KR20110005963A - 혈액 중에서 혈장 또는 혈청을 분리하는 미세유체 칩 - Google Patents

Abstract

혈액 중에서 혈장(plasma) 또는 혈청(serum)을 분리하는 미세유체 칩을 개시한다.

본 발명에 따른 혈장 또는 혈청 분리 미세유체 칩은, 외부 동력이나 외부 에너지를 사용하지 아니하고, 혈액 중의 혈장 또는 혈청을 용이하게 분리할 수 있을 뿐만 아니라, 분리된 혈장 또는 혈청에 대한 검사를 그 자리에서 바로 수행할 수 있다.

혈장, 혈청, 혈구, 혈액, 검사, 미세유체, 마이크로플루이딕, 칩

Description

혈액 중에서 혈장 또는 혈청을 분리하는 미세유체 칩 {A microfluidic chip for separating plasma or serum from blood}

본 발명은 혈액 중에서 혈장(plasma) 또는 혈청(serum)을 분리하는 미세유체 칩에 관한 것이다.

AIDS, 호르몬 또는 면역 질환 등의 질병을 진단하고, 질병의 진행 경과를 모니터링하며, 치료 효과를 파악하고, 예후를 판단하기 위해서는, 이들 환자들의 혈액 중 혈장(plasma) 또는 혈청 성분을 검사하게 된다.

인간의 혈액은 크게 혈구와 액체성분인 혈장으로 구성된다. 혈구성분은 혈액의 약 45% 정도를 차지하고, 혈장은 혈액의 약 55%에 차지한다. 혈장 중 91.5%는 수분이며, 그 밖에 신체 내에서 중요한 역할을 하는 단백성분, 화학물질 및 전해질 등이 함유되어 있다. 혈청은 상기 혈장 중에서 피브리노겐 성분이 제거된 것이다.

이러한 혈장 또는 혈청 성분을 통하여, 간기능 검사, 신장기능 검사, 혈당검사, 단백질 검사, 알부민 검사, 지질검사, 면역혈청 검사, 종양표지자 검사, 또는 유전자 검사 등을 수행할 수 있다.

따라서, 상기 검사를 수행하는 경우에, 인간의 혈액 중에서 혈구 등을 제외시키고, 혈장 또는 혈청 성분만을 분리하는 과정이 필수적이다.

본 발명은 혈액 중에서 혈장 또는 혈청을 분리하는 미세유체 칩을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 시료 중 액체 성분을 분리하는 미세유체 칩을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 혈액 중에서 혈장 또는 혈청을 분리하는 미세유체 칩에 관한 것이다.

본 발명에 따른 미세유체 칩은, 혈액을 주입하는 주입구; 주입된 혈액이 통과하는 주채널; 및 상기 주채널을 통과한 혈액이 배출되는 유출구를 포함한다. 여기에서, 상기 주채널의 측면에는 복수개의 미세채널이 연결되어 있어서, 주채널을 흐르는 시료 중에 포함된 혈장 성분 또는 혈청 성분이 상기 미세채널을 통하여 흐르게 된다. 또한, 상기 미세채널의 말단에는 상기 미세채널을 통하여 흐른 혈장 성분 또는 혈청 성분이 모이게 되는 챔버가 구비되어 있다.

또한, 본 발명은 시료 중 액체 성분을 분리하는 미세유체 칩에 관한 것이다.

본 발명에 따른 액체 성분 분리 미세유체 칩은, 시료를 주입하는 주입구; 주입된 시료가 통과하는 주채널; 및 상기 주채널을 통과한 시료가 배출되는 유출구를 포함한다. 여기에서, 상기 주채널의 측면에는 복수개의 미세채널이 연결되어 있어서, 주채널을 흐르는 시료 중에 포함된 액체 성분이 상기 미세채널을 통하여 흐르 게 된다. 또한, 상기 미세채널의 말단에는 상기 미세채널을 통하여 흐른 액체 성분이 모이게 되는 챔버가 구비되어 있다. 여기에서 상기 챔버에 모이게 되는 액체 성분에는 상기 미세채널을 통과할 수 있는 작은 입자가 포함되어 있을 수 있다.

본 발명에 따른 혈장 또는 혈청 분리 미세유체 칩은, 외부 동력이나 외부 에너지를 사용하지 아니하고, 혈액 중의 혈장 또는 혈청을 용이하게 분리할 수 있을 뿐만 아니라, 분리된 혈장 또는 혈청 성분에 대한 검사를 그 자리에서 바로 수행할 수 있다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

도 1a 내지 도 1d는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 미세유체 칩의 사시도, 평면도, 및 단면도이다.

상기 미세유체 칩은 도 1a에 도시되어 있는 바와 같이, 시료 예를 들어, 혈액을 주입하는 주입구(10); 주입된 혈액이 통과하는 주채널(20); 및 상기 주채널을 통과한 혈액이 배출되는 유출구(30)를 포함한다.

상기 주채널(20)의 측면에는 복수개의 미세채널(40)이 연결되어 있어서, 상기 시료 중에 포함된 혈장 성분이 모세관 현상에 의하여 상기 미세채널(40)을 통하여 흐르게 된다. 상기 미세채널(40)은 상기 도 1a에 도시되어 있는 바와 같이 상 기 주채널(10)에 대하여 수직 방향으로 연결되는 것이 바람직하다.

상기 미세채널(40)의 타측 말단에는 챔버(50)가 구비되어 있다. 따라서, 상기한 바와 같이 미세채널(40)을 통하여 흐르던 혈장 성분은 미세채널(40)을 통하여 빠져나와 상기 챔버(50)에 모이게 된다. 따라서, 상기 미세유체 칩을 사용하는 경우, 외부 동력 또는 외부 에너지를 사용하지 아니하면서도, 혈액 중의 혈장을 분리해낼 수 있다.

상기 혈장 성분이 모이게 되는 챔버(50)에는 그 혈장 성분을 외부로 유출시키기 위한 혈장 유출구(52)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 상기 혈장 유출구(52)에 의하여, 챔버(50) 내와 외부 사이의 압력차가 해소될 수 있다.

한편, 상기 챔버 내에는 혈장을 분석하기 위한 분석 시약(예를 들어, 특정 항원과 반응하는 항체)이 챔버 표면에 코팅되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 혈액을 본 발명에 따른 미세채널 칩에 유입시키면, 챔버(50) 내에 모인 혈장이 챔버(50) 내의 분석 시약과 반응하기 때문에, 현장에서 바로 혈액을 분석할 수 있다.

상기 혈장 분리 장치는 플라스틱 재질의 상부 기판(1) 및 하부 기판(2)으로 구성될 수 있다. 상기 주채널(20) 및 미세채널(40)은, 도 1a의 A-A 라인을 따라 절취한 분해 단면도인 도 1c, 및 도 1a의 B-B 라인을 따라 절취한 단면도인 도 1d에 도시되어 있는 바와 같이, 하부 기판(40)에 반도체공정에 기초한 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 공정 또는 미세가공 기술을 사용하여 형성시킬 수 있 다. 이와 같이 제작된 하부 기판(2)에 상부 기판(1)을 접합하여 상기 미세유체 칩을 제작할 수 있다.

상기 미세유체 칩의 내부, 특히 상기 주채널(20) 및 미세채널(40)의 내부는 혈액이 그 표면을 잘 흐를 수 있도록 친수성 표면처리되어 있는 것이 바람직하다. 이하에서는, 친수성 표면처리 방법의 일예를 설명한다.

우선, 미세채널(40) 등이 형성된 하부기판(2) 및 상부기판(1)을 각각 초음파 세척기에 넣고, 소량의 세제를 넣은 후 약 3분간 세척한다. 이후, 탈이온수(deionized water)로 샤워시킨다. 이후, 다시 초음파 세척기에 넣고, 약 10분간 세척한다. 이후, 다시 탈이온수로 샤워시킨다. 이후, 오븐에서 건조하여, 물기를 제거한다.

이와 같이 세척된 기판을 플라즈마(plasma) 처리 장비의 챔버 내에 놓고, 무선 주파수 전력(RF power) 350W 및 산소 유입량(O₂ flow) 150sccm의 조건 하에서 300초간 플라즈마 표면 처리한다. 이와 같이 처리한 하부 기판 및 상부 기판을 접합하여, 상기 미세유체 칩을 제조한다.

한편, 본 발명에서는 전술한 바와 같은 친수성 표면 처리에 추가하여, 혈액이 응집되지 않도록 EDTA 코팅 처리 또는 헤파린(heparin) 코팅 처리를 수행할 수 있다. 이와 같이 처리하는 경우, 혈액의 응집을 방지하여 혈액 중 혈장이 미세채 널을 통하여 보다 더 잘 흐르게 할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같은 친수성 표면 처리에 추가하여, 표면에 트롬빈 코팅 처리를 수행할 수 있다. 이와 같이 트롬빈 처리하는 경우, 혈액 중의 피브리노겐이 제거되어, 혈장 중 혈청(serum) 성분만이 미세채널을 통하여 챔버(50) 내에 모이게 할 수 있다. 따라서, 혈액 중의 혈청 성분을 분리하고자 하는 경우에는, 본 발명에 따른 미세유체 칩의 표면을 트롬빈 처리하면 된다.

본 실시예에서는 미세유체 칩의 표면에 대하여 상기 트롬빈 코팅 처리는 수행하지 아니하고, 헤파린 코팅 처리를 수행하여, 혈액 중의 혈장 성분을 분리해낸다.

상기 미세유체 칩에서 상기 복수개의 미세채널(40)은 도 1b에 도시되어 있는 바와 같이, 중앙부에 배치된 미세채널의 길이가 가장 길며, 중앙부에서 양측으로 갈수록 미세채널의 길이가 짧아지게 구성하였다. 이는 미세유체 칩 내에서 버려지는 공간(dead volume)을 최소화하여 미세유체 칩 내의 공간을 최대한 활용하기 위한 것이다. 상기 도 1a 내지 도 1d에는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 미세채널이 25개 정도 형성된 것으로 도시하였으나, 실제 제작 시 미세유체 칩 내에서 상기 미세채널은 그 이상의 개수로 형성시킬 수 있으며, 필요에 따라 약 100개 내지 10000개의 범위에서 형성시킬 수 있다.

혈장이 흐르게 되는 미세채널(40) 각각의 깊이(도 1c의 y)는 5㎛ 이하, 바람직하게는 1㎛ 내지 5㎛이고, 폭(도 1c의 x)은 5㎛ 이하, 바람직하게는 1㎛ 내지 5 ㎛이다. 한편, 채혈한 혈액이 흐르게 되는 주채널(20)의 깊이(도 1d의 b)는 10㎛ 내지 500㎛이고, 폭(도 1d의 a)은 10㎛ 내지 500㎛인 것이 바람직하다. 이와 같이 제작하는 경우, 혈액 중 혈구 등을 제외한 혈장 성분은 미세채널(40)을 통과하여 챔버(50)로 쉽게 모일 수 있다.

도 2a는 본 발명의 제2실시예에 따른 미세유체 칩의 사시도이고, 도 2b는 C-C 라인을 따라 절취한 단면도이다.

상기 제2실시예에 따른 미세유체 칩은, 상기 제1실시예에 따라 접합된 미세유체 칩에서 혈액 등의 시료가 채널 외부로 유출되지 않도록 상부 기판(1) 및 하부 기판(2)에 더욱 압력을 가하고, 더욱 튼튼하게 고정시키기 위하여 클립(60)을 부착시킨 구조이다. 상기 클립(60)은 금속 또는 플라스틱 재질로 제작될 수 있다. 상기 클립(60)은 상부 기판(1) 및 하부 기판(2) 중 주채널(20)과 미세채널(40)의 연결부위에 해당하는 부분에 끼워서, 상하 방향으로 압력을 가할 수 있도록 한다.

도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 미세유체 칩의 평면도이다.

상기 미세유체 칩에서 혈장이 모이게 되는 챔버(50) 내에는 혈장 유출구(52) 외에 홀(54)이 추가로 형성되어 있다. 상기 홀(54)은, 챔버(50) 내에 구비되어 있던 분석 시약과 반응하지 아니한 혈장을 세척하여 제거하기 위하여 완충액을 챔버(50) 내에 주입하기 위한 것이다.

도 4a는 본 발명의 제4실시예에 따른 미세유체 칩의 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 X를 확대한 부분 확대도이며, 도 4c는 도 4a의 Y 부분을 확대한 부분 확대도이다.

상기 도 4a에 도시되어 있는 미세유체 칩에서, 혈액이 주입구(10)를 통하여 주입되면, 주입된 혈액은 주채널(20)을 통하여 흐르게 되고, 유출구(30)를 통하여 배출된다. 이 때, 상기 주채널(20)을 통과하는 혈액 중 혈장 성분은 미세채널(40)을 통하여 흐르게 되어, 챔버(50)에 모이게 된다.

상기 챔버(50) 내 일부분에는 미세 돌출물(70)이 돌출되어 있다. 상기 미세 돌출물(70)에 분석 시약을 도포해 놓는 경우, 분석 시약과 혈장 성분의 접촉 면적이 증가하기 때문에, 분석 시약과 반응하는 혈장의 양을 증가시켜, 혈장 분석의 정확성을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 4b에 도시되어 있는 바와 같이, 미세채널(40) 중 상기 주채널(20)과 연결되는 부분의 미세채널(42)의 양쪽 내측벽(M,N) 중에서, 상기 주채널(20)에 대하여 혈액이 흘러나가는 방향(A)에 위치한 내측벽(M)은 상기 주채널에서 혈액이 흘러나가는 방향(A)으로 경사진 형상으로 구성한다. 또한, 상기 미세채널(40)을 형성하는 벽면은 주채널(20)로부터 소정 거리(K)만큼 이격되어 형성시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하는 경우, 혈액이 주채널(20)을 통과할 때 혈구가 미세채널(40)을 막는 것을 방지하여, 혈장이 원활하게 분리되도록 한다.

이상에서는 본 발명에 따른 미세유체 칩을, 혈액 중 혈장 또는 혈청을 분리 하기 위한 것으로 설명하였으나, 본 발명에 따른 미세유체 칩은 이에 한정되지 않고, 액체 및 고체 입자가 혼합된 시료 중에서 액체 성분을 분리하는 데에도 사용될 수 있다.

예를 들어, 액체 및 고체 입자가 혼합된 시료를 본 발명에 따른 미세유체 칩의 주입구(10)를 통하여 주입하는 경우, 주입된 시료는 주채널(20)을 통과하여, 유출구(30)를 통하여 배출되며, 이 때, 상기 주채널(20)을 통과하던 시료 중 액체 성분은 미세채널(40)을 통하여 흐르게 되어, 챔버(50)에 모이게 할 수 있다.

또한, 시료 중에 여러 가지 크기의 입자 성분이 포함되어 있는 경우에, 본 발명에 따른 미세유체 칩을 사용하여, 미세 입자만을 분리할 수도 있다.

본 발명에 따른 실시예는 상술한 것으로 한정되지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.

도 1a 내지 도 1d는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 미세유체 칩의 사시도, 평면도, 및 단면도이다.

도 2a는 본 발명의 제2실시예에 따른 미세유체 칩의 사시도이고, 도 2b는 C-C 라인을 따라 절취한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 미세유체 칩의 평면도이다.

도 4a는 본 발명의 제4실시예에 따른 미세유체 칩의 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 X를 확대한 부분 확대도이며, 도 4c는 도 4a의 Y 부분을 확대한 부분 확대도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 주입구 20 : 주채널

30 : 유출구 40 : 미세채널

50 : 챔버

Claims (22)

1. 혈액 중 혈장 또는 혈청을 분리하는 미세유체 칩으로서,

   혈액을 주입하는 주입구;

   주입된 혈액이 통과하는 주채널; 및

   상기 주채널을 통과한 혈액이 배출되는 유출구를 포함하되,

   상기 주채널의 측면에는 복수개의 미세채널이 연결되어 있어서, 상기 혈액 중에 포함된 혈장 성분 또는 혈청 성분이 상기 미세채널을 통하여 흐르게 되며,

   상기 미세채널의 말단에는 상기 미세채널을 통하여 흐른 혈장 성분 또는 혈청 성분이 모이게 되는 챔버가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 미세채널은 상기 주채널에 수직 방향으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 주채널 및 미세채널 내부는 친수성 표면처리되어 있는 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 주채널 및 미세채널 내부는 추가로 EDTA 또는 헤파린으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 주채널 및 미세채널 내부는 추가로 트롬빈으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버 내에는 상기 혈장 또는 혈청을 분석하기 위한 분석 시약이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 챔버 내에는 홀이 형성되어 있으며, 상기 홀을 통하여 상기 챔버 내에서 상기 분석 시약과 반응하지 아니한 혈장을 세척하기 위한 완충액이 주입되는 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 챔버 내에는 미세 돌출물이 돌출되어 있으며, 상기 미세 돌출물에 상기 분석 시약이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 미세유체 칩은 플라스틱 재질의 상부 기판 및 하부 기판으로 구성되며, 상기 주채널 및 미세채널은 상기 하부 기판에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 상부 기판 및 하부 기판 중 주채널과 미세채널(40)의 연결부위에 해당하는 부분에는 상하 방향으로 압력을 가하기 위하여 클립이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 주채널의 깊이는 10㎛ 내지 500㎛이고, 폭은 10㎛ 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 미세채널의 깊이는 5㎛ 이하이고, 폭은 5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 주채널과 연결되는 부분의 미세채널의 양쪽 내측벽 중에서, 상기 주채널에 대하여 혈액이 흘러나가는 쪽에 위치한 내측벽은 상기 주채널에서 혈액이 흘러나가는 방향으로 경사진 형상인 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 미세채널을 형성하는 벽면은 상기 주채널로부터 이격되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 미세유체 칩은 외부로부터의 동력을 사용하지 아니하면서 혈액 중 혈장 또는 혈청을 분리해내는 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
16. 시료 중 액체 성분 또는 미세입자를 분리하는 미세유체 칩으로서,

    시료를 주입하는 주입구;

    주입된 시료가 통과하는 주채널; 및

    상기 주채널을 통과한 시료가 배출되는 유출구를 포함하되,

    상기 주채널의 측면에는 복수개의 미세채널이 연결되어 있어서, 상기 시료 중에 포함된 액체 성분이 상기 미세채널을 통하여 흐르게 되며,

    상기 미세채널의 말단에는 상기 미세채널을 통하여 흐른 액체 성분이 모이게 되는 챔버가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 주채널 및 미세채널 내부는 친수성 표면처리되어 있는 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
18. 제 16 에 있어서, 상기 미세유체 칩은 플라스틱 재질의 상부 기판 및 하부 기판으로 구성되며, 상기 주채널 및 미세채널은 상기 하부 기판에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
19. 제 16 항에 있어서, 상기 미세채널의 깊이는 1㎛ 내지 5㎛이고, 폭은 1㎛ 내지 5㎛인 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
20. 제 16 항에 있어서, 상기 주채널과 연결되는 부분의 미세채널의 양쪽 내측벽 중에서, 상기 주채널에 대하여 시료가 흘러나가는 쪽에 위치한 내측벽은 상기 주채널에서 시료가 흘러나가는 방향으로 경사진 형상인 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
21. 제 16 항에 있어서, 상기 미세채널을 형성하는 벽면은 상기 주채널로부터 이격되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.
22. 제 16 항에 있어서, 상기 미세채널을 형성하는 벽면은 상기 주채널로부터 이격되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미세유체 칩.

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