KR20170048067A - 혈액 분석을 위한 스마트 피펫 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 혈액 분석을 위한 스마트 피펫이 개시된다. 본 발명에 따른 혈액 분석을 위한 스마트 피펫은 하나의 주입구와 두개의 배출구를 연결하는 하나의 미세 채널이 형성된 몸체부; 상기 주입구에 형성되어, 제공 받은 전혈로부터 혈액 샘플을 추출하는 필터부; 하나의 제1 배출구에 형성되어, 사용자의 조작에 따라 양압 또는 음압을 발생시켜 상기 필터부를 통해 추출된 혈액 샘플을 상기 미세 채널에서 이동시키는 마이크로 펌프; 및 다른 하나의 제2 배출구에 장착되어, 상기 추출된 혈액 샘플을 외부로 전달하는 개폐부를 포함한다.

Description

혈액 분석을 위한 스마트 피펫{SMART PIPETTE FOR ON-SITE WHOLE BLOOD ANALYSIS}

본 발명은 스마트 피펫에 관한 것으로서, 특히, 온 칩 1회용 마이크로 펌프를 이용하여 전혈로부터 혈장을 추출하고 전달할 수 있는 스마트 피펫에 관한 것이다.

혈액 분석을 위해 혈액과 시약을 반응시키고 특정 물질을 검출하는 동안 적혈구에 의한 방해를 방지하기 위해 전혈(whole blood)로부터 비세포성 혈장을 분리할 필요가 있다.

전혈로부터 혈장을 분리하기 위해 벤치탑(bench-top) 원심분리기가 널리 이용된다. 그러나 POC(point-of-care)를 위한 임상 테스트에 사용되는 장비의 크기, 중량 및 개수는 최소화되어야 하므로 단지 혈액 샘플을 준비하기 위해 원심 분리기를 이동시키는 것은 매우 어렵다. 또한, 혈액의 글루코스 레벨을 모니터링 하는 등 개인 건강 관리를 위해 혈액을 얻는 경우 가장 보편적인 방법은 손가락을 란셋으로 찌르는 것인데, 이 때 얻어진 혈액의 양은 원심분리기를 사용하기에는 너무 작다.

이러한 배경 하에서 POC 혈액 분석을 위해 혈장을 온칩(on-chip)으로 준비하기 위한, 다양한 유형의 LOC(lab-on-a-chip) 기술이 제안되고 있다. 먼저, 혈장과 적혈구 사이의 밀도차를 이용하여 관성력, 적혈구 침전 또는 온칩 원심분리에 의해 혈장과 적혈구를 분리하는 기술이 제안되고 있다. 또한, 혈장 스키밍(plasma skimming) 또는 포레우스-린드크비스트(Fahraeus-Lindqvist) 효과와 같은 혈역학 분리(hemodynamic separation)가 제안되고 있다. 또한, 비드 패킹(bead packing) 또는 기존 필터 통합을 사용하여 적혈구를 기하학적 방법으로 분리하는 방법이 제안되고 있다.

POC 임상 진단을 위해 혈액에서 혈장을 분리하는 장치는 급속 분리, 높은 수율, 작은 전력 소비와 같은 성능을 가져야 한다. 또한, POC 애플리케이션을 위해서는 종래의 혈액 분석 장치 또는 기술에 분리된 혈장을 부가 장비 없이 현장에서 전달해야 한다. 따라서, 부가 장비 없이 손가락 찌르기로 얻은 전혈로부터 혈장을 분리하는 장치는 POC 임상 시험에 사용되는 원심분리기를 대체하는 방법으로서 매우 바람직하다.

또한, 손가락에서 얻은 혈액으로부터 혈장을 추출하고 전달하기 위한 펌핑 압력을 제공하기 위해, 마이크로 유체 액츄에이터가 장치 상에 집적될 필요가 있다. 현재 개발된 미세펌프는 주로 능동 및 수동 펌프의 두 가지 유형으로 분류될 수 있다. 능동 미세펌프는 압전 트랜스듀서, 공기압 또는 탄성 복원력에 의해 마이크로 챔버의 부피를 변경하기 위해 외부 에너지를 이용한다. 수동 미세펌프는 외부 에너지를 이용하는 대신에 친수성 표면 또는 기체 흡수와 같은 재료의 내부 또는 저장 에너지를 이용한다. 시료의 오염을 방지하기 위해 일회용 장치가 임상 테스트에 매우 바람직하기 때문에, 수동 마이크로 유체 액츄에이션이 일회용 POC 장치를 구성하는데 널리 사용되고 있다.

그러나 제어된 방식으로 유체가 더 빨리 작용하도록 하기 위해 저가의 플라스틱 기판으로 보다 간단하게 능동 마이크로 유체 소자를 제조해야 하는 요구가 크다.

따라서 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 온 칩 1회용 마이크로 펌프를 이용하여 전혈로부터 혈액 샘플을 추출하여 전달하도록 직관 채널 내 하나의 주입구와 두 개의 배출구를 갖는 혈액 분석을 위한 스마트 피펫을 제공하는데 있다.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 관점에 따른 혈액 분석을 위한 스마트 피펫은 하나의 주입구와 두개의 배출구를 연결하는 하나의 미세 채널이 형성된 몸체부; 상기 주입구에 형성되어, 제공 받은 전혈로부터 혈액 샘플을 추출하는 필터부; 하나의 제1 배출구에 형성되어, 사용자의 조작에 따라 양압 또는 음압을 발생시켜 상기 필터부를 통해 추출된 혈액 샘플을 상기 미세 채널에서 이동시키는 마이크로 펌프; 및 다른 하나의 제2 배출구에 장착되어, 상기 추출된 혈액 샘플을 외부로 전달하는 개폐부를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 몸체부는 하부 기판과 상부 기판 사이에 하나의 미세 채널이 형성되어, 상기 상부 기판의 일측에 상기 미세 채널에 연결되는 하나의 주입구가 형성되고, 상기 하부 기판과 상기 상부 기판의 양 끝단 각각에 상기 미세 채널에 연결되는 두 개의 배출구가 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 마이크로 펌프는 상기 제2 배출구가 닫힌 상태에서 사용자에 의해 눌렸다 떼지는 경우 상기 미세 채널에 음압을 발생시켜 발생시킨 상기 음압을 이용하여 상기 필터부의 상부에 놓인 전혈로부터 혈액 샘플을 추출하고 추출된 상기 혈액 샘플을 상기 제1 배출구 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 마이크로 펌프는 상기 제2 배출구가 열린 상태에서 사용자에 의해 눌려지는 경우 상기 미세 채널에 양압을 발생시켜 발생시킨 상기 양압을 이용하여 상기 추출된 혈액 샘플을 상기 제2 배출구를 통해 외부로 배출하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 마이크로 펌프는 상기 제1 배출구에 형성되되, 공간을 형성하도록 내부가 오목한 형상으로 형성되고, 상기 공간을 형성하는 오목한 형상의 높이 또는 직경에 따라 상기 필터부로부터 추출되는 혈액 샘플의 양이 조절되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 마이크로 펌프는 탄성력을 갖는 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 마이크로 펌프는 상기 추출된 혈액 샘플과 반응시키기 위한 기 설정된 시약을 그 내부의 일측에 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 개폐부는 상기 제2 배출구에 접착되어 제2 배출구를 닫거나 상기 제2 배출구로부터 탈착되어 상기 제2 배출구를 여는 테이프인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 미세 채널은 상기 몸체부 내에 형성되되, 상기 주입구, 상기 제1 배출구, 제2 배출구를 모두 연결하도록 직선으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 미세 채널은 상기 추출된 혈액 샘플과 반응시키기 위한 기 설정된 시약을 그 내부의 일측에 포함하는 것을 특징으로 한다.

이를 통해, 본 발명은 온 칩 1회용 마이크로 펌프를 이용하여 전혈로부터 혈액 샘플을 추출하고 전달할 수 있는 직관 채널 내 하나의 주입구와 두 개의 배출구를 갖도록 구성함으로써, 온 칩 1회용 마이크로 펌프를 조작하여 별도의 외부 장비 없이 전혈로부터 혈액 샘플을 획득할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 분리된 혈액 샘플을 미리 준비된 시약과 반응 시키기 위한 반응 수단과 결합하여, 배출구를 통해 분리된 혈액 샘플을 반응 수단에 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 피펫의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 피펫의 단면을 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 피켓의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 펌프의 현미경 사진을 보여주는 도면이다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 펌프의 특성을 보여주는 도면이다.
도 6a 내지 도 6b는 실제로 제작된 스마트 피펫에 의한 혈액 분리 및 전달 과정을 보여주는 도면이다.
도 7a 내지 도 7d는 실제로 제작된 스마트 피펫에 의한 혈액/혈장 분리 특성을 보여주는 도면이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 혈액 분석을 위한 스마트 피펫을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 불구하고 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나, 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.

특히, 본 발명에서는 온 칩 1회용 마이크로 펌프를 이용하여 전혈(whole blood)로부터 혈액 샘플(blood sample)을 추출하고 전달하도록 하나의 주입구(inlet)와 두 개의 배출구(outlets)를 갖는 새로운 스마트 피펫을 제안한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 피펫의 구조를 나타내는 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 피펫(100)은 몸체부(110), 필터부(120), 마이크로 펌프(micro pump)(130), 및 개폐부(140) 등을 포함할 수 있다.

몸체부(110)는 상부 기판과 하부 기판으로 형성되어, 상부 기판과 하부 기판에 의해 하나의 주입구와 두개의 배출구를 연결하는 하나의 미세 채널이 형성될 수 있다.

이러한 미세 채널은 전혈로부터 분리된 혈액 샘플 예컨대, 혈장을 운반하는 역할을 할 수 있다.

또한 미세 채널을 따라 계량 바(metering bar)가 일정한 간격으로 배치될 수 있는데, 이렇게 배치된 계량 바를 이용하여 분리된 혈장의 양을 측정될 수 있다.

필터부(120)는 몸체부(110) 내 상부 기판에 형성된 주입구에 구비되어, 그 상부에 전혈을 제공 받아 제공 받은 전혈로부터 혈장을 추출 또는 분리할 수 있다. 이러한 필터부(120)는 예컨대, 멤브레인 필터(membrane filter) 등이 사용될 수 있다.

마이크로 펌프(130)는 하나의 배출구에 형성되어, 사용자의 조작에 따라 양압 또는 음압을 발생시켜 필터부를 통해 추출된 혈장을 미세 채널에서 이동시킬 수 있다.

예컨대, 마이크로 펌프(130)는 사용자의 손으로 눌려지는 경우 미세 채널 내에서 양압을 발생시키고, 사용자의 손이 떼어지는 경우 음압을 발생시킬 수 있다.

그 일예로, 마이크로 펌프(130)는 사용자에 의해 눌렸다 떼지는 경우 미세 채널에 음압을 발생시켜 발생시킨 음압을 이용하여 필터부의 상부에 놓인 전혈로부터 혈장을 추출하고 추출된 혈장을 배출구 방향으로 이동시킬 수 있다.

다른 예로, 마이크로 펌프(130)는 배출구가 열린 상태에서 사용자에 의해 눌려지는 경우 미세 채널에 양압을 발생시켜 발생시킨 양압을 이용하여 상기 미세 채널 내에 있는 기 추출된 혈장을 다른 배출구를 통해 외부로 배출할 수 있다.

이때, 마이크로 펌프(130)는 탄성력 또는 복원력을 갖는 물질로 형성될 수 있는데, 예컨대, PDMS(Polydimethylsiloxane)로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 마이크로 펌프(130)는 이소프렌 고무, 실리콘 고무, 우레탄 고무, 부타디엔 고무, 스틸렌부타디엔 고무, 아크릴로니티릴부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 부틸 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무, 아크릴 고무, 다황화 고무, 불소 고무, 에피클로로히드린 고무, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등으로 형성될 수 있다.

이러한 마이크로 펌프(130)는 한 개가 구비될 수 있지만, 반드시 이에 한정되지 않고 필요에 따라 다수개가 구비될 수 있다. 예컨대, 다수 개의 마이크로 펌프가 구비되는 경우 미세 채널 내에서 혈장을 순차적으로 이동 시킬 수 있다.

또한, 마이크로 펌프(130)에 의해 형성된 오목한 형상의 공간에는 필터부(120)를 통해 분리된 혈액 샘플과 반응시키기 위한 시약이 구비될 수도 있다.

이러한 시약은 마이크로 펌프 내에 있을 뿐 아니라 미세 채널 내에도 구비될 수 있다.

개폐부(140)는 다른 하나의 배출구에 장착되어, 추출된 혈장을 외부로 전달할 수 있다. 이러한 개폐부(140)로는 배출구에 접착되어 해당 배출구를 닫거나 배출구로부터 탈착되어 해당 배출구를 여는 밀봉 테이프(sealing tape) 등을 사용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 피펫의 단면을 나타내는 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 피펫은 상부 기판과 하부 기판에 의해 하나의 미세 채널이 형성될 수 있는데, 상부 기판의 일측에 미세 채널에 연결되는 하나의 주입구가 형성되고 상부 기판과 하부 기판의 양 끝단 각각에 미세 채널에 연결되는 두 개의 배출구 예컨대, 제1 배출구, 제2 배출구가 형성될 수 있다.

이렇게 형성된 하나의 주입구에는 필터부가 접착제로 접착되어 형성되고, 제1 배출구에는 마이크로 펌프가 형성되며, 제2 배출구에는 개폐부가 형성될 수 있다.

이때, 주입구는 외부에서 혈액을 주입 받을 수 있도록 위를 향하도록 형성되고, 제1 배출구도 마이크로 펌프의 용이한 조작을 위해 위를 향하도록 형성될 수 있다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 피켓의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 3a를 참조하면, 개폐부가 부착되어 제2 배출구가 닫힌 상태에서 사용자의 손가락에 의해 마이크로 펌프가 눌려지는 경우 필터부의 상부에 혈액을 제공받을 수 있다.

도 3b를 참조하면, 개폐부가 부착되어 제2 배출구가 닫힌 상태에서 혈액을 제공 받은 후, 사용자의 손가락을 떼면 눌려졌던 마이크로 펌프가 원래의 형태로 복원되면서 음압을 발생시켜 발생시킨 음압이 필터부의 상부에 놓인 혈액에 적용될 수 있다.

이렇게 발생된 음압에 의해 필터부의 상부에 놓인 혈액이 필터부를 통과하게 되는데, 적혈구는 필터부에 의해 차단되고, 혈장이 분리되어 필터부를 통과하게 된다.

이렇게 분리된 혈장은 미세 채널을 통해 제1 배출구 방향으로 이동될 수 있다.

도 3c를 참조하면, 개폐부가 탈착되어 제2 배출구가 열린 상태에서 사용자의 손가락에 의해 다시 눌려지는 경우 미세 채널에 양압을 발생시켜 발생시킨 양압에 의해 미세 채널 내에 있는 혈장을 제2 배출구를 통해 외부로 배출할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 피펫을 실제로 제작하여 실험하는 과정을 설명한다.

탄성 마이크로 펌프는 단순히 딱딱한 금형에 PDMS 혼합물을 주입하여 제작하였다. 주형은 종래의 리소그래피 공정에 의해 제조한다. 금형의 제조를 위해, 시중에서 판매하는 감광성 폴리머 코팅된 플레이트(QS170F, TOYOBO CO., LTD., 일본)가 UV 광에 의해 노출된 후에, 포토폴리머 프로세서(A-4, TOTYBO CO., LTD., 일본) 내에서 현상되고, 플레이트의 경화를 위해 UV에 후노광 된다.

PDMS 혼합물을 만들기 위해, 경화제 및 실가드(Sylgard) 184 (듀퐁, 미국)가 1:10의 비율로 혼합되었다. 혼합한 후, PDMS 혼합물을 교반하는 동안 발생하는 기포를 제거하기 위해 진공 챔버 내에 PDMS를 배치한다. 이어서, PDMS를 금형에 붓고, 실온에서 72 시간 동안 경화시킨다. 제조된 PDMS 마이크로 펌프는 투명하고, 용액을 펌핑하는 복원력을 제공하는 우수한 기계적 탄성을 가지고 있다.

이러한 마이크로 펌프의 치수적 효과를 분석하기 위해, 620 ㎛, 680 ㎛ 및 780 ㎛의 다양한 높이의 펌프를 제조하고, 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm 및 5 mm의 직경이 되도록 설계한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 펌프의 현미경 사진을 보여주는 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 감광성 중합체의 측벽을 고정된 기울기로 현상하기 때문에 마이크로 펌프는 현미경 이미지와 같이 사다리꼴 형상의 단면을 가지고 있다.

미세 채널은 레이저 커터를 이용하여 PMMA(폴리메타크릴산 메틸, poly(methyl methacrylate)) 기판에 패터닝 된다. 채널은 500㎛ 깊이, 2mm 폭, 및 80nm 길의 크기로 구현된다. PMMA 기판 상의 주입구와 배출구로서 채널 패턴과 홀들을 새긴 후, 미세 채널을 구현하기 위해 패터닝된 기판은 빈 PMMA 기판과 열 융합되어 결합된다. 핫 프레스(Qmesys, 한국)를 이용하여, 5분 동안 100℃의 결합 온도에서 2.5 바의 압력이 PMMA 기판에 적용된다. 마지막으로, 제조된 PDMS 마이크로 펌프는 빠르게 건조하는 슈퍼 접착제(Toolspia, 한국)를 적용하여 PMMA 미세 채널에 부착된다.

개발된 마이크로 펌프의 성능을 분석하기 위해, 1mM 농도의 적색 염료와 혼합된 수용액이 준비된다.

혈액 샘플을 준비하는 동안 혈액 필터(Vivid 혈장 분리막, PALL, USA)는 2mm 폭을 갖는 양면 테이프(금성 K&T, 한국)를 이용하여 PMMA 미세 채널에 부착된다. 전혈로부터 혈장을 분리하는 것에 대한 필터 크기의 영향을 나타내기 위해, 혈액 필터는 1㎠, 2㎠, 3㎠ 및 4㎠의 다양한 크기의 정사각형으로 절단된다. 준비된 양면 테이프를 이용하여 준비된 필터는 PMMA 미세 채널의 주입구에 이음매 없이 부착된다. 접착 테이프(3M, USA)는 혈장을 추출하는 동안 누수를 방지하기 위해 제2 배출구에 부착된다. 혈장이 확보된 후, 제2 배출구에 부착된 접착 테이브는 미세 채널로부터 조심스럽게 분리된다.

도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 펌프의 특성을 보여주는 도면이다.

도 5a를 참조하면, 샘플의 부피가 마이크로 펌프의 공동(cavity)의 부피와 선형적으로 증가하는 것을 보여준다. 마이크로 펌프의 부피를 조사하기 위해, 마이크로 펌프의 단면을 현미경으로 관찰한다. 다음에, 마이크로 펌프의 높이와 폭을 측정하여 부피를 산출한다.

예컨대, 그래프의 기울기가 대략 1이고, 마이크로 펌프가 원래 부피와 동일한 양으로 액체를 끌어 당기는 것을 설명한다. 미세 채널에 끌려진 액체의 부피와 마이크로 펌프의 부피 사이에 강한 선형적 관계가 있기 때문에 마이크로 펌프는 샘플 용액의 정량의 부피를 추출하기 위해 설계될 수 있다. 특정 어플리케이션을 위한 다양한 부피를 설계함으로서, 마이크로 펌프는 비싼 피펫을 저렴하게 대체하는 정교한 디스펜서(dispenser)로서 이용될 수 있다.

도 5b를 참조하면, 펌핑 부피는 마이크로 펌프로부터 손가락 힘을 해제하면 바로 빠르게 증가한다. 펌프의 구조가 복원되면서 탄성 복원력에 의한 흡입 압력은 감소하고, 액체의 흡입량은 최종적으로 포화된다. 마이크로 펌프의 부피에 따라 특정 위치에서 용액이 정지하기 때문에, 미세 채널 내의 용액의 이동은 마이크로 밸브 없이 제어될 수 있다.

기능적 LOC로서 개발된 마이크로 펌프를 이용하는 스마트 피펫을 실현하기 위해, 마이크로 펌프는 45%의 헤마토크리트로 인간의 전혈로부터 혈장을 분리하도록 적용된다.

도 6a 내지 도 6b는 실제로 제작된 스마트 피펫에 의한 혈액 분리 및 전달 과정을 보여주는 도면이다.

도 4a를 참조하면 테이프가 배출구에 접착된 상태에서 전혈로부터 혈장이 분리되어 분리된 혈장이 미세 채널 내에 있는 것을 보여주고 있고, 도 4b를 참조하면 테이프가 배출구로부터 탈착된 상태에서 분리된 혈장을 외부로 배출하는 것을 보여주고 있다.

공급된 혈액의 양과 필터 크기에 대해 분리 성능을 비교하기 위해, 분리 시간은 모든 실험에 대해 3분으로 설정된다.

도 7a 내지 도 7d는 실제로 제작된 스마트 피펫에 의한 혈액/혈장 분리 특성을 보여주는 도면이다.

도 7a를 참조하면, 전혈 100 2cm² 필터 적하될 때 시간에 따른 분리된 혈장의 움직임을 도시하고 있다. 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 마이크로 펌프로부터 힘을 해제한 후, 혈장 분리는 즉시 시작된다. 분리 과정에서, 필터 구멍이 RBC에 의해 막히기 때문에 분리 속도는 점차 느려진다. 개발된 장치에 의한 혈액/혈장 분리 성능은 적하된 혈액 부피와 혈액 필터의 크기로 또한 나타낼 수 있다. 미세 채널의 주입구에 1㎠, 2㎠, 3㎠ 및 4㎠의 크기를 갖는 정사각형 형상의 혈액 필터를 부착한 후, 혈장의 분리된 양은 제공된 혈액의 다양한 부피로 측정된다.

도 7b를 참조하면, 분리된 혈장의 양은 적용된 혈액의 양에 따라 증가한다. 과도한 혈액 부피가 공급되는 경우 분리된 혈장 부피는 더 이상 증가하지 않는다. 이 결과는 각 혈액 필터의 크기를 위해 이용할 수 있는 최적의 혈액 양은 혈액/혈장 분리의 효율을 최대화한다는 것을 증명한다.

부착된 혈액 필터의 크기 또한 전혈로부터 혈장을 분리하는 효율에 영향을 미친다.

도 7c를 참조하면, 필터 크기가 제공된 혈액의 양과 비교하여 너무 큰 경우 분리된 혈장의 양은 감소되는 것을 보여준다. 혈액 필터가 과도한 크기인 경우 필터의 친수성 때문에 필터에 흡수되고 미세 채널에서 입수되지 않는다. 이러한 결과를 토대로, 적절한 필터 크기와 요구되는 혈액의 양이 각 장치의 세부 사양에 따라 최적으로 설계되어야 한다.

도 7d를 참조하면, 2㎠ 필터에 다양한 레벨의 헤마토크리트(hematocrit)로 100㎕의 혈액 샘플을 적용한 후에 필터링된 혈장의 부피가 측정된다. 예상한 바와 같이, 분리된 혈장의 양은 헤마토크리트의 증가에 따라 감소한다. 게다가 헤마토크리트 효과의 추가적인 검사를 위해, 분리 효율은 헤마토크리트에 따라 계산된다. 본 발명에서, 혈장의 분리 효율은 다음의 [수학식 1]과 같이 정의된다.

[수학식 1]

분리 효율(η) = (분리된 혈장의 부피/공급된 혈장의 부피) × 100

분리된 혈장의 양은 필터에 남은 혈장을 뺀 공급된 혈장의 부피일 수 있다. 필터에 남은 혈장의 부피는 혈장의 완전한 추출 후에 유사하기 때문에 분리 효율은 헤모토크리트 차이와 관계없이 동일하다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 피펫의 구조를 나타내는 도면이다.

도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 피펫(800)은 몸체부(810), 필터부(820), 및 마이크로 펌프(micro pump)(830) 등을 포함할 수 있다. 이러한 스마트 피펫(800)은 도 1에서 설명된 스마트 피펫(100)이 미세 채널에 음압을 발생시켜 그 발생시킨 음압을 이용하여 혈액으로부터 혈액 샘플을 분리하는 것과는 다르게, 음압을 발생시키지 않고 모세관 현상을 이용하여 혈액 샘플을 분리할 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 피펫의 단면을 나타내는 도면이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 피펫은 모세관 현상을 이용하여 혈액으로부터 혈액 샘플을 분리하기 위해 도 1의 필터부(120)보다 크기가 큰 필터부(820)가 형성되는데, 미세 채널의 거의 대부분의 영역에 걸쳐 형성될 수 있다.

도 10a 내지 도 10b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 피켓의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 10a을 참조하면, 혈액을 제공 받은 후, 모세관 현상에 의해 필터부의 상부에 놓인 혈액이 필터부를 통과하게 되는데, 적혈구는 필터부에 의해 차단되고, 혈장이 분리되어 필터부를 통과하게 된다.

도 10b를 참조하면, 사용자의 손가락에 의해 눌려지는 경우 미세 채널에 양압을 발생시켜 발생시킨 양압에 의해 미세 채널 내에 있는 혈장을 배출구를 통해 외부로 배출할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 피펫의 적용 예를 보여주는 도면이다.

도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 피켓(800)은 모세관 현상을 이용하여 분리된 혈액 샘플을 미리 준비된 시약과 반응시키기 위한 반응 수단(900)에 결합 및 탈착 시킬 수 있다.

따라서 스마트 피켓(800)은 모세관 현상을 이용하여 분리된 혈액 샘플을 반응 수단(900)으로 배출함으로써 결합된 반응 수단(900) 내 시약과 반응시킬 수 있다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.

이상에서 설명한 실시예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 몸체부
120: 필터부
130: 마이크로 펌프
140: 개폐부

Claims (10)

1. 하나의 주입구와 두개의 배출구를 연결하는 하나의 미세 채널이 형성된 몸체부;
   상기 주입구에 형성되어, 제공 받은 전혈로부터 혈액 샘플을 추출하는 필터부;
   하나의 제1 배출구에 형성되어, 사용자의 조작에 따라 양압 또는 음압을 발생시켜 상기 필터부를 통해 추출된 혈액 샘플을 상기 미세 채널에서 이동시키는 마이크로 펌프; 및
   다른 하나의 제2 배출구에 장착되어, 상기 추출된 혈액 샘플을 외부로 전달하는 개폐부;
   를 포함하는 혈액 분석을 위한 스마트 피펫.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 몸체부는,
   하부 기판과 상부 기판 사이에 하나의 미세 채널이 형성되어, 상기 상부 기판의 일측에 상기 미세 채널에 연결되는 하나의 주입구가 형성되고,
   상기 하부 기판과 상기 상부 기판의 양 끝단 각각에 상기 미세 채널에 연결되는 두 개의 배출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 혈액 분석을 위한 스마트 피펫.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 마이크로 펌프는,
   상기 제2 배출구가 닫힌 상태에서 사용자에 의해 눌렸다 떼지는 경우 상기 미세 채널에 음압을 발생시켜 발생시킨 상기 음압을 이용하여 상기 필터부의 상부에 놓인 전혈로부터 혈액 샘플을 추출하고 추출된 상기 혈액 샘플을 상기 제1 배출구 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 혈액 분석을 위한 스마트 피펫.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 마이크로 펌프는,
   상기 제2 배출구가 열린 상태에서 사용자에 의해 눌려지는 경우 상기 미세 채널에 양압을 발생시켜 발생시킨 상기 양압을 이용하여 상기 추출된 혈액 샘플을 상기 제2 배출구를 통해 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 혈액 분석을 위한 스마트 피펫.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 마이크로 펌프는,
   상기 제1 배출구에 형성되되, 공간을 형성하도록 내부가 오목한 형상으로 형성되고,
   상기 공간을 형성하는 오목한 형상의 높이 또는 직경에 따라 상기 필터부로부터 추출되는 혈액 샘플의 양이 조절되는 것을 특징으로 하는 혈액 분석을 위한 스마트 피펫.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 마이크로 펌프는,
   탄성력을 갖는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 혈액 분석을 위한 스마트 피펫.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 마이크로 펌프는, 상기 추출된 혈액 샘플과 반응시키기 위한 기 설정된 시약을 그 내부의 일측에 포함하는 것을 특징으로 하는 혈액 분석을 위한 스마트 피펫.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 개폐부는,
   상기 제2 배출구에 접착되어 제2 배출구를 닫거나 상기 제2 배출구로부터 탈착되어 상기 제2 배출구를 여는 테이프인 것을 특징으로 하는 혈액 분석을 위한 스마트 피펫.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 미세 채널은,
   상기 몸체부 내에 형성되되, 상기 주입구, 상기 제1 배출구, 제2 배출구를 모두 연결하도록 직선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 혈액 분석을 위한 스마트 피펫.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 미세 채널은, 상기 추출된 혈액 샘플과 반응시키기 위한 기 설정된 시약을 그 내부의 일측에 포함하는 것을 특징으로 하는 혈액 분석을 위한 스마트 피펫.

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