KR20090089650A - 유체 테스트 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체 테스트 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 교차적합 시험(Crossmatching Test)을 위하여 필요한 혈액의 전처리, 반응 및 검출을 랩온어칩(Lab-on-a-chip)으로 구현하고, 채널 내의 구조적 특징을 이용함으로써 혈액(유체)으로부터 혈구(입자)를 분리시키고, 이를 혼합 및 반응시켜 빠른 교차시험이 이루어질 수 있는 유체 테스트 장치에 대한 것이다.
본 발명에 따른 유체 테스트 장치는 미세입자가 포함된 유체를 주입하는 두 개 이상의 주입부와 상기 주입부로 주입된 유체 내에 포함된 입자를 분리시키는 분리부와 상기 분리부에서 분리된 유체 또는 미세입자가 서로 교차되도록 유로가 형성된 교차부 및 상기 교차된 유체 또는 미세입자가 상호 반응되는 반응부를 포함한다.
위와 같은 구성의 본 발명에 따른 유체테스트 장치는 수혈 전에 수행되는 교차적합 시험을 하나의 칩 상에서 구현함으로써, 복잡한 혈액 전처리 과정 및 이에 따른 검사 시간의 증가를 감소시킬 수 있고, 각 단계의 단순화 및 신속화를 이룰 수 있도록 구현되며, 특히 시간이 촉박한 응급수혈환자의 경우, 공혈자의 혈액이 환자에게 적합한 혈액인지의 여부를 빠르게 판단가능한 등의 효과를 거둘 수 있다.
랩온어칩, 교차시험, 혈액 응고, ABO, 미세유체, 채널, 압력구배

Description

유체 테스트 장치{APPARATUS FOR EXAMINING FLUIDS}
본 발명은 유체 테스트 장치에 관한 것으로, 랩온어칩(Lab-on-a-chip)의 채널의 구조적 특성을 이용하여 교차적합 시험에 소요되는 시간을 줄일 수 있는 유체 테스트 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 교차적합 시험(Crossmatching Test)은 수혈할 혈액이 수혈받을 환자에게 적합한지를 판정하는 검사로서, 혈액내의 항원과 반응할 수 있는 항체를 환자가 이미 가지고 있는지의 여부를 확인하는 검사이고, ABO 혈액형을 최종 확인할 수 있도록 이루어지고, 비예기 항체에 의한 용혈성 수혈 부작용을 예방하기 위해 시행된다.
여기서, 검사 방법 중 검체검사방법(Saline Phase)은 시험관에 환자 혈청을 약 2 방울 정도 넣은 다음, 공혈자의 2 내지 5 %의 혈구 부유액을 1 방울 넣고 혼합하 며, 3400rpm에서 15초간 원심한 후, 응집 및 용혈 유무를 판독한다.
그리고 나서, 알부민 단계에서는 상기 시험관에 22%의 보빈 알부민(Bovine Albumin)을 약 1 내지 2 방울 넣고 혼합하며, 37℃ 에서 30분간 항온시킨 후, 3400rpm에서 약 15 초간 원심시키며, 응집 또는 용혈 유무를 관찰한다.
더불어, 안티글로불린 단계(Antiglobuline Phase)에서는 위의 시험관을 식염수로 약 3 회 세척하는데, 마지막 세척 후에 식염수를 완전히 제거하고, AHG(Anti Human Globuline)를 약 1 내지 2 방울 가한 후 섞고, 3400rpm에서 약 15 초간 원심분리한 후, 응집 유무를 관찰한다.
다시 말하면, 수혈을 받기 전에 반드시 거쳐야 하는 교차적합 시험(Crossmatching Test)은 공혈자 및 수혈자의 혈액을 원심 분리기를 이용하여 혈장과 혈구를 분리하고, 이를 공혈자의 혈구(Antigen)와, 수혈자의 혈장(Antibody) 및 해당 검사에 따른 생리 식염수, 저이온강도용액(LISS), 소혈청알부민(BSA) 폴리에틸렌 글리크롤, 단백질 분해효소(브로멜린) 등을 포함한 시약을 서로 반응시키는 주 시험이 진행된다.
그리고, 공혈자의 혈장(Antibody)과, 수혈자의 혈구(Antigen), 해당 검사에 따른 시약을 서로 반응시키는 부 시험이 진행되며, 주 시험과 부 시험 각각에서의 혈액 응집 반응(Antigen-Antibody 결합)여부를 확인함으로써, 수혈의 적합성 여부를 판단한다.
더불어, 수혈자의 혈장에 존재하는 Antibody와, 공혈자의 혈구에 존재하는 Antigen의 응집 반응 여부가 가장 중요하므로, 주 시험만이 시행되는 경우가 있다.
그러나, 이러한 교차적합 시험 방법은 검사를 하기 위한 혈액의 전처리 과정이 복잡하며, 이에 따라 검사 시간이 증가하는데, 특히 시간이 촉박한 응급수혈환자의 경우 시간이 증가함에 따른 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 교차적합 시험(Crossmatching Test)을 위하여 필요한 혈액의 전처리, 반응 및 검출을 랩온어칩(Lab-on-a-chip)으로 구현하고, 채널 내의 구조적 특징을 이용함으로써 혈액(유체)으로부터 혈구(입자)를 분리시키고, 이를 혼합 및 반응시켜 빠른 교차시험이 이루어질 수 있는 유체 테스트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 하나의 칩 상에 적어도 두 개 이상의 유체 주입부와, 상기 유체 주입부에 주입된 유체를 채널 내에 형성된 구조적 특징을 이용하되, 유체와 입자를 분리시키는 분리부와, 상기 분리부로터 분리된 유체와, 다른 유체 주입부로 주입된 유체를 교차시키는 교차부와, 교차된 두 유체가 상호 반응하는 반응부를 칩 상에 채널로 구현한다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 수혈 전에 수행되 는 교차적합 시험을 하나의 칩 상에서 구현함으로써, 복잡한 혈액 전처리 과정 및 이에 따른 검사 시간의 증가를 감소시킬 수 있고, 각 단계의 단순화 및 신속화를 이룰 수 있도록 구현되며, 특히 시간이 촉박한 응급수혈환자의 경우, 공혈자의 혈액이 환자에게 적합한 혈액인지의 여부를 빠르게 판단가능한 등의 효과를 거둘 수 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 미세유체 채널로 미세입자가 포함된 유체를 주입하는 두 개 이상의 주입부; 상기 주입부로 주입된 유체 내에 포함된 입자를 분리시키는 두 개 이상의 분리부; 상기 분리부에서 입자가 분리된 유체가 교차되도록 채널이 형성된 교차부; 상기 교차된 유체를 상호 반응시키되, 상기 반응을 관찰가능하도록 투명 재질로 형성된 채널인 반응부; 상기 주입부로 입력된 유체가 상기 반응부 측으로 이동되도록 압력 구배장을 형성시키는 압력부; 를 포함한다.
바람직하게는, 상기 분리부는 미세유체 채널 내 상층과 하층에 유체의 일차유동방향에 대해 일정한 경사를 갖는 경사미세구조물이 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 경사미세구조물은 미세유로높이의 전체 채널 높이 보다 작은 일정 배율의 높이를 갖는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 경사미세구조물의 일정 배율 높이는 분리하고자 하는 미세입자 크기의 100% 내지 500%의 높이를 갖는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 반응부는 미세유체 채널 내 상층과 하층에 유체의 일차유동방향에 대해 일정한 경사를 갖는 경사미세구조물로 형성된 혼합부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 반응부는 미세유체 내에 포함된 입자가 응집되면 통과할 수 없도록 여과하는 필터부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 필터부는 일정 간격으로 형성된 미세 기둥으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 미세 기둥은 상기 미세 유체 내에 포함된 입자의 크기보다 10% 내지 30% 큰 간격으로 배열되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 유체 테스트 장치를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 유체 테스트 장치(1)는 교차적합 시험(Crossmatching Test) 중 주시험, 특히 생리 식염수법 및 브로멜린법에 으한 시험에 대해서만 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 본 발명에 따른 유체 테스트 장치(1)는 주입부(10)와, 분리부(30)와, 교차부(50)와, 반응부(70)와, 압력부(90)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 주입부(10)에는 수혈자의 혈액 및 기타 시약이 포함된 혈액 용액을 로딩하도록 구비된 제1 주입부(11)와, 공혈자의 혈액 및 기타 시약이 포함된 혈액 용액을 로딩하도록 구비된 제2 주입부(13)를 포함한다.
또한, 상기 분리부(30)는 상기 주입부(10)의 제1 주입부(11)에 로딩된 혈액 용액(유체) 내의 혈구(입자)를 분리하도록 구비된 제1 분리부(31)와, 상기 주입부(10)의 제2 주입부(13)에 로딩된 혈액 용액(유체) 내의 혈구(입자)를 분리하도록 구비된 제2 분리부(33)를 포함한다.
더불어, 상기 교차부(50)는 상기 분리부(30)의 제1 분리부(31)에서 분리된 혈장 또는 혈구와, 상기 제2 분리부(33)에서 분리된 혈장 및 혈구를 서로 교차 및 반응시키도록 채널이 만나도록 형성된다.
그리고, 상기 반응부(70)는 상기 교차부(50)에서 제1 분리부(31)에서 분리된 혈장 또는 혈구와, 상기 제2 분리부(33)에서 분리된 혈장 및 혈구가 반응을 하도록 긴 채널을 이루고 있으며, 이 부분은 사용자가 반응 결과를 관찰할 수 있도록 투명하게 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 압력부(90)는 상기 주입부(10)로 로딩된 혈액이 상기 반응부(70)로 이동될 수 있도록 압력을 제공하는데, 상기 혈액이 상기 분리부(30), 교차부(50), 반응부(70)의 순서를 역행하지 않도록 압력 구배장을 형성시킨다.
이때, 본 발명의 실시예에서 상기 제1 분리부(31) 및 제2 분리부(33)는 생략가능한데, 그 이유는 수혈 과정에 있어서, 수혈자 중 대부분은 공혈자의 혈액 중 적혈구만 수혈받으며, 상기 공혈자의 혈액은 헌혈 등의 경로를 통하여 적혈구 성분만이 분리된 혈액이기 때문에, 혈액 분리가 요구되지 않을 수 있기 때문이다.
하지만, 수혈자의 혈액은 혈장과, 혈구가 분리되지 않은 상태이므로, 본 발명의 실시예에 따른 유체 테스트 장치(1)에서도 적어도 한 개 이상의 분리부(30)가 구비되어야 한다.
도 2는 도 1의 유체 테스트 장치에 형성된 분리부를 확대한 투영도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 유체 테스트 장치(1)의 분리부(30)는 입자를 크기에 따라, 정렬 및 분리하기 위해 채널 높이의 1/2를 그 높이로 갖는 경사미세구조물을 포함한다.
여기서, 경사미세구조물은 채널의 하위 및 상위에 교대로 형성되는데, 하위에 하위 경사미세구조물(30a)과, 상위에 상위 경사미세구조물(30b)이 형성되어 있으며, 유체의 일차유동방향과 수직인 방향으로 이차압력구배장을 형성시켜주어 입자와 구조물 간의 유체역학적 상호 작용을 발생시킴으로써, 입자가 분리되는 원리를 갖는다.
이에 따라, 상기 제1 주입부(11) 및 제2 주입부(13)로부터 주입된 혈액 용액이 상기 제1 분리부(31) 및 제2 분리부(33)를 통과하면서 혈액 용액(유체) 내의 혈구(입자)가 분리될 수 있도록 한다.
그리고, 제1 주입부(11)와 제2 주입부(13)에 로딩된 혈액 용액은 압력부(90)의 부압(Negative Pressure)를 가하여, 제1 주입부(10)에 로딩된 혈액 용액을 상기 제1 분리부(31)로 이동되게 하며, 제2 주입부(13)에 로딩된 혈액 용액을 상기 제2 분리부(33)로 이동되도록 한다.
또한, 상기 제1 분리부(31)에서 주입된 수혈자의 혈액 용액 중에서, 혈구가 분리된 용액인 혈장은 A 방향으로 이동되며, 제2 분리부(33)에서 주입된 공혈자의 혈액 용액 중에서, 분리된 혈구는 B 방향으로 이동하고, 상기 이동된 공혈자의 혈구와, 수혈자의 혈장은 교차부(50)를 통과한다.
그리고, 상기 교차부(50)를 통과하면서 서로 교차(Cross)되며 섞이게 되며, 이는 교차적합 시험 중 주시험에 해당하는데, 상기 교차부(50)를 통과한 혈구 및 혈장은 반응부(70)의 긴 채널을 지나면서 상호 반응을 일으킨다.
여기서, 압력부(90)의 압력을 조절하여, 상기 교차부(50)를 통과한 혈구 및 혈장이 반응부(70)를 벗어나 압력부(90)로 입력되지 않도록 하며, 상기 반응부(70)에서 공혈자의 혈액이, 수혈자에게 수혈하기 적합하지 않은 경우에는, 공혈자의 혈구 내의 항원(Antigent)과, 수혈자의 혈장 내의 항체(Antibody)는 상호 항원-항체 결합(Antigen-Antibody Binding)이 일어난다.
이에 따라, 응고되기 시작하며, 상기 항원-항체 결합에 의해, 응고된 혈액을 눈으로 확인할 수 있도록 상기 반응부(70)는 외부에서 관찰자가 상기 반응을 식별가능하도록 상기 반응부(70)는 투명한 재질을 이용하여 제작되는 것이 바람직하다.
그리고, 반응부(70)에서 혈액이 응고되는 경우에는, 공혈자의 혈액이 수혈자에게 부적합한 혈액이므로, 이를 수혈자에게 수혈하지 않도록 한다.
한편, 교차적합 시험에 있어서, 생리 식염수 방법의 경우에는, 제1 주입부(11) 및 제2 주입부(13)로 로딩되는 혈액은 수혈자의 혈액의 혈장 양과, 공혈자의 혈액 혈구의 양의 비율이 약 2 : 1 이 되도록 조절하되, 공혈자 혈액의 혈구는 약 3 내지 5 %의 생리 식염수 혈구 부유액을 기준으로 한다.
더불어, 단백질 효소법인 브로멜린 방법의 경우에는, 제1 주입부(11) 및 제2 주입부(13)에 로딩되는 혈액을 수혈자 혈액의 혈장량과, 공혈자 혈액의 혈구량과, 브로멜린 액(0.5%)의 비율을 약 2 : 1 : 1 로 조절하되, 공혈자 혈액의 혈구는 약 3 내지 5 %의 생리 식염수 혈구 부유액을 기준으로 한다.
또한, 반응부(70)에 혈액 및 브로멜린 액이 이동되면, 약 37 ℃ 에서, 약 15분간 반응시킨 후, 응집 여부를 판단토록 하며, 브로멜린 액은 단백 분해 요소로서, 혈구막 구조의 일부를 벗겨냄으로써 항원을 표면에 노출시키고, 음전하를 띄고 있는 혈구 막구조 성분인 시알산(Sialic Acid)을 제거한다.
여기서, 상기 혈구는 표면막에 존재하는 시알산의 카르목실기(Carboxylic Group)에 의해 음전하를 띄게 되므로, 상기 시알산을 제거함으로서, 혈구막의 제타 전위(Zeta Potential)를 낮춰, 혈구 간의 반발력을 낮춰줌으로써, 혈구 간의 접근이 용이하게 되어, 응집 반응이 더 잘 일어나게 한다.
도 3은 도 1의 유체 테스트 장치에 혼합부를 더 포함한 실시예를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 유체 테스트 장치(1)는 도 1의 유체 테스트 장치(1)에 혼합부(71)를 더 포함한다.
그리고, 상기 혼합부(71)의 구조는 채널의 상층과, 하층 중 어느 한 층에만 유체의 일차 유동 방향에 대해, 일정한 경사를 가지는 경사구조물을 구비하고, 이에 따라 유체의 일차 유동 방향과 수직인 방향으로 이차 구배 압력장이 형성되어, 유체 내의 입자와, 구조물 간의 유체 역학적 상호 작용을 발생시킴으로써, 입자가 혼합된 다.
더불어, 제1 분리부(31)에서 분리된 혈장 또는혈구와, 상기 제2 분리부(33)에서 분리된 혈구 또는 혈장은 교차부(50)를 지나, 상호 교차된 혈액을 반응시키는 반응부(70)로 이동된다.
따라서, 혼합부(71)를 통과하면서, 혈구 내의 항원과, 혈청 내의 항체가 서로 혼합되면서, 충돌로 인한 결합 가능성을 증가시킨다.
도 4는 도 1의 유체 테스트 장치에 미세기둥이 포함된 필터부를 더 포함한 실시예를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 5는 도 1의 필터부의 단면도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 유체 테스트 장치(1)는
면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 유체 테스트 장치(1)는 반응부(70)에 필터부(73)가 더 구비된다.
그리고, 상기 필터부(73)의 구조는 미세기둥(73a)을 일정한 간격을 두고 배열하는데, 예를 들면, 적혈구의 크기인 약 7μm를 고려하여 약 10μm로, 한개의 적혈구는 통과할 수 있지만, 응집이 되어 크기가 커진 적혈구는 통과할 수 없는 간격을 두고 배열한다.
더불어, 제1 분리부(31)에서 분리된 혈장 또는 혈구와, 상기 제2 분리부(33)에서 분리된 혈구 또는 혈장은 유체 교차부(30)를 지나, 상호 교차된 혈액을 반응시키는 반응부(70)로 이동되며, 필터부(73)를 통과하면서 혈구 내의 항원과, 혈청 내의 항체가 서로 항원-항체 결합을 이룬다.
그리고, 혈구 간의 응고가 발생했을 경우, 필터부(73)를 통과하지 못하고, 미세기둥(73a) 간에 응고된 혈구가 여과됨으로써, 통과하는 혈액의 진행을 막게 된다.
이에 따라, 필터부(73)를 통과하는 혈액의 진행이 더 이상 이루어지지 않는 경우, 항원-항체 결합이 일어나 혈액이 응고된 것이므로, 공혈자의 혈액이 수혈자에게 부적합한 혈액이라 판단하며, 공혈자의 혈액으로 수혈자에게 수혈을 하지 않도록 한다.
도 6은 도 1의 유체 테스트 장치에 제3 주입부를 더 포함한 실시예를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 유체 테스트 장치는 제3 주입부(15)를 더 포함한다.
그리고, 상기 제1 분리부(31)에서 분리된 혈장 또는 혈구와, 상기 제2 분리부(33)에서 분리된 혈구 또는 혈장, 그리고 제3 분리부(35)로 주입된 해당 특정 시약은 교차부(50)를 지나, 상호 교차된 혈액과, 해당 특정 시약을 반응시키는 반응부(70)로 이동하며, 반응하도록 이루어진다.
여기서, 상기 특정 시약은 생리 식염수, 저이온 강도용액(LISS), 소혈청 알부민(BSA), 폴리에틸렌 글리크롤, 단백질 분해효소(브로멜린) 등으로 이용되는 것이 바람직하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가 진자라면 본 발명의 특허 청구 범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 유체 테스트 장치를 개략적으로 도시한 평면도.
도 2는 도 1의 유체 테스트 장치에 형성된 분리부를 확대한 투영도.
도 3은 도 1의 유체 테스트 장치에 혼합부를 더 포함한 실시예를 개략적으로 도시한 평면도.
도 4는 도 1의 유체 테스트 장치에 미세기둥이 포함된 필터부를 더 포함한 실시예 를 개략적으로 도시한 평면도.
도 5는 도 1의 필터부의 단면도.
도 6은 도 1의 유체 테스트 장치에 제3 주입부를 더 포함한 실시예를 개략적으로 도시한 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 간단한 설명>
1: 유체 테스트 장치 10: 주입부
11: 제1 주입부 13: 제2 주입부
15: 제3 주입부 30: 분리부
31: 제1 분리부 33: 제2 분리부
50: 교차부 70: 반응부
71: 혼합부 73:필터부
73a: 미세기둥 90: 압력부

Claims (10)

  1. 미세입자가 포함된 유체를 주입하는 두 개 이상의 주입부;
    상기 주입부로 주입된 유체 내에 포함된 입자를 분리시키는 분리부;
    상기 분리부에서 분리된 유체 또는 미세입자가 서로 교차되도록 유로가 형성된 교차부;
    상기 교차된 유체 또는 미세입자가 상호 반응되는 반응부;
    를 포함하는 유체 테스트 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주입부로 주입된 유체가 상기 반응부로 이동되도록 압력을 제공하는 압력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 테스트 장치.
  3. 청구항 1항에 있어서,
    상기 분리부는 미세유로의 상층 또는 하층에 유체의 일차유동방향에 대해 일정한 경사를 갖는 경사미세구조물이 구비되는 것을 특징으로 하는 유체 테스트 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 경사미세구조물의 높이는 미세유로높이 보다 일정 배율만큼 작은 것을 특징으로 하는 유체 테스트 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응부는 상기 분리부에서 분리된 유체 또는 미세입자를 혼합시키는 혼합부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 테스트 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 혼합부는 미세유로의 상층 또는 하층에 유체의 일차유동방향에 대해 일정한 경사를 갖는 경사미세구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 테스트 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응부는 반응에 의해 생성된 반응물이 통과할 수 없도록 하는 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 테스트 장치.
  8. 청구항 7항에 있어서,
    상기 필터부는 미세유로의 상부 또는 하부에 미세기둥을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 테스트 장치.
  9. 청구항 1항에 있어서,
    상기 반응부에는 분리된 유체 또는 미세입자의 반응여부를 확인할 수 있는 투명재질의 윈도우를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 테스트 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체는 혈액인 것을 특징으로 하는 유체 테스트 장치.
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