거나 이동할 수 있는 복수개의 버퍼 레저버들을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시료 농축 장치는, 버퍼 레저버들 중 어느 하나의 레저버에 연결되는 제1 전극 및 버퍼 레저버들 중 제1 전극이 연결되지 않은 레저버들 중 어느 하나의 레저버와 연결되는 제2 전극을 더 포함하여 구현할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 코팅층은 베이스의 적어도 일부 영역에 도포 된 후 가열되어 베이스의 단면 전체에 침습되도록 하는 제1 코팅층 및 제1 코팅층이 도포 또는 투과되지 않은 베이스 공간으로서, 버퍼 레저버들의 또 다른 일면에 도포되는 제2 코팅층을 포함할 수 있다. 또한 시료의 흡착을 방지기 위하여 물에 반발하여 빨아들이지 않도록 하는 알코올 지방산 에스터 성분을 적어도 일부 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 농축 장치. 선택적 이온 투과 채널은 나피온(Nafion), 폴리스티렌 설포네이트(polystyrene sulfonate, PSS) 및 폴리알릴아민 하이드로클로라이드(polyallylamine hydrochloride, PAH) 중 적어도 어느 하나 일 수 있다.

선택적 이온 투과 채널은, 일정한 채널 형상으로 컷팅되고, 일면에 접착성을 가지는 제2 접착면에 의하여 베이스의 일면에 고정되며, 샘플 레저버와 버퍼 레저버들을 각각 연결하여 구성될 수 있다

본 발명의 일 실시예에 따른 시료 농축 장치의 제조 방법은, 미리 정해지고 접혀질 수 있는 형태로 마련된 베이스의 적어도 일부 영역에 시료의 흡착을 방지하는 코팅층을 형성하여, 코팅층에 의하여 영역이 정의되고, 시료에 포함되는 타겟 물질 또는 전해질 용액을 저장하거나 이동 경로를 제공하는 레저버들을 형성하는 단계, 측정하고자 하는 시료가 흡수되 베이스가 접혀진 경우에, 흡수 레저버와 연결되며 측정하고자 하는 시료가 점습되고 제2 베이스부에 위치하는 샘플 레저버가 서로 연결되도록 베이스를 접는 단계, 양면에 접착성을 가지는 제1 접착면을 이용하여 베이스를 접혀진 형태로 고정하는 단계, 베이스의 일면에 적어도 일부의 레저버와 결합하여 이온을 선택적으로 투과시키는 선택적 이온 투과 채널을 소정의 채널 형상으로 컷팅하고, 일면에 접착성을 가지는 제2 접착면을 이용하여 부착하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 본 발명의 선택적 이온 투과 채널은 샘플 레저버와 전해질 용액이 저장되거나 이동하는 복수개의 버퍼 레저버들을 각각 연결하도록 부착될 수 있다.

또한, 레저버들을 형성하는 단계는, 베이스의 적어도 일부 영역에 제1 코팅층을 도포 한 후 가열하여 베이스의 단면 전체에 침습되도록 하는 단계 및 제1 코팅층이 도포 및 투과되지 않은 베이스 공간의 적어도 일면에 제2 코팅층을 도포하는 단계를 포함할 수 있다.

본 명세서의 실시예에 따르면, 시료를 농축하여 특정 영역에 표적물질을 농축시킬 수 있는 생체 시료 분리 장치가 제공되는 효과가 있다.

또한, 본 명세서의 실시예에 따른 분리 장치는, 선택적 이온투과가 가능한 물질을 이용하여 이온투과막을 형성함으로써 나노 채널을 사용하지 않더라도 단백질 농축 효율이 매우 우수한 효과가 있다.

또한, 본 명세서의 실시예에 따른 농축 장치는, 종이를 기반으로 제조될 수 있으므로 별도의 부가적인 장치 없이 저비용으로 제작, 사용이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 농축 장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 농축 장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 농축 장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 농축 장치의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 농축 장치의 단면을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 농축 장치의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실험 과정 및 결과를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 실험 결과를 도시한 것이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 실험 결과를 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 농축 장치의 평면도이다. 본 발명에서의 시료 농축 장치는, 처리 대상 시료 특히 생체 시료의 분석을 용이하게 하기 위하여 처리 대상 시료의 농축 및 분리가 일어나도록 하고, 이 과정에서 전기영동(electrophoresis) 및 전기삼투(electro-osmosis)의 특성을 이용하여 이온 농도 분극(ion concentration polarization)을 발생시켜 시료를 농축 및 분리 할 수 있다. 이 결과 얻어진 농축된 표적 물질(예, 단백질)은 ICP(inductively coupled plasma)와 같은 발광 분광 분석법으로 반응을 판별할 수 있으며, 특히 본 발명에서는 수 ng 이하의 전혈 내의 단백질(biomarker)을 수 천 배 이상 농축 할 수 있으므로 육안으로도 반응 판별이 용이하고 조기 질병 검출 및 진단이 가능하도록 할 수 있다.

도 1에 따르면, 본 발명의 시료 농축 장치는 베이스(100), 코팅층(200), 레저버들(300) 및 선택적 이온 투과 채널(400)을 포함할 수 있다. 도 1은 시료 농축 장치의 일면(a) 및 또 다른 일면(b)에 대하여 도시한 것이다.

본 실시예에서 베이스(100)는 적어도 일부 섬유 조직을 가지는 재료를 포함하며, 일례로 종이가 이용될 수 있지만 이에 한정되지 아니하고 PET(polyethylene terephthalate)도 가능하다. 특히 베이스(100)는 소수성 물질과 결합이 잘되거나, 소수성 물질이 침투 가능한 구조를 갖는 재질이 바람직하다.

종이의 경우 원가가 저렴할 뿐만 아니라, 탄성 및 성형성이 좋고, 소수성 물질과 흡착, 침투시키는 형태로 종이 위에 일정한 두께를 갖는 코팅층(200)을 형성시키는 것이 용이하며, 소수성 코팅물질과의 결합력도 우수하다. 이러한 코팅층은 시료를 저장하고, 일정 성분을 이동시키기 위한 채널을 형성하는 것도 용이하다는 장점이 있다.

종이의 경우 파이버 형태로 구성된 친수성 재료로서, 이러한 경우 파이버 구조에 따라 모세관이 형성되고, 여기에 액체를 떨어뜨렸을 때 모세관 현상에 의해 액체가 이동하게 된다. 즉, 이러한 모세관 현상을 이용하면 별도로 외부에서 동력을 제공하지 않더라도 액체를 이동시킬 수 있으며, 이러한 드래그 포스(drag force)을 이용한다면, 생체분자의 농축을 위해 분별된 성분의 이동이 용이해 질 수 있다. 종이 이외에도 파이버 형태의 친수성 재료로 알려진 다른 물질들도 종이와 같이 사용 가능하다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 농축이 진행될 때, 어느 정도 농축이 되면 농축 플러그가 서서히 이동할 수 있다. 이러한 경우에 드래그 포스를 반대로 취해줄 수 있다면 농축비 향상에 있어서 많은 도움이 된다. 이러한 드래그 포스를 모세관 현상을 이용하면 추가적인 동력없이 진행할 수 있기 때문에 효과적이다.

코팅층(200)은 베이스의 적어도 일부 영역에 위치하여 상기 처리 대상 시료의 흡착을 방지하고 저장 공간 또는 이동 경로를 구분할 수 있다.

코팅층(200)은 시료의 흡착을 방지하기 위하여 물에 반발하여 빨아들이지 않는 소수성 물질을 적어도 일부 포함할 수 있으며, 본 실시예에서 소수성 물질은 대표적으로 알코올 지방산 에스터로서 왁스(Wax) 등을 사용 할 수 있다. 이 경우 베이스(100)에 왁스를 인쇄하거나 가열하여 결합시킬 수 있다. 다만 여기에 한정되지 않으며, 아크릴(Acrylics), 올레핀(Olefins), 아미드, 이미드, 스티렌, 카보네이트, 비닐 아세탈, 디엔(Dienes), 비닐, 에스테르, 비닐에스테르, 케톤, 플루오로카본이나 테플론(Teflon), PDMS, 실란(Silane)등에서 선택되는 성분을 포함할 수 있다. 그 외에도 알킬실란 계열의 실리클래드(Siliclad) 등이 있고, 실리콘 계열으로는 하이드라이드 터미네이티드 폴리디메틸실록산(Methylhydrosiloxane-Dimethysiloxane Copolymer) 등이 있다.

일반적으로 재료에서 물질이 소수성을 띄게 되는 경우는 물과 닿는 표면의 구조에 의한 영향과 재료의 표면 자체의 특성에 의한 영향으로 소수성을 가질 수 있다. 특히, 베이스인 종이에 코팅을 하여 마이크로 채널을 형성하는 경우는 후자에 해당하며, 종이에 왁스를 코팅하여 채널을 형성하는 것은 종이라는 친수성 재료에 채널로 사용할 부분을 제외하고 다른 부분을 소수성을 띄게 하기 위함이다. 이러한 소수성의 성질은 베이스를 종이와 비슷한 파이버(fiber) 소재를 이용할 경우에도 유사한 효과를 얻을 수 있으므로, 셀룰로오스 페이퍼 이외에 파이버 계열의 베이스를 사용하는 것도 가능하다.

레저버들(300)은 코팅층(200)에 의하여 영역이 정의되고 상기 베이스에 위치하며, 측정하고자 하는 시료에 포함되어 분리하고자 하는 타겟 물질 또는 전해질 용액을 저장하거나 이동 경로를 제공할 수 있다.

본 발명에서의 레저버들(300)은 점습된 시료, 예컨대 분석하고자 하는 단백질 시료 또는 도전성 액체(버퍼)가 저장되거나 이동하는 경로를 제공 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 레저버들(300)은 베이스(100)의 적어도 일면에 있어서, 코팅층(200)과 결합하지 아니하고 노출된 공간으로 정의 될 수 있다.

상술한 레저버들(300)은 베이스(100)에 위치하는 코팅층(200)에 의하여 형성되는 물리적인 공간으로서, 본 실시예에서는 베이스(100)에 소수성 물질인 왁스를 결합시키는 방법으로서 종이 위에 소수성 물질의 패턴을 코팅시키는 방법을 개시한다. 패터닝 방법에 대하여 특별한 제한은 없고, 종이와 소수성 물질을 단순히 접합시키는 것, 종이에 소수성 물질을 침투시킨 상태로 결합시키는 것도 가능하지만, 바람직하게는 시료의 누수를 방지하기 위하여 소수성 물질을 종이에 침투되도록 결합시키는 것이 바람직하다. 종이의 경우 원가가 저렴할 뿐만 아니라, 탄성 및 성형성이 좋고, 소수성 물질과 흡착, 침투시키는 형태로 종이 위에 일정한 두께를 갖는 코팅층을 형성시키는 것이 용이하며, 소수성 코팅물질과의 결합력도 우수하다.

선택적 이온 투과 채널(400)은 레저버들 중 적어도 일부의 레저버와 결합하여 이온을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 도시된 바와 같이, 레저버들을 연결하는 브리지 형태의 채널로서 구현될 수 있으며, 베이스(100)의 일면에 위치할 수 있다.

선택적 이온 투과 채널(400)은 마이크로플로우 패터닝(microflow patterning)이나 피펫팅(pipetting) 기법을 이용하여 접착층에 직접 기지정된 패턴에 따라 소정의 두께와 영역을 갖는 나피온(Nafion) 멤브레인(membrane)으로 형성될 수 있다.

여기에서 선택적 이온 투과 물질을 패터닝하는 방법에 특별한 제한이 있는 것은 아니지만, 마이크로 채널에서 타겟 물질의 농축 효율을 높이고, 농축 비율을 제어하기 위한 방법으로서, 기존의 프린팅 기법들을 이용하여 선택적 이온 투과물질을 형성시킬 수 있다. 다만, 저비용으로 용이하게 제조가 가능한 생체 시료 농축 장치를 제공하고자 하는 경우, 미리 형성된 나피온 멤브레인을 일정한 채널 형상으로 컷팅(cutting)하여 패턴을 형성하여 일면에 접착성을 가지는 접착면을 이용하여 베이스(100)에 부착함이 바람직하다. 선택적 이온 투과 채널(400)은 수백나노에서 수십 마이크로미터의 두께를 갖도록 형성될 수 있으며, 수십에서 수백 마이크로 미터의 폭을 갖는 사각 패턴으로 형성될 수 있다. 선택적 이온 투과 채널(400)은 나피온(Nafion) 이외에도 polystyrene sulfonate (PSS), polyallylamine hydrochloride (PAH) 등의 고분자 전해질(polyelectrolyte)로도 구현될 수 있으며, 선택적으로 이온 투과가 가능한 물질이라면 어떠한 물질로 구현되더라도 무방하다.

선택적 이온 투과 채널(400)은 특정 이온 물질을 선택적으로 투과시키는 막으로서 나노 필터(nano filter)의 기능을 수행하는 나노 채널(nano channel)을 구현하기 위한 구성요소이다. 선택적 이온 투과 채널(400)은 일예로 양성자(proton)를 선택하여 투과시키는 나노 필터로서 기능할 수 있다. 선택적 이온 투과 채널(400)이 나피온(nafion)으로 구현되는 경우, 나피온의 화학 구조 중 SO3-로 인해서 H+ 이온이 호핑(hopping) 및 비히클 기전(vehicle mechanism)(K. -D. Kreuer, Chem. Mater. 1996, 8, 610-641)에 의하여 선택적으로 빠르게 투과되도록 하여, 선택적 이온 투과 채널(400)은 나노 필터의 기능을 수행할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 농축 장치의 평면도이다. 도 1을 참조하여 도 2를 설명하면 다음과 같다.

도 2에 따르면, 본 발명의 시료 농축 장치의 베이스(100)는 제1 베이스부(110), 제2 베이스부(120) 및 제1 접착면(510)을 구비할 수 있다.

제1 베이스부(110)는 접혀질 수 있으며, 처리 대상 시료를 투입한 후 제2 베이스부(120)로부터 분리되어 제거될 수 있다. 이때, 제1 베이스부(110)는 위쪽으로 접혀진 상태에서 처리 대상 시료를 투입하고 시료가 제2 베이스부(120)쪽으로 전달되도록 할 수 있다.

제2 베이스부(120)는 제1 베이스부(110)가 접혀 겹쳐지며 전극을 연결하고 전위차를 발생시켜 처리 대상 시료의 농축이 일어나도록 할 수 있다. 이때, 제1 베이스부(110)와 제2 베이스부(120)는 분리될 수 있다. 전압을 가하여 처리 대상 시료의 농축이 충분히 일어나면 역으로 확산되지 않도록 하기 위하여 시료를 투입한 레저버가 위치한 베이스부를 분리하여 제거할 수 있다.

제1 접착면(510)은 베이스(100)가 접혀진 형태를 유지하도록 할 수 있다.

베이스(100)가 시료의 투입을 위하여 접혀지는 경우, 별도의 고정 수단이 없으면 레저버간 연결이 불안정하여 시료의 이동이 원활히 일어나지 않으므로 접힌 상태를 유지하기 위한 접착면을 포함할 수 있다. 이때, 제1 접착면(510)은 양면에 접착성을 가지는 양면테이프로 구현될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 농축 장치의 평면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 도 3을 설명하면 다음과 같다.

도 3에 따르면, 본 발명의 시료 농축 장치의 레저버들(300)은 흡수 레저버(310), 샘플 레저버(320), 버퍼 레저버들(330), 제1 전극(610) 및 제2 전극(620)을 포함할 수 있다.

흡수 레저버(310)는 측정하고자 하는 시료가 흡수되어 저장되거나 이동할 수 있으며 제1 베이스부(110)에 위치할 수 있다. 흡수 레저버(310)는 제1 베이스부(110)에 있어서 코팅층(200)이 형성되지 아니한 적어도 일면으로 구현될 수 있으며, 제1 베이스부(110)가 접힌 상태에서 샘플 레저버(320)와 연결되어 시료가 샘플 레저버(320)에 투습된 시료를 흡수 할 수 있다. 바람직하게는, 제1 베이스부(110)가 위쪽으로 접히고 흡수 레저버(310)의 채널부가 샘플 레저버(320)의 채널부의 위쪽에 겹쳐지도록 연결되어 샘플 레저버(320)에 투습된 시료를 모세관힘에 의하여 흡수하도록 할 수 있으며 특히 시료의 성분 중 물을 흡수하도록 할 수 있다.

샘플 레저버(320)는 베이스(100)가 접혀진 경우에, 흡수 레저버(310)와 연결되며 측정하고자 하는 시료가 점습되고 제2 베이스부(120)에 위치하도록 구현될 수 있다.

버퍼 레저버들(330)은 상기 샘플 레저버와 구분되는 영역을 가지고 상기 전해질 용액이 저장되거나 이동할 수 있으며 상기 제2 베이스부에 위치하도록 할 수 있다. 버퍼 레저버들(330)에는 전극이 연결되어 전위차가 가해질 수 있으며, 선택적 이온 투과 채널(400)을 통하여 샘플 레저버(330)와 연결되어 투입된 시료로부터 선택적으로 투과된 물질이 저장되도록 할 수 있다.

제1 전극(610)은 버퍼 레저버들(330) 중 어느 하나의 레저버에 연결되고, 제2 전극(620)은 버퍼 레저버들(330) 중 제1 전극이 연결되지 않은 레저버들 중 어느 하나의 레저버와 연결될 수 있다. 연결된 제1 전극(610) 및 제2 전극(620)은 버퍼 레저버들(330)과 샘플 레저버(320) 간에 전위차를 발생시켜 선택적 이온 투과 채널(400)에 의하여 처리 대상 시료가 선택적으로 이동하고, 농축되도록 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 농축 장치의 평면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 도 4를 설명하면 다음과 같다.

도 4에 따르면, 본 발명의 시료 농축 장치의 베이스는 제2 접착면 (520)을 더 구비할 수 있다. 도 4는 베이스(100)가 접혀진 면의 반대 방향의 평면도를 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면 시료 농축 장치의 하면이 될 수 있다.

제2 접착면(520)은 일면에 접착면을 가지고, 베이스(100)의 일면에 부착될 수 있다. 도시한 바와 같이, 본 발명에서의 시료 농축 장치는 제2 베이스부(120)의 일면에 있어서 선택적 이온 투과 채널(400)이 레저버들(300)의 일면을 연결하도록 구현될 수 있고, 상기 선택적 이온 투과 채널(400)은 기형성된 멤브레인을 소정의 채널 형태로 컷팅한 것으로서 제2 접착면(520)에 의하여 제2 베이스부(120)의 일면에 레저버들(300)을 연결하도록 부착될 수 있다.

바람직하게는, 세 개의 버퍼 레저버(330)가 샘플 레저버(320)에 대하여 위, 아래 그리고 옆에 각각 위치하고 선택적 이온 투과 채널(400)은 샘플 레저버(320)의 옆에 위치한 버퍼 레저버(330)와 샘플 레저버(320)를 연결하는 것과 나머지 두 개의 버퍼 레저버들(330)과 샘플 레저버(320)를 연결하는 것으로서 두 개의 선택적 이온 투과 채널(400)이 부착되도록 할 수 있다. 이는 본 발명에 따른 시료 농축 장치의 일 실시예로서 버퍼 레저버들(330)에 전극(610,620)을 연결하여 전압을 인가하는 경우에 전극과 처리 대상 시료가 직접적으로 접촉되지 않도록 하는 도체성 다리 역할을 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 농축 장치의 단면을 도시한 것이다. 도 1 내지 도 4를 참조하여 도 5를 설명하면 다음과 같다.

도 5에 따르면, 본 발명의 시료 농축 장치의 코팅층(200)은 제1 코팅층(210) 및 제2 코팅층(220)을 포함할 수 있다. 제1 코팅층(210)은 베이스(100)의 적어도 일부 영역에 도포 된 후 가열되어 상기 베이스의 단면 전체에 침습되게 형성할 수 있으며(a), 제2 코팅층(220)은 제1 코팅층(210)이 도포 및 투과되지 않은 상기 베이스(100) 공간의 적어도 일면에 도포되도록 형성되게 할 수 있다(b).

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 코팅층(220)을 버퍼 레저버들(330)의 일면에 도포되도록 하여 버퍼 레저버들(330)을 채널과 같이 구현할 수 있다. 이 경우에, 접혀지는 제1 베이스부(110)가 버퍼 레저버(330)에 점습된 버퍼 용액과 닿지 않도록 하기 위하여 샘플 레저버(320)와 흡수 레저버(310)가 연결되는 채널의 길이를 길게 형성하지 않아도 되므로, 시료의 농축이 완료되고 전계를 제거한 후 제1 베이스부(110)를 분리하였을 때 샘플 레저버(320)에 농축된 시료의 플러그가 퍼질 수 있는 공간이 줄어들어 보다 응축된 플러그를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 농축 장치의 평면도를 일면(a) 및 또 다른 일면(b)에서 나타낸 것이다. 도 1을 참조하여 도 6을 설명하면 다음과 같다.

도 6에 따르면, 본 발명의 시료 농축 장치는 베이스(100), 코팅층(200), 레저버들(300), 선택적 이온 투과 채널(400), 제1 접착면(510), 제2 접착면(520), 제1 전극(610) 및 제2 전극(620)을 포함할 수 있다.

베이스(100)는 제1 베이스부(110)와 제2 베이스부(120)를 포함할 수 있고, 제1 베이스부(110)와 제2 베이스부(120)는 분리될 수 있으며, 제1 베이스부(110)가 상기 제2 베이스부(120)에 겹치게 접혀지고, 접혀진 형태를 유지하도록 상기 제1 베이스부(110)에 위치한 제1 접착면(510)에 의하여 고정될 수 있다.

코팅층(200)은 베이스의 적어도 일부 영역에 위치하여 처리 대상 시료의 흡착을 방지하고 저장 공간 또는 이동 경로를 구분하고, 레저버들(300)은 코팅층(200)에 의하여 영역이 정의되고 베이스(100)에 위치하며, 측정하고자 하는 시료에 포함되어 분리하고자 하는 타겟 물질 또는 전해질 용액을 저장하거나 이동 경로를 제공할 수 있다. 또한 코팅층(200)은 시료의 흡착을 방지기 위하여 물에 반발하여 빨아들이지 않도록 하는 알코올 지방산 에스터 성분을 포함할 수 있으며, 예컨대 왁스(Wax)를 이용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시료 농축 장치의 코팅층(200)은 베이스(100)의 적어도 일부 영역에 도포 된 후 가열되어 상기 베이스의 단면 전체에 침습되도록 하는 제1 코팅층(210) 및 제1 코팅층(210)이 도포 또는 투과되지 않은 베이스(100) 공간으로서, 버퍼 레저버들(300)의 또 다른 일면에 도포되는 제2 코팅층(220)을 포함할 수 있다.

레저버들(300)은 코팅층(200)에 의하여 영역이 정의되고 상기 베이스(100)에 위치하며, 측정하고자 하는 시료에 포함되어 분리하고자 하는 타겟 물질 또는 버퍼 용액을 저장하거나 이동 경로를 제공할 수 있다. 본 발명에 일 실시예에 따른 시료 농축 장치의 레저버들(300)은 측정하고자 하는 시료가 흡수되어 저장되거나 이동할 수 있으며 제1 베이스부(110)에 위치하는 흡수 레저버(310), 베이스(100)가 접혀진 경우에 흡수 레저버(310)와 연결되며 측정하고자 하는 시료가 점습되고 제2 베이스부(120)에 위치하는 샘플 레저버(320) 및 제2 베이스부(120)에 위치하며, 샘플 레저버(320)와 구분되는 영역을 가지고 전해질 용액이 저장되거나 이동할 수 있는 복수개의 버퍼 레저버들(330)을 포함할 수 있다.

선택적 이온 투과 채널(400)은 제2 베이스부(120)의 일면에 위치하며, 상기 레저버들 중 적어도 일부의 레저버들을 연결하여 이온을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 바람직하게는, 일정한 채널 형상으로 컷팅되고, 일면에 접착성을 가지는 제2 접착면(520)에 의하여 베이스(100)의 일면에 고정되며, 샘플 레저버(320)와 버퍼 레저버(330)들을 각각 연결하도록 구현될 수 있다. 특히, 샘플 레저버(320)의 옆에 위치한 버퍼 레저버(330)와 샘플 레저버를 연결하는 것과, 샘플 레저버(320)의 위 및 아래에 위치한 버퍼 레저버들(330)과 샘플 레저버(320)를 연결하는 것으로서 두 개의 선택적 이온 투과 채널(400)을 구비할 수 있다. 또한, 선택적 이온 투과 채널(400)은 나피온(Nafion), 폴리스티렌 설포네이트(polystyrene sulfonate, PSS) 및 폴리알릴아민 하이드로클로라이드(polyallylamine hydrochloride, PAH) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구현될 수 있다.

제2 접착면(520)은 일면에 접착면을 가지고, 베이스(100)의 일면에 부착될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 접착면(520)은 제2 베이스부(120)의 하면에 선택적 이온 투과 채널(400)을 고정하도록 부착될 수 있다.

제1 전극(610)은 버퍼 레저버들(330) 중 어느 하나의 레저버에 연결되고, 제2 전극(620)은 버퍼 레저버들(330) 중 제1 전극이 연결되지 않은 레저버들 중 어느 하나의 레저버와 연결될 수 있고, 전극들 사이에 전위차를 인가하여 시료가 농축되도록 할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실험 과정 및 결과를 도시한 것이다. 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 7의 (a)는 본 발명에 따른 시료 농축 장치를 이용한 농축 과정을 도시한 것이다. 흡수 레저버(310), 샘플 레저버(320) 및 버퍼 레저버(330)가 형성되도록 코팅층(200)이 도포된 베이스(100)를 흡수 레저버(310)의 채널부와 샘플 레저버(320)의 채널부가 겹쳐지도록 접어 고정하고, 처리 대상 시료를 샘플 레저버(320)에 처리 대상 시료를 투습시키고 버퍼 레저버(330)에 버퍼 용액을 도포한 후 버퍼 레저버들(330)중 가운데 위치한 레저버에 V+ 전압을 가하고 다른 버퍼 레저버들(330) 중 하나에 접지(Ground)하여, 전위차를 발생시킨다. 이때, 베이스(100)의 하면에는 선택적 이온 투과 채널(400)이 버퍼 레저버들(330)과 샘플 레저버(320)를 연결하도록 부착되어 있다. 특히 가운데 위치한 버퍼 레저버(330)와 샘플 레저버(320)를 연결하는 것과 나머지 두개의 버퍼 레저버들(330)과 샘플 레저버(320)를 연결하는 것으로서 두 개의 선택적 이온 투과 채널(400)이 부착되어 있다. 따라서 샘플 레저버(320)를 통하여 투습된 시료는 두 전극을 통하여 걸려진 전계에 의해 샘플 레저버(320)에 농축된다.

보다 상세하게는, 샘플 레저버(320)에 투습된 시료는 모세관 현상에 의하여 샘플 레저버(320)와 연결된 흡수 레저버(310)로 흡수되며, 흡수 레저버(310) 방향으로 유체의 흐름이 형성된다. 그러나 전압이 인가되므로, 샘플 레저버(320)와 연결된 선택적 투과 채널(400) 특히 본 실시예에서 이용되는 나피온(Nafion)은 이온농도분극현상(ICP)에 의하여 (-)전하를 띠는 분자들만 V+전압이 인가된 버퍼 레저버(330) 쪽으로 이동시키고, (+)전하를 띠는 분자들은 샘플 레저버(320)에서 Ground가 연결된 나머지 버퍼들을 잇는 선택적 이온 투과 채널(400)인 나피온(Nafion) 채널 부근에 모이게 되며, 시료의 물 성분만이 흡수 레저버(310)로 이동하게 된다. 따라서, 샘플 레저버(320)에 투습된 시료로부터 물 성분만이 빠지고 농축된 생체정보 샘플을 얻을 수 있다.

도 7의 (b)는 본 발명에 따른 시료 농축 장치를 이용한 농축 결과를 도시한 것이다. (a)와 같이 농축을 진행하면, 샘플 레저버(320) 및 버퍼 레저버(330)에 농축된 시료의 플러그를 얻을 수 있다. 이후 점선 부근을 절취하여 제1 베이스부(110) 및 흡수 레저버(310)를 제거하고, 측정의 목적이 되는 시료의 농축된 플러그가 있는 샘플 레저버(320) 및 버퍼 레저버(330)가 위치한 제2 베이스부(120)만을 병원이나 실험실 등에서 현장진단(point-of-care)에 이용 및 분석되도록 할 수 있다.

본 발명의 시료 농축 장치의 제조 방법을 도 1내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시료 농축 장치의 제조 방법은, 미리 정해지고 접혀질 수 있는 형태로 마련된 베이스(100)의 적어도 일부 영역에 시료의 흡착을 방지하는 코팅층(200)을 형성하여, 코팅층(200)에 의하여 영역이 정의되고, 시료에 포함되는 타겟 물질 또는 전해질 용액을 저장하거나 이동 경로를 제공하는 레저버들(300)을 형성하는 단계, 측정하고자 하는 시료가 흡수되고 베이스(100)가 접혀진 경우에, 흡수 레저버(310)와 연결되며 측정하고자 하는 시료가 점습되고 제2 베이스부(120)에 위치하는 샘플 레저버(320)가 서로 연결되도록 베이스(100)를 접는 단계, 양면에 접착성을 가지는 제1 접착면(510)을 이용하여 베이스(100)를 접혀진 형태로 고정하는 단계, 베이스(100)의 일면에 적어도 일부의 레저버(300)와 결합하여 이온을 선택적으로 투과시키는 선택적 이온 투과 채널(400)을 소정의 채널 형상으로 컷팅하고, 일면에 접착성을 가지는 제2 접착면(520)을 이용하여 부착하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시료 농축 장치의 제조 방법에서 선택적 이온 투과 채널(400)은 샘플 레저버(320)와 전해질 용액이 저장되거나 이동하는 복수개의 버퍼 레저버들(330)을 각각 연결하도록 부착되어질 수 있다.

또한, 레저버들(300)을 형성하는 단계는, 베이스(100)의 적어도 일부 영역에 제1 코팅층(210)을 도포 한 후 가열하여 베이스(100)의 단면 전체에 침습되도록 하는 단계 및 제1 코팅층(210)이 도포 및 투과되지 않은 베이스(100) 공간의 적어도 일면에 제2 코팅층(220)을 도포하는 단계를 포함할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 시료 농축 장치의 실험 결과를 도시한 것으로서 도 1 내지 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 8은 흡수 레저버(310)의 직경별로 시간에 따라 샘플 레저버(320)에서 측정된 시료의 최대 밀도(maximum intensity)로부터 시료가 농축되는 정도를 나타낸 것이다. 10μl의 시료와 100V의 전계를 인가한 경우에, A는 흡수 레저버(310)의 직경이 9mm인 경우, B는 흡수 레저버(310)의 직경이 3mm인 경우, C는 흡수 레저버(310)의 직경이 1mm인 경우의 시간에 따른 농축 정도를 각각 도시한다. 도 8에 따르면, 흡수 레저버(310)의 직경이 클수록 샘플 레저버(310)에서 시료의 농축이 잘 일어난다는 것을 확인할 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 시료 농축 장치의 실험 결과를 도시한 것으로서 도1 내지 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도9는 시료의 농축이 완료되고, 전계를 제거하는 경우에 제1 베이스부(110)가 접혀있는 경우(Folding)와 아닌 경우(Unfolding)에 생성되는 농축 플러그(plug)의 샘플 레저버(320)의 농축된 평균 밀도(mean intensity)로부터 확산되는 정도의 차이를 나타낸 것이다. 도 8에 따르면 본 발명에 따른 시료 농축 장치는 농축 후 전계를 제거하는 경우에, 제1 베이스부(110)가 접혀있는 경우보다 그렇지 않은 경우에 밀도가 높으며 확산이 적게 일어났음을 확인할 수 있다.

본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것 이다.

100 : 베이스
110 : 제1 베이스부
120 : 제2 베이스부
200 : 코팅층
210 : 제1 코팅층
220 : 제2 코팅층
300 : 레저버들
310 : 흡수 레저버
320 : 샘플 레저버
330 : 버퍼 레저버들
400 : 선택적 이온 투과 채널
510 : 제1 접착면
520 : 제2 접착면
610 : 제1 전극
620 : 제2 전극

Claims

접혀질 수 있는 제1 베이스부 및 상기 제1 베이스부가 접혀 겹쳐지며 전극을 연결하고 전위차를 발생시켜 처리 대상 시료의 농축이 일어나도록 할 수 있는 제2 베이스부를 포함하는 베이스;
상기 베이스의 적어도 일부 영역에 위치하여 상기 처리 대상 시료의 흡착을 방지하고 저장 공간 또는 이동 경로를 구분하는 코팅층;
상기 코팅층에 의하여 영역이 정의되고 상기 베이스에 위치하며, 측정하고자 하는 시료에 포함되어 분리하고자 하는 타겟 물질 또는 전해질 용액을 저장하거나 이동 경로를 제공하는 레저버들; 및
상기 레저버들 중 적어도 일부의 레저버와 결합하여 이온을 선택적으로 투과시키는 선택적 이온 투과 채널;을 포함하는 시료 농축 장치.
제1항에 있어서, 상기 레저버들은,
상기 측정하고자 하는 시료가 흡수되어 저장되거나 이동할 수 있으며 상기 제1 베이스부에 위치하는 흡수 레저버;
상기 베이스가 접혀진 경우에, 상기 흡수 레저버와 연결되며 상기 측정하고자 하는 시료가 점습되고 상기 제2 베이스부에 위치하는 샘플 레저버; 및
상기 샘플 레저버와 구분되는 영역을 가지고 상기 전해질 용액이 저장되거나 이동할 수 있으며 상기 제2 베이스부에 위치하는 복수 개의 버퍼 레저버들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 농축 장치.
제1항에 있어서,
상기 베이스는, 접혀진 형태를 유지하도록 하는 제1 접착면을 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 농축 장치.
제2항에 있어서,
상기 선택적 이온 투과 채널은 상기 베이스의 일면에 위치하고 상기 샘플 레저버와 상기 버퍼 레저버들 중 적어도 하나의 버퍼 레저버를 연결하거나, 상기 버퍼 레저버들을 연결하도록 패턴되는 것을 특징으로 하는 시료 농축 장치.
제1항에 있어서 상기 선택적 이온 투과 채널은,
일정한 채널 형상으로 컷팅되고, 일면에 접착성을 가지는 제2 접착면에 의하여 상기 베이스의 일면에 고정되는 것을 특징으로 하는 시료 농축 장치.
제2항에 있어서 상기 선택적 이온 투과 채널은,
상기 샘플 레저버와 상기 버퍼 레저버들을 각각 연결하는 것을 특징으로 하는 시료 농축 장치.
제2항에 있어서,
상기 버퍼 레저버들 중 어느 하나의 레저버에 연결되는 제1 전극; 및
상기 버퍼 레저버들 중 상기 제1 전극이 연결되지 않은 레저버들 중 어느 하나의 레저버와 연결되는 제2 전극; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 농축 장치.
제2항에 있어서 상기 코팅층은,
상기 베이스의 적어도 일부 영역에 도포 된 후 가열되어 상기 베이스의 단면 전체에 침습되는 제1 코팅층; 및
상기 제1 코팅층이 도포 또는 투과되지 않은 상기 베이스의 적어도 일면에 도포되는 제2 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 농축 장치.
제8항에 있어서 상기 제2 코팅층은,
상기 버퍼 레저버들의 일면에 도포되는 것을 특징으로 하는 시료 농축 장치.
제3항에 있어서,
상기 베이스에 포함되는 상기 제1 접착면은 양면에 접착성을 가지는 것을 특징으로 하는 시료 농축 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 베이스부 및 제2 베이스부는 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 시료 농축 장치.
제1항에 있어서,
상기 베이스는 다공성 멤브레인을 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 농축 장치.
제1항에 있어서,
상기 선택적 이온 투과 채널은 나피온(Nafion), 폴리스티렌 설포네이트(polystyrene sulfonate, PSS), 폴리알릴아민 하이드로클로라이드(polyallylamine hydrochloride, PAH), 및 전기방사 나노섬유(electrospinning nanofiber) 중 적어도 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 시료 농축 장치.
제1항에 있어서,
상기 코팅층은 시료의 흡착을 방지하기 위하여 물에 반발하여 빨아들이지 않는 소수성 물질을 적어도 일부 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 농축 장치.
서로 분리될 수 있는 제1 베이스부와 제2 베이스부를 포함하며, 상기 제1 베이스부가 상기 제2 베이스부에 겹치게 접혀지고, 접혀진 형태를 유지하도록 상기 제1 베이스부에 위치한 제1 접착면에 의하여 고정된 베이스;
상기 베이스의 적어도 일부 영역에 위치하여 처리 대상 시료의 흡착을 방지하고 저장 공간 또는 이동 경로를 구분하는 코팅층;
상기 코팅층에 의하여 영역이 정의되고 상기 베이스에 위치하며, 측정하고자 하는 시료에 포함되어 분리하고자 하는 타겟 물질 또는 전해질 용액을 저장하거나 이동 경로를 제공하는 레저버들; 및
상기 제2 베이스부의 일면에 위치하며, 상기 레저버들 중 적어도 일부의 레저버들을 연결하여 이온을 선택적으로 투과시키는 선택적 이온 투과 채널;을 포함하는 시료 농축 장치.
제15항에 있어서 상기 레저버들은,
상기 측정하고자 하는 시료가 흡수되어 저장되거나 이동할 수 있으며 상기 제1 베이스부에 위치하는 흡수 레저버;
상기 베이스가 접혀진 경우에, 상기 흡수 레저버와 연결되며 상기 측정하고자 하는 시료가 점습되고 상기 제2 베이스부에 위치하는 샘플 레저버; 및
상기 제2 베이스부에 위치하며, 상기 샘플 레저버와 구분되는 영역을 가지고 상기 전해질 용액이 저장되거나 이동할 수 있는 복수개의 버퍼 레저버들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 농축 장치.
제16항에 있어서,
상기 버퍼 레저버들 중 어느 하나의 레저버에 연결되는 제1 전극; 및
상기 버퍼 레저버들 중 상기 제1 전극이 연결되지 않은 레저버들 중 어느 하나의 레저버와 연결되는 제2 전극; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 농축 장치.
제15항에 있어서 상기 코팅층은,
상기 베이스의 적어도 일부 영역에 도포 된 후 가열되어 상기 베이스의 단면 전체에 침습되도록 하는 제1 코팅층; 및
상기 제1 코팅층이 도포 또는 투과되지 않은 버퍼 레저버들의 일면에 도포되는 제2 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 농축 장치.
제15항에 있어서,
상기 코팅층은 시료의 흡착을 방지기 위하여 물에 반발하여 빨아들이지 않도록 하는 알코올 지방산 에스터 성분을 적어도 일부 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 농축 장치.
제15항에 있어서,
상기 선택적 이온 투과 채널은 나피온(Nafion), 폴리스티렌 설포네이트(polystyrene sulfonate, PSS) 및 폴리알릴아민 하이드로클로라이드(polyallylamine hydrochloride, PAH) 중 적어도 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 시료 농축 장치.
제16항에 있어서 상기 선택적 이온 투과 채널은,
일정한 채널 형상으로 컷팅되고, 일면에 접착성을 가지는 제2 접착면에 의하여 상기 베이스의 일면에 고정되며, 상기 샘플 레저버와 상기 버퍼 레저버들을 각각 연결하는 것을 특징으로 하는 시료 농축 장치.