KR102103784B1 - 원심력 기반 무전원 입자 농축장치 및 입자 농축방법 - Google Patents

원심력 기반 무전원 입자 농축장치 및 입자 농축방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 유체 샘플을 필터링하여 입자가 분리되도록 소정 크기의 기공이 형성되는 필터부와; 상기 필터부의 입측면에 연결되며 상기 필터부의 입측면으로 유체 샘플을 공급하는 제1몸체부와; 상기 필터부의 출측면에 연결되며 상기 필터부를 거쳐 입자가 분리된 투과액이 수용되는 제2몸체부;가 구비되는 디스크부; 및 상기 디스크부의 중심에 배치되는 손잡이부;를 포함하고, 상기 디스크부는 상기 손잡이부를 회전 중심으로 하여 상기 손잡이부에 대해 상대 회전 운동가능한, 원심력 기반 무전원 입자 농축장치를 제공한다.

Description

원심력 기반 무전원 입자 농축장치 및 입자 농축방법{Centrifugal force based non-powered particle concentration apparatus and method of particle concentration}
본 발명은 원심력 기반 무전원 입자 농축장치 및 입자 농축방법에 관한 것이다.
일반적으로 입자를 분리하는 것은 유체 등의 시료에 포함되어 있는 소정 크기의 고체를 분리하는 것으로 다양한 산업에 응용되고 있다. 특히 여과는 여과 매체의 양면에 압력차를 가하여 여과 유체를 통과시키고 여과 매체에 형성되는 기공보다 큰 입자를 매체 표면에 퇴적시키는 기술이다.
이러한 여과 기술은 쉽게 적용이 가능하며 에너지 소비가 적고, 작은 공간을 활용하여 적용가능하기 때문에 의료, 화학, 환경 및 식품 공업 등 전반적인 분야에서 활용되고 있다.
그 중 현장현시검사(Point of care testing, POCT)는 휴대성이 용이한 기기를 통해 현장에서 즉각적인 검출이 가능한 것으로, 장소나 시간에 구애받지 않고 누구나 손쉽게 샘플을 분석할 수 있다.
종래 현장현시검사는 복잡한 검사를 미세 유체 유동 시스템을 통하여 적은 샘플 양으로 검사가 가능한 랩온어칩(Lab on a chip) 기반의 미세 유동 시스템이 개발되고 있지만 이 시스템에서는 미세 유체 이동을 위한 복잡한 구동 장치 또는 전원 공급이 필요한 문제점이 있었다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0618121호(2006.08.23 등록, 발명의 명칭: 원심력과 미세유체채널을 이용한 미세입자분리 방법 및 장치)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 무전원으로 사용자의 간단한 동작에 의해 원심력이 발생되며 특정 입자의 신속한 감별 및 현장 현시 검사가 가능한 원심력 기반 무전원 입자 농축장치 및 농축방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 유체 샘플을 필터링하여 입자가 분리되도록 소정 크기의 기공이 형성되는 필터부와; 상기 필터부의 입측면에 연결되며 상기 필터부의 입측면으로 유체 샘플을 공급하는 제1몸체부와; 상기 필터부의 출측면에 연결되며 상기 필터부를 거쳐 입자가 분리된 투과액이 수용되는 제2몸체부;가 구비되는 디스크부; 및 상기 디스크부의 중심에 배치되는 손잡이부;를 포함하고,상기 디스크부는 상기 손잡이부를 회전 중심으로 하여 상기 손잡이부에 대해 상대 회전 운동가능한, 원심력 기반 무전원 입자 농축장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 손잡이부는, 상기 디스크부의 회전 중심축을 공유하는 손잡이본체; 및 상기 손잡이본체와 상기 디스크부 사이에 설치되는 베어링부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 베어링부는 볼 베어링 또는 롤러 베어링으로 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 필터부의 출측면 측 상기 제2몸체부의 내부에는 투과액이 미리 수용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제2몸체부에는 상기 필터부의 출측면에 대응되는 위치에 출측공간이 형성되고, 상기 출측공간 내부에 투과액이 미리 수용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 디스크부는 상기 제2몸체부와 연결되며, 상기 필터부를 거친 여과물이 저장되는 저장부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제2몸체부에는 상기 저장부와 연통되는 유로부가 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 저장부는 상기 손잡이부를 중심으로 소정 곡률 반경을 가지며 원호 형상으로 형성될 수 있다.
상기 디스크부는 상기 저장부와 연결되며 상기 저장부에 수용되는 상기 여과물을 흡수하는 흡수부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1몸체부, 상기 제2몸체부 및 상기 필터부는 상기 디스크부의 중심을 기준으로 각각 복수 개가 구비되어 등각 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른면, 입자 농축장치의 출측공간에 투과액을 주입하는 단계; 유체 샘플을 상기 입자 농축장치로 주입하는 단계; 손잡이부를 회전 중심으로 하여 디스크부가 상대 회전 운동되어 원심력이 발생되고, 상기 유체 샘플을 필터부로 안내하는 단계; 및 상기 필터부를 통해 상기 유체 샘플을 통과시켜 입자를 분리 및 농축하는 단계;를 포함하는 원심력 기반 무전원 입자 농축방법을 제공한다.
본 발명에서, 상기 입자 농축장치는, 유체 샘플을 필터링하여 입자가 분리되도록 소정 크기의 기공이 형성되는 필터부와; 상기 필터부의 입측면에 연결되며 상기 필터부의 입측면으로 유체 샘플을 공급하는 제1몸체부와; 상기 필터부의 출측면에 연결되며 상기 필터부를 거쳐 입자가 분리된 투과액이 수용되는 제2몸체부;가 구비되는 디스크부; 및 상기 디스크부의 중심에 배치되는 손잡이부;를 포함하고, 상기 디스크부는 상기 손잡이부를 회전 중심으로 하여 상기 손잡이부에 대해 상대 회전 운동가능하다.
본 발명에서, 상기 입자를 분리 및 농축하는 단계 이후에 농축되는 상기 입자를 분석하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명에 따른 원심력 기반 무전원 입자 농축장치 및 농축방법은 무전원, 즉 외부로부터 전원을 공급받지 않고 무전원으로 사용자의 간단한 동작에 의해 원심력이 발생되며 특정 입자의 신속한 감별 및 농축, 이를 이용한 현장현시검사가 가능한 효과가 있다.
또한, 베어링부로 인하여 디스크부와 손잡이본체 간 상대 회전 운동을 원활하게 하는 효과가 있다.
또한, 유체 샘플의 여과 전에 필터부의 출측면 전면이 투과액에 의해 미리 접촉되어 있어 필터부의 기공이 작게 형성됨으로 인한 모세관 압력의 증가에도 유체 샘플이 보다 신속하고 용이하게 필터부에 형성되는 기공을 통과하도록 하여 입자 분리 및 농축에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원심력 기반 무전원 입자 농축장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원심력 기반 무전원 입자 농축장치를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A'단면을 도시한 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원심력 기반 무전원 입자 농축장치의 작용을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원심력 기반 무전원 입자 농축장치의 동작을 도시한 상태도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사부를 도시한 도면이다.
도 7, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원심력 기반 무전원 입자 농축장치의 동작 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 원심력 기반 무전원 입자 농축방법을 도시한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치로 색상 기반 소변 및 수질 검사를 실시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치로 효소 결합 면역 침강 분석법을 활용하여 입자를 분리 및 농축하는 것을 도시한 순서도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치로 면역 형광법을 사용하여 입자를 검출하는 것을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치로 입자 염색을 통하여 입자를 검출하는 것을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치로 항체분리기법을 사용하여 입자를 검출하는 것을 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치로 검출 시약을 통한 유체분석법의 실시를 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치를 이용한 요로감염증 현장현시검사 실시를 도시한 도면이다.
도 17a 내지 도 17c는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축 장치를 이용한 요로감염증 현장현시검사 실시를 도시한 도면이다.
도 18a 내지 도 18c는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치로 요로감염증 현장현시검사에서의 색상 자동 분석을 도시한 도면이다.
도 19a 내지 도 19c는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치를 이용한 요로감염증 현장현시검사에서의 색상 측정을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등이 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소들이 직접적으로 연결된 경우뿐만 아니라 막, 영역, 구성요소들 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다. 예컨대, 본 명세서에서 막, 영역, 구성 요소 등이 전기적으로 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소 등이 직접 전기적으로 연결된 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 간접적으로 전기적 연결된 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원심력 기반 무전원 입자 농축장치를 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원심력 기반 무전원 입자 농축장치를 도시한 평면도이다. 도 3은 도 2의 A-A'단면을 도시한 측단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원심력 기반 무전원 입자 농축장치의 작용을 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원심력 기반 무전원 입자 농축장치의 동작을 도시한 상태도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사부를 도시한 도면이다. 도 7, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원심력 기반 무전원 입자 농축장치의 동작 상태를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원심력 기반 무전원 입자 농축장치(1)(이하 '입자 농축장치'라 함)는 디스크부(100), 손잡이부(200)를 포함할 수 있다.
도 1, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크부(100)는 손잡이부(200)와 중심이 일치되고, 상기 중심을 회전 중심축으로 하여 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스크부(100)는 입자 농축장치(1)의 외관을 형성하며, 투명 재질로 형성될 수 있다. 디스크부(100)의 형상은 회전 중심을 기준으로 반경 방향으로 돌출되며, 뒤에 설명할 샘플수용부(105), 제1몸체부(130), 제2몸체부(150), 필터부(110), 저장부(160), 흡수부(170), 벤트부(180), 검사부(190)가 디스크부(100)의 중심을 기준으로 복수 개가 구비되어 등각 배치될 수 있다.
구체적으로 도 1, 도 2를 참조하면, 본 발명에서는 디스크부(100)의 회전 중심을 기준으로 2개의 필터부(110)가 180도를 이루며 등각 배치되나, 이에 한정하는 것은 아니고, 3개의 필터부(110)가 디스크부(100)의 회전 중심을 기준으로 각 120도를 이루며 등각 배치되는 등 다양한 변형실시가 가능하다.
도 1, 도 2를 참조하면, 필터부(110) 등의 구성이 적어도 2개 이상으로 형성되며 디스크부(100)의 회전 중심을 기준으로 대칭을 이루며 등각 배치됨으로 인하여 디스크부(100)의 회전에 의해 여러 종류의 유체 샘플(L), 검출 시약(D)을 투입하여 입자(11)를 신속하게 분리 및 농축하여 검출할 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 4 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크부(100)는 샘플수용부(105), 필터부(110), 제1몸체부(130), 제2몸체부(150), 저장부(160), 흡수부(170), 벤트부(180), 검사부(190)를 포함할 수 있다.
도 2, 도 3, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플수용부(105)는 뒤에 설명할 필터부(110)와 연결되는 것으로, 입자(11)를 분리 및 농축하고자 하는 유체 샘플(L)이 담지되는 공간이 형성된다.
샘플수용부(105)는 필터부(110)보다 디스크부(100)의 회전 중심에 상대적으로 가깝게 배치될 수 있다. 이로 인하여 디스크부(100)가 회전됨에 따라 샘플수용부(105)에서 필터부(110)로 유체 샘플(L) 등이 유동될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플수용부(105)에는 유입구(106)가 형성되고, 유입구(106)를 통해 유체 샘플(L), 검출 시약(D) 등 유체가 유입될 수 있다.
유입구(106)는 복수 개가 형성될 수 있으며, 복수 개의 유입구(106)는 디스크부(100)의 중심을 기준으로 원주 방향을 따라 간격을 두고 이격 배치될 수 있다. 이로 인하여 디스크부(100)의 여러 방향에서 유체 샘플(L)의 주입이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유입구(106)는 제1몸체부(130)의 중심과 필터부(110) 사이에 위치할 수 있다. 이로 인하여 샘플수용부(105)에 형성되는 유입구(106)를 통해 유입되는 유체 샘플(L)이 제1, 2몸체부(130, 150)가 회전됨에 따라 발생되는 원심력으로 인해 필터부(110)로 유동될 수 있다.
도면에 표시되지 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플수용부(105)의 일측에 형성되는 유입구(106)의 타측에 환기구가 형성될 수 있다. 환기구는 제1몸체부(130)를 관통하여 형성되며, 유입구(106)로 생체 시료 등 유체 샘플(L) 주입 시 디스크부(100) 내부에 존재하던 공기를 디스크부(100) 외부로 배출시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 샘플수용부(105)는 반경 방향으로 갈수록, 구체적으로 필터부(110) 측으로 갈수록 폭이 좁아지게 형성될 수 있다. 이로 인하여 필터부(110)로 유입될 유체 샘플(L)을 샘플수용부(105)의 단부로 모으기 용이한 효과가 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터부(110)는 샘플수용부(105)와 연결되는 것으로, 유체 샘플(L)을 필터링(Filtering)하여 입자(11)가 분리되도록 소정 크기의 기공(111)이 형성될 수 있다.
필터부(110)는 뒤에 설명할 제1몸체부(130)와 제2몸체부(150) 사이에 배치되며, 제1몸체부(130), 제2몸체부(150)와 각각 결합될 수 있다. 필터부(110)에 형성되는 기공(111)은 복수 개가 형성되고, 다양한 크기의 입자(11) 분리를 위하여 3nm - 30cm의 다양한 크기의 기공(111)이 형성될 수 있다.
그러나 이에 한정하는 것은 아니고 여과하고자 하는 입자(11)의 크기를 고려하여 다양한 크기로 형성될 수 있음은 물론이다.
필터부(110)는 생체 세포나 무기 재료 입자(11) 또는 유기 재료 입자(11) 등을 분리 및 농축할 수 있도록 다양한 소재로 형성될 수 있다. 유체 샘플(L) 구체적으로 생체 시료에 적용할 수 있도록 생물학적으로 비활성인 소재로 형성될 수 있다.
필터부(110)는 동시에 광학적 투과성이 구비되는 소재로 형성될 수 있으며, 이로 인하여 필터부(110)를 제2몸체부(150)로부터 분리하지 않고도 광학 검출기(LR)를 이용하여 희소 세포를 검출할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터부(110)는 제2몸체부(150)와의 결합이 용이하도록 제2몸체부(150)와 동일한 소재로 형성될 수 있다.
구체적으로 제2몸체부(150)와 필터부(110)가 모두 폴리카보네이트 소재로 형성되는 경우에 제2몸체부(150)와 필터부(110)가 결합되는 가장 자리 부위에 소량의 아세톤을 투여하여 접착 부위를 화학적으로 용해함으로써 필터부(110)를 제2몸체부(150)에 접착시킬 수 있다.
이로 인하여 제2몸체부(150)에 필터부(110)를 설치하는 경우 발생될 수 있는 구김 현상이나 불완전한 설치로 인한 희소 세포의 누설을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에서는 필터부(110)가 제2몸체부(150)에 결합되나, 이에 한정하는 것은 아니고 일측이 제2몸체부(150)에 결합되고, 이에 대향되는 타측이 제1몸체부(130)에 결합되는 등 다양한 변형실시가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 필터부(110)와 제2몸체부(150) 간 결합 방법은 화학적 접착 방법으로 이루어지나, 이에 한정하는 것은 아니고 열 접착(Thermal bonding), 자외선 수지 접착(UV resin bonding), 초음파 접착(Ultrasonic bonding) 등의 다양한 접착 방식을 통해 필터부(110)가 제2몸체부(150)에 비가역적으로 결합될 수 있음은 물론이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1몸체부(130)는 필터부(110)의 입측면에 연결되는 것으로, 뒤에 설명할 제2몸체부(150)와 결합되어 디스크부(100)의 외관을 형성할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치(1)에서 제1몸체부(130)는 Z축(도 3 기준) 방향을 기준으로 제2몸체부(150)의 상측에 배치될 수 있다. 제1몸체부(130)는 필터부(110)의 입측면으로 유체 샘플(L)이 공급되도록 유체 샘플(L)의 유동 경로를 제공할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 농축장치에서 제2몸체부(150)는 필터부(110)의 출측면에 연결되며 필터부(110)를 거쳐 입자(11)가 분리된 여과물이 수용될 수 있다. 제2몸체부(150)는 제1몸체부(130)의 하측에 배치될 수 있다.
제2몸체부(150)는 필터부(110)의 출측면에서 뒤에 설명할 저장부(160)로 유체 샘플(L), 구체적으로 필터부(110)에 의해 입자(11)가 분리된 여과물의 유동 경로를 제공할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 농축장치는 제2몸체부(150)와 상기 필터부(110)의 출측면 사이에 투과액(13)이 미리 수용된다.
이로 인하여 필터부(110)의 입측면으로 유입되는 유체 샘플(L)이 보다 작은 압력하에서도 필터부(110)의 미세한 기공(111)을 용이하게 통과할 수 있다. 이에 더하여 보다 신속하게 생체 시료 등 유체 샘플(L)을 필터링하여 입자(11)를 분리 및 농축할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에서 필터부(110)의 입측면이라 함은 필터부(110)의 양면 중 필터부(110)가 형성되는 기공(111)의 입구가 위치한 상측면(도 3 기준)으로 생체 시료 등 유체 샘플(L)이 접하는 면을 의미하고, 필터부(110)의 출측면이라 함은 필터부(110)에서 입측면에 반대쪽 면으로 필터부(110)에 형성되는 기공(111)의 출구가 형성되는 면을 의미한다.
도 3을 참조하면, Z축 방향을 따라 필터부(110)의 상면이 입측면을 이루어 제1몸체부(130)가 필터부(110) 상부에 배치되고, 이에 대향되는 반대쪽 하면이 출측면을 이루어 제2몸체부(150)가 필터부(110) 하부에 배치될 수 있다.
본 발명에서 유체 샘플(L)은 생체 시료, 시료, 등을 포괄하는 용어로 특히 생체 시료 또는 시료의 경우 입자(11)를 포함하고 있는 상태를 의미하며, 생체 시료 또는 시료가 기공(111)이 형성되는 필터부(110)를 거치면서 입자(11)가 분리된 상태의 용액을 여과물이라 정의한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1몸체부(130), 제2몸체부(150)는 디스크부(100)의 특정 부분에 국한되는 것이 아니라, 결합되어 디스크부(100)의 상, 하부 외관을 형성할 수 있다.
제1몸체부(130), 제2몸체부(150)는 동일한 직경을 갖도록 형성될 수 있다. 제1몸체부(130), 제2몸체부(150)는 뒤에 설명할 손잡이부(200)와 연결되며, 손잡이부(200)와 중심이 일치되고 상기 중심을 회전 중심축으로 하여 디스크부(100)가 상대 회전 운동될 수 있다.
구체적으로 사용자는 손잡이부(200)를 파지하여 입자 농축장치(1)를 위치 고정시키고, 디스크부(100)의 외주면을 밀어 회전 중심축을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1몸체부(130), 제2몸체부(150)는 표면이 생물학적으로 비활성인 동시에 광학적 투과성을 구비한 소재, 구체적으로 폴리스타이렌(Polysrene, PS), 폴리 디메틸실록산(Poly dimethyl siloxane, PDMS), 폴리 메틸메타크릴레이트(Poly methlmethacrylate, PMMA), 폴리아크릴레이트(Polyacrylate), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리실릭 올레핀(Polycclic olefins), 폴리이미드(Polyimide), 폴리우레탄(Polyurethanes) 등의 소재일 수 있다.
이로 인하여 제1몸체부(130)의 내측으로 생체 시료 등 유체 샘플(L)이 주입되는 경우에 유체 샘플(L)이 제1몸체부(130) 및 제2몸체부(150)와 반응하지 않아 생물학전 안정성을 확보할 수 있고, 분리되는 희소 세포 등 입자(11)를 농축장치 외부로 배출시키지 않고도 광학 검출기(LR)를 통해 제1몸체부(130) 및 제2몸체부(150)를 투과하여 검출 가능한 효과가 있다.
제1몸체부(130)는 필터부(110)의 입측면에 대응되는 위치에 형성되고, 유체 샘플(L)이 필터부(110)로 유입되는 입측공간(131)이 형성된다.
본 명세서에서 입측공간(131)은 샘플수용부(105)와 연결되고 필터부(110)의 입측면 상부에 형성되는 공간으로 정의한다.
샘플수용부(105)로부터 유입되는 유체 샘플(L)은 입측공간(131)에 수용되어 필터부(110)의 입측면 전면에 접촉한다. 입측공간(131)으로 안내되어온 유체 샘플(L)이 도 3에 표시되는 화살표 방향으로 유동되며, 필터부(110)를 통과한다.
필터부(110)를 거친 여과물은 필터부(110)의 출측면(도 3 기준 하면)에 형성되는 출측공간(151)으로 유동된다.
본 명세서에서 출측공간(151)은 저장부(160)와 연결되며, 제2몸체부(150)의 내측, 필터부(110)의 출측면 하부에 형성되는 공간으로 정의한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치(1)는, 필터부(110)의 출측면에 형성되는 출측공간(151)에 유체 샘플(L)을 필터링시키기 전에 미리 투과액(13)이 수용된다.
본 발명에서 투과액(13)은 유체 샘플(L)에서 입자(11)가 분리된 상태와 동일한 용액, 즉 필터부(110)를 통해 필터링되고 나온 여과물과 동일한 용액으로 형성될 수 있다.
또한, 투과액(13)은 분리 대상 입자(11)가 없고 유체 샘플(L)이나 여과물에 영향을 주지 않는 용액으로 필터부(110)의 출측면에서 필터부(110)에 형성되는 기공(111)의 모세관 압력을 줄일 수 있는 용액이면 적용이 가능하다.
투과액(13)은 제1몸체부(130)와 제2몸체부(150)를 결합시킬 시 제2몸체부(150)와 필터부(110) 사이에 형성되는 출측공간(151)에 미리 수용될 수 있으며, 제2몸체부(150)의 출측공간(151)과 연결되며 개폐가능한 별도의 주입구를 형성하여, 입자 농축장치(1) 제작 후 상기 주입구를 통해 출측공간(151)에 투과액(13)을 미리 주입할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투과액(13)은 필터부(110)의 출측면에 접하도록 제2몸체부(150), 구체적으로 출측공간(151)에 수용될 수 있다. 이로 인하여 출측공간(151) 내에 투과액(13)이 가득 채워져 필터부(110)의 출측면 전체가 투과액(13)과 접한 상태가 된다.
도 4를 참조하면, 필터부(110)의 출측면을 마주보며 형성되는 출측공간(151)에 입자(11)를 포함하지 않는 투과액(13)을 채워주게 되면, 투과액(13)이 필터부(110)에 형성되는 기공(111)에 대해 마중물로 작용하게 된다.
필터부(110)를 이용한 입자 분리는 기본적으로 필터부(110) 양면 사이의 압력 차이를 이용하여 입자(11)를 분리 및 농축 한다.
필터링 시에 유체 샘플(L)은 필터부(110)의 기공(111)을 통과하며, 기공(111)보다 큰 입자(11)들은 필터부(110)의 기공(111)을 통과하지 못하고, 필터부(110)의 입측면 표면(도 4 기준 상면)에 퇴적되며 분리 및 농축된다.
유체 샘플(L)이 필터부(110)에 형성되는 기공(111)을 통과하기 위해선, 기공(111) 출구에서 표면 장력과 관련된 모세관 압력을 극복해야 한다. 이와 같은 모세관 압력은 표면 장력에 비례하고 기공(111)의 크기에 반비례 한다.
따라서 기공(111)이 매우 작은 필터부(110)를 이용한 필터링 공정일수록 유체 샘플(L)의 수용액이 기공(111)을 통과하기 위해서는 매우 큰 압력이 필요하다.
도 4를 참조하면, 상측에 도시되는 비교예는 마중물의 원리를 이용하지 않은 것으로, 필터부(110)의 출측면에 형성되는 출측공간(151)에 투과액(13)을 미리 채우지 않고 유체 샘플(L)을 필터링시킨 상태를 도시하고 있다.
도 4의 상측에 도시되는 비교예와 같이 투과액(13)이 미리 수용되지 않은 상태에서는 필터부(110)의 입측면으로 유입되는 유체 샘플(L)은 필터부(110)의 기공(111)에 걸린 모세관 압력에 의해 기공(111)을 통과하지 못하며, 디스크부(100)의 반경 방향으로 최외측 특정 부분(B)의 기공(111) 사이로 유체 샘플(L)이 모세관 압력을 극복하여 흐르게 되면, 상기 특정 부분(B)으로만 유체 샘플(L)의 수용액이 유동된다.
이때 유체 샘플(L)이 유동되는 특정 부분(B)에서 유체 흐름 저항이 크게 감소하여, 유체 샘플(L)은 특정 부분으로만 흐르게 되고, 여기서만 국부적으로 필터링이 이루어지게 된다. 따라서 특정 부분(B)에서만 입자(11) 분리가 이루어지게 된다.
결과적으로 필터부(110) 전면에서 필터링이 이루어지지 못하고, 특정 부분(B) 면적만이 입자 분리에 활용될 수 있는 것이다.
또한 필터부(110) 전체 면적이 입자의 분리 및 농축에 활용되지 못함에 따라 입자 분리에 소요되는 시간이 많이 걸리고, 입자 분리 효율이 감소되는 효과가 있다.
도 4를 참조하면, 하측(도 4 기준)에는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치(1)의 일 실시예가 기재되어 있으며, 마중물 원리를 이용한 것으로 필터부(110) 출측면(도 4 기준 하면)의 출측공간(151)에 미리 투과액(13)을 채워 유체 샘플(L)을 필터링시킨 상태를 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치(1)에서 필터부(110)의 출측공간(151)에 투과액(13)이 채워지면 필터부(110)의 출측면은 투과액(13)에 접촉된 상태가 된다.
이 상태에서 필터부(110)의 입측면으로 유입되는 유체 샘플(L)의 수용액은 필터부(110)에 형성되는 기공(111)의 출구에 접촉, 구체적으로 출측공간(151)에 미리 채워지는 투과액(13)에 접촉되는 상태가 된다.
이 상태에서 필터부(110)의 입측면으로 유입되는 유체 샘플(L)은 필터부(110)에 형성되는 기공(111)의 출구에 접촉하고 있는 투과액(13)의 응집력에 의해 모세관의 힘 극복없이 바로 기공(111)을 통과하여 원활하게 유동되게 된다.
도 4를 참조하면, 투과액(13)은 필터부(110)의 출측면 전(全)면에 접촉하고 있어서, 도 4의 상측에 도시되는 비교예와 달리 유체 샘플(L)이 필터부(110)의 입측면(상면) 전면에서 기공(111)을 통과하여 출측공간(151), 저장부(160)로 유동될 수 있다.
이로 인하여 필터부(110)의 전면에서 보다 작은 유체 흐름 저항으로 유체 샘플(L)이 기공(111)을 통과하면서 입자(11)의 분리 및 농축이이루어질 수 있다. 다시 말하여 필터부(110) 전체가 필터링에 활용되어 입자(11)의 분리 시간이 단축되고, 분리 및 농축 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 이에 더하여 필터부(110)의 기공(111)이 작은 경우에도 보다 작은 압력으로 입자의 분리 및 농축이 이루어질 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 3, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 저장부(160)는, 제2몸체부(150)와 연결되는 것으로, 필터부(110)를 거친 여과물이 저장될 수 있다.
저장부(160)는 제1몸체부(130)와 제2몸체부(150)의 결합으로 인해 그 사이에 형성되는 입자 농축장치(1)의 내부 공간일 수 있으나, 반드시 이러한 구성으로 제한되는 것은 아니다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 저장부(160)는 필터부(110)를 기준으로 제1몸체부(130)의 중심의 반대측에 형성될 수 있다. 저장부(160)는 도 2에 도시된 바와 같이 다수 개가 입자 농축장치(1) 내부에 원호 형상으로 형성될 수 있다.
도 2, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 출측공간(151)과 저장부(160)사이에는 유로부(153)가 형성되며, 유로부(153)를 통해 필터부(110)를 통과한 여과물이 저장부(160)로 유동될 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유로부(153)의 폭과 높이는 여과물이 통과될 수 있되, 여과물이 다시 필터부(110) 방향으로 역류하는 것을 방지할 수 있도록 각각 1mm 이하로 형성되나, 반드시 이러한 수치로 제한되는 것은 아니다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치(1)는 필터부(110)의 출측면에 형성되는 제2몸체부(150)의 출측공간(151)에 투과액(13)이 수용됨으로 인하여, 상기 마중물의 원리에 의해 입측공간(131)의 유체 샘플(L)이 기공(111) 출구의 모세관 힘을 극복할 필요 없이 마중물과 맞닿아 흐를 수 있게 된다. 이에 훨씬 낮은 압력에서도 유체 샘플(L)이 유동될 수 있다.
이에 더하여 필터부(110) 전면적을 통해 훨씬 낮은 압력차로 흐를 수 있게 되며 안정적인 입자 분리 및 농축을 수행하며, 유체 샘플(L) 필터링 시 안정성이 향상될 수 있는 효과가 있다.
도 1, 도 2, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡수부(170)는, 저장부(160)에 연결되는 것으로, 저장부(160)에 수용되는 여과물을 흡수할 수 있다. 흡수부(170)는 여과물 등 유체를 흡수하는 재질로 형성될 수 있다.
흡수부(170)로 인하여 필터부(110)를 통과하여 저장부(160)에 수용되는 여과물이 다시 디스크부(100)의 중심 방향, 즉 필터부(110) 쪽으로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
흡수부(170)는 저장부(160)의 양측 단부와 연결되고, 손잡이부(200)와 저장부(160) 사이에 배치될 수 있다. 이로 인하여 디스크부(100)가 회전되어 원심력이 발생됨에 따라 저장부(160)로부터 여과물이 유입될 수 있다.
도 1, 도 2, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤트부(180)는 흡수부(170)와 연결되는 것으로, 공기의 배출 경로를 제공하여, 디스크부(100)가 회전되며 원심력이 발생될 때 유체 샘플(L)이 디스크부(100)의 중심으로부터 반경 방향으로 유동될 수 있도록 한다.
도 6, 도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사부(190)는 흡수부(170)의 내측에 배치되는 것으로, 저장부(160)로부터 유입되는 여과물과 반응이 가능한 재질로 형성될 수 있다.
구체적으로 검사부(190)는 생체 시료 등 유체 샘플(L)이 필터부(110)에서 입자(11)가 분리 및 농축되고 입자(11)를 제외한 여과물 저장부(160)에 유입되고, 여과물은 다시 저장부(160)에서 흡수부(170)로 유입되는데, 검사부(190)와 반응함으로써 여과물에 포함되는 특정 성분, 예를 들어 단백질(Protein), 글루코오스(Glucose), pH, 헤모글로빈(Hemoglobin)를 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 검사부(190)는 복수 개가 구비될 수 있으며, 단일의 흡수부(170) 내 2개 이상의 검사부(190)가 설치되는 등 다양한 변형실시가 가능하다.
도 1, 도 2, 도 5, 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 손잡이부(200)는 디스크부(100)에 연결되는 것으로, 디스크부(100)와 상대 회전가능하게 형성될 수 있다.
도 7, 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치(1)는, 사용자가 손(H)으로 손잡이부(200)를 잡고, 디스크부(100)의 외주면을 손가락으로 튕기거나 밀어주면, 디스크부(100)가 손잡이부(200)에 대해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 손잡이부(200)는, 손잡이본체(210), 베어링부(230)를 포함할 수 있다. 손잡이본체(210)는 디스크부(100)의 회전 중심축을 공유하는 것으로 디스크부(100)와 상대 회전 운동이 가능하게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 손잡이본체(210)는 베어링부(230)와 일체로 형성될 수 있으며, 사용자가 손잡이본체(210)를 파지하고, 디스크부(100)의 외주면을 회전시키면, 손잡이본체(210)에 대해 디스크부(100)가 중심축을 공유하며 상대 회전 운동되며, 원심력이 발생된다.
도 7, 도 8을 참조하면, 손잡이부(200)로 인하여 디스크부(100)가 위치 고정되는 손잡이부(200)에 대해 상대 회전 운동되며, 외부에서 모터 등 구동부로부터 전원을 공급받지 않고 무전원으로 현장현시검사(Point of care testing, POCT)를 할 수 있는 효과가 있다.
현장현시검사 시스템으로서의 입자 농축장치(1)는 매우 쉬운 사용법과 저렴한 가격으로 사용자가 원하는 입자(11)를 분리 및 농축시킬 수 있으며, 추가적인 장비나 전원 공급이 따로 필요 없어 신속한 입자 필터링, 분리 및 농축, 상기 입자로 현장현시검사가 가능한 효과가 있다.
도 1, 도 2, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링부(230)는 손잡이본체(210)와 디스크부(100) 사이에 설치되는 것으로 볼 베어링 또는 롤러 베어링으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 베어링부(230)로 인하여 손잡이부(200), 구체적으로 손잡이본체(210)와 디스크부(100) 간 상대 회전 운동을 원활하게 하는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치(1)는 개인 질병 진단 목적 외에 수질 검사, 식품 세균 감염 검사 등 유체 샘플(L) 내 입자(11) 검출 장치로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 원심력 기반 무전원 입자 농축방법에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원심력 기반 무전원 입자 농축장치를 도시한 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원심력 기반 무전원 입자 농축장치의 동작을 도시한 상태도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 원심력 기반 무전원 입자 농축방법을 도시한 순서도이다.
도 1, 도 5, 도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축방법은 투과액을 주입하는 단계(S10), 유체 샘플을 주입하는 단계(S20), 유체 샘플을 필터부로 안내하는 단계(S30), 입자를 분리하는 단계(S40), 입자를 분석하는 단계(S50)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축방법은 상기한 입자 농축장치(1)를 이용한 것으로, 입자 농축장치(1)의 구체적인 구성에 관해서는 이미 기재하였으므로 이와 중복되는 범위에서 자세한 설명은 생략한다.
투과액을 주입하는 단계(S10)에서는 유체 샘플(L)에 대한 여과 전에 상기 입자 농축장치(1)의 필터부(110)의 출측면을 마주보는 출측공간(151) 내에 투과액(13)이 주입된다. 본 실시예에서는 투과액(13)은 필터부(110)의 출측면에 접한 상태가 된다.
유체 샘플을 주입하는 단계(S20)에서는 유입구(106)를 통해 입자 농축장치(1)의 내부로 유체 샘플(L)이 주입된다. 주입된 유체 샘플(L)은 샘플수용부(105)에 수용된다.
유체 샘플을 필터부로 안내하는 단계(S30)에서는 입자 농축장치(1), 구체적으로 디스크부(100)가 회전됨에 따라 원심력이 발생되어 샘플수용부(105)와 연통되는 제1몸체부(130)의 내측 입측공간(131)으로 유동될 수 있다.
디스크부(100)가 회전됨에 따라 샘플수용부(105)에서 필터부(110)로 유체 샘플(L)이 신속하게 유동될 수 있다.
도 7, 도 8을 참조하면, 사용자는 입자 농축장치(1), 구체적으로 손잡이부(200)를 파지하고, 파지하고 있는 손가락 외 손가락으로 디스크부(100)의 외주면을 밀거나, 튕겨주면, 손잡이부(200)를 회전 중심으로 하여 디스크부(100)가 상대 회전 운동된다.
디스크부(100)와 손잡이부(200)가 상대 회전 운동이 가능함으로 인하여 구동부 등 외부로부터 전원을 공급받지 않고 무전원으로 디스크부(100)를 회전시켜 원심력을 발생시키고, 샘플수용부(105)에 유입되는 유체 샘플(L)이 필터부(110)로 유동될 수 있도록 하는 효과가 있다.
입자를 분리하는 단계(S40)에서는 필터부(110)로 안내되는 유체 샘플(L)이 분리 및 농축되는 과정을 거친다. 유체 샘플(L)은 필터부(110)의 입측면과 출측면 사이의 압력차에 의해 필터부(110)를 거치며 필터링이 이루어진다.
이때 분자 크기가 큰 입자(11), 구체적으로 기공(111)의 크기보다 큰 직경을 가지는 입자(11)는 기공(111)을 통과하지 못하고, 필터부(110) 입측면에 잔류하여 분리되고, 나머지는 필터부(110)의 기공(111)을 통과하여 필터부(110) 출측면에 마련되는 출측공간(151)으로 이동된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치(1)의 회전 수가 증가됨에 따라 필터부(110)의 입측면에는 분리되는 입자(11)가 계속해서 퇴적되며 농축된다.
이 과정에서 출측공간(151)에 미리 채워져 있는 투과액(13)이 필터부(110)에 형성되는 기공(111)의 출구에서 유체 샘플(L)에 대해 응집력을 가하여, 유체 샘플(L)이 모세관의 힘을 극복없이도 용이하게 필터부(110)에 형성되는 기공(111)을 통과할 수 있게 된다.
입자를 분리하는 단계(S40)에서 필터부(110)를 통과한 여과물은 유로부(153)를 따라 저장부(160)로 유동된다.
필터부(110)를 통과한 여과물은 저장부(160)에 저장되고, 디스크부(100)가 계속해서 회전됨에 따라 저장부(160)의 단부에 연결되는 유로를 통해 흡수부(170)로 유동된다.
흡수부(170)에는 여과물을 흡수할 수 있는 재질로 형성되며, 저장부(160)에서 필터부(110)로 여과물이 역류하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 15를 참조하면, 흡수부(170)에는 복수의 검사부(190)가 구비될 수 있으며, 여과물에 함유되는 서로 다른 성분과 각각 반응할 수 있다.
도 5를 참조하면, 유입구(106)를 통해 유체 샘플(L)을 샘플수용부(105)에 주입하고, 디스크부(100)가 회전됨에 따라 원심력에 의해 디스크부(100)의 중심에서 반경 방향으로 유체 샘플(L)이 필터부(110)로 유동되며, 필터부(110)에 형성되는 기공(111)보다 큰 직경을 가지는 입자(11)가 필터부(110)의 입측면 측에 분리 및 퇴적된다.
유체 샘플(L) 중 필터부(110)를 통과하는 여과물은 디스크부(100)가 회전됨에 따라 필터부(110)보다 외측에 배치되는 저장부(160)로 유동되고, 저장부(160)의 외측 단부에 연결되는 흡수부(170)로 최종적으로 유입된다.
도 1, 도 7 내지 도 15를 참조하면, 입자를 분석하는 단계(S50)는 입자를 분리하는 단계(S40)에서 분리된 입자(11)로 현장현시검사할 수 있다.
구체적으로 입자 농축장치(1)가 회전됨에 따라 필터부(110)에는 유체 샘플(L)로부터 입자(11)가 분리 및 농축되고, 다시 샘플수용부(105)를 통해 검출 시약(D) 등을 투입하고, 다시 입자 농축장치(1)가 회전됨에 따라 유동되는 검출 시약(D)에 입자(11)가 반응됨으로써 사용자가 검출하고자 하는 입자(11)의 유무 등을 즉각적으로 확인할 수 있는 효과가 있다.
도 5, 도 10을 참조하면, 검출 시약(D)을 유입구(106)를 통해 샘플수용부(105)에 주입하고, 사용자가 손잡이부(200)를 파지하고 디스크부(100)를 회전시켜 원심력을 발생시키면, 샘플수용부(105)에서 필터부(110)로 검출 시약(D)이 유동되고, 필터부(110)의 입측면 측에 위치하는 입자(11)와 반응하게 된다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치(1)를 이용하여 물 또는 소변에서의 색상 등의 변화를 통해 세균을 검출할 수 있고, 세균 및 입자(11)를 분리하고 효소 결합 면역 침강 분석법(Enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)를 활용한 세균 및 입자(11)를 분석할 수 있다.
구체적으로, 입자(11)가 포함되는 유체 샘플(L)이 샘플수용부(105)로부터 필터부(110)를 통과하고, 필터부(110)에 형성되는 기공(111)보다 큰 입자(11)가 유체 샘플(L)로부터 분리 및 농축되며, 상기 입자(11)를 검출하기 위한 검출 항체(Detection Antibody)를 입자 농축장치(1)에 투입하면 검출 항체가 입자(11)와 반응하게 되고, TMB(3,3',5,5'-Tetramethylbenzidine) 솔루션, HRP(horseradish peroxidase) 솔루션으로 입자(11)를 검출, 분석할 수 있다.
또한, 도 12를 참조하면, 면역 형광법을 사용하여 형광 현미경, 휴대폰 현미경 등으로 유체 샘플(L) 내 세균 및 입자(11)를 검출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치(1)를 사용하고, 세균 등 입자(11)에 염색을 행하며, 형광 현미경, 휴대폰 현미경 등으로 세균 등 입자(11)를 검출할 수 있다.
도 13에서 Crystal violet 및 Iodine은 특정 입자(11)를 염색하는 염색 염료이다. Washing solution은 염색 후 여분의 염색 염료를 씻어내기 위한 액체로 일반적으로 물 또는 pH 유지를 위한 버퍼 용액을 사용한다. Safranin 또한 염색 염료로 입자(11)를 염색, 구별하기 위해 사용된다.
도 14를 참조하면, 필터부(110)에 항체(Antibody)가 결합되고, 사용자가 입자 농축장치(1)를 회전시킴에 따라 입자(11), 구체적으로 단백질 및 나노 입자 등을 검출할 수 있다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치(1)를 이용하여 환자의 소변으로부터 세균 등 입자를 농축, 분리하고, 상기 입자를 분석, 즉 현장현시검사하여 요로감염증을 판별할 수 있다.
도 16의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치(1)를 이용한 요로감염증 현장현시검사는 인도의 Trichirappalli에서 실시되었다.
도 16에서 'clinical'는 종래 요로감염증을 확인하는 방법을 의미하고, 'Dx-fidget'은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치(1) 및 이를 이용하여 요로감염증을 확인하는 방법을 의미한다.
일반적으로 환자는 병원을 방문하고, 의사는 환자의 증상을 기반으로 요로감염증을 확인한다. 요로감염증으로 확인된 환자의 소변 샘플은 병원 연구소로 보내진다. 이 기간은 일반적으로 3일 정도가 소요된다.
연구소에서는 받은 소변 샘플을 배양지에 넣고 세균의 증식 유무를 확인하고, 현미경을 사용하여 세균의 종류를 판별한다. 이에 소요되는 시간은 2일 내지 3일이 소요된다.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치(1)의 경우에는 환자가 스스로 손쉽게 이용이 가능하며, 이를 이용하면 1시간 이내에 요로감염증 판별이 가능하다.
도 16의 (b)를 참조하면, 41명의 환자를 대상으로 세균증식법(culture) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치(1)를 각각 이용한 검시 결과이다.
도 16의 (c)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치(1)를 이용하여 현장혐시검사를 시행한 사진이다. 주황색을 띌수록 입자, 즉 세균이 많은 것을 의미한다.
도 16의 (d)를 참조하면, 세균증식법의 결과와 대비하여 입자 농축장치(1)의 현장현시검사 결과를 분석한 것으로 비환자군(NG/NSG)와 환자군(CFU>103) 사이에 뚜렷한 차이가 있다(*p = 0.000024).
도 16의 (e)를 참조하면, 현장현시검사 결과를 수신자 조작 특성(Receiver Operating Characteristic, ROC) 분석법으로 분석한 결과이다. 의사의 판별 결과(검정색)에 비하여 입자 농축장치(1)의 판별 결과(주황색)가 더 정확하다.
도 16의 (f)를 참조하면, 의사의 판별(clinical)과 입자 농축장치(1)(Dx-fidget) 간의 진단 정확도를 분석한 도면으로, 정확도, 민감도, 특이도 등 모든 부문에서 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치(1)의 결과가 좋다.
도 17a 내지 도 17c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치(1)를 이용한 요로감염증 현장현시검사 결과는 성별(도 17a 기준)과 무관하고, 연령대(도 17b 기준)와 무관하며, 세균의 종류(도 17c 기준)와 무관하다.(NS: 무관함, p>0.05)
도 18a 내지 도 18c를 참조하면, 입자 농축장치(1)를 이용한 요로감염증 현장현시검사에 있어, 세균, 즉 입자가 있을 경우 필터부(110)가 주황색으로 변한다.
도 18b를 참조하면, 촬영 장치(카메라, 또는 스캐너, 휴대폰 카메라 등)로 촬영 영역(S)에서 필터부(110)를 촬영하고, 촬영을 통해 획득한 필터부(110)의 이미지를 컴퓨터 프로그램을 사용하여 자동으로 인식할 수 있다.
도 18c를 참조하면, 컴퓨터 등의 제어부가 필터부(110)의 색상(color intensity)을 측정하여 세균 등 입자의 양을 측정할 수 있다.
도 19a 내지 도 19c는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 농축장치(1)를 이용하여 도 18b 및 도 18c에서 촬영 및 처리된 이미지로부터 색상을 추출하는 과정을 도시한 것이다.
도 19b를 참조하면, 일반적인 RGB 색상의 이미지(도 19a 참조)로부터 L*a*b 색상으로 변환한다. 도 19c를 참조하면, 미리 정의된 주황색(빨간 점, color)과 주황색이 아닌 색(검정 점, background)으로 색상이 나뉘게 된다. 이로 인하여, 환자의 소변으로부터 신속하게 세균 존재 여부를 확인할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 실시예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1: 원심력 기반 무전원 입자 농축장치
L: 유체 샘플 D: 검출 시약
LR: 광학 검출기 11: 입자
13: 투과액 100: 디스크부
105: 샘플수용부 106: 유입구
110: 필터부 111: 기공
130: 제1몸체부 131: 입측공간
150: 제2몸체부 151: 출측공간
153: 유로부 160: 저장부
170: 흡수부 180: 벤트부
190: 검사부 200: 손잡이부
210: 손잡이본체 230: 베어링부

Claims (13)

  1. 유체 샘플을 필터링하여 입자가 분리되도록 소정 크기의 기공이 형성되는 필터부와; 상기 필터부의 입측면에 연결되며 상기 필터부의 입측면으로 유체 샘플을 공급하는 제1몸체부와; 상기 필터부의 출측면에 연결되며 상기 필터부를 거쳐 입자가 분리된 투과액이 수용되는 제2몸체부;가 구비되는 디스크부; 및
    상기 디스크부의 중심에 배치되는 손잡이부;를 포함하고,
    상기 디스크부는 상기 손잡이부를 회전 중심으로 하여 상기 손잡이부에 대해 상대 회전 운동가능하고,
    상기 디스크부는 상기 제2몸체부와 연결되며, 상기 필터부를 거친 여과물이 저장되는 저장부;를 더 포함하며,
    상기 디스크부는 상기 저장부와 연결되며 상기 저장부에 수용되는 상기 여과물을 흡수하는 흡수부;를 더 포함하고,
    상기 흡수부는 상기 저장부의 양측 단부에 연결되며 상기 손잡이부와 상기 저장부 사이에 배치되는, 원심력 기반 무전원 입자 농축장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 손잡이부는,
    상기 디스크부의 회전 중심축을 공유하는 손잡이본체; 및
    상기 손잡이본체와 상기 디스크부 사이에 설치되는 베어링부;를 포함하는, 원심력 기반 무전원 입자 농축장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 베어링부는 볼 베어링 또는 롤러 베어링으로 형성되는, 원심력 기반 무전원 입자 농축장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 필터부의 출측면 측 상기 제2몸체부의 내부에는 투과액이 미리 수용되는, 원심력 기반 무전원 입자 농축장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2몸체부에는 상기 필터부의 출측면에 대응되는 위치에 출측공간이 형성되고, 상기 출측공간 내부에 투과액이 미리 수용되는, 원심력 기반 무전원 입자 농축장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2몸체부에는 상기 저장부와 연통되는 유로부가 형성되는, 원심력 기반 무전원 입자 농축장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 저장부는 상기 손잡이부를 중심으로 소정 곡률 반경을 가지며 원호 형상으로 형성되는, 원심력 기반 무전원 입자 농축장치.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1몸체부, 상기 제2몸체부 및 상기 필터부는 상기 디스크부의 중심을 기준으로 각각 복수 개가 구비되어 등각 배치되는, 원심력 기반 무전원 입자 농축장치.
  11. 입자 농축장치의 출측공간에 투과액을 주입하는 단계;
    유체 샘플을 상기 입자 농축장치로 주입하는 단계;
    손잡이부를 회전 중심으로 하여 디스크부가 상대 회전 운동되어 원심력이 발생되고, 상기 유체 샘플을 필터부로 안내하는 단계; 및
    상기 필터부를 통해 상기 유체 샘플을 통과시켜 입자를 분리 및 농축하는 단계;를 포함하고,
    상기 입자 농축장치는,
    유체 샘플을 필터링하여 입자가 분리되도록 소정 크기의 기공이 형성되는 필터부와; 상기 필터부의 입측면에 연결되며 상기 필터부의 입측면으로 유체 샘플을 공급하는 제1몸체부와; 상기 필터부의 출측면에 연결되며 상기 필터부를 거쳐 입자가 분리된 투과액이 수용되는 제2몸체부;가 구비되는 디스크부; 및
    상기 디스크부의 중심에 배치되는 손잡이부;를 포함하고,
    상기 디스크부는 상기 손잡이부를 회전 중심으로 하여 상기 손잡이부에 대해 상대 회전 운동가능하며,
    상기 디스크부는 상기 제2몸체부와 연결되며, 상기 필터부를 거친 여과물이 저장되는 저장부;를 더 포함하며,
    상기 디스크부는 상기 저장부와 연결되며 상기 저장부에 수용되는 상기 여과물을 흡수하는 흡수부;를 더 포함하고,
    상기 흡수부는 상기 저장부의 양측 단부에 연결되며 상기 손잡이부와 상기 저장부 사이에 배치되는 원심력 기반 무전원 입자 농축방법.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 입자를 분리 및 농축하는 단계 이후에 농축되는 상기 입자를 분석하는 단계;를 더 포함하는, 원심력 기반 무전원 입자 농축방법.
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