KR20200074832A - Sample Concentration and Separation Device by Controlling Speed and Position of Sample in Microchannel - Google Patents

Sample Concentration and Separation Device by Controlling Speed and Position of Sample in Microchannel Download PDF

Info

Publication number
KR20200074832A
KR20200074832A KR1020190072709A KR20190072709A KR20200074832A KR 20200074832 A KR20200074832 A KR 20200074832A KR 1020190072709 A KR1020190072709 A KR 1020190072709A KR 20190072709 A KR20190072709 A KR 20190072709A KR 20200074832 A KR20200074832 A KR 20200074832A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sample
channel
exchange membrane
analyte
ion exchange
Prior art date
Application number
KR1020190072709A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102207848B1 (en
Inventor
이정훈
유용경
김천중
이준우
김혜린
한성일
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
Publication of KR20200074832A publication Critical patent/KR20200074832A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102207848B1 publication Critical patent/KR102207848B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/40Concentrating samples
    • G01N1/4005Concentrating samples by transferring a selected component through a membrane
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5023Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures with a sample being transported to, and subsequently stored in an absorbent for analysis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502753Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by bulk separation arrangements on lab-on-a-chip devices, e.g. for filtration or centrifugation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54366Apparatus specially adapted for solid-phase testing
    • G01N33/54386Analytical elements
    • G01N33/54387Immunochromatographic test strips
    • G01N33/54388Immunochromatographic test strips based on lateral flow
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/558Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor using diffusion or migration of antigen or antibody
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • B01L2200/0652Sorting or classification of particles or molecules
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/06Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0681Filter
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/40Concentrating samples
    • G01N1/4005Concentrating samples by transferring a selected component through a membrane
    • G01N2001/4011Concentrating samples by transferring a selected component through a membrane being a ion-exchange membrane

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

The present embodiments provide a sample concentrating and separating apparatus. The sample concentrating and separating apparatus of the present invention attaches an ion exchange membrane to a channel having micropores along the moving direction of an analyte and controls a movement speed of the analyte, and a detection unit is positioned near the ion exchange membrane. Therefore, the analyte is highly concentrated and separated even without application of an electric field. The sample concentrating and separating apparatus includes the channel and the ion exchange membrane.

Description

마이크로채널내의 생체 시료 속도 및 위치제어를 통한 샘플 농축 및 분리 장치 {Sample Concentration and Separation Device by Controlling Speed and Position of Sample in Microchannel}{Sample Concentration and Separation Device by Controlling Speed and Position of Sample in Microchannel}

본 발명이 속하는 기술 분야는 샘플 농축 및 분리 장치에 관한 것이다.The technical field to which the present invention pertains relates to a sample concentration and separation device.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information for this embodiment, and do not constitute a prior art.

현대 의학은 단순하게 수명을 연장하는 것이 아니라, 건강하게 오래 사는 건강수명의 연장을 실현하는 것을 목적으로 한다. 따라서 미래의학은 치료의학 중심이 아니라, 예방의학(Preventive Medicine), 예측의학(Predictive Medicine), 맞춤의학(Personalized Medicine)의 3P를 구현하는 것으로 패러다임이 변화하고 있다. 이를 구체적으로 실현하기 위해서는 질병의 조기발견 및 조기 치료 등이 매우 중요한 수단이 되고 있으며, 이를 위한 수단으로서 바이오마커(Biomarker)에 대한 연구가 매우 활발하게 이루어지고 있다.Modern medicine aims not to simply extend the lifespan, but also to extend the lifespan of healthy and long-lived health. Therefore, the paradigm is changing, as the future medicine is not centered on therapeutic medicine, but is implementing 3P of preventive medicine, predictive medicine, and personalized medicine. In order to realize this in detail, early detection and early treatment of diseases have become very important means, and as a means for this, research on biomarkers has been actively conducted.

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.Biomarkers are markers that can distinguish normal or pathological conditions, predict treatment responses, and measure objectively. In biomarkers, nucleic acids (DNA, RNA), proteins, fats, metabolites, and changes in their patterns are used. That is, from simple substances such as blood glucose for the diagnosis of diabetes to genes such as BCR-ABL gene fusion of chronic myelogenous leukemia, which is a therapeutic target of Gleevec, all are biomarkers and are biomarkers that are actually used in clinical practice.

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. 핵산 또는 단백질을 검출하는 대표적인 방법은 크로마토그래피 방식을 이용한 측방 유동 분석 방법이다. 이러한 측방 유동 분석 방법은 임신 진단 등 다양한 분야에 사용되고 있다.Analysis of nucleic acids or proteins can determine the degree of disease expression and progression. Techniques and devices for protein analysis have a problem in that it is difficult to manufacture devices by using nanotechnology and are relatively expensive to be widely used. In addition, there is a disadvantage in that a high-sensitivity sensor is required in a protein analysis device, or accurate analysis is difficult with a small sample. A typical method for detecting nucleic acids or proteins is a lateral flow analysis method using a chromatography method. This lateral flow analysis method is used in various fields such as pregnancy diagnosis.

임신 진단 키트는 융모선 성선자극호르몬(HCG)에 결합하는 단일 클론 항체를 이용한다. HCG에만 반응하는 단일 클론 항체인 HCG 항체에 발색 물질을 부착한다. 소변 속의 HCG가 임신 진단 키트의 HCG 항체와 결합한 후 이동하다가 임신 표시 창에서는 HCG 복합체 및 HCG에 결합하는 항체가 결합하여 붉은색 띠가 나타나고, 검사 종료 창에서는 발색 물질을 부착된 HCG 항체 및 HCG 항체에 결합하는 항체가 결합하여 붉은 색 띠가 나타난다. Pregnancy diagnostic kits use monoclonal antibodies that bind chorionic gonadotropin (HCG). A chromogen is attached to the HCG antibody, which is a monoclonal antibody that responds only to HCG. The HCG in the urine moves after binding with the HCG antibody of the pregnancy diagnostic kit, and then the HCG complex and the antibody that binds to HCG bind in the pregnancy display window, and a red band appears. Antibodies that bind to bind red bands.

HCG는 보통 농도가 높아서 감지가 용이하나, 다른 바이오마커들은 농도가 낮아서 검출이 곤란한 문제가 있다.HCG usually has a high concentration, so it is easy to detect, but other biomarkers have a low concentration, which makes it difficult to detect.

도 1은 수용부(120)에 이온 교환막(124)이 부착된 측방 유동 분석 스트립을 예시한 도면이다. 농축 키트(122)는 수용부(120)에 부착된다. 수용부에 부착된 이온 교환막에 전원(126)을 통해 전계를 인가할 때, 특정 분석물이 수용부(120)의 중간 지점에서 농축된다. 도 1에 도시된 수용부에 부착된 이온 교환막을 통하여 분석물을 고농도로 농축하기 위해서는 반드시 전계를 인가해야 한다.1 is a diagram illustrating a lateral flow analysis strip to which the ion exchange membrane 124 is attached to the receiving portion 120. Concentration kit 122 is attached to the receiving portion 120. When an electric field is applied through the power source 126 to the ion exchange membrane attached to the receiving portion, a specific analyte is concentrated at an intermediate point of the receiving portion 120. An electric field must be applied to concentrate the analyte at a high concentration through the ion exchange membrane attached to the receiving portion shown in FIG. 1.

한국공개특허 제10-2018-0056342호 (2018.05.28 공개)Korean Open Patent No. 10-2018-0056342 (published May 28, 2018)

본 발명의 실시예들은 미세 기공을 갖는 채널에 분석물의 이동 방향을 따라 이온 교환막을 부착함으로써, 전계를 인가하지 않고도 분석물을 10배 이상에 가깝게 농축하고 분석물을 분리하는 데 발명의 주된 목적이 있다.Embodiments of the present invention, by attaching the ion exchange membrane along the direction of movement of the analyte in a channel having micropores, the main object of the invention is to concentrate the analyte nearly 10 times or more and separate the analyte without applying an electric field. have.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other unspecified objects of the present invention may be further considered within a range that can be easily deduced from the following detailed description and its effects.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 샘플 내의 분석물을 측정하는 샘플 농축 및 분리 장치에 있어서, 미세 기공을 갖고 상기 분석물을 이동시키는 채널; 및 상기 채널에 부착되며 상기 분석물이 이동하는 방향을 따라 기 설정된 길이를 갖는 이온 교환막을 포함하는 샘플 농축 및 분리 장치를 제공한다.According to an aspect of the present embodiment, a sample concentration and separation device for measuring an analyte in a sample, comprising: a channel for moving the analyte with fine pores; And an ion exchange membrane attached to the channel and having a predetermined length along a direction in which the analyte moves.

상기 샘플 농축 및 분리 장치는 상기 이온 교환막으로부터 기 설정된 거리에 위치하고 상기 채널에 부착되며, 상기 이온 교환막에 의해 농축된 분석물을 검출하는 검출부를 포함할 수 있다.The sample concentration and separation device may be located at a predetermined distance from the ion exchange membrane and attached to the channel, and may include a detection unit that detects an analyte concentrated by the ion exchange membrane.

상기 이온 교환막이 상기 채널에 맞닿은 영역에 디플리션 힘 및 공핍 영역을 형성하여 상기 분석물이 통과할 상기 채널의 단면적을 감소시키고, 시간이 지남에 따라 상기 분석물의 이동 속도를 감소시킬 수 있다.A depletion force and a depletion region are formed in a region where the ion exchange membrane is in contact with the channel to reduce a cross-sectional area of the channel through which the analyte will pass, and the analyte moving speed can be reduced over time.

상기 채널의 미세 기공을 통과하면서 상기 분석물의 이동 속도가 지연되는 현상과 상기 채널에 부착된 상기 이온 교환막에 의한 디플리션 힘(Depletion Force)이 상호 작용하여, 상기 이온 교환막이 부착된 위치에 수직한 지점 또는 상기 수직한 지점의 인접 영역에서 상기 분석물이 농축될 수 있다.The phenomenon in which the movement speed of the analyte is delayed while passing through the micropores of the channel and the depletion force caused by the ion exchange membrane attached to the channel interact, perpendicular to the position where the ion exchange membrane is attached. The analyte can be concentrated at one point or at a region adjacent to the vertical point.

상기 이온 교환막이 부착된 상기 채널의 미세 기공의 크기가 작아져서, 상기 작아진 미세 기공의 크기보다 작은 크기를 갖는 제1 분석물은 통과하고, 상기 작아진 미세 기공의 크기보다 큰 크기를 갖는 제2 분석물은 통과하지 못하여, 상기 분석물이 분리될 수 있다.The size of the micropores in the channel to which the ion exchange membrane is attached is reduced, so that the first analyte having a size smaller than the size of the reduced micropores passes through and the agent having a size larger than the size of the reduced micropores 2 As the analyte does not pass, the analyte may be separated.

상기 이온 교환막은 상기 채널이 연장되는 방향을 따라 기 설정된 길이를 갖도록 길게 배치되며, 상기 길이, 두께, 폭, 또는 이들의 조합을 조절하여 상기 디플리션 힘 및 공핍 영역의 크기를 제어할 수 있다.The ion exchange membrane is arranged to have a predetermined length along the direction in which the channel extends, and the length, thickness, width, or combination thereof can be adjusted to control the size of the depletion force and depletion region. .

상기 샘플 내에서 계면활성제의 유무에 따라 상기 채널에서 상기 분석물이 농축되는 위치가 변경될 수 있다.The location in which the analyte is concentrated in the channel may be changed depending on the presence or absence of a surfactant in the sample.

상기 이온 교환막의 극성에 따라 수소 이온 농도가 설정된 완충 용액을 이용하여 상기 채널을 이동하는 상기 분석물의 수소 이온 농도(pH)를 기 설정된 범위 내로 조절할 수 있다.The hydrogen ion concentration (pH) of the analyte moving the channel may be adjusted within a predetermined range using a buffer solution having a hydrogen ion concentration set according to the polarity of the ion exchange membrane.

상기 이온 교환막은 양이온 교환막(Cation Exchange Membrane, CEM) 및 음이온 교환막(Anion Exchange Membrane, AEM)을 모두 포함하고, 상기 양이온 교환막과 상기 음이온 교환막을 접촉하거나 이격하여 배치함으로써, 상기 채널을 이동하는 분석물의 수소 이온 농도(pH)를 기 설정된 범위 내로 조절할 수 있다.The ion exchange membrane includes both a cation exchange membrane (CEM) and an anion exchange membrane (AEM), and an analyte moving the channel by contacting or spaced apart the cation exchange membrane and the anion exchange membrane The hydrogen ion concentration (pH) can be adjusted within a predetermined range.

상기 채널에 연결되며, 상기 분석물과 결합하여 복합체를 형성하는 탐지자 및 표시자를 결합시킨 결합체를 포함하는 컨쥬게이트부를 포함할 수 있다.It may be connected to the channel, and may include a conjugate portion including a conjugate that combines a detector and an indicator to form a complex by binding with the analyte.

상기 검출부는 상기 복합체를 포획하는 제1 포획자를 포함할 수 있다.The detection unit may include a first capturer that captures the complex.

상기 채널은 상기 복합체를 형성하지 못한 상기 결합체 또는 상기 탐지자를 포획하는 제2 포획자를 포함하는 대조부를 포함할 수 있다.The channel may include a control portion including the conjugate that does not form the complex or the second trapper that captures the detector.

상기 이온 교환막은 상기 컨쥬게이트부를 걸쳐서 부착될 수 있다.The ion exchange membrane may be attached over the conjugate portion.

상기 이온 교환막은 상기 채널의 상단, 하단, 측면, 또는 이들의 조합된 위치에 부착될 수 있다.The ion exchange membrane can be attached to the top, bottom, side, or combined positions of the channels.

상기 이온 교환막의 개수는 복수이고, 상기 복수의 상기 이온 교환막은 지그재그로 배치되거나 적층 구조로 형성될 수 있다.The number of ion exchange membranes is plural, and the plurality of ion exchange membranes may be arranged in a zigzag manner or formed in a stacked structure.

상기 이온 교환막과 상기 채널 사이에 농축 위치 조절부가 위치할 수 있다.A concentration position controller may be positioned between the ion exchange membrane and the channel.

상기 채널은 (i) 직선 구간, (ii) 곡선 구간, (iii) 'v' 형상 또는 'ㄱ' 형상을 포함하는 꺽인 구간, (iv) 높낮이가 상이한 경사 구간, (v) 'X' 형상을 포함하는 교차 구간, (vi) 'Y' 형상을 포함하는 분기 구간, (vii) 복수의 채널이 레이어된 적층 구간, (viii) 상 채널과 하 채널이 비아로 연결된 관통 구간, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The channel may include (i) a straight section, (ii) a curved section, (iii) a'v' shape or a curved section including a'a' shape, (iv) a slope section with different heights, and (v) a'X' shape. Intersecting section comprising, (vi) a branching section containing a'Y' shape, (vii) a stacking section in which a plurality of channels are layered, (viii) a through section in which upper and lower channels are connected via vias, or a combination thereof. It can contain.

상기 샘플이 유입되는 통로인 유입부 및 상기 샘플이 유출되는 통로인 유출부를 추가로 포함할 수 있다.The sample may further include an inlet that is a passage through which the sample flows and an outlet that is a passage through which the sample flows.

상기 채널에 연결되어 상기 샘플을 수용하는 공간을 갖는 수용부를 추가로 포함할 수 있다.It may be further connected to the channel receiving portion having a space for receiving the sample.

상기 채널에 연결되어, 모세관 현상에 의해 상기 샘플을 흡수하는 흡수부를 추가로 포함할 수 있다.Connected to the channel, it may further include an absorber for absorbing the sample by capillary action.

상기 샘플 농축 및 분리 장치는 측방 유동 어레이 또는 마이크로플루이딕 칩으로 구현될 수 있다.The sample concentration and separation device may be implemented as a lateral flow array or microfluidic chip.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 미세 기공을 갖는 채널에 분석물의 이동 방향을 따라 이온 교환막을 부착하고, 채널에 형성된 검출부에 이온 교환막을 위치시킴으로써, 전계를 인가하지 않고도 분석물을 고농축하고 분리할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to embodiments of the present invention, by attaching the ion exchange membrane along the direction of movement of the analyte to a channel having micropores, and placing the ion exchange membrane on the detection portion formed in the channel, an analyte without applying an electric field It has the effect of being highly concentrated and separable.

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.Even the effects not explicitly mentioned herein, the effects described in the following specification expected by the technical features of the present invention and the potential effects thereof are treated as described in the present specification.

도 1은 수용부에 이온 교환막이 부착된 측방 유동 분석 스트립을 예시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시예들에 따른 샘플 농축 및 분리 장치에서 채널에 이온 교환막이 부착된 구조를 예시한 도면이다.
도 3 내지 도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 샘플 농축 및 분리 장치를 예시한 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 샘플 농축 및 분리 장치에서 분석물이 농축되어 이동하는 원리를 예시한 도면이다.
도 13a, 도 13b, 도 14, 및 도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 샘플 농축 및 분리 장치를 이용하여 분석물을 농축한 결과를 예시한 도면이다.
1 is a view illustrating an lateral flow analysis strip having an ion exchange membrane attached to a receiving portion.
2A to 2F are views illustrating a structure in which an ion exchange membrane is attached to a channel in a sample concentration and separation device according to embodiments of the present invention.
3 to 10 are diagrams illustrating a sample concentration and separation device according to embodiments of the present invention.
11 and 12 are diagrams illustrating a principle in which an analyte is concentrated and moved in a sample concentration and separation device according to embodiments of the present invention.
13A, 13B, 14, and 15 are diagrams illustrating the results of concentrating an analyte using a sample concentration and separation device according to embodiments of the present invention.

이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.Hereinafter, when it is determined that the subject matter of the present invention may be unnecessarily obscured by those skilled in the art with respect to known functions related to the present invention, the detailed description thereof will be omitted, and some embodiments of the present invention will be described. It will be described in detail through exemplary drawings.

본 실시예에 따른 샘플 농축 및 분리 장치는 채널과 이온 교환막을 포함하는 구조로 구현될 수 있고, 측방 유동 어레이 또는 마이크로플루이딕 칩 등으로 제품화될 수 있다. 샘플 농축 및 분리 장치는 샘플이 미세 채널로 들어보면 압력 또는 중력 등의 물리적인 힘, 기계적인 또는 전기적 동력 등을 이용하여 샘플 또는 샘플 내의 분석물을 이동시킨다.The sample concentration and separation device according to the present embodiment may be implemented as a structure including a channel and an ion exchange membrane, and may be commercialized as a lateral flow array or a microfluidic chip. The sample concentration and separation device moves a sample or an analyte in a sample using a physical force such as pressure or gravity, mechanical or electrical power when the sample enters the microchannel.

샘플 농축 및 분리 장치는 채널, 이온 교환막, 및 검출부를 포함한다. 채널은 지지대에 연결될 수 있다. 샘플 농축 및 분리 장치는 보호 케이스 등을 추가로 포함할 수 있다. 이온 교환막은 채널에 부착된다. 채널에 양이온 교환막과 음이온 교환막이 모두 부착될 수 있다. The sample concentration and separation device includes a channel, an ion exchange membrane, and a detection unit. The channel can be connected to the support. The sample concentration and separation device may further include a protective case or the like. The ion exchange membrane is attached to the channel. Both a cation exchange membrane and an anion exchange membrane can be attached to the channel.

검출부는 이온 교환막으로부터 기 설정된 거리에 위치하고 채널에 부착되며, 이온 교환막에 의해 농축된 분석물을 검출한다. 검출부는 이온 교환막이 부착된 위치로부터 이격되어 채널에 부착될 수 있다. 이온 교환막과 검출부는 채널을 기준으로 상호 대향하는 위치에 부착될 수 있다. 샘플 농축 및 분리 장치는 이온 교환막으로 분석물의 농축 지점 또는 농축 영역의 위치를 조절하고, 농축 지점 또는 농축 영역에 검출부를 위치시킨다.The detection unit is located at a predetermined distance from the ion exchange membrane, is attached to the channel, and detects the analyte concentrated by the ion exchange membrane. The detector may be attached to the channel spaced apart from the position where the ion exchange membrane is attached. The ion exchange membrane and the detection unit may be attached at positions opposite to each other based on the channel. The sample concentration and separation device adjusts the position of the concentration point or concentration area of the analyte with an ion exchange membrane, and positions the detection unit at the concentration point or concentration area.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시예들에 따른 채널에 이온 교환막이 부착된 샘플 농축 및 분리 장치가 구현된 측방 유동 분석 스트립을 예시한 도면이다.2A to 2F are diagrams illustrating a lateral flow analysis strip in which a sample concentration and separation device having an ion exchange membrane attached to a channel according to embodiments of the present invention is implemented.

채널은 (i) 직선 구간, (ii) 곡선 구간, (iii) 'v' 형상 또는 'ㄱ' 형상을 포함하는 꺽인 구간, (iv) 높낮이가 상이한 경사 구간, (v) 'X' 형상을 포함하는 교차 구간, (vi) 'Y' 형상을 포함하는 분기 구간, (vii) 복수의 채널이 레이어된 적층 구간, (viii) 상 채널과 하 채널이 비아로 연결된 관통 구간, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The channel includes (i) a straight section, (ii) a curved section, (iii) a'v' shape or a bent section comprising a'a' shape, (iv) a slope section with different heights, and (v) a'X' shape. Intersecting section, (vi) a branch section including a'Y' shape, (vii) a stacked section in which a plurality of channels are layered, (viii) a through section in which upper and lower channels are connected via vias, or a combination thereof can do.

도 2a를 참조하면, 샘플 농축 및 분리 장치는 채널(100), 이온 교환막(200), 및 검출부(140)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2A, the sample concentration and separation device may include a channel 100, an ion exchange membrane 200, and a detector 140.

채널(100)의 일단은 유입부(101)를 포함할 수 있고, 채널(100)의 타단은 유출부(102)를 포함할 수 있다. 유입부(10)는 샘플이 유입되는 통로이고, 유출부(102)는 샘플이 유출되는 통로이다. 유입부(10)부터 유출부(102)로 유체가 이동한다. 유입부(101)는 깔대기 형상으로 형성될 수 있다.One end of the channel 100 may include an inlet 101, and the other end of the channel 100 may include an outlet 102. The inlet portion 10 is a passage through which the sample flows, and the outlet portion 102 is a passage through which the sample flows. The fluid moves from the inlet 10 to the outlet 102. The inlet portion 101 may be formed in a funnel shape.

도 2b를 참조하면, 샘플 농축 및 분리 장치는 수용부(120), 컨쥬게이트부(130), 채널(100), 이온 교환막(200), 및 흡수부(170)를 포함할 수 있다. 유입부(101)은 수용부(120)에 형성될 수 있고, 유출부(102)는 흡수부(170)에 형성될 수 있다.Referring to FIG. 2B, the sample concentration and separation device may include a receiving part 120, a conjugate part 130, a channel 100, an ion exchange membrane 200, and an absorbing part 170. The inlet portion 101 may be formed in the receiving portion 120, and the outlet portion 102 may be formed in the absorbing portion 170.

지지대(110)에 수용부(120), 컨쥬게이트부(130), 채널(100), 및 흡수부(160)가 고정될 수 있고, 채널(160)이 지지대(110) 역할을 할 수도 있다.The receiving part 120, the conjugate part 130, the channel 100, and the absorbing part 160 may be fixed to the support 110, and the channel 160 may serve as the support 110.

수용부(120)는 검출하려는 샘플을 수용하는 공간으로 일종의 버퍼 역할을 수행한다. 컨쥬게이트부(130)는 발색 물질에 결합된 탐지자를 포함한다. 탐지자는 샘플 내의 분석물과 결합한다. 탐지자는 샘플이 이동하면서 컨쥬게이트부(130)에서 분리된다. 채널(100)는 검출부(140) 및 대조부(150)을 포함하며, 샘플 내에 분석물이 존재하는지 여부를 표시하고, 샘플이 이동하는지 여부를 표시한다. 흡수부(160)는 모세관 현상을 이용하여 샘플을 흡수하는 공간이다.The receiving unit 120 serves as a buffer for receiving a sample to be detected. The conjugate portion 130 includes a detector coupled to the chromogenic material. The detector binds to the analyte in the sample. The detector is separated from the conjugate portion 130 as the sample moves. The channel 100 includes a detection unit 140 and a control unit 150, indicates whether an analyte is present in the sample, and indicates whether the sample is moving. The absorber 160 is a space that absorbs a sample using a capillary phenomenon.

컨쥬게이트부(130)는 채널(100)에 연결되며, 분석물과 결합하여 복합체를 형성하는 탐지자 및 표시자를 결합시킨 결합체를 포함한다. 표시자는 육안 또는 센서를 이용하여 감지할 수 있도록 신호를 발생시키는 물질이다. 표시자는 발색 물질일 수 있으며, 예컨대, 금 나노 파티클일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 구현되는 설계에 따라 적합한 물질이 사용될 수 있음은 물론이다.The conjugate unit 130 is connected to the channel 100 and includes a combination of a detector and an indicator that combine with an analyte to form a complex. The indicator is a substance that generates a signal for detection using the naked eye or a sensor. The indicator may be a coloring material, for example, gold nanoparticles, but is not limited thereto, and a suitable material may be used depending on the design to be implemented.

채널(100)는 검출부(140) 및 대조부(150) 중 적어도 하나를 포함한다. 검출부(140)은 직접 또는 간접적으로 분석물을 포획하여 샘플에 분석물이 존재하는지 여부를 검출한다. 검출부(140)은 분석물 또는 복합체를 포획하는 제1 포획자를 포함한다. 대조부(150)은 복합체를 형성하지 못한 결합체 또는 탐지자를 포획하는 제2 포획자를 포함한다. 즉, 대조부(150)은 분석물의 존재 유무에 관계없이 샘플이 이동했는지 여부를 확인한다.The channel 100 includes at least one of the detection unit 140 and the control unit 150. The detection unit 140 detects whether an analyte is present in the sample by capturing the analyte directly or indirectly. The detection unit 140 includes a first capturer that captures an analyte or complex. The control unit 150 includes a second trapper that captures a conjugate or a detector that does not form a complex. That is, the control unit 150 checks whether or not the sample has moved regardless of the presence or absence of an analyte.

컨쥬게이트부에서는 표시자-탐지자 결합체가 위치하고, 분석물이 컨쥬게이트부를 통과하면서 표시자-탐지자-분석물 복합체를 형성한다. 이동한 표시자-탐지자-분석물 복합체는 검출부에서 제1 포획자에 의해 포획된다.In the conjugate portion, an indicator-detector conjugate is located, and as the analyte passes through the conjugate portion, an indicator-detector-analyte complex is formed. The shifted indicator-detector-analyte complex is captured by the first capturer at the detection site.

컨쥬게이트부에서 복합체를 형성하거나 채널에서 포획하는 반응은 물리적 반응, 화학적 반응, 생물학적 반응, 또는 이들의 조합에 의해 형성될 수 있다. 예컨대, 항원-항체 반응일 수 있다.The reaction of forming a complex in the conjugate portion or capturing in a channel may be formed by a physical reaction, a chemical reaction, a biological reaction, or a combination thereof. For example, it may be an antigen-antibody reaction.

샘플 농축 및 분리 장치에서 샘플 또는 분석물을 검출하는 방식은 항체-항원 반응에 국한되지 않는 것으로, 본 명세서에서 언급되는 결합부위(리간드)는 다양한 분석물에 있어서 단백질 리간드 (Ligand), 핵산(DNA 또는 RNA) 분자 서열의 결합 부위 등을 포함하고, 특이적 결합물질은 결합부위에 선택적, 특이적으로 결합할 수 있는 단백질, 바이러스 파아지, 핵산분자 앱타머(Aptamer), 합텐(Hapten, DNP) 등을 포함하는 생체분자를 모두 포함하는 것으로, 나아가 기재 사항에 제한되는 것은 아니다.The method of detecting a sample or analyte in a sample concentration and separation device is not limited to an antibody-antigen reaction, and the binding sites (ligands) referred to herein are protein ligands (Ligand), nucleic acids (DNA) for various analytes. Or RNA) contains the binding site of the molecular sequence, and specific binding substances are proteins capable of selectively and specifically binding to the binding site, viral phage, nucleic acid molecule aptamer, hapten, DNP, etc. It includes all of the biomolecules containing, and is not limited to the description.

채널을 포함하는 샘플의 이동 경로는 모세관 현상에 반응하는 다공성 매질로 구현될 수 있다. 매질은 측방 유동에 사용될 수 있는 셀룰로스(Cellulose), 나이트로셀룰로스(Nitrocellulose), 폴리에테르설폰, 폴리비닐리딘, 플루오라이드, 나일론, 및 폴리테트라플루오로에틸렌 등을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다. 매질은 단독 또는 다른 물질과 조합하여 사용될 수 있다.The path of movement of the sample comprising the channel can be implemented with a porous medium that responds to the capillary action. Media include, but are not limited to, Cellulose, Nitrocellulose, polyethersulfone, polyvinylidene, fluoride, nylon, and polytetrafluoroethylene that can be used for lateral flow. The medium can be used alone or in combination with other materials.

이온 교환막(200)은 채널(100)에 부착된다. 이온 교환막(200)이 채널(100)에 부착되는 형태는 채널(100)의 상단, 하단, 또는 측면, 이들의 조합으로 부착될 수 있다. 이온 교환막(200)이 이동 통로인 채널에 맞닿은 영역에 디플리션 힘 및 공핍 영역을 형성하므로, 이온 교환막(200)은 채널을 따라 길게 배치된다. 주로 이온 교환막(200)의 길이를 조절하고, 길이뿐만 아니라 두께 및 폭을 조절하여 디플리션 힘 및 공핍 영역을 제어한다. 분석물이 이온 교환막(200)이 부착된 채널 영역의 하단을 지나면서 분석물이 농축된다.The ion exchange membrane 200 is attached to the channel 100. The form in which the ion exchange membrane 200 is attached to the channel 100 may be attached to the top, bottom, or side surfaces of the channel 100, or a combination thereof. Since the ion exchange membrane 200 forms a depletion force and a depletion region in a region contacting the channel, which is a movement passage, the ion exchange membrane 200 is disposed long along the channel. Mainly, the length of the ion exchange membrane 200 is controlled, and the thickness and width as well as the length are controlled to control the depletion force and depletion region. As the analyte passes through the bottom of the channel region to which the ion exchange membrane 200 is attached, the analyte is concentrated.

채널의 미세 기공의 크기로 인하여 분석물의 크기 및 중량에 따라 이동 속도는 감소하고, 이온 교환막(200)이 이동 통로인 채널에 맞닿은 영역에 디플리션 힘 및 공핍 영역을 형성하여 분석물이 통과할 채널의 단면적은 더욱 감소한다. 일정 시간이 지나면 분석물은 이온 교환막(200)이 부착된 채널 영역의 하단에서 이동 속도가 O에 가깝게 된다. Due to the size of the micro pores in the channel, the movement speed decreases depending on the size and weight of the analyte, and the anion exchange membrane 200 forms a depletion force and a depletion region in the region contacting the channel, which is a movement passage, so that the analyte passes The cross-sectional area of the channel is further reduced. After a certain period of time, the analyte has a movement speed close to O at the bottom of the channel region where the ion exchange membrane 200 is attached.

도 2c를 참조하면, 이온 교환막(200)은 컨쥬게이트부(130) 등 다른 통로의 부분까지 걸쳐서 부착될 수 있다. Referring to FIG. 2C, the ion exchange membrane 200 may be attached over a portion of another passage, such as the conjugate portion 130.

도 2d 및 도 2e를 참조하면, 복수의 이온 교환막(200, 201, 202)이 부착될 수 있다. 복수의 이온 교환막(200, 201, 202)은 지그재그로 배치되거나 적층 구조로 형성될 수 있다.2D and 2E, a plurality of ion exchange membranes 200, 201, and 202 may be attached. The plurality of ion exchange membranes 200, 201, and 202 may be arranged in a zigzag or formed in a stacked structure.

도 2f를 참조하면, 이온 교환막(200)과 채널(100) 사이에 농축 위치 조절부(250)가 위치할 수 있다. 농축 위치 조절부(250)의 크기 및 위치에 따라 이온 교환막의 디플리션 힘 및 공핍 영역을 조절하여, 분석물이 농축되는 지점을 변경한다. 즉, 분석물은 검출부 부근에서 농축될 수 있다.Referring to FIG. 2F, a concentration position adjusting unit 250 may be positioned between the ion exchange membrane 200 and the channel 100. The depletion force and depletion region of the ion exchange membrane are adjusted according to the size and position of the concentration position controller 250 to change the point at which the analyte is concentrated. That is, the analyte can be concentrated near the detector.

샘플 내에서 계면활성제의 유무에 따라 채널에서 분석물이 농축되는 위치가 변경된다. 분석물의 이동 방향을 기준으로 이동을 시작한 방향을 앞이라고 하고, 이동이 진행되어 나아가는 방향을 뒤라고 칭한다. 샘플 또는 채널 내에 계면활성제가 없으면 이온 교환막의 약간 앞쪽 지점에서 분석물이 농축되고, 계면활성제가 있으면 분석물의 진행 방향을 기준으로 이온 교환막의 중간 지점 또는 약간 뒤쪽 지점에서 분석물이 농축된다. 계면활성제가 이온 농도 분극(Ion Concentration Polarization, ICP) 현상의 발생을 억제하므로, 계면활성제의 농도가 높을수록 농축되는 지점이 뒤로 밀린다. 즉, 계면활성제의 농도에 따라 분석물의 농축 지점을 조절할 수 있다.The location of the analyte concentration in the channel changes depending on the presence or absence of surfactant in the sample. The direction in which the movement started based on the moving direction of the analyte is called forward, and the direction in which the movement proceeds is called the back. If there is no surfactant in the sample or channel, the analyte is concentrated at a point slightly ahead of the ion exchange membrane, and if there is a surfactant, the analyte is concentrated at a point midway or slightly behind the ion exchange membrane relative to the direction of the analyte. Since the surfactant suppresses the occurrence of Ion Concentration Polarization (ICP), the higher the concentration of the surfactant, the higher the concentration point is pushed back. That is, the concentration point of the analyte can be adjusted according to the concentration of the surfactant.

이온 교환막(200)은 수백 나노에서 수십 마이크로미터의 두께를 갖도록 형성될 수 있으며, 수십에서 수백 마이크로 미터의 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 이온 교환막(200)의 길이는 샘플의 이동 경로를 따라 수십 밀리 미터를 갖도록 형성될 수 있다. The ion exchange membrane 200 may be formed to have a thickness of several hundred nanometers to tens of micrometers, and may have a width of tens to hundreds of micrometers. The length of the ion exchange membrane 200 may be formed to have tens of millimeters along the path of movement of the sample.

이온 교환막(200)은 선택적 투과막이라고도 한다. 이온 교환막(Ion exchange membrane, IEM)은 양이온 교환막(Cation Exchange Membrane, CEM), 음이온 교환막(Anion Exchange Membrane, AEM)이 있다.The ion exchange membrane 200 is also called a selective permeable membrane. Ion exchange membrane (Ion exchange membrane, IEM) is a cation exchange membrane (Cation Exchange Membrane, CEM), anion exchange membrane (Anion Exchange Membrane, AEM).

이온 교환막(200)을 형성하는 선택적 이온 투과 물질은 특정한 이온과는 잘 결합하고 서로 끌어들이지만, 다른 이온과는 잘 결합하지 않고 끌어들이지 않는 특성을 가진 물질을 말한다. 선택적 이온 투과 물질은 예를 들어 나피온(nafion)이 될 수 있다.The selective ion permeable material forming the ion exchange membrane 200 refers to a material that binds well with specific ions and attracts each other, but does not bind well with other ions and does not attract. The selective ion permeable material can be, for example, nafion.

이온 교환막(200)은 나피온(Nafion) 이외에도 PSS(Polystyrene Sulfonate), PAH(Polyallylamine Hydrochloride) 등의 고분자 전해질(Polyelectrolyte)로도 구현될 수 있으며, 선택적으로 이온 투과가 가능한 물질이라면 어떠한 물질로 구현되더라도 무방하다.In addition to Nafion, the ion exchange membrane 200 may also be implemented as a polymer electrolyte such as polystyrene sulfonate (PSS) or polyallylamine hydrochloride (PAH), and optionally, any material capable of ion permeation may be used. Do.

이온 교환막은 불소계 중합체에 이온교환기를 도입한 형태일 수 있다. 예컨대, 듀퐁(DuPont)의 나피온(Nafion), 다우 케미칼스(Dow Chemicals)의 다우(Dow)막, 아사히케미칼스(Asahi Chemicals)의 아시플렉스-에스(Aciplex-S)막, 아사히글래스(Asahi Glass)의 플레미온(Flemion)막 등이 있다.The ion exchange membrane may have a form in which an ion exchange group is introduced into a fluorine-based polymer. For example, DuPont's Nafion, Dow Chemicals' Dow membrane, Asahi Chemicals' Asciplex-S membrane, Asahi Glass Glass)'s Flemion film.

한편 비불소계 중합체 및 불소가 부분 치환된 중합체를 활용하여 개발한 이온 교환막이 있으며, 술폰화된 폴리(페닐렌옥사이드)계, 폴리(페닐렌설파이드)계, 폴리설폰계, 폴리(파라-페닐렌)계, 폴리에테르에테르케톤계, 폴리이미드계 등의 중합체를 이용한 이온 교환막 등이 있다.On the other hand, there are ion exchange membranes developed using non-fluorine polymers and partially substituted fluorine polymers, sulfonated poly(phenylene oxide)-based, poly(phenylene sulfide)-based, polysulfone-based, and poly(para-phenylene). And ion exchange membranes using polymers such as ), polyetheretherketone, and polyimide.

이온 교환막은 미세 기공을 갖는 베이스를 선택적 이온 투과 용액(레진)에 침지하여 생성될 수 있다. 분석물의 분자 크기를 고려하여, 미세 기공의 크기 지름은 수십 내지 수백 나노 미터일 수 있다. 예컨대, 200 nm 이하로 설정될 수 있다. Ion exchange membranes can be produced by immersing a base with fine pores in a selective ion permeation solution (resin). In view of the molecular size of the analyte, the size diameter of the micropores can range from tens to hundreds of nanometers. For example, it may be set to 200 nm or less.

도 3 내지 도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 샘플 농축 및 분리 장치를 예시한 도면이다. 3 to 10 are diagrams illustrating a sample concentration and separation device according to embodiments of the present invention.

베이스는 샘플 베이스와 통로 베이스를 포함한다. 샘플 베이스는 수용부와 같이 샘플을 저장한다. 통로 베이스는 채널과 같이 채널 역할을 한다. 코팅층은 베이스의 적어도 일부 영역에 위치하여 처리 대상 시료의 흡착을 방지하고 저장 공간 또는 이동 경로를 구분한다. 샘플 농축 및 분리 장치는 접착 테이프 등으로 베이스 및 이온 교환막을 고정할 수 있다.The base includes a sample base and a passage base. The sample base stores the sample together with the receiving portion. The passage base acts like a channel. The coating layer is located in at least a portion of the base to prevent adsorption of the sample to be treated and to separate the storage space or the movement path. The sample concentration and separation device can fix the base and the ion exchange membrane with an adhesive tape or the like.

소수성 물질은 대표적으로 알코올 지방산 에스터로서 왁스(Wax) 등을 사용 할 수 있다. 베이스에 왁스를 인쇄하거나 가열하여 결합시킬 수 있다. 다만 여기에 한정되지 않으며, 아크릴(Acrylics), 올레핀(Olefins), 아미드, 이미드, 스티렌, 카보네이트, 비닐 아세탈, 디엔(Dienes), 비닐, 에스테르, 비닐에스테르, 케톤, 플루오로카본이나 테플론(Teflon), PDMS, 실란(Silane)등에서 선택되는 성분을 포함할 수 있다. 그 외에도 알킬실란 계열의 실리클래드(Siliclad) 등이 있고, 실리콘 계열으로는 하이드라이드 터미네이티드 폴리디메틸실록산(Methylhydrosiloxane-Dimethysiloxane Copolymer) 등이 있다. As the hydrophobic material, a wax or the like can be used as an alcohol fatty acid ester. The wax can be printed on the base or combined by heating. However, it is not limited to this, and acrylic, olefin, amide, imide, styrene, carbonate, vinyl acetal, diene, vinyl, ester, vinyl ester, ketone, fluorocarbon or Teflon ), PDMS, silane (Silane), and the like. In addition, there is an alkylsilane-based Siliclad, and the silicone-based is a hydride-terminated polydimethylsiloxane (Methylhydrosiloxane-Dimethysiloxane Copolymer).

일반적으로 재료에서 물질이 소수성을 띄게 되는 경우는 물과 닿는 표면의 구조에 의한 영향과 재료의 표면 자체의 특성에 의한 영향으로 소수성을 가질 수 있다. 특히, 베이스인 종이에 코팅을 하여 마이크로 채널을 형성하는 경우는 후자에 해당하며, 종이에 왁스를 코팅하여 채널을 형성하는 것은 종이라는 친수성 재료에 채널로 사용할 부분을 제외하고 다른 부분을 소수성을 띄게 할 수 있다. 이러한 소수성의 성질은 베이스를 종이와 비슷한 파이버(Fiber) 소재를 이용할 경우에도 유사한 효과를 얻을 수 있으므로, 셀룰로오스 페이퍼 이외에 파이버 계열의 베이스를 사용하는 것도 가능하다.In general, when a material becomes hydrophobic in a material, it may have hydrophobicity due to the influence of the structure of the surface in contact with water and the properties of the surface itself of the material. Particularly, the micro-channel is formed by coating the paper as the base, and the latter is applied, and forming the channel by coating the wax on the paper makes the other parts hydrophobic except for the part to be used as a channel in the hydrophilic material called paper. can do. This hydrophobic property can achieve a similar effect when using a base material similar to paper, so it is also possible to use a fiber-based base in addition to cellulose paper.

본 실시예는 베이스에 소수성 물질인 왁스를 결합시키는 방법으로서 종이 위에 소수성 물질의 패턴을 코팅시키는 방법을 개시한다. 왁스 패터닝 방법에 대하여 특별한 제한은 없고, 종이와 소수성 물질을 단순히 접합시키는 것, 종이에 소수성 물질을 침투시킨 상태로 결합시키는 것도 가능하지만, 바람직하게는 시료의 누수를 방지하기 위하여 소수성 물질을 종이에 침투되도록 결합시키는 것이 바람직하다. 종이의 경우 원가가 저렴할 뿐만 아니라, 탄성 및 성형성이 좋고, 소수성 물질과 흡착, 침투시키는 형태로 종이 위에 일정한 두께를 갖는 코팅층을 형성시키는 것이 용이하며, 소수성 코팅물질과의 결합력도 우수하다.This embodiment discloses a method of coating a pattern of a hydrophobic material on paper as a method of bonding a hydrophobic material, wax, to the base. There is no particular limitation on the wax patterning method, and it is also possible to simply bond the hydrophobic material with the paper, or to bond the paper with the hydrophobic material infiltrated, but preferably, the hydrophobic material is applied to the paper to prevent leakage of the sample. It is desirable to bond to penetrate. In the case of paper, it is not only inexpensive, but also has good elasticity and moldability, and it is easy to form a coating layer having a certain thickness on the paper in the form of adsorption and penetration with a hydrophobic material, and has excellent bonding strength with a hydrophobic coating material.

베이스는 다공성 멤브레인(Porous Membrane)을 포함할 수 있으며, 베이스의 두께를 조절하여 시료가 분리 및 농축되는 정도로서 분해능을 제어할 수 있다. 예를 들어, 베이스가 종이인 경우 종이의 두께를 50 ㎛, 180 ㎛, 350 ㎛ 등으로 차등 적용하여 분해능을 조절할 수 있고, 베이스의 미세공(Pore)의 크기를 조절하여 채널의 단면적을 효율적으로 제어할 수 있다. The base may include a porous membrane, and the resolution may be controlled by controlling the thickness of the base to separate and concentrate the sample. For example, if the base is paper, resolution can be adjusted by differentially applying the thickness of the paper to 50 μm, 180 μm, 350 μm, etc., and the cross-sectional area of the channel can be efficiently adjusted by adjusting the size of the pores in the base. Can be controlled.

도 7을 참조하면, 채널에 부착된 이온 교환막(IEM)을 이용한 농축 방식은 이온 교환막의 이온 흡수로 인하여 분석물의 이동 지점마다 수소 이온 농도(pH)의 변화가 발생한다. 면역측정(Immunoassay) 기반의 측방 유동 분석 스트립은 pH의 변화에 따라 반응 정도가 달라진다. pH의 변화는 측방 유동 분석 스트립에서 검출 성능, 위양성 등의 오차를 발생시킨다. Referring to FIG. 7, in the concentration method using an ion exchange membrane (IEM) attached to a channel, a change in hydrogen ion concentration (pH) occurs at each moving point of the analyte due to ion absorption of the ion exchange membrane. Immunoassay-based lateral flow assay strips vary in response to changes in pH. The change in pH causes errors such as detection performance and false positives in the lateral flow analysis strip.

도 8을 참조하면, 이온 교환막의 극성과 상보적인 극성을 갖는 완충 용액(Buffer Solution)을 이용하여 채널을 이동하는 분석물의 수소 이온 농도(pH)를 기 설정된 범위 내로 조절한다. 예컨대, 양이온 교환막(CEM)이 부착된 경우 염기성의 완충 용액을 활용하여 pH의 변화를 줄일 수 있다. 완충 용액으로는 PBS(Phosphate-buffered saline), borate 등을 사용할 수 있다. 분석물이 이온 교환막의 하단을 통과한 후에 수소 이온 농도를 일정 범위 내로 조절할 수 있다.Referring to FIG. 8, a buffer solution having a polarity complementary to that of the ion exchange membrane is used to adjust the hydrogen ion concentration (pH) of the analyte moving the channel within a predetermined range. For example, when a cation exchange membrane (CEM) is attached, a change in pH can be reduced by utilizing a basic buffer solution. As a buffer solution, PBS (Phosphate-buffered saline), borate, or the like can be used. After the analyte passes through the bottom of the ion exchange membrane, the hydrogen ion concentration can be adjusted within a certain range.

도 7 및 도 8을 참조하면, 양이온 교환막을 하나만 부착할 경우, 수소 이온을 흡수하는 양이온 교환막의 하단에서 강한 산성이 나타나고, 분석물이 이동하여 양이온 교환막의 뒤쪽에서 산성을 나타낸다. 즉, 분석물이 이온 교환막의 하단을 통과하기 전과 통과한 후에 수소 이온 농도의 차이가 발생한다.Referring to FIGS. 7 and 8, when only one cation exchange membrane is attached, strong acidity appears at the bottom of the cation exchange membrane that absorbs hydrogen ions, and analytes migrate to show acidity at the back of the cation exchange membrane. That is, a difference in hydrogen ion concentration occurs before and after the analyte passes through the bottom of the ion exchange membrane.

도 9 및 도 10을 참조하면, 양이온 교환막(Cation Exchange Membrane, CEM) 및 음이온 교환막(Anion Exchange Membrane, AEM)을 상보 결합시킨다. 이온 교환막은 양이온 교환막(Cation Exchange Membrane, CEM) 및 음이온 교환막(Anion Exchange Membrane, AEM)을 모두 포함할 수 있다. 양이온 교환막과 음이온 교환막을 접촉하거나 이격하여 배치함으로써, 채널을 이동하는 분석물의 수소 이온 농도(pH)를 기 설정된 범위 내로 조절할 수 있다. 분석물이 이온 교환막의 하단을 통과하기 전과 통과한 후에 수소 이온 농도의 차이를 줄일 수 있다.9 and 10, the cation exchange membrane (Cation Exchange Membrane, CEM) and the anion exchange membrane (Anion Exchange Membrane, AEM) are complementarily coupled. The ion exchange membrane may include both a cation exchange membrane (CEM) and an anion exchange membrane (AEM). By placing the cation exchange membrane and the anion exchange membrane in contact or spaced apart, the hydrogen ion concentration (pH) of the analyte moving the channel can be adjusted within a predetermined range. The difference in hydrogen ion concentration can be reduced before and after the analyte passes through the bottom of the ion exchange membrane.

도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 샘플 농축 및 분리 장치에서 분석물이 농축되어 이동하는 원리를 예시한 도면이다.11 and 12 are diagrams illustrating a principle in which an analyte is concentrated and moved in a sample concentration and separation device according to embodiments of the present invention.

섬유 망상 구조(Fiber Network)로 이루어진 다공성 재료 (예컨대, 종이, 면직, 실 등)에 이온 교환막(IEM)이 부착되어 있고, 이온 교환막이 부착된 영역에 수직한 영역을 샘플이 지나갈 때, 다공성 재료의 영역 중에서 이온 교환막의 하단에서 샘플이 농축된다. Ion exchange membrane (IEM) is attached to a porous material (eg, paper, cotton, thread, etc.) made of a fiber network structure, and when the sample passes through an area perpendicular to the region where the ion exchange membrane is attached, the porous material The sample is concentrated at the bottom of the ion exchange membrane in the region of.

다공성 재료의 채널의 미세 기공을 통과하면서 샘플의 이동 속도가 지연되는 현상과 채널에 부착된 이온교환막에 의한 디플리션 힘(Depletion Force)이 상호 작용하여, 이온교환막이 부착된 위치에 수직한 지점 또는 수직한 지점의 인접 영역에서 분석물이 농축되면서 채널을 이동한다.The point where the movement speed of the sample is delayed while passing through the fine pores of the channel of the porous material, and the depletion force caused by the ion exchange membrane attached to the channel interacts, where it is perpendicular to the location where the ion exchange membrane is attached. Alternatively, the channel is moved as the analyte is concentrated in a region adjacent to the vertical point.

디플리션 힘이란 짧은 범위의 인력(Short Range Attraction)으로 힘을 받을 콜로이드들 간의 사이 간격이 충분히 가까워졌을 때에 발생하며, 그 거리 이상으로 멀어져 있을 때엔 작용하지 않는 힘을 의미한다. 여기서 충분한 거리란 콜로이드보다 작은, 그러나 같은 시스템 내에 분산되어 자유운동하고 있는 디플리션 힘을 발생시키는 또 다른 콜로이드인 디플턴트(Depletant)의 크기와 같다. 이러한 디플턴트란 용어는 디플리션 힘을 유도하는 입자를 의미한다. 다량의 콜로이드 입자는 서로 결합한다.Depletion force refers to a force that occurs when the distance between colloids to be energized by the Short Range Attraction is sufficiently close, and does not act when it is farther than that distance. The sufficient distance here is equal to the size of another colloid, Depletant, which is smaller than a colloid, but distributed within the same system to generate a free-moving depletion force. The term depletion refers to particles that induce a depletion force. The large amount of colloidal particles bind to each other.

모세관 현상에 의해서 샘플이 이온 교환막의 하단을 지나갈 때, 이온 교환막이 가지고 있는 본연의 이온(Native Charge)에 의하여 음이온 또는 양이온만 선택적으로 흡수하게 되고 디플리션 힘(depletion force)이 발생하게 되어 공핍 영역(Depletion Zone)을 형성한다. When the sample passes through the bottom of the ion exchange membrane due to the capillary phenomenon, only the anion or cation is selectively absorbed by the native charge of the ion exchange membrane and depletion force is generated and depletion force occurs. A depletion zone is formed.

공핍 영역(Depletion Zone)에 의하여 전하를 가지고 있는 샘플이 지나갈 수 있는 경로의 폭 또는 높이가 작아지게 되고, 이에 따라 샘플의 이동성(Mobility)이 감소하고 특정 영역에서 적층하게 된다. 즉, 디플리션 힘이 이온 교환막이 부착된 채널의 반대 방향으로 작용하여 채널의 통로 크기를 축소시킨다.The depletion zone decreases the width or height of a path through which a sample having charge can pass, thereby reducing sample mobility and stacking in a specific area. That is, the depletion force acts in the opposite direction of the channel to which the ion exchange membrane is attached, thereby reducing the channel passage size.

이온 교환막이 부착된 영역을 지나고 말단에 나오게 되는 샘플은 처음 농도보다 낮은 농도의 샘플이 흘러나오게 된다.A sample having a concentration lower than the initial concentration flows out of the sample passing through the region to which the ion exchange membrane is attached and exiting the terminal.

종이 기반의 채널에 이온 교환막을 결합하여 무전원으로 검지 성능을 향상시킬 수 있기 때문에 휴대성 및 비용면에 유리하다.It is advantageous in terms of portability and cost because it can improve the detection performance with no power supply by combining an ion exchange membrane with a paper-based channel.

또한 서로 다른 크기나 질량을 가지는 입자를 분리하는데 사용할 수 있습니다. 섬유 망상 형태로 이루어진 재료의 기공 크기(Pore Size)와 이온 교환막(IEM)의 본연의 전하에 의한 디플리션 힘의 세기 및 공핍 영역의 폭 및 높이를 조절하여 입자들의 이동성에 따라 특정 입자만 분리할 수 있다.It can also be used to separate particles of different sizes or masses. Separation of specific particles according to the mobility of particles by controlling the pore size (Pore Size) of the material in the form of a fiber network and the intensity of the depletion force and the width and height of the depletion region by the original charge of the ion exchange membrane (IEM) can do.

제1 샘플과 제1 샘플보다 분자 사이즈가 작은 제2 샘플을 동시에 채널 내에 이동시킬 때, 이동 방향을 따라 기 설정된 길이(D1)를 갖는 이온 교환막이 부착된 특정 지점(D2)의 하단에서는 디플리션 힘에 의한 공핍 영역의 폭(W2) 또는 높이(H2)으로 인하여 채널의 폭(W1) 또는 높이(H1)보다 이동 가능한 폭(W3) 또는 높이(H3)이 줄게 된다. 이동 가능한 폭(W3) 또는 높이(H3)보다 큰 사이즈를 갖는 제1 샘플은 농축하고, 이동 가능한 폭(W3) 또는 높이(H3)보다 작은 사이즈를 갖는 제2 샘플은 통과한다. 즉, 채널의 기공 크기(Pore Size)와 이동하려는 힘(예컨대, 모세관 현상 등)과 이온 교환막(IEM)의 디플리션 힘에 의한 공핍 영역이 상호 작용하여 필터와 같은 역할을 수행한다.When simultaneously moving the first sample and the second sample having a smaller molecular size than the first sample in the channel, at the bottom of the specific point (D 2 ) to which the ion exchange membrane having a predetermined length (D 1 ) is attached along the direction of movement Due to the width (W 2 ) or height (H 2 ) of the depletion region due to the depletion force, the movable width (W 3 ) or height (H 3 ) is greater than the width (W 1 ) or height (H 1 ) of the channel. Will decrease. The first sample having a size larger than the movable width W 3 or height H 3 is concentrated, and the second sample having a size smaller than the movable width W 3 or height H 3 passes. That is, the pore size of the channel, the force to be moved (eg, capillary phenomenon), and the depletion region due to the depletion force of the ion exchange membrane (IEM) interact to play the role of a filter.

실험 결과, cellulose paper 재료로 alexa 350 (사이즈: 1nm 이하)와 albumin-FITC (사이즈: ~ 20nm)를 같이 농축할 경우 alexa 350은 모이지 않고 lbumin-FITC만 이온 교환막의 하단에서 뭉침을 확인할 수 있다.As a result, when alexa 350 (size: 1 nm or less) and albumin-FITC (size: ~ 20 nm) are concentrated together with cellulose paper, alexa 350 does not collect, and only lbumin-FITC can be observed at the bottom of the ion exchange membrane.

유입부 또는 수용부에 결합된 이온 교환막에 전계를 인가하여 분석물을 농축한 후 농축된 분석물을 이동시키는 방식은, 전압차가 발생하면, 전압차에 따른 전계에 의해 유체 내에 존재하는 이온들이 각 이온의 전기적 성질과 반대인 전극 쪽으로 이끌리게 된다. 이와 같이 이온들이 전기적 성질에 따라 채널 내에서 움직이면서 점성력에 의해 유체 입자들을 같이 이끌고 가게 된다. 전체적인 유체의 유동이 발생하게 되며, 이와 같은 유체의 이동현상을 전기삼투(Electro-Osmosis Flow, EOF)라고 하고, 이온의 움직임을 전기영동(electrophoresis, EP)이라 한다.The method of moving the concentrated analyte after concentration of the analyte by applying an electric field to the ion exchange membrane coupled to the inlet or the receiving portion, when a voltage difference occurs, ions present in the fluid by the electric field according to the voltage difference It is drawn toward the electrode opposite to the electrical properties of the ions. In this way, ions move in the channel according to the electrical properties, leading to bringing together fluid particles by viscous force. The whole fluid flow occurs, and the movement of the fluid is called electro-osmosis flow (EOF), and the movement of ions is called electrophoresis (EP).

전기영동(Capillary Electrophoresis) 및 전기삼투(Electro-Osmosis)의 특성은 이온 교환막으로 구현된 채널 근처에서 그 특성이 달라져, 이온 농도 분극(Ion Concentration Polarization, ICP)이 발생한다. 따라서, 채널의 반응 영역에서 음극 쪽에는 이온 결핍(Depletion)이 발생하고, 양극 쪽에서는 이온 농축(Enrichment)이 발생하게 된다. 이때, 결핍된 낮은 이온농도와 그에 따른 높은 전계에 의해 결핍 영역(Depletion Zone)이 전하(Charge)를 띈 분석물에 대해 일종의 전기적 장벽(Electric Barrier)으로 작용을 하게 된다. 그 결과 분석물은 결핍 영역을 통과하지 못하고 그 앞에 농축된다. 분석물이 채널 내의 결핍 영역 앞에 매우 빠른 시간에 농축된다. 이온 농도 분극에 의한 결핍 영역의 크기는 시료의 이온 농도 분극이 진행됨에 따라 확장되므로, 분석물은 채널의 가운데 영역에 농축 영역을 형성한다.The characteristics of capillary electrophoresis and electro-osmosis are changed near the channel implemented by the ion exchange membrane, resulting in ion concentration polarization (ICP). Therefore, ion depletion occurs on the cathode side and ion enrichment occurs on the anode side in the reaction region of the channel. At this time, the depletion zone acts as a kind of electrical barrier for an analyte having a charge due to a low ion concentration and a high electric field. As a result, the analyte does not pass through the deficient region and is concentrated before it. The analyte is concentrated very quickly in front of the depletion region in the channel. The size of the depletion region due to the ion concentration polarization expands as the ion concentration polarization of the sample progresses, so that the analyte forms a concentrated region in the center region of the channel.

이와 달리, 본 실시예에 따른 채널에 결합된 이온 교환막을 이용한 농축 방식은 이온 교환막에 전계를 인가하지 않고도, 미세 기공을 갖는 채널에 디플리션 힘에 의한 공핍 영역을 형성하여 채널의 단면적을 축소시키고 축소된 채널을 통과하는 분석물의 이동 속도를 감소시킴으로써, 분석물을 몇 배 이상 농축하고, 상이한 크기를 갖는 분석물을 필터링할 수 있는 효과가 있다. On the other hand, the concentration method using the ion exchange membrane coupled to the channel according to the present embodiment reduces the cross-sectional area of the channel by forming a depletion region by a depletion force in the channel having fine pores without applying an electric field to the ion exchange membrane. There is an effect that the analyte can be concentrated several times or more, and analytes having different sizes can be filtered by reducing the moving speed of the analyte through the reduced channel.

채널에서 축소된 기공보다 작은 크기를 갖는 분석물을 통과시키고, 축소된 기공보다 큰 크기를 갖는 분석물의 진행을 막고 농축시킬 수 있다. 이온 교환막이 부착된 채널의 미세 기공의 크기가 작아져서, 작아진 미세 기공의 크기보다 작은 크기를 갖는 제1 분석물은 통과하고, 작아진 미세 기공의 크기보다 큰 크기를 갖는 제2 분석물은 통과하지 못하여, 분석물이 분리된다.In the channel, analytes having a size smaller than the reduced pores may be passed, and progression of analytes having a size larger than the reduced pores may be prevented and concentrated. The size of the fine pores in the channel to which the ion exchange membrane is attached is reduced, so that the first analyte having a size smaller than the size of the reduced fine pores passes through, and the second analyte having a size larger than the size of the reduced fine pores Failure to pass, the analyte is separated.

도 12를 참조하면, 채널(100)에 검출부(140)가 부착되어 있다. 제1 샘플을 채널 내에 이동시킬 때, 이동 방향을 따라 기 설정된 길이(D1)를 갖는 이온 교환막이 부착된 특정 지점(D2)의 하단에서는 디플리션 힘에 의한 공핍 영역의 폭(W2) 또는 높이(H2)으로 인하여 채널의 폭(W1) 또는 높이(H1)보다 이동 가능한 폭(W5) 또는 높이(H5)이 줄게 된다. 이동 가능한 폭(W5) 또는 높이(H5)보다 큰 사이즈를 갖는 제1 샘플은 농축된다. 즉, 채널의 기공 크기(Pore Size)와 이동하려는 힘(예컨대, 모세관 현상 등)과 이온 교환막(IEM)의 디플리션 힘에 의한 공핍 영역이 상호 작용하여 필터와 같은 역할을 수행한다.Referring to FIG. 12, a detection unit 140 is attached to the channel 100. When the first sample is moved in the channel, the width (W 2 ) of the depletion region due to the depletion force at the bottom of the specific point (D 2 ) to which the ion exchange membrane having a predetermined length (D 1 ) is attached along the moving direction ) Or height (H 2 ), the width (W 5 ) or height (H 5 ) of the channel is reduced than the width (W 1 ) or height (H 1 ) of the channel. The first sample having a size larger than the movable width W 5 or height H 5 is concentrated. That is, the pore size of the channel, the force to be moved (eg, capillary phenomenon), and the depletion region due to the depletion force of the ion exchange membrane (IEM) interact to play the role of a filter.

샘플 농축 및 분리 방법은 채널에 이온 교환막을 부착하는 단계를 포함한다. 샘플 농축 및 분리 방법은 유입부 또는 수용부에 샘플을 주입하는 단계를 포함한다. 샘플 농축 및 분리 방법은 분석물이 유입부 또는 수용부를 지나 이온 교환막이 부착된 채널을 통과하면서 분석물을 농축하는 단계를 포함한다. 분석물은 검출부에서 검출되고 샘플은 유출부 또는 흡수부로 이동하게 된다.The method of sample concentration and separation involves attaching an ion exchange membrane to the channel. The method of sample concentration and separation includes injecting a sample into an inlet or a receiver. The method of sample concentration and separation includes concentrating an analyte while the analyte passes through an inlet or a receiver and passes through an ion exchange membrane-attached channel. The analyte is detected at the detector and the sample is transferred to the outlet or absorber.

분석물을 농축하는 단계는 채널의 미세 기공을 통과하면서 분석물의 이동 속도가 지연되는 현상과 채널에 부착된 상기 이온 교환막에 의한 디플리션 힘(Depletion Force)이 상호 작용하여, 이온 교환막이 부착된 위치에 수직한 지점에서 분석물이 농축된다.In the step of concentrating the analyte, a phenomenon in which the movement speed of the analyte is delayed while passing through the micropores of the channel and a depletion force caused by the ion exchange membrane attached to the channel interacts, thereby attaching the ion exchange membrane. The analyte is concentrated at a point perpendicular to the location.

분석물을 농축하는 단계는 이온 교환막이 채널에 맞닿은 영역에 디플리션 힘 및 공핍 영역을 형성하여 분석물이 통과할 채널의 단면적을 감소시키고, 시간이 지남에 따라 분석물의 이동 속도를 감소시킨다. The step of concentrating the analyte forms a depletion force and depletion region in the region where the ion exchange membrane abuts the channel, reducing the cross-sectional area of the channel through which the analyte will pass, and decreasing the rate of analyte movement over time.

도 13a, 도 13b, 도 14, 및 도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 샘플 농축 및 분리 장치를 이용하여 분석물을 농축한 결과를 예시한 도면이다.13A, 13B, 14, and 15 are diagrams illustrating the results of concentrating an analyte using a sample concentration and separation device according to embodiments of the present invention.

실험 수행시 Operation time은 1800 sec, Operation volume은 100 uL이고, Absorbent pad는 LFA(Lateral Flow Assay) Absorbent Paper이고, Sample은 albumin-FITC이다. 수용부는 GE Healthcare Chromatography paper이고, 이온 교환막은 Nafion infiltrated paper이다. Nafion infiltrated paper는 Chromatography paper를 Nafion resin 20wt %에 침지시켜 형성한다. Pad 재질은 Chromatography paper이고 Nafion 희석비는 Nafion resin 20wt % 원액 사용하고, 침적 용량은 50-60 uL/cm2이다. Infiltration 조건은 droplet 형태로 떨어뜨리고 약 5분 방치하고, 건조 조건은 80℃ 및 10 min에서 열처리한다. 통로 베이스는 Nitrocellulose Membrane이고, 0.2 um 크기의 기공을 갖는다.When performing the experiment, the operation time is 1800 sec, the operation volume is 100 uL, the absorbent pad is LFA (Lateral Flow Assay) Absorbent Paper, and the sample is albumin-FITC. The receiving part is GE Healthcare Chromatography paper, and the ion exchange membrane is Nafion infiltrated paper. Nafion infiltrated paper is formed by immersing Chromatography paper in 20 wt% of Nafion resin. Pad material is Chromatography paper, Nafion dilution ratio is Nafion resin 20wt% stock solution, and deposition capacity is 50-60 uL/cm 2 . The infiltration conditions were dropped in the form of droplets, left for about 5 minutes, and the drying conditions were heat-treated at 80°C and 10 min. The passage base is Nitrocellulose Membrane and has a pore size of 0.2 um.

도 13a는 도 3 및 도 4에 도시된 Nitrocellulose를 베이스로 구현하여 실험한 결과이고, 도 13b는 도 5 및 도 6에 도시된 cellulose를 베이스로 구현하여 실험한 결과이다. 도 13a 및 도 13b를 참조하면, 전원을 이용하지 않고도 10 배 이상으로 분석물을 농축할 수 있음을 확인할 수 있다.13A is a result of experiments by implementing Nitrocellulose shown in FIGS. 3 and 4 as a base, and FIG. 13B is a result of experiments by implementing cellulose shown in FIGS. 5 and 6 as a base. 13A and 13B, it can be confirmed that the analyte can be concentrated 10 times or more without using a power source.

도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 샘플 농축 및 분리 장치를 측방 유동 분석 스트립 구조로 형성하여 분석물을 농축한 결과를 예시한 도면이다.14 and 15 are views illustrating a result of concentrating an analyte by forming a sample concentration and separation device according to embodiments of the present invention in a lateral flow analysis strip structure.

도 14에서 실험 수행시 Operation Time은 5 min이고, Sample volume는 50 uL이고, Sample은 hCG이고, Buffer solution은 Deionized water이다. hCG의 농축비가 증가함을 파악할 수 있다.When performing the experiment in FIG. 14, the operation time is 5 min, the sample volume is 50 uL, the sample is hCG, and the buffer solution is deionized water. It can be seen that the concentration ratio of hCG increases.

도 15의 (a)에서 이온 교환막을 부착하지 않은 경우(A), 이온 교환막의 위치를 다르게 설정한 경우(B, D, F), 양이온 교환막과 음이온 교환막의 조합한 경우(C, E)에 따른 인플루엔자 진단 스트립을 활용하여 Type B의 검출 성능을 평가하였다. In (a) of FIG. 15, when the ion exchange membrane is not attached (A), when the positions of the ion exchange membranes are set differently (B, D, F), when the cation exchange membrane and the anion exchange membrane are combined (C, E), The detection performance of Type B was evaluated using the influenza diagnostic strip.

도 15의 (b)에서, Type B의 검출부 위에 부착된 이온 교환막인 (E)와 (F)에서 그레이 스케일이 낮으므로 검출 성능이 향상됨을 파악할 수 있다. In FIG. 15(b), it can be understood that the detection performance is improved because the gray scale is low in the ion exchange membranes (E) and (F) attached to the Type B detector.

본 실시예들에서는 분석물인 바이오마커에 대하여 이온 교환막에 전계를 인가하지 않고도, 채널에 디플리션 힘에 의한 공핍 영역을 형성하여 채널의 단면적을 축소시키고 축소된 채널을 통과하는 분석물의 이동 속도를 감소시킴으로써, 분석물을 몇 배 이상 농축하면서, 분석물을 분리할 수 있는 효과가 있다.In these embodiments, a depletion region by a depletion force is formed in a channel without applying an electric field to the ion exchange membrane to the biomarker, which is an analyte, to reduce the cross-sectional area of the channel and increase the analyte movement speed through the reduced channel. By reducing, the analyte can be separated while the analyte is concentrated several times or more.

본 실시예들에서는 양이온 교환막과 음이온 교환막 모두를 채널에 부착함으로써, 채널을 이동하는 분석물의 수소 이온 농도(pH)를 기 설정된 범위 내로 조절할 수 있는 효과가 있다.In these embodiments, by attaching both the cation exchange membrane and the anion exchange membrane to the channel, there is an effect that the hydrogen ion concentration (pH) of the analyte moving the channel can be adjusted within a predetermined range.

본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The present embodiments are for explaining the technical spirit of the present embodiment, and the scope of the technical spirit of the present embodiment is not limited by these examples. The protection scope of the present embodiment should be interpreted by the claims below, and all technical spirits within the equivalent range should be interpreted as being included in the scope of the present embodiment.

10: 샘플 농축 및 분리 장치
100: 채널 200: 이온 교환막
110: 지지대 120: 수용부
130: 컨쥬게이트부 140: 검출부
150: 대조부 160: 흡수부
10: Sample concentration and separation device
100: channel 200: ion exchange membrane
110: support 120: accommodation
130: conjugate unit 140: detection unit
150: control unit 160: absorption unit

Claims (20)

샘플 내의 분석물을 측정하는 샘플 농축 및 분리 장치에 있어서,
미세 기공을 갖고 상기 분석물을 이동시키는 채널; 및
상기 채널에 부착되며 상기 분석물이 이동하는 방향을 따라 기 설정된 길이를 갖는 이온 교환막
을 포함하는 샘플 농축 및 분리 장치.
A sample concentration and separation device for measuring an analyte in a sample,
A channel having fine pores and moving the analyte; And
Ion exchange membrane attached to the channel and having a predetermined length along the direction in which the analyte moves
Sample concentration and separation device comprising a.
제1항에 있어서,
상기 이온 교환막으로부터 기 설정된 거리에 위치하고 상기 채널에 부착되며, 상기 이온 교환막에 의해 농축된 분석물을 검출하는 검출부를 포함하는 샘플 농축 및 분리 장치.
According to claim 1,
A sample concentration and separation device comprising a detection unit that is located at a predetermined distance from the ion exchange membrane and is attached to the channel and detects an analyte concentrated by the ion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 이온 교환막이 상기 채널에 맞닿은 영역에 디플리션 힘(Depletion Force) 및 공핍 영역(Depletion Zone)을 형성하여 상기 분석물이 통과할 상기 채널의 단면적을 감소시키고, 시간이 지남에 따라 상기 분석물의 이동 속도를 감소시키는 것을 특징으로 샘플 농축 및 분리 장치.
According to claim 1,
A depletion force and a depletion zone are formed in a region where the ion exchange membrane abuts the channel to reduce the cross-sectional area of the channel through which the analyte passes, and over time, the analyte Sample concentration and separation device, characterized by reducing the rate of movement.
제1항에 있어서,
상기 채널의 미세 기공을 통과하면서 상기 분석물의 이동 속도가 지연되는 현상과 상기 채널에 부착된 상기 이온 교환막에 의한 디플리션 힘이 상호 작용하여, 상기 이온 교환막이 부착된 위치에 수직한 지점 또는 상기 수직한 지점의 인접 영역에서 상기 분석물이 농축되는 것을 특징으로 하는 샘플 농축 및 분리 장치.
According to claim 1,
The phenomenon in which the movement speed of the analyte is delayed while passing through the fine pores of the channel and the depletion force by the ion exchange membrane attached to the channel interact, so that the point perpendicular to the position where the ion exchange membrane is attached or the A sample concentrating and separating device characterized in that the analyte is concentrated in a region adjacent to a vertical point.
제1항에 있어서,
상기 이온 교환막이 부착된 상기 채널의 미세 기공의 크기가 작아져서, 상기 작아진 미세 기공의 크기보다 작은 크기를 갖는 제1 분석물은 통과하고, 상기 작아진 미세 기공의 크기보다 큰 크기를 갖는 제2 분석물은 통과하지 못하여, 상기 분석물이 분리되는 것을 특징으로 하는 측방 유동 분석 방법.
According to claim 1,
The size of the micropores in the channel to which the ion exchange membrane is attached is reduced, so that the first analyte having a size smaller than the size of the reduced micropores passes through and the agent having a size larger than the size of the reduced micropores 2 The analyte does not pass, so the lateral flow analysis method characterized in that the analyte is separated.
제1항에 있어서,
상기 이온 교환막은 상기 채널이 연장되는 방향을 따라 기 설정된 길이를 갖도록 길게 배치되며, 상기 길이, 두께, 폭, 또는 이들의 조합을 조절하여 상기 디플리션 힘 및 공핍 영역을 제어하는 것을 특징으로 샘플 농축 및 분리 장치.
According to claim 1,
The ion exchange membrane is arranged to have a predetermined length along a direction in which the channel extends, and the sample is characterized by controlling the depletion force and depletion region by adjusting the length, thickness, width, or a combination thereof. Concentration and separation device.
제1항에 있어서,
상기 샘플 내에서 계면활성제의 유무에 따라 상기 채널에서 상기 분석물이 농축되는 위치가 변경되는 것을 특징으로 샘플 농축 및 분리 장치.
According to claim 1,
The sample concentration and separation device, characterized in that the position of the concentration of the analyte in the channel is changed according to the presence or absence of a surfactant in the sample.
제1항에 있어서,
상기 이온 교환막의 극성에 따라 수소 이온 농도가 설정된 완충 용액을 이용하여 상기 채널을 이동하는 상기 분석물의 수소 이온 농도(pH)를 기 설정된 범위 내로 조절하는 것을 특징으로 샘플 농축 및 분리 장치.
According to claim 1,
A sample concentration and separation device characterized in that the concentration of hydrogen ions (pH) of the analyte moving the channel is adjusted to a predetermined range using a buffer solution having a hydrogen ion concentration set according to the polarity of the ion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 이온 교환막은 양이온 교환막(Cation Exchange Membrane, CEM) 및 음이온 교환막(Anion Exchange Membrane, AEM)을 모두 포함하고,
상기 양이온 교환막과 상기 음이온 교환막을 접촉하거나 이격하여 배치함으로써, 상기 채널을 이동하는 상기 분석물의 수소 이온 농도(pH)를 기 설정된 범위 내로 조절하는 것을 특징으로 샘플 농축 및 분리 장치.
According to claim 1,
The ion exchange membrane includes both a cation exchange membrane (CEM) and an anion exchange membrane (AEM),
A device for concentrating and separating a sample, characterized in that, by contacting or spaced apart the cation exchange membrane and the anion exchange membrane, the hydrogen ion concentration (pH) of the analyte moving the channel is adjusted within a predetermined range.
제2항에 있어서,
상기 채널에 연결되며, 상기 분석물과 결합하여 복합체를 형성하는 탐지자 및 표시자를 결합시킨 결합체를 포함하는 컨쥬게이트부를 추가로 포함하는 샘플 농축 및 분리 장치.
According to claim 2,
Sample concentrating and separating device connected to the channel, further comprising a conjugate portion comprising a conjugate in which a detector and an indicator that bind to the analyte form a complex.
제10항에 있어서,
상기 검출부는 상기 복합체를 포획하는 제1 포획자를 포함하고,
상기 채널은 상기 복합체를 형성하지 못한 상기 결합체 또는 상기 탐지자를 포획하는 제2 포획자를 포함하는 대조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 농축 및 분리 장치.
The method of claim 10,
The detection unit includes a first capturer that captures the complex,
The channel is a sample concentration and separation device, characterized in that it comprises a control comprising a second capturer to capture the complex or the detector failed to form the complex.
제10항에 있어서,
상기 이온 교환막은 상기 컨쥬게이트부를 걸쳐서 부착되는 것을 특징으로 하는 샘플 농축 및 분리 장치.
The method of claim 10,
The ion exchange membrane is a sample concentration and separation device, characterized in that attached over the conjugate portion.
제1항에 있어서,
상기 이온 교환막은 상기 채널의 상단, 하단, 측면, 또는 이들의 조합된 위치에 부착되는 것을 특징으로 하는 샘플 농축 및 분리 장치.
According to claim 1,
The ion exchange membrane is a sample concentration and separation device, characterized in that attached to the top, bottom, side, or a combined position of the channel.
제13항에 있어서,
상기 이온 교환막의 개수는 복수이고, 상기 복수의 상기 이온 교환막은 지그재그로 배치되거나 적층 구조로 형성되는 것을 특징으로 샘플 농축 및 분리 장치.
The method of claim 13,
The number of the ion exchange membranes is plural, and the plurality of ion exchange membranes are arranged in a zigzag manner or formed in a stacked structure, thereby concentrating and separating a sample.
제1항에 있어서,
상기 이온 교환막과 상기 채널 사이에 농축 위치 조절부가 위치하는 것을 특징으로 샘플 농축 및 분리 장치.
According to claim 1,
A device for concentrating and separating a sample, characterized in that a concentrating position control part is located between the ion exchange membrane and the channel.
제1항에 있어서,
상기 채널은 (i) 직선 구간, (ii) 곡선 구간, (iii) 'v' 형상 또는 'ㄱ' 형상을 포함하는 꺽인 구간, (iv) 높낮이가 상이한 경사 구간, (v) 'X' 형상을 포함하는 교차 구간, (vi) 'Y' 형상을 포함하는 분기 구간, (vii) 복수의 채널이 레이어된 적층 구간, (viii) 상 채널과 하 채널이 비아로 연결된 관통 구간, 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 샘플 농축 및 분리 장치.
According to claim 1,
The channel may include (i) a straight section, (ii) a curved section, (iii) a'v' shape or a curved section including a'a' shape, (iv) a slope section with different heights, and (v) a'X' shape. Intersecting section comprising, (vi) a branching section containing a'Y' shape, (vii) a stacking section in which a plurality of channels are layered, (viii) a through section in which upper and lower channels are connected via vias, or a combination thereof. Characterized in that the sample concentration and separation device.
제1항에 있어서,
상기 샘플이 유입되는 통로인 유입부 및 상기 샘플이 유출되는 통로인 유출부를 추가로 포함하는 샘플 농축 및 분리 장치.
According to claim 1,
The sample concentrating and separating device further comprises an inlet that is a passage through which the sample flows and an outlet that is a passage through which the sample flows.
제1항에 있어서,
상기 채널에 연결되어 상기 샘플을 수용하는 공간을 갖는 수용부를 추가로 포함하는 샘플 농축 및 분리 장치.
According to claim 1,
A sample concentrating and separating device further comprising a receiving portion connected to the channel and having a space for receiving the sample.
제1항에 있어서,
상기 채널에 연결되어 모세관 현상에 의해 상기 샘플을 흡수하는 흡수부를 추가로 포함하는 샘플 농축 및 분리 장치.
According to claim 1,
A sample concentrating and separating device further comprising an absorber connected to the channel and absorbing the sample by capillary action.
제1항에 있어서,
상기 샘플 농축 및 분리 장치는 측방 유동 어레이 또는 마이크로플루이딕 칩으로 구현되는 것을 특징으로 하는 샘플 농축 및 분리 장치.
According to claim 1,
The sample concentration and separation device is a sample concentration and separation device, characterized in that implemented in a lateral flow array or a microfluidic chip.
KR1020190072709A 2018-12-17 2019-06-19 Sample Concentration and Separation Device by Controlling Speed and Position of Sample in Microchannel KR102207848B1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180163278 2018-12-17
KR20180163278 2018-12-17
KR20190069312 2019-06-12
KR1020190069312 2019-06-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200074832A true KR20200074832A (en) 2020-06-25
KR102207848B1 KR102207848B1 (en) 2021-01-26

Family

ID=71400496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190072709A KR102207848B1 (en) 2018-12-17 2019-06-19 Sample Concentration and Separation Device by Controlling Speed and Position of Sample in Microchannel

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102207848B1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022211319A1 (en) * 2021-04-02 2022-10-06 서울대학교산학협력단 Ion-concentration-polarization-type bacteria detection device, and bacteria detection method using same
WO2022240193A1 (en) * 2021-05-11 2022-11-17 (주)인벤티지랩 Chip for preparing lipid nanoparticles, system for preparing lipid nanoparticles comprising same, and method for preparing lipid nanoparticles
KR20220154039A (en) * 2021-05-11 2022-11-21 (주)인벤티지랩 Lipid nanoparticles manufacturing Chip, Lipid nanoparticles manufacturing System having the same, and Lipid nanoparticles manufacturing method
KR20220168830A (en) * 2021-06-17 2022-12-26 광운대학교 산학협력단 Lateral flow assay that is ph stable and concentrates and detect samples using ionic concentration polarization

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240056013A (en) * 2022-10-21 2024-04-30 삼성전자주식회사 Sensing device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120132249A (en) * 2011-05-27 2012-12-05 아주대학교산학협력단 Lateral flow assay strip for quantitative analysis
WO2017039080A1 (en) * 2015-09-04 2017-03-09 서울대학교 산학협력단 Sample concentration apparatus and method for extracting concentrated sample by using same
WO2018093175A1 (en) * 2016-11-18 2018-05-24 주식회사 켈스 Concentration kit for lateral flow assay strip
KR20180056342A (en) 2016-11-18 2018-05-28 주식회사 켈스 Preconcentration Kit for Lateral Flow Assay Strip

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120132249A (en) * 2011-05-27 2012-12-05 아주대학교산학협력단 Lateral flow assay strip for quantitative analysis
WO2017039080A1 (en) * 2015-09-04 2017-03-09 서울대학교 산학협력단 Sample concentration apparatus and method for extracting concentrated sample by using same
WO2018093175A1 (en) * 2016-11-18 2018-05-24 주식회사 켈스 Concentration kit for lateral flow assay strip
KR20180056342A (en) 2016-11-18 2018-05-28 주식회사 켈스 Preconcentration Kit for Lateral Flow Assay Strip

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022211319A1 (en) * 2021-04-02 2022-10-06 서울대학교산학협력단 Ion-concentration-polarization-type bacteria detection device, and bacteria detection method using same
WO2022240193A1 (en) * 2021-05-11 2022-11-17 (주)인벤티지랩 Chip for preparing lipid nanoparticles, system for preparing lipid nanoparticles comprising same, and method for preparing lipid nanoparticles
KR20220154039A (en) * 2021-05-11 2022-11-21 (주)인벤티지랩 Lipid nanoparticles manufacturing Chip, Lipid nanoparticles manufacturing System having the same, and Lipid nanoparticles manufacturing method
CN116322959A (en) * 2021-05-11 2023-06-23 创技公司株式会社 Chip for producing lipid nanoparticle, lipid nanoparticle production system comprising same, and lipid nanoparticle production method
EP4241884A4 (en) * 2021-05-11 2024-03-27 Inventage Lab Inc Chip for preparing lipid nanoparticles, system for preparing lipid nanoparticles comprising same, and method for preparing lipid nanoparticles
CN116322959B (en) * 2021-05-11 2024-05-03 创技公司株式会社 Chip for producing lipid nanoparticle, lipid nanoparticle production system comprising same, and lipid nanoparticle production method
KR20220168830A (en) * 2021-06-17 2022-12-26 광운대학교 산학협력단 Lateral flow assay that is ph stable and concentrates and detect samples using ionic concentration polarization

Also Published As

Publication number Publication date
KR102207848B1 (en) 2021-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102207848B1 (en) Sample Concentration and Separation Device by Controlling Speed and Position of Sample in Microchannel
CN109964128B (en) Concentrated kit for lateral flow assay strips
US7432111B2 (en) Non-continuous immunoassay device and immunoassay method using the same
CN110573880B (en) Lateral flow testing of substrates with controlled fluid flow channels
US20120288961A1 (en) Capillarity-based devices for performing chemical processes and associated systems and methods
JP5917201B2 (en) Immunochromatographic test strips
WO2014051033A1 (en) Assay device using porous medium
EP1844331A1 (en) Non-continuous immunoassay device and immunoassay method using the same
KR101968319B1 (en) Sample Separation Device Based on Origami Using Filtering Layer
JP6281945B2 (en) Assay device using porous media
WO2015188906A1 (en) Lateral flow membrane for multiparameter readouts and immunoassay device comprising the same
US20210114023A1 (en) Detection system and method for producing same
KR20120132249A (en) Lateral flow assay strip for quantitative analysis
KR102185922B1 (en) Lateral Flow Assay Strip for Preconcentration Fabricated by Infiltration Process
KR102556347B1 (en) Lateral flow assay that is ph stable and concentrates and detect samples using ionic concentration polarization
KR102484404B1 (en) Moving ion exchange membrane control apparatus
KR102556346B1 (en) Sample Solution Concentration Separation Device for Detecting Biomarker
KR102601382B1 (en) Absorbent pad for immunochromatography diagnostic kit
KR101789043B1 (en) Origami-based biosample concentration device
KR101830758B1 (en) Sample separation device
KR102147368B1 (en) Immunochromatography Sensor Cartrige
KR102461334B1 (en) Upper case having a flow control unit and diagnostic kit for on-site having the same
KR102309555B1 (en) Biosample Separator and Concentration Device
KR102583914B1 (en) Biosample separation device using atps characteristics
US20240157363A1 (en) Digital microfluidics-like manipulation of electrokinetically preconcentrated bioparticle/biomolecule plugs in continuous-flow

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant