KR101916991B1 - 다성분 동시 분석용 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다성분 동시 분석용 디바이스에 관한 것으로, 전개액이 전개되는 다수 개의 채널을 형성하고, 각 채널에서 분석할 전개액의 성분과 시료가 바인딩되는 인큐베이션 타임이 상대적으로 느릴수록 해당 채널의 폭을 크게 하여 다성분의 인큐베이션 타임이 서로 다르더라도 동시에 분석할 수 있는 다성분 동시 분석용 디바이스에 관한 것을 특징으로 한다.

Description

다성분 동시 분석용 디바이스{DEVICE FOR SIMULTANEOUS ANALYSIS OF MULTICOMPONENT}
본 발명은 다성분 동시 분석용 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전개액이 전개되는 다수 개의 채널을 형성하고, 각 채널에서 분석할 전개액의 성분과 시료가 바인딩되는 인큐베이션 타임이 상대적으로 느릴수록 해당 채널의 폭을 크게 하여 다성분의 인큐베이션 타임이 서로 다르더라도 동시에 분석할 수 있는 다성분 동시 분석용 디바이스에 관한 것이다.
생물학적 체액(biological fluids)의 분석은 개개인이나 인구집단의 건강 상태를 모니터링하고 질병이나 상태를 진단하는데 유용하다. 일반적으로, 진단 분석법은 숙련된 자들에 의해 수행되어야만 하는 대형의 값비싼 실험 장비를 필요로 할 뿐 아니라 생물학적 시료도 상당히 많은 양을 요구한다.
그러나, 고령화 사회의 진입에 따라 생산 가능 연령층의 상대적인 비율이 감소하고 질병 발생률이 높은 고 연령층의 인구가 증가함에 따라 의료용 진단 비용이 심각한 문제로 부각되고 있다. 또한, 대부분의 현행 진단 분석법은 응급 상황이나 가정의 건강 관리(홈케어) 상황에서는 유용하지 않다.
이러한 문제를 해소하기 위해서는 의료기관이나 가정에서 적은 비용으로 질병을 진단할 수 있으며, 따라서, 번거롭지 않으면서 소량의 생물학적 시료만으로도 구동이 가능한 저가형 진단 장비가 필요하다.
최근 값이 싸고, 모세관 현상의 원리를 이용하여 유체가 흐르기 때문에 별도의 펌프가 필요없으며, 비색분석법을 적용하여 화학물질을 손쉽게 분석할 수 있다는 장점으로 인하여, 초저가형 의료용 분석장비로서 종이와 같은 다공성 기재 기반의 미세유체장비의 응용가능성이 주목받고 있다. 종이 기반 마이크로유체장비를 활용한 분석장비를 종이 기반 마이크로유체 분석 디바이스(microfluidic paper-based analytical device, μPAD) 또는 종이 기반 미세유체 분석 디바이스라 한다.
도 1은 종래의 종이 기반 미세유체 디바이스를 이용한 분석과정을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 말단에 위치한 시료(S)가 위치한 미세유체 디바이스(100)에 전개액(D)과 같은 유체를 떨어뜨리면, 전개액(D)은 시료(S) 측으로 전개된다. 즉, 전개액(D)은 모세관 현상을 따라 시료(S) 측으로 이동하며, 시료(S)와 반응하여 분석을 한다.
그러나, 전개액(D)에 포함된 성분이 여러 가지일 경우, 다성분 분석을 위해서는 장비의 수를 증가시키거나 또는 동시 분석을 위한 스캐너 등의 특수 측정장치를 필요로 하는 번거로움이 있었다.
또한, 다성분 분석을 하더라도 각각의 화학물질에 따라 시료(S)와 바인딩에 필요한 인큐베이션 타임(incubation time)이 다를 수 있는데, 이와 같은 서로 다른 바인딩에 따른 분석을 할 수 있는 기술은 개발되지 않은 실정이다.
본 발명의 과제는 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 서로 다른 인큐베이션 타임을 가지는 성분을 동시에 분석할 수 있는 다성분 동시 분석용 디바이스를 제공함에 있다.
또한, 별도의 외부 분석 장치 없이도 전개액의 전개 속도만을 제어하여 다성분을 동시에 분석할 수 있어 비용 절감을 도모할 수 있는 다성분 동시 분석용 디바이스를 제공함에 있다.
상기 과제는, 본 발명에 따라, 전개액이 투입되어 전개되는 다공성 기재; 상기 다공성 기재에 형성되며, 전개되는 전개액이 복수 개로 분기되어 전개되도록 형성되는 복수 개의 채널; 및, 각 채널로 전개되는 전개액과 바인딩되어 해당 성분을 분석할 수 있도록 각 채널에 설치되는 시료;를 포함하며, 각 채널의 폭은, 어느 하나의 채널에 설치되는 시료와 전개액이 바인딩되는 인큐베이션 타임이 다른 채널과 비교하여 상대적으로 느릴수록 다른 채널보다 상대적으로 크게 형성되는 다성분 동시 분석용 디바이스에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 각 채널의 말단에 위치하는 시료는 그 면적이 서로 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 다공성 기재 상에 형성되어 상기 전개액의 전개경로인 각 채널을 형성하는 배리어를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배리어는 상기 전개액이 흡수되지 않는 재질로 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 다공성 기재에서 상기 전개액이 전개되는 전개 경로 상에 형성되는 속도 조절부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 속도 조절부는 상기 전개액이 흡수되지 않는 재질로 마련될 수 있다.
또한, 상기 다공성 기재는 종이 또는 섬유 또는 부직포 또는 다공성 금속 중 어느 하나로 마련될 수 있다.
본 발명에 따르면, 서로 다른 인큐베이션 타임을 가지는 성분을 동시에 분석할 수 있는 다성분 동시 분석용 디바이스가 제공된다.
또한, 별도의 외부 분석 장치 없이도 전개액의 전개 속도만을 제어하여 다성분을 동시에 분석할 수 있어 비용 절감을 도모할 수 있는 다성분 동시 분석용 디바이스가 제공된다.
도 1은 종래의 종이 기반 미세유체 디바이스를 이용한 분석과정을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 다성분 동시 분석용 디바이스의 사시도,
도 3은 도 2의 평면도,
도 4는 도 3의 A의 확대도,
도 5는 도 3의 B의 확대도,
도 6은 도 5의 다른 예에 따른 도면,
도 7은 서로 다른 폭의 채널이 형성된 다성분 동시 분석용 디바이스를 이용한 실험예1에 따른 실험그래프,
도 8은 서로 다른 폭의 채널이 형성된 다성분 동시 분석용 디바이스를 이용한 실험예2에 따른 실험그래프,
도 9는 도 3의 부분확대도이다.
을명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 다성분 동시 분석용 디바이스에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 다성분 동시 분석용 디바이스의 사시도이고, 도 3은 도 2의 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 다공성 기재(10)는 본 발명에 따른 다성분 동시 분석용 디바이스의 베이스가 되는 구성이다.
상기 다공성 기재(10)는 대략 200㎛ 이하의 두께로 마련되는 종이일 수 있으며, 종이 뿐만 아니라 섬유, 부직포, 다공성 금속 등의 다공성 재질이라면 제한되지 않는다.
상기 다공성 기재(10)가 종이로 마련되는 경우, 종이는 셀룰로오스 섬유로 구성된 섬유다발의 중합체로 수많은 기공이 있어 모세 현상이 쉽게 발생하므로 별도의 장치 없이 모세관력에 의해 친수성 섬유 내부로 액체가 투과할 수 있는 특징이 있고, 친수성 및 화학적 반응성 등의 성질을 매우 쉽게 변경할 수 있다.
또한, 다공성 기재(10)가 종이 재질인 경우 크로마토그래피 종이(chromatography paper)로 마련될 수 있다.
즉, 다공성 기재(10)는 종이 등과 같은 재질로 마련되어 전개액과 같은 유체가 모세관 현상에 의해 전개되는 영역이며, 여기서, 전개된다는 의미는 유체가 다공성 기재(10)에 흡수되어 모세관 현상에 의해 이동하는 것을 의미한다.
배리어(20)는 다공성 기재(10) 상에 전개액이 이동하는 복수 개의 채널(30)을 형성하기 위한 구성이다. 배리어(20)는 전개액을 흡수하지 않는 재질로 마련되며, 본 실시예에서 배리어(20)는 소수성 재질로 마련된다.
본 실시예에서 배리어(20)는 다공성 기재(10)의 두께를 관통하여 형성된다. 또한, 도시된 바는 다소 과장되어 도시되어 있으나, 배리어(20)는 다공성 기재(10)에 흡수되어 형성되므로 실제로 다공성 기재(10)의 상면으로부터 거의 돌출되지 않는다.
배리어(20)의 유체를 흡수하지 않는 재질로 인해 경계가 형성되며, 전개액은 경계 내부에 형성되는 복수 개의 채널(30)을 따라 전개된다.
상기 배리어(20)에 의해 형성되는 복수 개의 채널(30)은 그 폭이 서로 다르게 형성된다. 각각의 채널(30)이 폭이 서로 다르게 형성됨으로써, 각 채널(30)로 전개되는 전개액의 성분에 따라 속도제어가 가능할 수 있다.
또한, 각 채널(30)의 말단에는 전개액의 성분을 분석할 수 있는 시료(S)가 도포 또는 접착 등의 방법을 이용하여 설치된다.
즉, 각 채널(30)로 전개되는 전개액 중에 해당 채널(30)의 시료(S)와 반응하는 화학성분에 따라 바인딩에 필요한 시간이 다를 수 있는데, 각 채널(30)의 폭에 따라 전개액의 이동속도가 조절됨으로써 바인딩에 필요한 시간인 인큐베이션 타임(incubation time)이 서로 다르더라도 각 채널에서의 분석을 동시에 할 수 있다.
또한, 각 채널(30)의 말단에 설치되는 시료(S)의 면적은 동일하도록 형성되는 것이 바람직하며, 이를 위해, 도 4 및 도 5에서와 같이, 시료(S)의 폭(w)은 해당 채널(30)의 폭과 동일하게 형성되므로 길이(ℓ)를 변경시켜 면적을 서로 동일하도록 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 도 6에서와 같이, 시료(S)의 폭(w)과 길이(ℓ)를 모두 변경하여 그 면적을 서로 동일하도록 형성할 수도 있다.
실험예 1
각 채널을 형성하는 배리어는 왁스재질로 형성하고, 각 채널의 폭을 1mm, 1.5mm, 2.5mm, 4mm로 형성하여 각 채널에서 전개액이 소정 거리를 이동하는데 소요되는 시간을 측정하였다.
도 7은 서로 다른 폭의 채널이 형성된 다성분 동시 분석용 디바이스를 이용한 실험예1에 따른 실험그래프이다.
도 7을 참조하면, 전개액을 투입하여 100초가 경과하였을 때, 채널 폭이 1mm인 경우에는 12.5mm, 채널 폭이 1.5mm인 경우에는 17mm, 채널 폭이 2mm인 경우에는 18mm, 채널 폭이 2.5mm인 경우에는 18.5mm, 채널 폭이 4mm인 경우에는 20mm 이동하는 것을 확인할 수 있다.
실험예 2
각 채널을 형성하는 배리어의 재질을 su-8 포토레지스트로 형성하고, 각 채널의 폭을 1.5mm, 2.5mm, 4mm로 형성하여 각 채널에서 전개액이 소정 거리를 이동하는데 소요되는 시간을 측정하였다.
도 8은 서로 다른 폭의 채널이 형성된 다성분 동시 분석용 디바이스를 이용한 실험예2에 따른 실험그래프이다.
도 8을 참조하면, 전개액을 투입하여 100초가 경과하였을 때, 채널 폭이 1.5mm인 경우에는 16mm, 채널 폭이 2.5mm인 경우에는 22mm, 채널 폭이 4mm인 경우에는 24mm, 이동하는 것을 확인할 수 있다.
상기 실험예1과 실험예2를 통해서 확인할 수 있듯이, 전개액의 이동속도 차가 각 채널의 폭에 따라 발생한다.
즉, 바인딩에 필요한 인큐베이션 타임이 상대적으로 길게 필요한 성분은 해당 채널의 이동속도가 빠르도록 폭을 크게 형성하여 분석하고, 인큐베이션 타임이 상대적으로 짧게 필요한 성분은 이동속도가 느리도록 폭을 작게 형성하여 분석한다.
결과적으로, 분석 성분에 따른 인큐베이션 타임이 서로 다르더라도 전개액의 이동속도를 서로 다르게 조절함으로써 전개액의 다성분을 동시에 분석할 수 있다.
한편, 도 9에서와 같이, 각 채널(30)에는 속도조절부(40)가 더 형성될 수 있다. 상기 속도 조절부는 다공성 기재(10) 상의 각 채널(30)을 따라 전개되는 전개액의 전개속도 즉, 이동속도를 조절하기 위한 구성이다.
상기 속도조절부(40)는 각 채널(30)에서 크기, 배치 및 수가 적절하게 조절될 수 있다.
결과적으로, 각 채널(30)의 폭의 크기와 함께 속도조절부(40)를 통해, 각 채널(30)에서의 전개액의 이동속도를 더욱 정밀하게 조절할 수 있다.
상기 속도 조절부는 배리어(20)와 같이 전개액을 흡수하지 않는 재질로 마련되며, 본 실시예에서는 소수성 재질로 마련된다.
속도 조절부는 각 채널(30)의 폭보다 작은 폭을 갖도록 마련되며, 복수 개가 이격 배치된다.
본 실시예에서 배리어(20)와 속도 조절부는 소수성 재질인 것으로 하였으나, 전개액의 성질에 따라 그 재질을 달리할 수 있음은 자명하다. 즉, 전개액이 흡수되지 않는다면 그 재질은 제한되지 않는다.
상기 속도조절부(40)는 전개액에 대하여 저항으로 작용하며 전개액의 이동 경로를 증가시킴으로써 전개액의 이동 속도를 느리게 한다.
속도 조절부가 없는 경우에는 전개액이 저항 없이 전개되나, 속도 조절부가 있는 경우에는 전개액이 이동하는 과정에서 속도 조절부로부터 저항을 받으며, 속도 조절부에 의하여 이동 경로가 직선이 아닌 곡선으로 되어 이동 경로 자체가 증가함으로써 전개액의 이동 속도가 느려진다.
상술한 각 채널(30)의 폭과 속도조절부(40)를 적절하게 조절하여 각 채널(30)에서의 전개액의 이동속도를 조절함으로써, 전개액의 다성분을 더욱 정확하게 동시에 분석할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
10 : 다공성 기재 20 : 배리어
30 : 채널 40 : 속도조절부
S : 시료

Claims (7)

  1. 전개액이 투입되어 전개되고, 종이, 섬유, 부직포 또는 다공성 금속 중 어느 하나로 마련되는 다공성 기재;
    상기 다공성 기재에 형성되며, 전개되는 전개액이 복수 개로 분기되어 전개되도록 형성되는 복수 개의 채널; 및,
    각 채널로 전개되는 전개액과 바인딩되어 해당 성분을 분석할 수 있도록 각 채널에 설치되는 시료;를 포함하며,
    상기 채널은 상기 다공성 기재 상에 상기 전개액이 흡수되지 않는 재질로 마련되는 배리어에 의해 경계가 형성되는데,
    각 채널의 폭은 일정하게 유지되고, 상기 배리어가 상기 전개액의 전개에 저항으로 작용하여 상기 채널의 폭이 크면 클수록 상기 전개액의 이동 속도가 빠르고 상기 채널의 폭이 작으면 작을수록 상기 전개액의 이동 속도가 느린데, 각 채널의 폭은 어느 하나의 채널에 설치되는 시료와 전개액이 바인딩되는 인큐베이션 타임이 다른 채널과 비교하여 상대적으로 느릴수록 다른 채널보다 상대적으로 크게 형성되는 다성분 동시 분석용 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 채널의 말단에 위치하는 시료는 그 면적이 서로 동일하게 형성되는 다성분 동시 분석용 디바이스.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 기재에서 상기 전개액이 전개되는 전개 경로 상에 형성되는 속도 조절부를 더 포함하는 다성분 동시 분석용 디바이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 속도 조절부는 상기 전개액이 흡수되지 않는 재질로 마련되는 것을 특징으로 하는 다성분 동시 분석용 디바이스.
  7. 삭제
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