KR20050096489A - Filter that can separate and transfer without special electricity or magnetic devices in substrate - Google Patents

Filter that can separate and transfer without special electricity or magnetic devices in substrate Download PDF

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Abstract

최근 혈액 분석을 위한 초소형 시스템 개발이 활발해지면서 전기· 자기적인 원리를 이용한 다양한 혈액 분리 방법이 고안되고 있지만 제작 공정이 복잡하여 양산화 적용이 힘들거나 양산에 적용이 된다고 하더라도 수율을 떨어뜨리는 요인으로 작용하고 있다. 이에 본 발명에서는 마이크로머시닝 공정을 이용하여 마스크 한 장으로 미세 유로 내에 간격이 서로 다른 미세 구조물을 제작한다. 이 미세 구조물은 미세 유로내에서 일정한 각을 가진 형태로 배열이 되어 있고 종방향과 횡방향의 간격이 서로 다르기 때문에 이곳을 지나는 혈액은 서로 다른 간격에 의해 혈구 성분과 혈장 성분이 나누어지게 되고 나누어진 성분은 일정한 각을 가지는 구조물에 의해 서로 분리가 되는 것이 본 발명의 특징이다. Recently, as the development of ultra-small systems for blood analysis has been actively developed, various blood separation methods using electric and magnetic principles have been devised. have. Accordingly, in the present invention, a micromachining process is used to produce microstructures having different spacings in the microchannel with one mask. Since the microstructures are arranged in a shape with a constant angle in the microchannel and the intervals in the longitudinal and transverse directions are different from each other, the blood passing through them is divided into blood cells and plasma components by different intervals. It is a feature of the invention that the components are separated from each other by a structure having a constant angle.

Description

혈액 내 혈구를 평면상의 기판에서 특별한 전기, 자기적인 장치없이 분리 및 이송할 수 있는 필터 {FILTER THAT CAN SEPARATE AND TRANSFER WITHOUT SPECIAL ELECTRICITY OR MAGNETIC DEVICES IN SUBSTRATE}FILTER THAT CAN SEPARATE AND TRANSFER WITHOUT SPECIAL ELECTRICITY OR MAGNETIC DEVICES IN SUBSTRATE}

본 발명은 사람의 몸안에 있는 혈액을 복잡한 형태의 과정을 거치지 않고 평면의 기판 위에서 혈구와 혈장 성분을 분리하는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a technique for separating blood cells and plasma components on a flat substrate without the complex form of blood in the human body.

혈액은 약 55%의 체액 성분인 혈장과 약 45%의 유형 성분인 혈구로 되어있다. 혈장은 92%가 수분이고 6.5-7%가 혈장 단백질이며 나머지 1~1.5%는 무기염류, 효소, 호르몬, 비타민, 지질, 당질로 되어있다. 유형 성분인 혈구는 적혈구(erythrocyte: RBC), 백혈구(leukocyte: WBC) 및 혈소판(platelet)으로 되어있으며, 그 중 대부분은 적혈구가 차지하고 있다.Blood is composed of about 55% of body fluid plasma and about 45% of tangible blood cells. Plasma is 92% water, 6.5-7% plasma protein, and the remaining 1-1.5% are inorganic salts, enzymes, hormones, vitamins, lipids and sugars. Tangible blood cells are composed of erythrocytes (RBCs), leukocytes (WBCs), and platelets, most of which are occupied by red blood cells.

혈액을 이용한 검체방법으로 여러 가지가 쓰이고 있는데 대부분 전혈을 사용하여 측정을 하고 있지만 센서 제작시 필요 이상의 간섭 현상으로 실험 결과값에 영향을 받게 된다. 예를 들어 글루코즈를 측정할 경우 전혈을 사용해도 측정 가능하고 신뢰성있는 값을 얻을 수 있으나 혈구 성분들이 전극을 가리는 현상으로 측정값에 대한 오류로 작용할 가능성이 크다. 전혈중에 혈장성분으로 측정을 하게 되면 좀더 신뢰성 있고 측정값에 대한 오류를 줄일수 있지만 마이크로 시스템이나 바이오 센서 시스템에서 혈구를 따로 분리해내기란 쉽지가 않다. 이에 혈액 내에 혈구 성분과 혈장 성분을 분리하는 기술이 필요한데 지금까지의 기술은 대부분 큰 원심 분리기나 셀룰로오즈 같은 멤버레인을 사용해 분리를 해오고 있다. 종래의 방법은 확실한 혈액의 분리가 가능하지만 여러 가지 번거로운 프로토콜을 거쳐야 하고 많은 시간을 기다려야 한다. 이는 마이크로 시스템이나 바이오 센서 시스템에는 번거로워지는 일이고 일반인을 대상으로 한 상품을 제작 할 경우 일반인들의 사용에 어려움이 있을 뿐만 아니라 마이크로 시스템에 집적을 하더라도 공정상으로 복잡해지고 최종 상품을 생산할 경우 제품의 단가를 상승시키는 요인으로 작용할수 있다. 마이크로 시스템에 집적화하기 위해서는 좀더 간단한 형태의 필터시스템이 필요하다. Various methods are used for the blood sample, but most of them are measured using whole blood, but the result of the experiment is affected by the interference phenomenon that is more than necessary when the sensor is manufactured. For example, when glucose is measured, whole blood can be used to obtain a measurable and reliable value. However, blood cell components obstruct the electrode, which may cause an error in the measured value. Measuring with plasma components in whole blood is more reliable and reduces errors in measurements, but it is not easy to separate blood cells from a microsystem or biosensor system. This requires a technique for separating blood cell components and plasma components in the blood. Until now, most of the techniques have been separated by using a large centrifuge or member lane such as cellulose. Conventional methods allow for reliable blood separation but require a number of cumbersome protocols and a lot of time. This is cumbersome for micro systems or biosensor systems, and it is not only difficult for the general public to make products for the general public, but also complicated to process even when integrated in the micro system, and the unit price of the product when producing the final product. It can act as a factor to raise. Integrating into a microsystem requires a simpler filter system.

한편, 초소형 진단칩이나 마이크로시스템, 바이오 센서 시스템 제작에 있어 샘플, 특히 혈액의 성분을 분리하기 위한 장치가 절실하나 제작에 여러 가지 어려움이 많고 공정상으로 복잡해지기 때문에 일괄 제작시에 수율에 영향을 줄 수가 있다.On the other hand, in the manufacture of micro-diagnostic chips, micro-systems, and biosensor systems, there is an urgent need for devices to separate samples, especially blood components, but it is difficult to manufacture and complicated. I can give it.

본 발명은 제작 공정이 간단하고 혈구와 혈장 성분을 마이크로 플루이딕스를 이용한 필터로 분리하는 것을 일 목적으로 한다. An object of the present invention is to simplify the manufacturing process and to separate blood cells and plasma components with a filter using microfluidics.

또한 본 발명은 전술한 바와 같이 초소형 칩을 집적화 하는데 있어, 칩상에서 일괄 공정으로 샘플을 처리하기 위해 멤버레인이나 기타 장비를 사용할 번거로움 없이 칩상의 마이크로 채널 속에 일정한 각을 지니는 사각형 구조물을 어레이 형태로 설치하여 혈구를 효과적으로 분리 및 추출해 내는데 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention in the integration of a microchip as described above, in the form of an array of rectangular structures having a constant angle in the microchannel on the chip without the hassle of using a member lane or other equipment to process the sample in a batch process on the chip It is used for different purposes to effectively separate and extract blood cells.

또한 본 발명은 극히 간단한 공정으로 제작이 가능하여 차후 적용될 마이크로 시스템이나 바이오 센서 시스템에 적용이 가능한 혈액 필터를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a blood filter which can be manufactured in an extremely simple process and is applicable to a micro system or a biosensor system to be applied later.

전술한 바와 같은 목적과 관련하여, 평면상의 기판위에 마이크로 채널 속에 존재하는 일정한 각을 지닌 구조물에 의해 혈액을 분리하는 구성이 개시된다. 본 발명은 혈액을 이용한 마이크로 시스템이나 마이크로 바이오 센서 시스템에서 혈구 성분과 혈장 성분을 분리 및 추출하기 위한 평면상의 필터에 있어서, 마이크로 채널이 제작된 기판과, 상기 기판에 배치된 입력 방향에 대해 일정한 각을 지닌 사각형 구조물을 포함하되, 상기 사각형 구조물은 그 간격과 배열에 의해 혈액내의 혈액 성분과 혈장 성분으로 나누어지게 되고, 이 나누어 진 혈액 성분들이 흘러갈 마이크로 채널로 구성되는 것을 일 특징으로 한다.In connection with the above object, a configuration is disclosed in which blood is separated by a structure having a constant angle present in a microchannel on a planar substrate. The present invention is a planar filter for separating and extracting blood cell components and plasma components in a micro-system or a micro-biosensor system using blood, the angle of which is constant with respect to the substrate on which the microchannel is made and the input direction disposed on the substrate. Including a rectangular structure having a, characterized in that the rectangular structure is divided into blood components and plasma components in the blood by the spacing and arrangement, characterized in that the divided blood components are composed of microchannels to flow.

바람직하게는, 기판의 재료는 실리콘, PDMS, PMMA, 전기 도금된 기판만으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나이다. 샘플 입력 방향에 하나의 입력이 사각형 구조물을 통과하며 두개의 출력으로 나누어진다. 사각형 구조물은 일직선으로 구성된 어레이 형태, 또는 서로 엇갈린 형태로 구성된 어레이 형태를 가진다.Preferably, the material of the substrate is any one selected from the group consisting of silicon, PDMS, PMMA, electroplated substrate only. One input in the sample input direction passes through a rectangular structure and is divided into two outputs. The rectangular structure may have a straight array, or an array of staggered shapes.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 제작 공정이 간단하고 혈구와 혈장 성분을 마이크로 플루이딕스를 이용한 필터로 분리하는 것이 가능하다. 또한 초소형 칩을 집적화 하는데 있어, 칩상에서 일괄 공정으로 샘플을 처리하기 위해 멤버레인이나 기타 장비를 사용할 번거로움 없이 칩상의 마이크로 채널 속에 일정한 각을 지니는 사각형 구조물을 어레이 형태로 설치하여 혈구를 효과적으로 분리 및 추출해 내는 것이 가능하다. 또한 극히 간단한 공정으로 제작이 가능하여 차후 적용될 마이크로 시스템이나 바이오 센서 시스템에 적용이 가능하다는 이점이 있다.According to the present invention as described above, the manufacturing process is simple and it is possible to separate blood cells and plasma components with a filter using microfluidics. In addition, in integrating microchips, blood cells are effectively separated and installed by installing a rectangular structure having a constant angle in a microchannel on a chip without the hassle of using a member lane or other equipment to process samples on a chip in a batch process. It is possible to extract. In addition, it can be manufactured in an extremely simple process, which can be applied to a micro system or a biosensor system to be applied later.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다. 여기에서 설명되는 실시예는 당업자들이 본 발명을 용이하게 이해하고 실시할 수 있도록 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아니다. 따라서 당업자들은 본 실시예에 대한 다양한 변형이가 변경이 가능함을 주목하여야 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; The embodiments described herein are merely intended to explain the present invention so that those skilled in the art can easily understand and practice the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. Therefore, those skilled in the art should note that various modifications can be made to the present embodiment.

도 1은 기판위의 마이크로 채널 속에 마이크로 구조물로 이루어진 필터의 개념도이다. 혈액을 평면상의 기판에서 분리해야 할 필요성이 있을 경우 혈액을 마이크로 시스템이나 바이오센서 시스템의 입력에 모세관현상이나 외부 동력원에 의해 주입이 되면 이 혈액은 모세관현상이나 외부 동력원에 의해 일정한 경로(마이크로 채널)를 따라 흐르게 된다. 1 is a conceptual diagram of a filter composed of microstructures in a microchannel on a substrate. If there is a need to separate blood from a planar substrate, when blood is injected into the input of a microsystem or biosensor system by capillarity or an external power source, the blood is routed through a capillary or external power source (microchannel). Will flow along.

본 발명에서 제안한 필터는 마이크로 채널 속에 존재하게 되는데, 입력부(102)에서 들어온 혈액은 마이크로 채널 속에 일정한 각을 가지는 사각형의 어레이형 구조물(106)로 구성된 필터를 통과하게 된다. 어레이형 구조물은 입력부에 대해 일정한 각을 가지고 있고 각각의 구조물(106)은 서로 평행하거나 엇갈리게 배치되어 있다. 그리고 이 구조물들 사이는 일정한 간격(104)을 가지고 있고 이 간격을 통해 혈액 속의 혈구 성분과 혈장 성분이 흘러가게 된다. The filter proposed in the present invention is present in the microchannel, and blood entering the input unit 102 passes through the filter composed of a rectangular array structure 106 having a constant angle in the microchannel. The arrayed structures have a constant angle with respect to the input and the respective structures 106 are arranged parallel or staggered with each other. And there is a constant interval 104 between these structures through which blood cell components and plasma components in the blood flow.

이렇게 구성된 구조물에 의해 혈액은 마이크로 채널 속에서 이 구조물의 유체 저항으로 원래의 흐름이 꺾여지게 된다. 꺾여진 혈액은 계속해서 밀려오는 혈액에 의해 구조물을 통과하게 되는데 이때 꺾여진 구조물을 타고 아래쪽 채널(108)로 흘러가기도 하고 구조물 사이의 틈을 통해 원래 흐름 방향의 채널(110)로 흘러가기도 한다. The structure thus constructed causes blood to collapse in its microchannels due to the fluid resistance of the structure. The crushed blood is passed through the structure by the blood that continues to be pushed into the lower channel 108 in the crushed structure and flows into the channel 110 in the original flow direction through the gap between the structures.

이때 혈구 성분과 혈장 성분의 분리 되는 비율은 몇 가지 변수에 의해 작용이 되는데, ⅰ) 첫째, 마이크로 채널 내에 존재하는 사각형의 어레이 구조물(106)의 개수, ⅱ) 둘째, 사각형 어레이 구조물 (106)사이의 종방향과 횡방향 간격(104), ⅲ) 셋째, 사각형 어레이 구조물(106)과 본 마이크로 채널(102)과 이루는 각, 그리고 아래쪽으로 꺾여진 마이크로 채널(108)과 본 마이크로 채널(102)과 이루는 각, ⅳ) 넷째, 출력쪽의 마이크로 채널(108, 110)의 채널 폭의 비이다. In this case, the separation ratio between the blood cell component and the plasma component is controlled by several variables, i) first, the number of rectangular array structures 106 present in the microchannel, ii) second, between the rectangular array structures 106. The longitudinal and transverse spacings 104, iii) the angle between the rectangular array structure 106 and the bone microchannel 102, and the microchannels 108 and the microchannel 102 that are bent downward; Fourth, the ratio of the channel width of the microchannels 108 and 110 on the output side.

이렇게 분리된 혈액의 혈구 성분과 혈장 성분은 마이크로 시스템이나 바이오 센서 시스템에서 측정 혹은 성분 분석하는 곳으로 이동을 하게 된다. The blood cell and plasma components of the separated blood are moved to a measurement or component analysis in a micro system or a biosensor system.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 제작 공정이 간단하고 혈구와 혈장 성분을 마이크로 플루이딕스를 이용한 필터로 분리하는 것이 가능하다. 또한 초소형 칩을 집적화 하는데 있어, 칩상에서 일괄 공정으로 샘플을 처리하기 위해 멤버레인이나 기타 장비를 사용할 번거로움 없이 칩상의 마이크로 채널 속에 일정한 각을 지니는 사각형 구조물을 어레이 형태로 설치하여 혈구를 효과적으로 분리 및 추출해 내는 것이 가능하다. 또한 극히 간단한 공정으로 제작이 가능하여 차후 적용될 마이크로 시스템이나 바이오 센서 시스템에 적용이 가능하다는 이점이 있다.According to the present invention as described above, the manufacturing process is simple and it is possible to separate blood cells and plasma components with a filter using microfluidics. In addition, in integrating microchips, blood cells are effectively separated and installed by installing a rectangular structure having a constant angle in a microchannel on a chip without the hassle of using a member lane or other equipment to process samples on a chip in a batch process. It is possible to extract. In addition, it can be manufactured in an extremely simple process, which can be applied to a micro system or a biosensor system to be applied later.

도 1은 기판위의 마이크로 채널 속에 마이크로 구조물로 이루어진 필터의 개념도.1 is a conceptual diagram of a filter consisting of microstructures in microchannels on a substrate.

Claims (4)

혈액을 이용한 마이크로 시스템이나 마이크로 바이오 센서 시스템에서 혈구 성분과 혈장 성분을 분리 및 추출하기 위한 평면상의 필터에 있어서,In the planar filter for separating and extracting blood cell components and plasma components in a micro-system or a micro-biosensor system using blood, 마이크로 채널이 제작된 기판과,A substrate on which a micro channel is made, 상기 기판에 배치된 입력 방향에 대해 일정한 각을 지닌 사각형 구조물을 A rectangular structure having a constant angle with respect to an input direction disposed on the substrate 포함하되,Including, 상기 사각형 구조물은 그 간격과 배열에 의해 혈액내의 혈액 성분과 혈장 성분으로 나누어지게 되고, 이 나누어 진 혈액 성분들이 흘러갈 마이크로 채널로 구성되는 것을 특징으로 하는 혈액 필터.The rectangular structure is divided into blood components and plasma components in the blood by their spacing and arrangement, the blood filter characterized in that the divided blood components are composed of microchannels to flow. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 기판의 재료는 실리콘, PDMS, PMMA, 전기 도금된 기판만으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 혈액 필터.The material of the substrate is any one selected from the group consisting of silicon, PDMS, PMMA, electroplated substrate only blood filter. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 샘플 입력 방향에 하나의 입력이 사각형 구조물을 통과하며 두개의 출력으로 나누어지는 것을 특징으로 하는 혈액 필터.A blood filter, characterized in that one input passes through a rectangular structure and is divided into two outputs in the sample input direction. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 사각형 구조물은 일직선으로 구성된 어레이 형태, 또는 서로 엇갈린 형태로 구성된 어레이 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 혈액 필터.The rectangular structure has a blood filter, characterized in that the array form of a straight line, or the array form of a staggered form.
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