KR102309555B1 - 생체 시료 분리 및 농축 소자 - Google Patents

생체 시료 분리 및 농축 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR102309555B1
KR102309555B1 KR1020200018745A KR20200018745A KR102309555B1 KR 102309555 B1 KR102309555 B1 KR 102309555B1 KR 1020200018745 A KR1020200018745 A KR 1020200018745A KR 20200018745 A KR20200018745 A KR 20200018745A KR 102309555 B1 KR102309555 B1 KR 102309555B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
base
concentration
biological sample
selective ion
sample separation
Prior art date
Application number
KR1020200018745A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210104255A (ko
Inventor
이정훈
김천중
유용경
김혜린
Original Assignee
광운대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 광운대학교 산학협력단 filed Critical 광운대학교 산학협력단
Priority to KR1020200018745A priority Critical patent/KR102309555B1/ko
Publication of KR20210104255A publication Critical patent/KR20210104255A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102309555B1 publication Critical patent/KR102309555B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/40—Concentrating samples
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/40—Concentrating samples
    • G01N2001/4038—Concentrating samples electric methods, e.g. electromigration, electrophoresis, ionisation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

본 발명에 따르면, 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 시트가 말아진 형태로 위치하는 베이스와 기설정된 형상을 갖는 농축판을 포함하며, 베이스와 농축판이 특정 방향으로 놓여진 순서대로 단면적이 작아지는 비대칭적 구조를 구현하여 분리 특성을 극대화하는 생체 시료 분리 및 농축 소자가 개시된다.

Description

생체 시료 분리 및 농축 소자 {Biosample Separator and Concentration Device}
본 발명은 생체 시료 분리 및 농축 소자에 관한 것으로, 특히 바이오마커로 이용되는 생체 시료 분리 및 농축 소자에 관한 것이다.
현대 의학에서 예방의학(Preventive Medicine), 예측의학(Predictive Medicine), 맞춤의학(Personalized Medicine)의 3P를 구현하기 위해 질병의 조기발견 및 조기 치료 등이 매우 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), 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.
핵산 또는 단백질을 분석하여 질병의 발현 및 진행 정도를 파악할 수 있다. 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.
본 발명은 생체 시료의 분리 및 농축이 동시에 가능하도록 하는 소자로 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 시트가 말아진 형태로 위치하는 베이스와 기설정된 형상을 갖는 농축판을 포함하며, 베이스와 농축판이 특정 방향으로 놓여진 순서대로 단면적이 작아지는 비대칭적 구조를 구현하여 분리 특성을 극대화하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자는, 제1 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제1 시트가 위치하는 제1 베이스, 제2 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제2 시트가 위치하는 제2 베이스 및 상기 제1 베이스 및 상기 제2 베이스의 중간에 위치하는 기설정된 형상을 갖는 농축판을 포함하며, 상기 제1 베이스, 상기 제2 베이스 및 상기 농축판은 특정 방향으로 놓여진 순서대로 단면적이 작아진다.
여기서, 상기 제1 시트는, 롤 형태로 말아지거나 일측이 접힌 형태로 위치한다.
여기서, 상기 제1 선택적 이온 투과층 및 상기 제2 선택적 이온 투과층에 전계를 인가하여, 상기 제1 베이스 및 상기 제2 베이스에 흡수된 분석 대상 시료의 이동 경로 상에 위치하는 상기 농축판에 상기 분석 대상 시료로부터 분리하려는 성분을 농축한다.
여기서, 상기 농축판은 단면적이 서로 다른 복수개의 농축판이 중첩되며, 제1 농축판 내지 제3 농축판을 포함하고, 상기 제1 농축판 내지 제3 농축판 각각에 상기 농축되는 성분의 크기 또는 종류 별로 제1 성분 내지 제3 성분이 각각 농축된다.
여기서, 상기 농축판은 단면적이 서로 다른 복수개의 농축판이 중첩되며, 상기 농축되는 성분의 양에 따라 상기 농축판의 두께 또는 상기 농축판의 개수를 조절한다.
여기서, 상기 분석 대상 시료는, 상기 제1 농축판 내지 제3 농축판으로 이동할수록 분자의 크기가 점차 작아지는 성분들이 분리되며, 분리된 성분 별로 점차 상기 제3 농축판 측에 포위 집중된다.
여기서, 상기 제1 시트 및 상기 제2 시트는 윗변과 아랫변의 길이가 서로 다른 사다리꼴 형상 또는 중심부가 절단된 부채꼴의 형태이다.
여기서, 상기 제1 시트 및 상기 제2 시트는 길이 방향으로 기설정된 각도 또는 지그재그로 접히는 형태이며, 상기 제1 선택적 이온 투과층과 상기 제2 선택적 이온 투과층이 서로 다른 단면적으로 위치한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자는, 제1 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제1 시트가 위치하는 제1 베이스, 제2 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제2 시트가 위치하는 제2 베이스 상기 제1 베이스 및 상기 제2 베이스의 중간에 위치하는 기설정된 형상을 갖는 농축판 및 상기 제2 베이스 하단에 위치하여 상기 제2 선택적 이온 투과층을 투과한 분석 대상 시료의 성분을 획득하는 레저버를 포함하며, 상기 제1 베이스, 상기 제2 베이스 및 상기 농축판은 특정 방향으로 놓여진 순서대로 단면적이 작아진다.
여기서, 상기 제1 시트는, 롤 형태로 말아지거나 일측이 접힌 형태로 위치한다.
여기서, 상기 제1 선택적 이온 투과층 및 상기 제2 선택적 이온 투과층에 전계를 인가하여, 상기 제1 베이스 및 상기 제2 베이스에 흡수된 분석 대상 시료의 이동 경로 상에 위치하는 상기 농축판에 상기 분석 대상 시료로부터 분리하려는 성분을 농축한다.
여기서, 상기 농축판은 단면적이 서로 다른 복수개의 농축판이 중첩되며, 제1 농축판 내지 제3 농축판을 포함하고, 상기 제1 농축판 내지 제3 농축판 각각에 상기 농축되는 성분의 크기 또는 종류 별로 제1 성분 내지 제3 성분이 각각 농축된다.
여기서, 상기 농축판은 단면적이 서로 다른 복수개의 농축판이 중첩되며, 상기 농축되는 성분의 양에 따라 상기 농축판의 두께 또는 상기 농축판의 개수를 조절한다.
여기서, 상기 분석 대상 시료는, 상기 제1 농축판 내지 제3 농축판으로 이동할수록 분자의 크기가 점차 작아지는 성분들이 분리되며, 분리된 성분 별로 점차 상기 제3 농축판 측에 포위 집중된다.
여기서, 상기 제1 시트 및 상기 제2 시트는 윗변과 아랫변의 길이가 서로 다른 사다리꼴 형상 또는 중심부가 절단된 부채꼴의 형태이다.
여기서, 상기 제1 선택적 이온 투과층에 연결된 제1 전극을 포함하고, 상기 제2 선택적 이온 투과층에 연결된 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극은 면(plane) 전극, 상기 제2 전극은 포인트 전극(point)으로 마련되어 전계의 차이가 발생한다.
여기서, 상기 제1 베이스, 상기 제2 베이스 및 상기 농축판을 분리하고자 하는 분석 대상 시료의 성분에 맞추어 기 설정된 구간에 고정시키는 고정 수단을 더 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 시트가 말아진 형태로 위치하는 베이스와 기설정된 형상을 갖는 농축판을 포함하며, 베이스와 농축판이 특정 방향으로 놓여진 순서대로 단면적이 작아지는 비대칭적 구조를 구현하여 분리를 극대화하면서 농축을 가능하게 한다. 이러한 원리를 바탕으로 DNA/RNA와 단백질/엑소좀 등을 선택적으로 농축/분리 가능하다. 특히 이러한 전처리 기술을 이용하여 miRNA를 선택적으로 분리/농축할 경우, 단백질에 의한 방해(inhibitor)를 최소화함으로써 PCR등의 분자진단의 감도/성능 향상에 기여할 수 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자의 베이스 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자와 시료가 농축된 모습을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자와 구조에 따른 효과를 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자의 비대칭 구조에 따른 효과를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자의 비대칭 구조에 따른 분해능을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 관련된 생체 시료 분리 및 농축 소자에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 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.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 “모듈” 및 “부”는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 생체 시료 분리 및 농축 소자에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자(10)는 제1 베이스(100), 제2 베이스(200), 농축판(300), 케이스(400)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자(10)는 특정 성분을 분리 및 농축하여 치료반응을 예측할 수 있고 객관적으로 측정할 수 있는 표지자에 이용된다.
제1 베이스(100)는 제1 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제1 시트가 말아진 형태로 위치하며, 제2 베이스(200)는 제2 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제2 시트가 말아진 형태로 위치한다.
도 1에 나타난 바와 같이, 제1 선택적 이온 투과층 및 상기 제2 선택적 이온 투과층에 전계를 인가하여, 상기 제1 베이스 및 상기 제2 베이스에 흡수된 분석 대상 시료의 이동 경로 상에 위치하는 농축판에 상기 분석 대상 시료로부터 분리하려는 성분을 농축한다.
농축판(300)은 상기 제1 베이스 및 상기 제2 베이스의 중간에 위치하는 기설정된 형상을 갖는다.
농축판(300)은 단면적이 서로 다른 복수개의 농축판(310, 320, 330)이 중첩되며, 제1 농축판 내지 제3 농축판을 포함하고, 상기 제1 농축판 내지 제3 농축판(310, 320, 330) 각각에 상기 농축되는 성분의 크기 또는 종류 별로 제1 성분 내지 제3 성분이 각각 농축된다.
농축판(300)은 단면적이 서로 다른 복수개의 농축판이 중첩되며, 상기 농축되는 성분의 양에 따라 상기 농축판의 두께 또는 상기 농축판의 개수를 조절한다.
도 1에서는 제1 내지 제3 농축판을 예로 들어 설명하였으나, 농축판의 개수와 농축판 간의 간격은 이에 한정되는 것은 아니고, 분석하고자 하는 시료의 종류에 따라 다양하게 구조 변경이 가능하다.
분석 대상 시료는, 제1 농축판 내지 제3 농축판으로 이동할수록 분자의 크기가 점차 작아지는 성분들이 분리되며, 분리된 성분 별로 점차 상기 제3 농축판 측에 포위 집중된다.
케이스(400)는 비대칭 원통형 구조로써, 상기 제1 베이스, 상기 제2 베이스 및 상기 농축판은 특정 방향으로 놓여진 순서대로 단면적이 작아진다.
케이스(400)는 플라스틱이나 폴리머 등으로 대체 가능하며 이에 한정되는 것은 아니고 구현되는 설계에 따라 적합한 재료가 사용될 수 있다. 생체 시료 농축 장치는 선택적 이온 투과층의 길이 및 단면이 증가되고 대상물이 이동하는 채널의 단면을 증가시킨 비대칭 형상을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자(10)는 비대칭적 구조를 구현해서 분리 특성을 극대화할 수 있다. 따라서 분자의 크기와 특성 별로 분류가 가능하므로 molecular POCT를 위한 RNA/DNA등과 알부민 등의 단백질을 나누어서 단백질을 제거 하는 기술에 효율적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자는 롤링구조와 비대칭(convergent) 구조를 동시에 구현하므로 분리 및 농축 특성을 향상시킬 수 있다.
원통형으로 구현되는 소자에 비해 본 발명과 같은 비대칭(convergent 또는 cone shape)구조의 경우 크기가 다르거나 다른 종류의 생체분자들을 더 높은 분해능으로 분리가 가능하다.
비대칭 구조는 구체적으로 원통형 구조가 아닌 원뿔형 구조로 제작되며, GND 쪽의 선택적 이온 투과층(nafion) 구조를 크게 제작하여 디플리션 힘(Depletion force)을 향상시키고, 유체 내의 전기삼투 흐름(Electroosmosis flow) 조절을 통해 농축비를 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자의 베이스 구조를 나타낸 도면이다.
도 2에 나타난 베이스 구조는 도 1의 제1 베이스(100) 또는 제2 베이스(200)의 구조이다.
제1 베이스(100)는 제1 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제1 시트가 말아진 형태로 위치한다.
상기 제1 시트 및 상기 제2 시트는 도 2의 (a)에 나타난 바와 같이, 윗변과 아랫변의 길이가 서로 다른 사다리꼴 형상 또는 도 2의 (b)에 나타난 바와 같이, 중심부가 절단된 부채꼴의 형태로 구현될 수 있다.
도 2의 (a)의 형상에서는 시트(110)에 선택적 이온 투과층(120)이 윗변(S2)과 아랫변(S1)에 평행하게 코팅된다.
구체적으로, 시트(110)가 펼쳐진 상태에서 제1 시트의 일면을 가로지르도록 선택적 이온 투과층(120)이 코팅되며, 소자에 적용 시 윗변(S2)이 말아짐에 따라 원뿔 형상으로 말아진다.
도 2의 (b)의 형상에서는 시트(130)에 선택적 이온 투과층(140)이 원호의 형상으로 코팅되며, 소자에 적용 시 시트가 말아짐에 따라 원뿔 형상으로 말아질 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자와 시료가 농축된 모습을 나타낸 도면이다.
도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자는 제1 베이스(100), 제2 베이스(200), 농축판(300), 케이스(400), 레저버(500)를 포함한다.
레저버(500)는 제2 베이스 하단에 위치하여 상기 제2 선택적 이온 투과층을 투과한 분석 대상 시료의 성분을 획득한다.
시료의 성분을 별도의 레저버에 모을 수 있으므로, 시료를 획득하기에 용이한 구조이다.
전기삼투 흐름(Electroosmosis flow)과 선택적 이온투과막(nafion)에서 발생하는 디플리션 힘(depletion force)를 극대화해서 최대한 끝단에 모으는 기술을 이용하여 레저버에서 획득할 수 있다.
도 3에 나타난 바와 같이, 제1 선택적 이온 투과층 및 상기 제2 선택적 이온 투과층에 전계를 인가하여, 상기 제1 베이스 및 상기 제2 베이스에 흡수된 분석 대상 시료의 이동 경로 상에 위치하는 농축판에 상기 분석 대상 시료로부터 분리하려는 성분을 농축한다.
구체적으로, 제1 선택적 이온 투과층에 연결된 제1 전극을 포함하고, 상기 제2 선택적 이온 투과층에 연결된 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극은 면(plane) 전극, 상기 제2 전극은 포인트 전극(point)으로 마련되어 전계(electric field)의 차이가 발생한다.
이에 따라, 도 3에 나타난 바와 같이 결과적으로는 콘(cone)모양의 pre-concentrator의 끝부분에 농축하여, 농축된 샘플(sample)을 바로 사용할 수 있다.
또한, 상기 제1 베이스, 상기 제2 베이스 및 상기 농축판을 분리하고자 하는 분석 대상 시료의 성분에 맞추어 기 설정된 구간에 고정시키는 고정 수단(미도시)을 더 포함할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자와 구조에 따른 효과를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자를 나타낸 것이며, 도 4의 (a)에 나타난 바와 같이, 제1 시트 및 상기 제2 시트는 길이 방향으로 기설정된 각도 또는 지그재그로 접히는 형태이며, 상기 제1 선택적 이온 투과층과 상기 제2 선택적 이온 투과층이 서로 다른 단면적으로 위치한다.
도 4에 나타난 종이접기(오리가미) 구조를 이용하여 생체분자들을 모을 수도 있고, 분리할 수도 있다.
지그재그로 접히는 시트(150)에 위치하는 선택적 이온 투과층(160, 170)은 접히는 면적에 따라 서로 다른 단면적으로 구현되며, 일 방향으로 단면적이 점점 작아지는 구조인 것이 바람직하다. 이에 따라, 시트가 접힌 상태에서 비대칭 구조를 형성할 수 있게 된다.
이에 따라, 도 4의 (b)에 나타난 바와 같이, 선택적 이온 투과층이 일 방향으로 갈수록 작아지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 5의 (a) 통해, 전계를 인가하였을 때 생체 분자들을 모일 수 있음을 확인할 수 있고, 도 5의 (b) 통해, 생체 분자의 크기 별로 다른 위치에서 시료를 분리하여 농축시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자의 비대칭 구조에 따른 효과를 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 8에 나타난 바와 같이, 비대칭 구조를 만들면 non-convergent 구조에 비해 분리/농축 특성이 좋아짐을 확인할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자는 롤링구조와 비대칭(convergent) 구조를 동시에 구현하므로 분리 및 농축 특성을 향상시킬 수 있다.
도 6의 (a)는 대칭 구조이며, 시료가 분자의 크기와 무관하게 농축됨을 확인할 수 있다. 반면, 도 6의 (b)는 비대칭 구조이며, 7, 8, 9 측으로 이동할수록 분자의 크기가 작아짐을 확인할 수 있다.
도 7의 (a)에서는 대칭 구조와 비대칭 구조의 각 레이어 별 형광강도(fluorescence intensity)를 나타낸 것이다. 농축된 시료의 양에 따라 다르게 나타나며, 비대칭 구조의 경우 7번과 8번 레이어에서만 형광강도가 높게 나타나지만, 대칭 구조의 경우 각 레이어에서 형광강도가 고르게 나타난다. 이에 따라 비대칭 구조로 형성되면 각 지점에서 분자의 크기별로 분리가 됨을 확인할 수 있다.
도 7의 (b)에서는 대칭 구조와 비대칭 구조에서 시간에 따른 전류의 변화를 나타낸 것이다.
도 8의 (a)는 대칭 구조의 전계 분포를 나타낸 것이고, 도 8의 (b)는 비대칭 구조의 전계 분포를 나타낸 것이다.
도 6 내지 도 8을 통해 현재 exosome, miRNA, RNA, DNA, 단백질 등에 적용하기 위한 실험들을 진행하고 있는데, 이러한 비대칭 구조가 큰 성능 향상을 가져올 수 있음을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자의 비대칭 구조에 따른 분해능을 설명하기 위한 도면이다.
종래의 경우, 소자의 외형이 원통형의 대칭 모양이었으나, 본 발명에 따르면 비대칭 구조로 이루어지며, 상기 도 1에 나타난 바와 같이, 단면적이 서로 다른 농축판이 이격되어 위치하므로, 농축비를 향상 시키며, 분해능(분리 특성)이 증가한다. 이에 따라, 현장진단용 분자진단 (molecular POCT)에서 탁월한 성능을 보일 수 있다.
도 9의 (a)는 대칭형 구조에서 나타나는 분해능 그래프이며, 도 9의 (b)는 비대칭형 구조에서 나타나는 분해능 그래프이다. 이에 따라, miRNA와 단백질, 억제제(inhibitor)를 서로 다른 위치에서 분리하여 농축할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 9의 (a)와 (b)의 경우에서 확인할 수 있듯이, 실제 억제제(inhibitor)를 제거하고 농축효과로 PCR을 돌렸을 때 처리전에 비해 대칭형 구조와 비대칭형 구조의 순서대로 특성이 증가함을 확인할 수 있다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자의 패킹 구조를 나타낸 것이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자는 케이스(31), 파우더(32), 선택적 이온투과막(nafion)(33)을 포함하며, PDMS 또는 플라스틱 케이스(plastic case)에 셀룰로오스 파우더(Cellulose powder)를 채운 후 양끝은 선택적 이온투과막(nafion)으로 패킹한 구조이다.
케이스(31)는 PDMS 또는 플라스틱 케이스(plastic case)로 구현되며, 파우더(32)는 셀룰로오스 파우더(Cellulose powder), 선택적 이온투과막(nafion)(33)은 AEM(anion exchange membrane), CEM(cation exchange membrane)으로 사용되는 것이 바람직하다. 여기서, 선택적 이온투과막(nafion)(33)에 들어가는 부분은 재료의 다양성이 가능하며, 예로 AEM, CEM 외에도 hydrogel 등의 재질로 사용 가능하다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자의 적층 구조를 나타낸 것이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자는 선택적 이온투과막(nafion) 시트(41), 페이퍼(paper)(42)을 포함하며, 여러 개의 종이를 적층하고 양끝에 선택적 이온투과막 시트(Nafion sheet)를 적층하는 구조이다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자의 포어 사이즈에 따른 구조를 나타낸 것이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자는 선택적 이온투과막(nafion) 시트(51), 다양한 크기의 다공성 페이퍼(paper)(52, 53, 54)를 포함한다. 상기 도 10과 같은 적층 구조에서 적층(Stacking) 하는 종이의 pore size가 다른 구조로써, Pore size를 이용해 필터 기능 및 유체의 흐름을 컨트롤 가능하다.
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자의 전계 컨트롤 구조를 나타낸 것이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 생체 시료 분리 및 농축 소자는 전계의 스위칭(switching)을 통해 디플리션 힘(depletion force)을 컨트롤하여 농축비를 향상시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구 범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
10: 생체 시료 분리 및 농축 소자
100: 제1 베이스
200: 제2 베이스
300: 농축판
400: 케이스

Claims (15)

  1. 제1 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제1 시트가 위치하는 제1 베이스;
    제2 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제2 시트가 위치하는 제2 베이스; 및
    상기 제1 베이스 및 상기 제2 베이스의 중간에 위치하는 기설정된 형상을 갖는 농축판;을 포함하며,
    상기 제1 베이스, 상기 제2 베이스 및 상기 농축판은 특정 방향으로 놓여진 순서대로 단면적이 작아지는 것을 특징으로 하는 생체 시료 분리 및 농축 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시트는, 롤 형태로 말아지거나 일측이 접힌 형태로 위치하는 것을 특징으로 하는 생체 시료 분리 및 농축 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 선택적 이온 투과층 및 상기 제2 선택적 이온 투과층에 전계를 인가하여, 상기 제1 베이스 및 상기 제2 베이스에 흡수된 분석 대상 시료의 이동 경로 상에 위치하는 상기 농축판에 상기 분석 대상 시료로부터 분리하려는 성분을 농축하는 것을 특징으로 하는 생체 시료 분리 및 농축 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 농축판은 단면적이 서로 다른 복수개의 농축판이 중첩되며, 제1 농축판 내지 제3 농축판을 포함하고, 상기 제1 농축판 내지 제3 농축판 각각에 상기 농축되는 성분의 크기 또는 종류 별로 제1 성분 내지 제3 성분이 각각 농축되는 것을 특징으로 하는 생체 시료 분리 및 농축 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 농축판은 단면적이 서로 다른 복수개의 농축판이 중첩되며, 상기 농축되는 성분의 양에 따라 상기 농축판의 두께 또는 상기 농축판의 개수를 조절하는 것을 특징으로 하는 생체 시료 분리 및 농축 소자.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시트 및 상기 제2 시트는 윗변과 아랫변의 길이가 서로 다른 사다리꼴 형상 또는 중심부가 절단된 부채꼴의 형태인 것을 특징으로 하는 생체 시료 분리 및 농축 소자.
  8. 제1 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제1 시트가 위치하는 제1 베이스;
    제2 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제2 시트가 위치하는 제2 베이스;
    상기 제1 베이스 및 상기 제2 베이스의 중간에 위치하는 기설정된 형상을 갖는 농축판; 및
    상기 제2 베이스 하단에 위치하여 상기 제2 선택적 이온 투과층을 투과한 분석 대상 시료의 성분을 획득하는 레저버;를 포함하며,
    상기 제1 베이스, 상기 제2 베이스 및 상기 농축판은 특정 방향으로 놓여진 순서대로 단면적이 작아지는 것을 특징으로 하는 생체 시료 분리 및 농축 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 시트는, 롤 형태로 말아지거나 일측이 접힌 형태로 위치하는 것을 특징으로 하는 생체 시료 분리 및 농축 소자.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 선택적 이온 투과층 및 상기 제2 선택적 이온 투과층에 전계를 인가하여, 상기 제1 베이스 및 상기 제2 베이스에 흡수된 분석 대상 시료의 이동 경로 상에 위치하는 상기 농축판에 상기 분석 대상 시료로부터 분리하려는 성분을 농축하는 것을 특징으로 하는 생체 시료 분리 및 농축 소자.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 농축판은 단면적이 서로 다른 복수개의 농축판이 중첩되며, 제1 농축판 내지 제3 농축판을 포함하고, 상기 제1 농축판 내지 제3 농축판 각각에 상기 농축되는 성분의 크기 또는 종류 별로 제1 성분 내지 제3 성분이 각각 농축되는 것을 특징으로 하는 생체 시료 분리 및 농축 소자.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 농축판은 단면적이 서로 다른 복수개의 농축판이 중첩되며, 상기 농축되는 성분의 양에 따라 상기 농축판의 두께 또는 상기 농축판의 개수를 조절하는 것을 특징으로 하는 생체 시료 분리 및 농축 소자.
  13. 삭제
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제1 시트 및 상기 제2 시트는 윗변과 아랫변의 길이가 서로 다른 사다리꼴 형상 또는 중심부가 절단된 부채꼴의 형태인 것을 특징으로 하는 생체 시료 분리 및 농축 소자.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 제1 선택적 이온 투과층에 연결된 제1 전극을 포함하고, 상기 제2 선택적 이온 투과층에 연결된 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극은 면(plane) 전극, 상기 제2 전극은 포인트 전극(point)으로 마련되어 전계의 차이가 발생하는 것을 특징으로 하는 생체 시료 분리 및 농축 소자.
KR1020200018745A 2020-02-17 2020-02-17 생체 시료 분리 및 농축 소자 KR102309555B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200018745A KR102309555B1 (ko) 2020-02-17 2020-02-17 생체 시료 분리 및 농축 소자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200018745A KR102309555B1 (ko) 2020-02-17 2020-02-17 생체 시료 분리 및 농축 소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210104255A KR20210104255A (ko) 2021-08-25
KR102309555B1 true KR102309555B1 (ko) 2021-10-05

Family

ID=77495137

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200018745A KR102309555B1 (ko) 2020-02-17 2020-02-17 생체 시료 분리 및 농축 소자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102309555B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101575056B1 (ko) 2014-01-10 2015-12-07 광운대학교 산학협력단 모세관을 이용한 단백질 농축 소자 및 그 제조 방법
KR101577524B1 (ko) 2014-02-12 2015-12-15 광운대학교 산학협력단 선택적 이온 투과형 마이크로 포어 소자 및 그 제조 방법
KR101968319B1 (ko) 2017-08-22 2019-04-11 광운대학교 산학협력단 여과층을 이용한 종이접기 기반의 시료 분리 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101575056B1 (ko) 2014-01-10 2015-12-07 광운대학교 산학협력단 모세관을 이용한 단백질 농축 소자 및 그 제조 방법
KR101577524B1 (ko) 2014-02-12 2015-12-15 광운대학교 산학협력단 선택적 이온 투과형 마이크로 포어 소자 및 그 제조 방법
KR101968319B1 (ko) 2017-08-22 2019-04-11 광운대학교 산학협력단 여과층을 이용한 종이접기 기반의 시료 분리 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210104255A (ko) 2021-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6972154B2 (ja) ラテラルフロー型アッセイストリップ用の濃縮キット
US10983119B2 (en) Device for rapid diagnostic tests to detect antigens with improved sensitivity
KR102207848B1 (ko) 마이크로채널내의 생체 시료 속도 및 위치제어를 통한 샘플 농축 및 분리 장치
KR101968319B1 (ko) 여과층을 이용한 종이접기 기반의 시료 분리 장치
SE528233C2 (sv) Metod och medel för att åstadkomma vätsketransport
JP2009236685A (ja) クロマトグラフィー用試験具
EP2955519A1 (en) Lateral flow membrane for multiparameter readouts and immunoassay device comprising the same
JP6914326B2 (ja) 折り紙ベースの試料分離装置
KR102125414B1 (ko) 대용량 생체 시료 농축 장치 및 그 제조 방법
KR102309555B1 (ko) 생체 시료 분리 및 농축 소자
EP3341128B1 (en) Device and method for analysing liquid samples
EP3646029A1 (de) Detektionssystem und verfahren zu dessen herstellung
Hemmateenejad et al. Microfluidic paper and thread-based separations: Chromatography and electrophoresis
KR101789043B1 (ko) 종이접기를 통한 생체 시료 농축 장치
US20230226559A1 (en) Dielectrophoresis detection device
CN109844491B (zh) 基于折纸的试样分离装置
KR102185922B1 (ko) 습윤 공정 기반의 농축용 측방 유동 분석 스트립
KR102312256B1 (ko) 조립 가능한 생체 시료 농축 소자
KR102318838B1 (ko) 생체 시료가 유체 공간에 분리 및 농축되는 소자
US20240157363A1 (en) Digital microfluidics-like manipulation of electrokinetically preconcentrated bioparticle/biomolecule plugs in continuous-flow
KR102543617B1 (ko) 바이오마커 검출이 가능한 시료 용액 농축 분리 장치
KR102556347B1 (ko) 수소 이온 농도 변화에 강인하고 이온 농도 분극을 이용하여 샘플을 농축 및 검출하는 측방 유동 분석 스트립
WO2017137306A1 (en) Microfluidic device
Shi A Rapid and Label-free Method for Isolation and Characterization of Exosomes
Kalikavunkal Counter-flow dialysis for microvolume desalting

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant