KR102051207B1

KR102051207B1 - 원심분리용 피스톤

Info

Publication number: KR102051207B1
Application number: KR1020180011502A
Authority: KR
Inventors: 김수열; 이준석
Original assignee: 이준석
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2019-12-03
Also published as: US11623228B2; KR20190092105A; JP7041276B2; CN111699046B; CN111699046A; WO2019151705A1; JP2021512781A; EP3733295A4; EP3733295A1; US20210039113A1; EP3733295B1

Abstract

일 실시예에 따른 원심분리용 피스톤은, 본체; 외력이 작용함에 따라 상기 본체의 내부에서 상기 본체의 전방과 후방으로 이동 가능한 밸브; 및 상기 본체의 전방으로부터 상기 본체의 후방으로 유체가 유동하는 유로를 구비하고, 상기 밸브의 이동을 안내하는 밸브 지지대를 포함할 수 있다.

Description

원심분리용 피스톤{PISTON FOR CENTRIGUATION}

이하, 실시예들은 원심분리용 피스톤에 관한 것이다.

흡인(absorption) 또는 절개(incision) 등의 방식으로 획득된 생체 조직(biological tissue)은 많은 양의 오일 및 혈액, 체액 등을 함유하고 있으므로, 일반적으로 생체 조직을 원심 분리(centrifugation)하여 사용하고 있다. 그러나, 생체 조직의 크기가 매우 작아 종래의 방식으로 생체 조직을 원심 분리하는 것이 불가능하거나, 원심 분리가 가능하더라도 원심 분리 중 생체 조직이 공기 중에 노출되어 오염의 위험이 있거나 생체 조직으로부터 체액이나 오일 등의 제거가 어려울 수 있다. 이에, 생체 조직(e.g. 지방 조직)을 원심 분리하여 지방 조직으로부터 불순물이 제거된 순수한 지방 조직을 획득하는 구조물이 개발되고 있다. 예를 들어, 한국 공개특허공보 제10-2014-0040050호는 2중형 지방흡입장치를 개시한다.

일 실시예에 따른 목적은 외력의 작용 여부에 따라 유로를 개방 또는 차단함으로써 생체 조직과 체액 등의 혼합물로부터 특정 비중과 특정 크기를 가지는 생체조직이나 체액 등을 쉽게 분리하는 원심분리용 피스톤을 제공하는 것이다.

일 실시예에 따른 목적은 피스톤에 외력이 인가되더라도 피스톤의 전방으로부터 후방으로 이어지는 유로를 차단하는 원심분리용 피스톤을 제공하는 것이다.

일 실시예에 따른 목적은 원심 분리 과정에서 피스톤에 외력이 인가되더라도 피스톤의 전방으로부터 후방으로 이어지는 유로를 개방하는 원심분리용 피스톤을 제공하는 것이다.

일 실시예에 따른 원심분리용 피스톤은, 본체; 외력이 작용함에 따라 상기 본체의 내부에서 상기 본체의 전방과 후방으로 이동 가능한 밸브; 및 상기 본체의 전방으로부터 상기 본체의 후방으로 유체가 유동하는 유로를 구비하고, 상기 밸브의 이동을 안내하는 밸브 지지대를 포함하고, 상기 밸브에 외력이 작용하면 상기 밸브가 상기 본체의 전방으로 이동하며 상기 유로가 개방되고, 상기 밸브에 외력이 작용하지 않으면 상기 밸브가 상기 본체의 후방으로 이동하며 상기 유로가 차단될 수 있다.

상기 원심분리용 피스톤은, 상기 본체의 내측 단부와 상기 밸브 사이에 위치하고 상기 밸브를 탄성적으로 지지하는 탄성 부재를 더 포함하고, 상기 밸브에 외력이 작용하면 상기 탄성 부재가 압축되고, 상기 밸브에 외력이 작용하지 않으면 상기 탄성 부재가 인장될 수 있다.

상기 밸브의 중량은 상기 외력의 크기, 상기 탄성 부재가 상기 밸브에 작용하는 탄성력 및 상기 밸브와 상기 밸브 지지대 사이의 마찰력에 따라 설정될 수 있다.

상기 밸브 지지대는 상기 본체와 동축으로 정렬된 가이드부와, 상기 가이드부의 일 단부에 형성된 유입구와, 상기 가이드부의 측부에 형성된 유출구를 포함하고, 상기 유로는 상기 가이드부를 따라 상기 유입구로부터 상기 유출구로 이어질 수 있다.

상기 원심분리용 피스톤은 상기 밸브와 상기 밸브 지지대 사이에 배치되는 제1내부 밀봉 부재 및 제2내부 밀봉 부재를 더 포함하고, 상기 유로가 차단되어 있는 동안, 상기 제1내부 밀봉 부재는 상기 유출구를 기준으로 상기 가이드부의 일 부분에 위치되고, 상기 제2내부 밀봉 부재는 상기 유출구를 기준으로 상기 가이드부의 타 부분에 위치될 수 있다.

일 실시예에 따른 원심분리용 피스톤은 중심축을 구비한 본체; 상기 중심축과 동일한 축을 구비하고 상기 중심축을 따라 상기 본체의 전방과 후방으로 이동하는 밸브; 상기 본체의 전방으로부터 상기 본체의 후방으로 유체가 유동하는 유로를 구비하는 밸브 지지대로서, 상기 유로가 상기 밸브의 이동에 따라 개방 또는 폐쇄되는 밸브 지지대; 및 상기 본체의 전방으로 상기 밸브의 이동 또는 상기 본체의 후방으로 상기 밸브의 이동을 선택적으로 제한하여 상기 유로를 선택적으로 차단하는 밸브 이동 제한 메커니즘을 포함할 수 있다.

상기 밸브 이동 제한 메커니즘은, 본체의 내부 면에 형성되고 상기 중심축을 따라 길이 방향으로 연장하는 텅부; 및 상기 중심축의 축 방향을 따라 밸브의 외부 면에 형성되고 상기 텅부를 수용하도록 구성된 그루브를 포함할 수 있다.

상기 밸브 이동 제한 메커니즘은, 상기 밸브의 후방의 표면에 형성된 오목부; 및 상기 밸브 지지대에 형성된 돌출부를 더 포함하고, 상기 오목부와 상기 돌출부는 서로 스냅될 수 있다.

일 실시예에 따른 원심분리용 피스톤은 중심축을 구비한 본체; 상기 중심축과 동일한 축을 구비하고 상기 본체의 내부에서 상기 본체의 전방과 후방으로 이동하는 밸브; 및 상기 밸브를 상기 본체에 선택적으로 고정시켜 상기 유로를 선택적으로 개방 또는 차단하는 로킹 메커니즘을 포함할 수 있다.

상기 로킹 메커니즘은, 상기 본체의 중심을 향하여 돌출하도록 상기 본체의 내부 면에 형성된 맞물림 요소; 상기 밸브의 축 방향으로 상기 밸브의 외부 면에 형성된 제1그루브; 및 상기 밸브의 원주 방향으로 상기 밸브의 외부 면에 형성되고 상기 제1그루브와 교차하는 제2그루브를 더 포함하고, 상기 맞물림 요소는 상기 제1그루브를 따라 이동하며 상기 제2그루브에 위치하여 상기 제2그루브에 맞물릴 수 있다.

일 실시예에 따른 원심분리용 피스톤은 외력의 작용 여부에 따라 유로를 개방 또는 차단함으로써 생체 조직과 체액 등의 혼합물로부터 특정 비중과 특정 크기를 가지는 생체 조직과 체액 등을 쉽게 분리할 수 있다.

일 실시예에 따른 원심분리용 피스톤은 피스톤에 외력이 인가되더라도 피스톤의 전방으로부터 후방으로 이어지는 유로를 차단할 수 있다.

일 실시예에 따른 원심분리용 피스톤은 원심 분리 과정에서 피스톤에 외력이 인가되더라도 피스톤의 전방으로부터 후방으로 이어지는 유로를 개방할 수 있다.

일 실시예에 따른 원심분리용 피스톤의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 제1실시예에 따른 원심분리용 피스톤을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 제1실시예에 따른 원심분리용 피스톤의 구성요소들을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 제1실시예에 따른 원심분리용 피스톤의 구성요소들을 개략적으로 나타낸 분해 측면도이다.
도 4는 제1실시예에 따른 원심분리용 피스톤의 단면과 고정 부재를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 제1실시예에 따른 원심분리용 피스톤에 외력이 작용하지 않을 때 피스톤의 작동 모습을 나타낸 단면도이다.
도 6은 제1실시예에 따른 원심분리용 피스톤에 외력이 작용할 때 피스톤의 작동 모습을 나타낸 단면도이다.
도 7은 생체 조직 중 지방 조직을 원심분리를 수행한 예로, 제1실시예에 따른 원심분리용 피스톤이 용기 내부에 삽입되어 원심 분리가 완료된 이후의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 8은 제2실시예에 따른 원심분리용 피스톤을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 9는 제2실시예에 따른 원심분리용 피스톤의 본체의 내부를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 10은 제2실시예에 따른 원심분리용 피스톤의 밸브가 텅부에 지지되지 않는 상태를 나타낸 제1상태도이다.
도 11은 제2실시예에 따른 원심분리용 피스톤의 밸브가 텅부에 지지되지 않은 상태에서 외력이 작용하는 상태를 나타낸 피스톤의 단면도이다.
도 12는 제2실시예에 따른 원심분리용 피스톤의 밸브가 텅부에 지지된 상태를 나타낸 제2상태도이다.
도 13은 제2실시예에 따른 원심분리용 피스톤의 밸브가 텅부에 지지된 상태를 나타낸 피스톤의 단면도이다.
도 14는 제3실시예에 따른 원심분리용 피스톤을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 15는 제3실시예에 따른 원심분리용 피스톤의 밸브가 본체에 고정되지 않은 상태를 나타낸 피스톤의 단면도이다.
도 16은 제3실시예에 따른 원심분리용 피스톤의 밸브가 본체에 고정된 상태를 나타낸 피스톤의 단면도이다.

이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

본원에서 사용하는 용어 "전방"은 원심분리용 피스톤의 본체를 기준으로 본체의 앞 방향을 말하고, 본원에서 사용하는 용어 "후방"은 원심분리용 피스톤의 본체를 기준으로 뒤 방향을 말한다.

본원에서 사용하는 용어 "양압"은 피스톤의 전방의 압력과 후방의 압력이 피스톤을 수용하는 용기의 외부의 압력보다 큰 경우를 말하고, 본원에서 사용하는 용어 "음압"은 피스톤의 전방의 압력과 후방의 압력이 피스톤을 수용하는 용기의 외부의 압력보다 작은 경우를 말한다.

본원에서 사용하는 용어 "생체 조직"은 인체로부터 추출된 조직으로 지방 조직, 피부 조직 등을 말한다.

본원에서 사용하는 용어 "체액"은 생체 조직으로부터 추출된 혈액, 프리 오일 등을 말한다.

본원에서 사용하는 용어 "외력"은 피스톤에 가해지는 외부의 구동원에 의하여 발생되는 힘을 말한다. 예를 들어, 피스톤에 가해지는 외력은 주로 원심력일 수 있다.

도 1 내지 도 4를 참고하여 제1실시예에 따른 원심분리용 피스톤(10)의 구조를 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 4를 참고하면, 제1실시예에 따른 원심분리용 피스톤(10)은 생체 조직과 체액 등을 포함하는 혼합물로부터 특정 비중과 특정 크기를 가지는 생체 조직과 체액등을 분리할 수 있다. 피스톤(10)은 본체(11), 외부 밀봉부(12), 필터부(13), 밸브(14), 밸브 지지대(15), 탄성 부재(16), 내부 밀봉부(17) 및 결합부(18)를 포함할 수 있다.

본체(11)는 생체 조직과 체액을 포함하는 혼합물이 담긴 용기(1100)(도 7 참고)의 내부에서 용기의 길이 방향을 따라 이동할 수 있다. 예를 들어, 용기는 주사기(syringe)일 수 있다. 용기 내에 배치된 본체(11)에 외력(e.g. 원심력)이 작용하면, 본체(11)의 전방에 위치된 생체 조직과 체액으로 구성된 혼합물들 중 비중이 작고 크기가 작은 체액이 본체(11)의 후방을 향하여 이동하여 생체 조직과 체액이 분리될 수 있다. 일 예로, 본체(11)는 중심축(X)을 가지는 실린더 형상을 구비할 수 있다.

외부 밀봉부(12)는 본체(11)의 외부 면과 용기(1100)(도 7 참고)의 내부 면(1100)(도 7 참고) 사이를 밀봉하여 그 사이로 생체 조직과 체액들의 혼합물의 유동을 방지할 수 있다. 외부 밀봉부(12)는 제1외부 밀봉 부재(121) 및 제2외부 밀봉 부재(122)를 포함할 수 있다. 이 경우, 본체(11)의 외부 면에 제1외부 밀봉 부재(121)와 제2외부 밀봉 부재(122)가 각각 결합되는 제1외부 리세스(recess)(111)와 제2외부 리세스(112)가 형성될 수 있다. 일 예로, 제1외부 밀봉 부재(121) 및 제2외부 밀봉 부재(122)는 고리 형상을 구비할 수 있으며, 제1외부 밀봉 부재(121) 및 제2외부 밀봉 부재(122)의 각각의 외주면의 일부가 리세스될 수 있다. 이 경우, 제1외부 밀봉 부재(121) 및 제2외부 밀봉 부재(122)의 각각이 용기(1100)(도 7 참고)의 내부 면(1110)(도 7 참고)과 접촉하는 면적이 감소하므로, 각각의 제1외부 밀봉 부재(121) 및 제2외부 밀봉 부재(122)와 용기(1100)의 내부 면(1110) 사이의 마찰력이 감소할 수 있다.

필터부(13)는 본체(11)의 전방으로부터 본체(11)의 후방을 향하여 이동하는 혼합물을 여과할 수 있다. 필터부(13)는 커버(131), 돌기(132) 및 그물망(mesh)(133)을 포함할 수 있다. 커버(131)는 본체(11)와 동축인 중심축(X)을 구비할 수 있고, 본체(11)의 선단(113)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 커버(131)는 원형의 플레이트 형상을 구비할 수 있다. 돌기(132)는 커버(131)의 중심부로부터 커버(131)의 중심축(X)의 축 방향을 따라 돌출할 수 있다. 외력이 가해져 본체(11)가 생체 조직과 체액의 혼합물이 존재하는 본체(11)의 전방을 향하여 이동하는 경우, 생체 조직과 체액의 혼합물에 가해지는 압력이 증가됨에 따라 본체(11)의 전방에 존재하는 생체 조직과 체액의 혼합물에 포함된 기포의 수가 감소될 수 있다. 돌기(132)는 유선형 구조를 구비할 수 있다. 일 예로, 돌기(132)는 커버(131)에 대하여 볼록한 면을 구비할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 체액이 돌기(132)의 볼록한 면을 따라 이동할 때 발생하는 유동 저항을 감소시킬 수 있다. 그물망(133)은 본체(11)의 전방으로부터 본체(11)의 후방을 향하여 이동하는 체액과 생체 조직을 여과할 수 있다. 그물망(133)은 분리하고자 하는 생체 조직의 크기보다 작고, 체액의 크기보다 큰 공극(void)을 구비하는 포어들로 구성될 수 있다. 이에 따라, 본체(11)의 전방으로부터 본체(11)의 후방을 향하여 이동하는 생체 조직과 체액 중에서 공극의 크기보다 크고 비중이 큰 생체 조직 및 체액은 본체(11)의 전방에 남고, 생체 조직과 체액 중에서 공극의 크기보다 작고 본체(11)의 전방에 남은 생체 조직 및 체액보다 비중이 작은 생체 조직 및 체액이 본체(11)의 후방으로 이동할 수 있다. 그물망(133)은 커버(131)에 복수 개가 설치될 수 있다. 예를 들어, 그물망(133)의 수는 4개일 수 있다. 복수 개의 그물망(133)들은 돌기(132)의 주변에 서로 이격되며 커버(131)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 그물망(133)들은 서로 등간격으로 이격될 수 있다.

밸브(14)는 밸브(14)에 외력이 작용함에 따라 본체(11)의 내부에서 본체(11)의 전방으로 이동하거나 본체(11)의 후방으로 이동할 수 있다. 밸브(14)는 본체(11)와 동축인 중심축(X)을 구비할 수 있다. 여기서, 외력은 중심축(X)의 축 방향을 따라 본체의 전방으로 밸브(14)에 작용하는 원심력일 수 있다. 밸브(14)의 상세한 구조는 밸브 지지대(15)와 탄성 부재(16)를 설명한 후 상세하게 설명하기로 한다.

밸브 지지대(15)는 밸브(14)를 지지하며 밸브(14)의 이동을 안내하거나 밸브(14)의 이동을 제한할 수 있다. 밸브 지지대(15)는 가이드부(151), 유입구(152), 유로(153), 유출구(154) 및 플랜지(155)를 포함할 수 있다. 가이드부(151)는 본체(11)의 내부에서 밸브(14)의 이동을 안내할 수 있다. 가이드부(151)는 중심축(X)의 축 방향으로 연장하는 샤프트 형상을 구비할 수 있다. 가이드부(151)는 본체(11)와 동축인 중심축(X)을 구비할 수 있다. 이에 따라, 가이드부(151)는 본체(11)의 전방으로 밸브(14)의 이동을 안내하거나 본체(11)의 후방으로 밸브(14)의 이동을 안내할 수 있다. 한편, 본체(11)는 밸브 지지대(15)의 가이드부(151)의 일부를 수용하는 수용부(114)를 포함할 수 있다. 수용부(114)의 중앙에는 가이드부(151)의 일부가 수용되는 홀이 형성될 수 있다. 유입구(152)는 가이드부(151)의 일 단부에 형성되어 유체가 유입구(152)를 통하여 가이드부(151)의 내부로 유입할 수 있다. 유로(153)는 본체(11)의 전방으로부터 본체(11)의 후방으로 유체가 유동하는 유체 통로로서 가이드부(151)의 길이 방향을 따라 가이드부(151)의 내부에 형성될 수 있다. 유출구(154)는 가이드부(151)의 측부에 형성되어 유체가 유출구(154)를 통하여 가이드부(151)의 외부로 유출할 수 있다. 유로(153)는 유입구(152)로부터 유출구(154)로 이어질 수 있다. 플랜지(155)는 본체(11)의 외부로 밸브(14)의 이동을 제한할 수 있다. 플랜지(155)는 가이드부(151)의 타 단부에 형성될 수 있다. 예를 들어, 플랜지(155)는 플랜지(flange) 형상을 구비할 수 있다. 밸브(14)가 본체(11)의 후방을 향하여 이동하며 플랜지(155)와 만날 때 밸브(14)와 만나는 플랜지(155)의 위치까지 밸브(14)의 이동이 제한될 수 있다. 결국, 본체(11)의 외부로 밸브(14)의 이탈이 방지될 수 있다.

한편, 본체(11)의 수용부(114)는 가이드부(151)의 일부를 감싸며 중심축(X)의 축 방향을 따라 본체(11)의 내측 중심으로 연장할 수 있다. 이에 따라, 밸브(14)가 본체(11)의 전방을 향하여 이동하며 수용부(114)와 만나므로, 밸브(14)가 만나는 수용부(114)의 위치까지 밸브(14)의 이동이 제한될 수 있다. 결국, 밸브(14)는 본체(11)의 수용부(114)와 밸브 지지대(15)의 플랜지(155) 사이에서 가이드부(151)의 길이 방향을 따라 이동할 수 있다.

탄성 부재(16)는 본체(11)의 내측 단부(115)와 밸브(14) 사이에 위치하고 가이드부(151)의 길이 방향을 따라 압축(compression) 또는 인장(extension)될 수 있다. 예를 들어, 탄성 부재(16)는 스프링일 수 있다. 탄성 부재(16)의 제1단부(161)는 본체(11)의 내측 단부(115)에 위치되고 탄성 부재(16)의 제2단부(162)는 밸브(14)의 함몰부(142)에 위치되므로, 탄성 부재(16)는 본체(11)에 대하여 밸브(14)를 탄성적으로 지지할 수 있다. 한편, 탄성 부재(16)는 본체(11)의 수용부(114)의 외측에 배치될 수 있다.

내부 밀봉부(17)는 밸브(14)의 내부 면과 밸브 지지대(15)의 외부 면 사이에 유체의 유동을 방지할 수 있다. 내부 밀봉부(17)는 밸브(14)와 밸브 지지대(15) 사이에 배치되는 제1내부 밀봉 부재(171) 및 제2내부 밀봉 부재(172)를 포함할 수 있다. 제1내부 밀봉 부재(171) 및 제2내부 밀봉 부재(172)는 가이드부(151)와 접촉할 수 있다. 외력이 가해져도 밸브(14)의 이동이 제한되어 밸브(14)가 밸브 지지대(15)의 유출구(154)를 차단하는 일부 실시예에서, 제1내부 밀봉 부재(171)는 유출구(154)를 기준으로 가이드부(151)의 측부의 제1부분(156)에 위치되고, 제2내부 밀봉 부재(172)는 유출구(154)를 기준으로 가이드부(151)의 측부의 제2부분(157)에 위치될 수 있다. 여기서, 제1부분(156)과 제2부분(157)은 유출구(154)를 기준으로 서로 맞은편에 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 피스톤(10)을 기준으로 용기(1100) 내에 양압 또는 음압이 걸리더라도, 제1내부 밀봉 부재(171)와 가이드부(151) 사이의 마찰력 및 제2내부 밀봉 부재(172)와 가이드부(151) 사이의 마찰력으로 압력이 차단되어 밸브(15)와 가이드부(151) 사이의 기밀을 유지할 수 있다.

결합부(18)는 본체(11)의 내측에 형성되어 피스톤(10)을 고정시키는 고정 부재(1200)와 결합할 수 있다. 예를 들어, 결합부(18)는 본체(11)의 후단 측 본체(11)의 내부 면에 형성된 내부 스레드(internal thread)를 포함할 수 있다. 이 경우, 고정 부재(1200)에는 내부 스레드와 나사 결합되는 외부 스레드(outer thread)(1210)가 형성될 수 있다. 사용자가 원심분리용 피스톤(10)을 수동으로 조작하는 경우, 사용자는 본체(11)의 중심축(X)을 따라 본체(11)를 향하여 고정 부재(1200)를 이동시켜 고정 부재(1200)의 외부 스레드(1210) 및 결합부(18)의 내부 스레드를 나사 결합시킴으로써 밸브(14)를 본체(11)에 고정할 수 있다. 이에 따라, 본체(11)의 전방으로부터 본체(11)의 후방으로 유체의 유동이 차단될 수 있고 사용자가 피스톤(10)을 수동으로 조작할 수 있다.

이하, 밸브(14), 밸브 지지대(15), 탄성 부재(16) 및 내부 밀봉부(17)의 결합 관계와 함께 밸브(14)의 구조에 관하여 상세하게 설명하기로 한다.

밸브(14)는 밸브 몸체(141), 함몰부(depression)(142), 중공(143), 제1내부 리세스(144) 및 제2내부 리세스(145)를 포함할 수 있다. 밸브 몸체(141)는 본체(11)와 동축인 중심축(X)을 구비할 수 있다. 예를 들어, 밸브 몸체(141)는 실린더 형상을 구비할 수 있다. 함몰부(142)는 밸브 몸체(141)의 내측 중심을 향하여 밸브 몸체(141)의 원주 방향을 따라 형성될 수 있다. 함몰부(142)에는 탄성 부재(16)의 제2단부가 위치되어 밸브(14)가 탄성 부재(16)에 의하여 탄성적으로 지지될 수 있다. 중공(143)은 밸브 몸체(141)의 전방으로부터 밸브 몸체(141)의 후방으로 밸브 몸체(141)의 중앙부를 관통하도록 밸브 몸체(141)에 형성될 수 있다. 중공(143)에는 밸브 지지대(15)의 가이드부(151)가 삽입될 수 있다. 이에 따라, 중공(143)에 가이드부(151)가 삽입된 상태에서 밸브 몸체(141)는 가이드부(151)의 길이 방향을 따라 이동할 수 있다. 제1내부 리세스(144)와 제2내부 리세스(145)는 밸브 몸체(141)의 내부 면에 형성되고, 제1내부 밀봉 부재(171) 및 제2내부 밀봉 부재(172)가 각각 결합될 수 있다.

밸브(14)는 설정 크기의 중량을 구비할 수 있다. 밸브(14)의 중량은 외력의 크기, 탄성 부재(16)가 밸브(14)에 가하는 탄성력, 밸브(14)와 밸브 지지대(15) 사이의 마찰력 등에 따라 설정될 수 있다. 여기서, 밸브(14)에 가해지는 외력의 크기, 밸브(14)와 밸브 지지대(15) 사이의 마찰력은 밸브(14)의 중량에 의존한다. 예를 들어, 밸브(14)를 본체(11)의 전방으로 이동시킬 때, 밸브(14)에 작용하는 외력의 크기가 밸브(14)에 작용하는 탄성력의 크기 및 밸브(14)와 밸브 지지대(15) 사이의 마찰력의 크기의 합보다 크도록 설정될 수 있다. 한편, 밸브(14)를 본체(11)의 후방으로 이동시킬 때, 밸브(14)에 작용하는 외력의 크기가 밸브(14)에 작용하는 탄성력의 크기 및 밸브(14)와 밸브 지지대(15) 사이의 마찰력의 크기의 합보다 작도록 설정될 수 있다.

도 5 내지 도 7을 참고하여 제1실시예에 따른 원심분리용 피스톤(10)의 작동을 설명하기로 한다.

도 5는 일 실시예에 따른 원심분리용 피스톤(10)에 외력이 작용하지 않는 힘의 평형 상태를 도시한다. 탄성 부재(16)가 밸브(14)에 탄성력을 가하므로 밸브(14)는 본체(11)의 내측 단부(115)로부터 멀어지는 방향인 본체(11)의 후방으로 이동하려고 할 것이다. 이 때, 밸브(14)가 본체(11)의 외부로 이탈을 방지하도록 플랜지(155)는 밸브(14)의 이동을 제한할 수 있다.

이와 같은 상태에서, 밸브(14)는 유출구(154)를 차단함으로써, 본체(11)의 전방에 존재하는 생체 조직과 체액의 혼합물들 중 비중이 작고 크기가 작은 생체 조직 및 체액 등이 그물망(133)에 의해 여과되어 유입구(152)로 진입하고 유로(153)를 따라 본체(11)의 후방으로 유동하는 것을 차단할 수 있다. 내부 밀봉부(17)의 제1내부 밀봉 부재(171)와 제2내부 밀봉 부재(172)에 의하여 밸브(14)와 밸브 지지대(15) 사이에 유체 밀봉이 달성된다.

도 6은 원심 분리의 회전 중심이 본체(11)의 후방에 위치할 때, 일 실시예에 따른 원심분리용 피스톤(10)에 외력, 즉 원심력이 작용하는 상태를 도시한다. 원심 분리의 회전 중심이 본체(11)의 후방에 위치할 때, 원심 분리로 인해 도 5의 피스톤(10)에 도 6에 도시된 바와 같이 원심력이 작용한다. 원심력의 크기가 밸브(14)에 가해지는 탄성력의 크기 및 밸브 지지대(15)와 내부 밀봉부(17) 사이의 마찰력의 크기의 합보다 크면, 밸브(14)가 밸브 지지대(15)의 길이 방향을 따라 본체(11)의 전방을 향하여 이동하고 유출구(154)가 개방된다. 이에 따라, 유입구(152)로 진입하여 유로(153)를 따라 유동하는 유체가 유출구(154)를 통하여 본체(11)의 후방으로 유동한다. 원심 분리가 끝나고 더 이상 피스톤(10)에 원심력이 작용하지 않을 때, 밸브(14)에 가해지는 탄성력에 의하여 밸브(14)는 본체(11)의 후방으로 이동하고 플랜지(155)에 의하여 정지되며 밸브(14)에 의하여 유출구(154)가 차단된다(도 5의 피스톤(10)의 상태 참고).

도 7은 생체 조직 중 지방 조직을 원심분리를 수행한 예로, 원심 분리가 완료된 후 용기(1100)의 내부에 배치된 원심분리용 피스톤(10)을 기준으로 피스톤(10)의 전방에는 혈액 및 수액, 순수 지방 조직이 남고, 피스톤(10)의 후방에는 프리 오일만 남은 상태를 도시한다. 원심 분리가 완료되면, 사용자는 필요에 따라 프리 오일만을 획득할 수 있다. 만약, 사용자가 순수 지방 조직을 획득하고자 한다면, 사용자는 프리 오일을 제거 후 피스톤(10)을 용기(1100)의 전방으로 이동시켜 용기(1100)의 전방으로 혈액 및 수액을 유출시키고 남은 순수 지방 조직만을 획득할 수도 있다.

요컨대, 용기 내 피스톤(10)의 전방에 생체 조직과 혈액, 체액의 혼합물이 배치되고 설정 회전 속도(RPM)로 원심 분리를 수행하면, 원심력에 의하여 비중에 따라 생체 조직과 혈액, 체액의 혼합물이 분리되고 가속되어 특정 원심력의 크기 이상이 되면 밸브(14)가 밸브 지지대(15)와 내부 밀봉부(17) 사이의 마찰력과 밸브(14)에 작용하는 탄성력을 이겨내고 원심력이 작용하는 방향으로 이동하고 유출구(154)가 개방된다. 이에 따라, 원심 분리에 의하여 분리된 생체 조직 및 체액 중 그물망(133)의 공극보다 작고 비중이 작은 생체 조직 및 체액은 본체(11)의 후방으로 이동하고 피스톤(10)은 원심력이 작용하는 방향으로 이동한다. 결국, 피스톤(10)을 기준으로 피스톤(10)의 후방에는 상대적으로 비중이 작고 크기가 작은 생체 조직 및 체액이 위치하고 피스톤(10)의 전방에는 상대적으로 비중이 크거나 크기가 큰 생체 조직 및 체액이 위치한다. 원심 분리가 끝나면, 밸브(14)에 가해지는 탄성력에 의하여 밸브(14)가 본체(11)의 후방으로 이동하여 유출구(154)가 차단된다. 이후, 용기 내 분리된 생체 조직 및 체액 중 원하는 생체 조직 및 체액을 별도로 수거할 수 있다.

도 8 내지 도 13을 참고하여 제2실시예에 따른 원심분리용 피스톤(20)의 구조 및 작동 방식을 설명하기로 한다.

도 8 내지 도 13을 참고하면, 제2실시예에 따른 원심분리용 피스톤(20)은 제1외부 리세스(211)와, 제2외부 리세스(212)와, 선단(213)과, 수용부(214)와, 내측 단부(215)를 포함하고 중심축(X')을 가지는 본체(21), 제1외부 밀봉 부재(221)와 제2외부 밀봉 부재(222)를 포함하는 외부 밀봉부(22), 커버(231)와, 돌기(232)와, 그물망(233)을 포함하는 필터부(23), 밸브 몸체(241)와, 함몰부(242)와, 중공(243)과, 제1내부 리세스(244)와, 제2내부 리세스(245)를 포함하는 밸브(24), 가이드부(251)와, 유입구(252)와, 유로(253)와, 유출구(254)와, 플랜지(255)를 포함하는 밸브 지지대(25), 탄성 부재(26), 제1내부 밀봉 부재(271)와 제2내부 밀봉 부재(272)를 포함하는 내부 밀봉부(27) 및 결합부(28)를 포함할 수 있다.

제2실시예에 따른 원심분리용 피스톤(20)은 선택적으로 밸브(24)의 이동을 제한하여 원심분리용 피스톤(20)에 외력이 가해지더라도 유로(253)를 차단하는 밸브 이동 제한 메커니즘을 포함할 수 있다. 밸브 이동 제한 메커니즘은 텅부(tongue)(216) 및 그루브(246)를 포함할 수 있다. 텅부(216)는 본체(21)의 내부 면에 형성되고 중심축(X')을 따라 길이 방향으로 연장하는 형상을 구비할 수 있다. 그루브(246)는 중심축(X')의 축 방향을 따라 밸브(24)의 외부 면에 형성될 수 있다. 텅부(216)가 그루브(246) 내에 수용되도록 그루브(246)의 폭은 텅부(216)의 폭보다 크거나 실질적으로 같을 수 있다.

도 10 및 도 11에는 텅부(216)와 그루브(246)가 서로 정렬되어 있는 제1상태가 도시된다. 이 상태에서, 원심분리용 피스톤(20)에 외력이 인가되면, 텅부(216)는 밸브(24)의 이동을 제한하지 않으므로, 밸브(24)는 밸브 지지대(25)에 고정되지 않고 가이드부(251)를 따라 본체(21)의 전방과 후방으로 이동이 가능하며, 유로(253)의 개방 및 폐쇄가 모두 이루어질 수 있다. 밸브(24)가 본체(21)의 전방과 후방으로 이동하는 동안, 그루브(246)는 텅부(216)에 의하여 가이드되어 텅부(216)를 따라 이동할 수 있다.

도 12 및 도 13에는 텅부(216)와 그루브(246)가 서로 오정렬(misalign)되어 있는 제2상태가 도시된다. 이 상태에서, 원심분리용 피스톤(20)에 외력이 인가되더라도, 텅부(216)가 밸브(24)의 이동을 제한하므로, 밸브(24)는 밸브 지지대(25)를 따라 이동하지 않아 유로(253)의 차단 상태가 유지된다.

일 실시예에서, 밸브 이동 제한 메커니즘은 서로 스냅(snap)되는 돌출부(256) 및 오목부(247)를 더 포함할 수 있다. 돌출부(256)는 플랜지(255)의 외부 면으로부터 돌출하도록 플랜지(255)에 형성될 수 있다. 오목부(247)는 밸브(24)의 후방의 표면에서 밸브(24)의 내측으로 리세스되도록 밸브(24)의 후방의 표면에 형성될 수 있다. 일 예로, 돌출부(256)와 오목부(247)는 복수 개일 수 있다. 텅부(216)가 밸브(24)의 이동을 제한하는 동안, 플랜지(255)에 형성된 돌출부(256)는 밸브(24)에 형성된 오목부(247)에 스냅될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 사용자가 제2상태로부터 제1상태로 또는 제1상태로부터 제2상태로 원심분리용 피스톤(20)의 상태를 변경하려고 하는 경우, 사용자는 돌출부(256) 및 오목부(247) 사이의 스냅 결합 여부를 통하여 텅부(216)와 그루브(246)의 정렬 및 오정렬 여부를 쉽게 파악할 수 있다.

도 14 내지 도 16을 참고하여 제3실시예에 따른 원심분리용 피스톤(30)의 구조 및 작동 방식을 설명하기로 한다.

도 14 내지 도 16을 참고하면, 제3실시예에 따른 원심분리용 피스톤(30)은 제1외부 리세스(311)와, 제2외부 리세스(312)와, 선단(313)과, 수용부(314)와, 내측 단부(315)를 포함하고 중심축(X'')을 가지는 본체(31), 제1외부 밀봉 부재(321)와 제2외부 밀봉 부재(322)를 포함하는 외부 밀봉부(32), 커버(331)와, 돌기(332)와, 그물망(333)을 포함하는 필터부(33), 밸브 몸체(341)와, 함몰부(342)와, 중공(343)과, 제1내부 리세스(344)와, 제2내부 리세스(345)를 포함하는 밸브(34), 가이드부(351)와, 유입구(352)와, 유로(353)와, 유출구(354)와, 플랜지(355)를 포함하는 밸브 지지대(35), 탄성 부재(36), 제1내부 밀봉 부재(371)와 제2내부 밀봉 부재(372)를 포함하는 내부 밀봉부(37) 및 결합부(38)를 포함할 수 있다.

제3실시예에 따른 원심분리용 피스톤(30)은 밸브(34)를 본체(31)에 선택적으로 고정시켜 유로(353)를 선택적으로 개방 또는 차단하는 로킹 메커니즘을 포함할 수 있다. 이 경우, 밸브(34)는 원통 형상을 구비할 수 있다. 로킹 메커니즘은 맞물림 요소(316), 제1그루브(346) 및 제2그루브(347)를 포함할 수 있다. 맞물림 요소(316)는 본체(31)의 중심을 향하여 돌출하도록 본체(31)의 내부 면에 형성될 수 있다. 제1그루브(346)는 밸브(34)의 축 방향으로 밸브(34)의 외부 면에 형성될 수 있다. 제2그루브는 밸브(34)의 원주 방향으로 밸브(34)의 외부 면에 형성될 수 있다. 제1그루브(346)와 제2그루브(347)는 서로 교차할 수 있다. 일 예로, 맞물림 요소(316)가 제1그루브(346) 및 제2그루브(347)에 각각 수용되도록 맞물림 요소(316)의 크기는 제1그루브(346)의 크기 및 제2그루브(347)의 크기보다 작거나 실질적으로 같을 수 있다.

맞물림 요소(316)가 제1그루브(346)와 정렬된 상태에서 밸브(34)에 외력이 인가되면, 맞물림 요소(316)가 제1그루브(346)를 따라 이동 가능하며 밸브(34)가 가이드부(351)를 따라 본체(31)의 전방과 후방으로 자유롭게 이동할 수 있으며, 유로(353)의 개방 및 폐쇄가 모두 가능하다.

사용자는 별도의 조작을 통해 밸브(34)에 외력을 가해 피스톤(30)의 전방으로 이동시킨 후 밸브(34)와 수용부(314)가 맞닿을 때 밸브(34)를 중심축(X'')에 대하여 회전시킬 수 있다. 이 경우, 맞물림 요소(316)가 제1그루브(346)를 따라 이동하는 과정에서 맞물림 요소(316)는 제1그루브(346)와 교차하는 제2그루브(347)로 진입할 수 있다. 제2그루브(347)로 진입한 맞물림 요소(316)는 제2그루브(347)를 따라 이동하며 제2그루브(347)에 맞물릴 수 있다. 이와 같은 상태가 되면, 원심 분리 과정에서 밸브(34)에 외력이 인가되더라도 제2그루브(347)에 걸려 있는 맞물림 요소(316)가 밸브(34)의 이동을 제한하므로, 밸브(34)는 본체(31)에 고정된 상태를 유지한다. 이에 따라, 유로(353)는 개방된 상태를 유지할 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims

본체;
원심력이 작용함에 따라 상기 본체의 내부에서 상기 본체의 전방과 후방으로 이동 가능한 밸브;
상기 본체의 전방으로부터 상기 본체의 후방으로 유체가 유동하는 유로를 구비하고, 상기 본체의 내부에서 상기 밸브의 이동을 안내하고, 상기 본체와 동축으로 정렬된 가이드부와, 상기 가이드부의 일 단부에 형성된 유입구와, 상기 가이드부의 측부에 형성된 유출구를 포함하고, 상기 유로는 상기 가이드부를 따라 상기 유입구로부터 상기 유출구로 이어지는 밸브 지지대; 및
상기 밸브와 상기 밸브 지지대 사이에 배치되는 제1내부 밀봉 부재 및 제2내부 밀봉 부재;
를 포함하고,
상기 유로가 차단되어 있는 동안, 상기 제1내부 밀봉 부재는 상기 유출구를 기준으로 상기 가이드부의 제1부분에 위치되고, 상기 제2내부 밀봉 부재는 상기 유출구를 기준으로 상기 가이드부의 제2부분에 위치되고, 상기 제1부분 및 상기 제2부분은 상기 유출구를 기준으로 서로 맞은편에 있고,
상기 밸브에 원심력이 작용하면 상기 밸브가 상기 본체의 전방으로 이동하며 상기 유로가 개방되고, 상기 밸브에 원심력이 작용하지 않으면 상기 밸브가 상기 본체의 후방으로 이동하며 상기 유로가 차단되는 원심분리용 피스톤.
제1항에 있어서,
상기 본체의 내측 단부와 상기 밸브 사이에 위치하고 상기 밸브를 탄성적으로 지지하는 탄성 부재를 더 포함하고,
상기 밸브에 원심력이 작용하면 상기 탄성 부재가 압축되고, 상기 밸브에 원심력이 작용하지 않으면 상기 탄성 부재가 인장되는 원심분리용 피스톤.
제2항에 있어서,
상기 밸브의 중량은 상기 원심력의 크기, 상기 탄성 부재가 상기 밸브에 작용하는 탄성력 및 상기 밸브와 상기 밸브 지지대 사이의 마찰력에 따라 설정되는 원심분리용 피스톤.
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중심축을 구비한 본체;
상기 중심축과 동일한 축을 구비하고 상기 중심축을 따라 상기 본체의 전방과 후방으로 이동하는 밸브;
상기 본체의 전방으로부터 상기 본체의 후방으로 유체가 유동하는 유로를 구비하는 밸브 지지대로서, 상기 유로가 상기 밸브의 이동에 따라 개방 또는 폐쇄되는 밸브 지지대; 및
상기 본체의 전방으로 상기 밸브의 이동 또는 상기 본체의 후방으로 상기 밸브의 이동을 선택적으로 제한하여 상기 유로를 선택적으로 차단하는 밸브 이동 제한 메커니즘;
을 포함하는 원심분리용 피스톤.
제6항에 있어서,
상기 밸브 이동 제한 메커니즘은,
본체의 내부 면에 형성되고 상기 중심축을 따라 길이 방향으로 연장하는 텅부; 및
상기 중심축의 축 방향을 따라 밸브의 외부 면에 형성되고 상기 텅부를 수용하도록 구성된 그루브;
를 포함하는 원심분리용 피스톤.
제7항에 있어서,
상기 밸브 이동 제한 메커니즘은,
상기 밸브의 후방의 표면에 형성된 오목부; 및
상기 밸브 지지대에 형성된 돌출부;
를 더 포함하고,
상기 오목부와 상기 돌출부는 서로 스냅되는 원심분리용 피스톤.
중심축을 구비한 본체;
상기 중심축과 동일한 축을 구비하고 상기 본체의 내부에서 상기 본체의 전방과 후방으로 이동하는 밸브; 및
상기 밸브를 상기 본체에 선택적으로 고정시켜 유로를 선택적으로 개방 또는 차단하는 로킹 메커니즘;
을 포함하는 원심분리용 피스톤.
제9항에 있어서,
상기 로킹 메커니즘은,
상기 본체의 중심을 향하여 돌출하도록 상기 본체의 내부 면에 형성된 맞물림 요소;
상기 밸브의 축 방향으로 상기 밸브의 외부 면에 형성된 제1그루브; 및
상기 밸브의 원주 방향으로 상기 밸브의 외부 면에 형성되고 상기 제1그루브와 교차하는 제2그루브;
를 더 포함하고,
상기 맞물림 요소는 상기 제1그루브를 따라 이동하며 상기 제2그루브에 위치하여 상기 제2그루브에 맞물리는 원심분리용 피스톤.