WO2023063723A1 - 타액의 전처리 장치 및 전처리 방법 - Google Patents

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WO2023063723A1
WO2023063723A1 PCT/KR2022/015418 KR2022015418W WO2023063723A1 WO 2023063723 A1 WO2023063723 A1 WO 2023063723A1 KR 2022015418 W KR2022015418 W KR 2022015418W WO 2023063723 A1 WO2023063723 A1 WO 2023063723A1
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saliva
filter
module
filter module
cartridge
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PCT/KR2022/015418
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황경균
유현주
정은주
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한양대학교 산학협력단
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    • G01N1/40—Concentrating samples
    • G01N1/4077—Concentrating samples by other techniques involving separation of suspended solids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D35/00—Filtering devices having features not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00, or for applications not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00; Auxiliary devices for filtration; Filter housing constructions
    • B01D35/02—Filters adapted for location in special places, e.g. pipe-lines, pumps, stop-cocks
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    • G01N1/4077—Concentrating samples by other techniques involving separation of suspended solids
    • G01N2001/4088—Concentrating samples by other techniques involving separation of suspended solids filtration

Definitions

  • the present invention relates to a saliva pretreatment device and pretreatment method, and more particularly, to a saliva pretreatment device and pretreatment method for in vitro diagnosis by concentrating a target substance in saliva.
  • Saliva a representative oral sample, is in charge of functions necessary for oral health such as digestion, immunity, lubrication, buffering, cleaning, taste, and healing in the oral cavity, and provides the most direct and diverse information about the bacterial environment in the oral cavity.
  • sample that contains Saliva is mostly composed of water, and only about 2% is a mixture of various components such as electrolytes, digestive enzymes, food residues, bacteria and metabolites, oral epithelium, immunoglobulins, and proteins.
  • Saliva contains various biomolecules that reflect the health status of the human body, such as bacteria, proteins and nucleic acids, and can be easily collected in a non-invasive way. In order to obtain it, a cumbersome process of removing impurities other than the target material is inevitable. Therefore, in order to accurately analyze saliva, saliva collection methods according to various parts and conditions should be introduced, and research on pretreatment methods suitable for collected saliva of various types is required.
  • One technical problem to be solved by the present invention is to provide a saliva pre-processing apparatus and pre-processing method in which the process of diagnosing diseases through saliva is simplified.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a saliva pretreatment device and pretreatment method that can easily remove impurities in saliva.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a saliva pre-treatment device and pre-treatment method for easily concentrating a target substance in saliva.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a saliva pretreatment device and a pretreatment method in which impurities in saliva and target substances in saliva can be concentrated in one device.
  • the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
  • the present invention provides a saliva pretreatment device.
  • the saliva pre-processing apparatus receives a first filter module for purifying impurities in the saliva so that impurities in the saliva remain on the filter, and the saliva purified from impurities from the first filter module.
  • a second filter module concentrating the target substance in the saliva so that the target substance in the saliva remains on the filter, wherein the first and second filter modules have a porous structure, and the pore size of the second filter module May include a smaller than the pore size of the first filter module.
  • the first filter module includes a first filter body having an inlet and an outlet facing each other, and a first filter disposed between the inlet and the outlet inside the first filter body.
  • the first filter may have a convex shape toward the center from the outside, and the convex part of the first filter may be disposed so as to face the inlet of the first filter body.
  • the first filter module has a rod shape extending from an outer side of the first filter toward a central portion, and a plurality of supporters disposed under the first filter to support the first filter.
  • the supporter may include forming a slope from one end to the other end so that the convex portion of the first filter is formed by the supporter.
  • the second filter module has an inlet and an outlet facing each other, and has a conical shape in which the diameter decreases from the upper part where the inlet is formed to the lower part where the outlet is formed, and It may include a second filter having a rod shape extending in one direction and disposed on an inner surface of the second filter body.
  • the saliva flowing into the second filter module from the first filter module moves along the inner surface of the second filter module so that the target material is concentrated by the second filter, and the second filter module concentrates the saliva.
  • the saliva in which the target material is concentrated through the second filter may be discharged to the outside of the second filter module.
  • a plurality of second filters are disposed on the inner surface of the second filter body, and any one of the plurality of second filters may include a pH indicator displaying the pH of the saliva. .
  • the second filter is replaced according to the type of the target material, and the pore size of the second filter may include a different one according to the type of the target material.
  • the first filter module and the second filter module are MCE (Mixed Cellulose Ester), PES (Polyethersulfone), CA (Cellulose Acetate), Nylon, Teflon, PVDF (Polyvinylidene fluoride), and PTFE ( Polytetrafluoroethylene) may be included.
  • MCE Mated Cellulose Ester
  • PES Polyethersulfone
  • CA Cellulose Acetate
  • Nylon Cellulose Acetate
  • Teflon Cellulose Acetate
  • PVDF Polyvinylidene fluoride
  • PTFE Polytetrafluoroethylene
  • the saliva pre-processing device is coupled to the first filter module, a saliva cartridge for storing the saliva supplied to the first filter module, and coupled to the saliva cartridge, and the saliva cartridge from the saliva cartridge 1 may further include a saliva injection module for applying pressure to the saliva cartridge so that the saliva is supplied to the filter module.
  • the saliva cartridge includes a rubber packing contacting the saliva injection module and forming a space for storing the saliva, and a pH indicator disposed in the space for storing the saliva, wherein the saliva injection module
  • the saliva stored in the saliva storage space may be supplied to the first filter module as pressure is applied to the rubber packing.
  • the present invention provides a saliva pretreatment method.
  • the saliva pretreatment method includes preparing a saliva cartridge in which saliva is stored, supplying the saliva stored in the saliva cartridge to a first filter having a first size pore, and placing the first filter on the first filter. Purifying impurities in the saliva so that impurities in the saliva substance remain, and passing the saliva purified of impurities through the first filter; Supplying the target material in the saliva to a second filter having pores formed thereon, and concentrating the target material in the saliva so that the target material in the saliva remains on the second filter, and the saliva in which the target material is concentrated passes through the second filter.
  • Poetry can include steps.
  • the target material may include any one of proteins, metabolites, and exosomes.
  • a saliva preprocessing apparatus receives a first filter module for purifying impurities in the saliva so that the impurities in the saliva remain on the filter, and the saliva purified from impurities from the first filter module.
  • a second filter module concentrating the target material in the saliva so that the target material in the saliva remains on the filter, wherein the first and second filter modules have a porous structure, and the pores of the second filter module It may include a size smaller than the pore size of the first filter module.
  • the purification process of removing impurities in the saliva and the process of concentrating the target substance in the saliva can all be performed through a single device, in vitro diagnosis using saliva can be conveniently performed.
  • FIG. 1 is a perspective view of a saliva pretreatment device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a saliva pretreatment device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view of a first filter module included in the apparatus for preprocessing saliva according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cutaway perspective view of a first filter module included in a saliva pretreatment device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is a cross-sectional view of a first filter module included in a saliva pre-processing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view of a second filter module included in the apparatus for preprocessing saliva according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cutaway perspective view of a second filter module included in a saliva preprocessing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a second filter module included in the apparatus for preprocessing saliva according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view of a saliva cartridge included in a saliva pre-processing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional schematic view of a saliva cartridge included in a saliva pre-processing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view of a saliva injection module included in a saliva preprocessing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining saliva discharge in a saliva cartridge through a saliva injection module included in a saliva preprocessing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 13 and 14 are views for explaining the operation of the saliva preprocessing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a graph confirming the size distribution of biomarkers used in the saliva pretreatment device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a graph showing the results of filtering the biomarkers isolated in FIG. 15 with a saliva preprocessor according to an embodiment of the present invention.
  • 17 is a photograph of a state in which biomarkers are filtered through a saliva preprocessing device according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, and third are used to describe various elements in various embodiments of the present specification, these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Therefore, what is referred to as a first element in one embodiment may be referred to as a second element in another embodiment.
  • Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiments.
  • 'and/or' is used to mean including at least one of the elements listed before and after.
  • connection is used to mean both indirectly and directly connecting a plurality of components.
  • FIG. 1 is a perspective view of a saliva pretreatment device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the saliva pretreatment device according to an embodiment of the present invention.
  • the saliva pre-processing device includes a housing 100, a first filter module 200, a second filter module 300, a saliva cartridge 400, and saliva.
  • An injection module 500 may be included.
  • each configuration is described.
  • the housing 100 may form an exterior of the saliva pretreatment device.
  • the housing 100 may be provided to support and accommodate various components installed therein.
  • the first filter module 200, the second filter module 300, the saliva cartridge 400, and the saliva injection module 500 are disposed inside the housing 100, , The first filter module 200, the second filter module 300, the saliva cartridge 400, and the saliva injection module 500 may be supported and accommodated by the housing 100.
  • a switch (SW) for controlling the saliva injection module 500 may be provided at an upper end of the housing 100 .
  • the switch (SW) is provided to pass through the inside and outside of the housing 100, and the saliva injection module 500 can be controlled from the outside of the housing 100 through the switch (SW).
  • the operation of the saliva injection module 500 through the switch SW will be described later.
  • FIG. 3 is a perspective view of a first filter module included in a saliva pre-processing device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a cut-away perspective view of a first filter module included in a saliva pre-processing device according to an embodiment of the present invention
  • 5 is a cross-sectional view of the first filter module included in the saliva pre-processing device according to an embodiment of the present invention.
  • the first filter module 200 may include a first filter body 210, a first filter 220, and a supporter 230.
  • the first filter body 210 may form the exterior of the first filter module 200 .
  • the first filter body 210 includes a first inlet 210a and a first outlet 210b disposed facing each other, and the first inlet 210a or the first outlet It may have a shape in which the diameter increases as it goes from 210b between the first inlet 210a and the first outlet 210b. In other words, from the first inlet 210a to the first outlet 210b, the diameter may gradually increase and then gradually decrease again.
  • the first filter body 210 may have a top shape as shown in FIGS. 3 to 5 .
  • the first filter 220 may be disposed inside the first filter body 210 and disposed between the first inlet 210a and the first outlet 210b. According to one embodiment, the first filter 220 may be provided in an area where the diameter of the first filter body 210 is the largest.
  • the first filter 220 may purify impurities (eg, food residue, etc.) in the saliva introduced through the first inlet 210a. More specifically, the first filter 220 may purify impurities in the saliva so that the impurities in the saliva remain on the first filter 220 . That is, when the saliva is filtered through the first filter 220, impurities in the saliva remain on the first filter 220, and the saliva from which the impurities are removed is filtered through the first filter 220. It may pass through and flow out through the first outlet 210b.
  • impurities eg, food residue, etc.
  • the first filter 220 may have a porous structure.
  • the pore size of the first filter 220 may be about 1000 nm.
  • the first filter 220 may include any one of MCE (Mixed Cellulose Ester), PES (Polyethersulfone), CA (Cellulose Acetate), Nylon, Teflon, PVDF (Polyvinylidene fluoride), and PTFE (Polytetrafluoroethylene) there is.
  • MCE Mated Cellulose Ester
  • PES Polyethersulfone
  • CA Cellulose Acetate
  • Nylon Cellulose Acetate
  • Teflon Polyvinylidene fluoride
  • PVDF Polyvinylidene fluoride
  • PTFE Polytetrafluoroethylene
  • the first filter 220 may have a convex shape from the outer side of the first filter 220 toward the center. Also, the convex portion of the first filter 220 may be disposed toward the first inlet 210a of the first filter body 210 . Accordingly, when the saliva introduced through the first inlet port 210a is provided on the first filter 220, the saliva flows from the center of the first filter 220 to the first filter 220. can flow outward. That is, the saliva provided on the first filter 220 may be uniformly spread and diffused on the surface of the first filter 220 . As a result, since the saliva can be purified using the entirety of the first filter 220, the efficiency and speed of purifying impurities in the saliva can be improved.
  • the supporter 230 may be disposed inside the first filter body 210 and disposed between the first filter 220 and the first outlet 210b. That is, the supporter 230 may be disposed below the first filter 220 .
  • a plurality of supporters 230 may be disposed below the first filter 220, and the first filter 220 may be supported by the plurality of supporters 230. Accordingly, the position of the first filter 220 can be fixed despite the pressure caused by the saliva injection module 400 to be described later, and the first filter 220 is caused by the saliva injection module 400. Filtering can be performed stably even in a high-pressure environment, and consequently, impurities from the saliva can be easily purified.
  • the supporter 230 may have a rod shape extending from the outer side of the first filter 220 toward the central portion.
  • the supporter 230 may be inclined from one end to the other end. Accordingly, the convex portion of the first filter 220 may be formed by the plurality of supporters 230 disposed below the first filter 230 .
  • the specific shape, shape, and number of the supporters 230 are not limited to those of FIGS. 3 to 5 and can be variously modified. That is, according to the technical idea of the present application, the supporter 230 stably supports the first filter 220, and the first filter 220 has a convex shape toward the first inlet 210a. It can be variously modified within the range of implementing the function of supporting the first filter 220.
  • FIG. 6 is a perspective view of a second filter module included in a saliva pre-processing device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a cut-away perspective view of a second filter module included in a saliva pre-processing device according to an embodiment of the present invention
  • 8 is a cross-sectional view of the second filter module included in the saliva preprocessing device according to an embodiment of the present invention.
  • the second filter module 300 may include a second filter body 310 and a second filter 320 .
  • the second filter body 310 may form the exterior of the second filter module 300 .
  • the second filter body 310 is formed with a second inlet 310a and a second outlet 310b disposed facing each other, from the top where the second inlet 310a is formed. It may have a conical shape in which the diameter decreases toward the bottom where the second outlet 310b is formed.
  • the second filter body 310 may have an elliptical upper portion as shown in (a) of FIG. 6 or a circular upper portion as shown in (b) of FIG. 6 . there is.
  • the second filter body 310 includes an inner body and an outer body, and a collection space CA may be formed between the inner body and the outer body.
  • the end of the second filter body 310 may be small or blocked.
  • the second filter module 300 may be combined with the first filter module 200 .
  • the first filter body 210 and the first outlet 210b of the first filter module 200 communicate with the second inlet 310a of the second filter module 200.
  • a second filter body 310 may be coupled. Accordingly, the saliva flowing out from the first outlet 210b of the first filter module 200 passes through the second inlet 310a of the second filter module 300 to the second filter module 300. ) can be introduced into
  • the second filter 320 may be disposed inside the second filter body 310 and may be disposed between the second inlet 310a and the second outlet 310b. In addition, the second filter 320 may be disposed in plurality on the inner surface of the second filter body 310 . According to one embodiment, the second filter 320 may have a sheet shape extending in one direction. It is obvious to those skilled in the art that the shape of the second filter 320 can be changed in various ways.
  • the saliva flowing from the first filter module 200 to the second filter module 300 may move along the inner surface of the second filter body 310 and be provided to the second filter 320.
  • a region from the second inlet 310a to the second filter 320 of the inner surface of the second filter body 310 may have a hydrophobic characteristic. Accordingly, the saliva flowing into the second filter module 300 can be easily moved to the second filter 320 along the inner surface of the second filter body 310 .
  • the second filter 320 also has a porous structure, and the pore size of the second filter 320 may be smaller than that of the first filter 310 .
  • the second filter 320 includes any one of MCE (Mixed Cellulose Ester), PES (Polyethersulfone), CA (Cellulose Acetate), Nylon, Teflon, PVDF (Polyvinylidene fluoride), and PTFE (Polytetrafluoroethylene) can do.
  • MCE Mated Cellulose Ester
  • PES Polyethersulfone
  • CA Cellulose Acetate
  • Nylon Cellulose Acetate
  • Teflon Polyvinylidene fluoride
  • PVDF Polyvinylidene fluoride
  • PTFE Polytetrafluoroethylene
  • the second filter 320 may receive the saliva purified of impurities from the first filter module 200 and concentrate target substances in the saliva.
  • the target material may include any one of proteins, metabolites, and axosomes.
  • the second filter 320 may concentrate the target material in the saliva so that the target material in the saliva remains on the second filter 320 . That is, when the saliva is filtered through the second filter 320, the target material may remain on the second filter 320.
  • the saliva from which the target material is removed may be discharged to the outside of the second filter module 300 after moving to the collection space CA.
  • the second filter 320 may be replaced according to the type of the target material.
  • the pore size of the second filter 320 to be replaced may vary depending on the type of the target material. For example, when the target material is protein, the pore size of the second filter 320 may be about 3 kDA. In contrast, when the target material is a metabolite, the pore size of the second filter 320 may be 10 Da to 100 Da. In contrast, when the target material is an exosome, the pore size of the second filter 320 may be 20 nm to 30 nm.
  • any one of the plurality of second filters 320 disposed on the inner surface of the second filter body 310 may include an indicator displaying a state of the saliva.
  • any one of the plurality of second filters 320 may include an indicator displaying the pH of the saliva.
  • FIG. 9 is a perspective view of a saliva cartridge included in a saliva pre-processing device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a saliva cartridge included in a saliva pre-processing device according to an embodiment of the present invention
  • 12 is a perspective view of a saliva injection module included in a saliva pre-processing device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a view for explaining saliva discharge in a saliva cartridge through a saliva injection module included in a saliva pre-processing device according to an embodiment of the present invention. .
  • the saliva cartridge 400 may include a cartridge body 410, a rubber packing 420, and a pH indicator 430.
  • the cartridge body 410 may form the appearance of the saliva cartridge 400. According to one embodiment, as formed in FIGS. 9 and 10 , it may have a funnel shape.
  • the rubber packing 420 may be disposed inside the cartridge body 410 to form a saliva space SR in which the saliva is stored.
  • a saliva outlet 410a is formed in the cartridge body 410, and the saliva outlet 410a may communicate with the saliva space SR.
  • the saliva may be stored in the saliva space SR, and the pH indicator 430 may be disposed. As the pH indicator 430 is disposed in the saliva space SR, the state of the saliva may be checked before determining the saliva through the first filter module 200 .
  • the saliva cartridge 400 may be combined with the first filter module 200 .
  • the cartridge body 410 and the first filter body ( so that the saliva outlet 410a of the saliva cartridge 400 and the first inlet 210a of the first filter module 200 communicate with each other. 210) can be combined. Accordingly, the saliva flowing out of the saliva space SR through the saliva outlet 410a may be provided to the first filter module 200 from the saliva cartridge 400 .
  • the saliva injection module 500 may include a motor pump 510 and a connecting member 520 .
  • the connecting member 520 is coupled to the rubber packing 420 of the saliva cartridge 400, the pressure generated by the motor pump 510 to the internal space of the saliva cartridge 400 can be conveyed
  • the motor pump 510 in a state in which the connecting member 520 is coupled to the rubber packing 420, the saliva cartridge through the connecting member 520 and the rubber packing 420 (400) Pressure can be applied to the interior space. Due to this, the saliva S stored in the saliva space SR can be discharged from the saliva cartridge 400 and moved to the first filter module 200 .
  • the motor pump 510 may be controlled through the switch SW of the housing 100 .
  • FIG 13 and 14 are views for explaining the operation of the saliva preprocessing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the saliva S provided to the first filter module 200 may be purified through the first filter 220 .
  • the impurities (IP) in the saliva (S) remain on the first filter 220, and the saliva (S) from which the impurities (IP) are removed may pass through the first filter (220). there is.
  • the saliva S 1 from which impurities IP are removed through the first filter 220 may be provided from the first filter module 200 to the second filter module 300 .
  • the target material TG may be concentrated through the second filter 320 .
  • the target material (TG) in the saliva (S 1 ) remains on the second filter 320, and the saliva (S 2 ) in which the target material (TG) is concentrated is the second filter ( 320) can pass through.
  • the saliva S 2 in which the target material TG is concentrated through the second filter 320 may be discharged to the outside of the second filter module 300 .
  • the target material TG remaining on the second filter 320 is mixed with a buffer solution and then provided to a disease diagnosis kit, through which various diseases can be diagnosed. Specifically, when proteins, metabolites, and exosomes are concentrated as the target material (TG), salivary gland function diseases, rheumatic diseases, xerostomia, periodontal diseases, oral cancer, and other cancers can be diagnosed through a disease diagnosis kit can
  • the purification process of removing impurities in the saliva S and the process of concentrating the target material in the saliva S can all be performed through one device. . Accordingly, in vitro diagnosis using saliva can be conveniently performed.
  • the first filter module 200, the second filter module 300, the saliva cartridge 400, and the saliva injection module 500 are individually Prepared, each component can be combined and separated. Accordingly, not only can the replacement of the first and second filters 220 and 320 disposed in the first and second filter modules 200 and 300 be easily performed, but also the saliva cartridge 400 and the Maintenance of the saliva injection module 500 can also be easily performed.
  • the housing 100 of the saliva preprocessing device includes an upper housing in which the saliva cartridge 400 and the saliva injection module 500 are accommodated, and the first filter module 200 and It may be divided into a lower housing in which the second filter module 300 is accommodated. The upper housing and the lower housing are prepared separately, and can be coupled and separated from each other.
  • the saliva pretreatment method includes preparing a saliva cartridge in which saliva is stored (S100), supplying the saliva stored in the saliva cartridge to a first filter (S200), and passing through the first filter.
  • Purifying impurities in the saliva (S300), supplying the purified saliva to the second filter (S400), and concentrating the target material in the saliva through the second filter (S500) can include Hereinafter, each step is explained.
  • a saliva cartridge in which saliva is stored may be prepared.
  • various indicators capable of checking the state of the saliva may be disposed in the saliva cartridge.
  • a pH indicator capable of checking the pH of the saliva may be disposed in the saliva cartridge. Accordingly, before filtering the saliva through the first filter and the second filter, it is possible to check the state of the saliva stored in the saliva cartridge.
  • the saliva stored in the saliva cartridge may be supplied to the first filter.
  • the first filter may have a porous structure in which pores of a first size are formed.
  • impurities (eg, food residue, etc.) in the saliva may be purified through the first filter.
  • impurities in the saliva may be purified so that the impurities in the saliva remain on the first filter, and the saliva purified of the impurities may pass through the first filter.
  • the saliva purified from impurities may be supplied to the second filter.
  • the second filter may have a porous structure in which pores of a second size smaller than the first size are formed.
  • step S500 target substances (eg, proteins, metabolites, exosomes, etc.) in the saliva may be concentrated through the second filter.
  • target substances eg, proteins, metabolites, exosomes, etc.
  • the target material in the saliva is concentrated so that the target material remains on the second filter, and the saliva in which the target material is concentrated may pass through the second filter.
  • the target material remaining on the second filter may be mixed with a buffer solution and then provided to a disease diagnosis kit. Accordingly, in vitro diagnosis of saliva can be performed through the disease diagnosis kit.
  • 15 is a graph confirming the size distribution of biomarkers used in the saliva pretreatment device according to an embodiment of the present invention.
  • the size distribution of individual biomarkers was confirmed using the NTA method. As can be seen in (a) to (c) of FIG. 15, it was confirmed that the size distribution of the separated biomarkers was distributed in the range of 0 to 500 nm.
  • FIG. 16 is a graph showing the results of filtering the biomarkers isolated in FIG. 15 with a saliva preprocessor according to an embodiment of the present invention.
  • the biomarkers isolated in FIG. 15 were filtered with the saliva preprocessing device according to the above embodiment, and the results according to filters of various sizes were compared and shown. As can be seen in FIG. 16, it was confirmed that the biomarker was filtered according to the size of the filter. Through this, it can be seen that the biomarker can be separated and concentrated.
  • 17 is a photograph of a state in which biomarkers are filtered through a saliva preprocessing device according to an embodiment of the present invention.
  • the biomarkers remaining on the second filter are shown by scanning electric microscopy (SEM). More specifically, a filter having a size of 200 nm was used as the second filter. As can be seen in FIG. 17, it was confirmed that biomarkers having a size of about 400 nm remained on the second filter, and biomarkers having a size of 200 nm or less passed through the filter and were separated. Accordingly, it can be seen that the biomarker can be concentrated through the secondary filter.
  • SEM scanning electric microscopy
  • the saliva pre-processing device and pre-treatment method according to an embodiment of the present invention can be applied to the medical industry.

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Abstract

타액 전처리 장치가 제공된다. 상기 타액 전처리 장치는, 타액 내의 불순물이 필터 상에 잔존되도록, 상기 타액 내의 불순물을 정제하는 제1 필터 모듈, 및 상기 제1 필터 모듈로부터 불순물이 정제된 상기 타액을 제공받아 상기 타액 내의 타겟 물질이 필터 상에 잔존되도록, 상기 타액 내의 상기 타겟 물질을 농축하는 제2 필터 모듈을 포함하되, 상기 제1 및 제2 필터 모듈은 다공성 구조를 가질 수 있다.

Description

타액의 전처리 장치 및 전처리 방법
본 발명은 타액의 전처리 장치 및 전처리 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 타액 내의 타겟 물질을 농축하여 체외에서 진단하는 타액의 전처리 장치 및 전처리 방법에 관련된 것이다.
구강 시료의 대표라 할 수 있는 타액은 구강 내에서 소화, 면역, 윤할, 완충, 세정, 미각, 치유 등의 구강 건강에 필요한 기능을 담당하고 있으며, 구강 내 세균 환경에 대한 가장 직접적이고 다양한 정보를 담고 있는 시료이다. 타액은 대부분 물로 구성되어 있고, 2% 정도만이 전해질, 소화효소, 음식물 잔사, 세균 및 대사체, 구강상피, 면역글로불린, 단백질 등 다양한 성분이 혼합된 시료이다.
타액에는 세균을 비롯 단백질과 핵산 등 인체의 건강상태를 반영하는 다양한 생분자가 포함되어 있으며 비침습적 방법으로 손쉽게 수집할 수 있으나, 수집된 타액 시료는 변질 및 오염의 우려가 있으므로 신뢰성이 높은 결과를 얻기 위해서는 타겟 물질 외의 불순물을 제거하는 번거로운 과정이 동반될 수밖에 없다. 따라서 타액을 정확하게 분석하기 위해서는 다양한 부위와 상태에 따른 타액 수집 방법이 도입되어야 하고, 채취된 다양한 형태의 타액에 적합한 전처리 방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 타액을 통한 질병 진단 과정이 간소화된 타액의 전처리 장치 및 전처리 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 타액 내의 불순물 제거가 용이한 타액의 전처리 장치 및 전처리 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 타액 내의 타겟 물질 농축이 용이한 타액의 전처리 장치 및 전처리 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 타액 내의 불순물 정제 및 타액 내의 타겟 물질 농축이 하나의 장치에서 이루어질 수 있는 타액의 전처리 장치 및 전처리 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 타액 전처리 장치를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 타액 전처리 장치는 타액 내의 불순물이 필터 상에 잔존되도록, 상기 타액 내의 불순물을 정제하는 제1 필터 모듈, 및 상기 제1 필터 모듈로부터 불순물이 정제된 상기 타액을 제공받아 상기 타액 내의 타겟 물질이 필터 상에 잔존되도록, 상기 타액 내의 상기 타겟 물질을 농축하는 제2 필터 모듈을 포함하되, 상기 제1 및 제2 필터 모듈은 다공성 구조를 갖고, 상기 제2 필터 모듈의 공극 크기가 상기 제1 필터 모듈의 공극 크기보다 작은 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 필터 모듈은, 서로 마주보며 배치되는 유입구 및 유출구가 형성된 제1 필터 바디, 및 상기 제1 필터 바디의 내부에서, 상기 유입구 및 유출구 사이에 배치되는 제1 필터를 포함하되, 상기 제1 필터는 외측으로부터 중앙부로 갈수록 볼록한 형상을 갖고, 상기 제1 필터의 볼록부가 상기 제1 필터 바디의 상기 유입구를 향하도록 배치되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 필터 모듈은, 상기 제1 필터의 외측으로부터 중앙부 방향으로 연장되는 로드 형상을 갖고, 상기 제1 필터의 하부에 배치되어 상기 제1 필터를 지지하는 복수의 서포터를 더 포함하되, 상기 서포터는 일단으로부터 타단 방향으로 기울기가 형성되어, 상기 서포터에 의해 상기 제1 필터의 볼록부가 형성되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 필터 모듈은, 서로 마주보며 배치되는 유입구 및 유출구가 형성되되, 유입구가 형성된 상부로부터 유출구가 형성된 하부로 갈수록 직경이 작아지는 원뿔 형상을 갖는 제2 필터 바디, 및 일 방향으로 연장되는 로드 형상을 갖고, 상기 제2 필터 바디의 내측면에 배치되는 제2 필터를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 필터 모듈로부터 상기 제2 필터 모듈로 유입된 상기 타액은 상기 제2 필터 모듈의 내측면을 따라 이동되어 상기 제2 필터에 의해 상기 타겟 물질이 농축되고, 상기 제2 필터를 통해 상기 타겟 물질이 농축된 상기 타액은 상기 제2 필터 모듈의 외부로 배출되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 필터 바디의 내측면에는 복수의 상기 제2 필터가 배치되되, 복수의 상기 제2 필터 중 어느 하나는, 상기 타액의 pH를 표시하는 pH 인디케이터를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 필터는 상기 타겟 물질의 종류에 따라 교체되되, 상기 제2 필터의 공극 크기는 상기 타겟 물질의 종류에 따라 다른 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 필터 모듈 및 상기 제2 필터 모듈은, MCE(Mixed Cellulose Ester), PES(Polyethersulfone), CA(Cellulose Acetate), Nylon, Teflon, PVDF(Polyvinylidene fluoride), 및 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 타액 전처리 장치는 상기 제1 필터 모듈과 결합되고, 상기 제1 필터 모듈에 공급되는 상기 타액을 저장하는 타액 카트리지, 및 상기 타액 카트리지와 결합되고, 상기 타액 카트리지로부터 상기 제1 필터 모듈로 상기 타액이 공급되도록, 상기 타액 카트리지에 압력을 인가하는 타액 주입 모듈을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 타액 카트리지는, 상기 타액 주입 모듈과 접촉되고 상기 타액이 저장되는 공간을 형성하는 고무 패킹, 및 상기 타액이 저장되는 공간에 배치되는 pH 인디케이터를 포함하되, 상기 타액 주입 모듈이 상기 고무 패킹에 압력을 인가함에 따라, 상기 타액 저장 공간에 저장된 상기 타액이, 상기 제1 필터 모듈로 공급되는 것을 포함할 수 있다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 타액 전처리 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 타액 전처리 방법은 타액이 저장된 타액 카트리지를 준비하는 단계, 상기 타액 카트리지에 저장된 상기 타액을, 제1 크기의 공극이 형성된 제1 필터로 공급하는 단계, 상기 제1 필터 상에 상기 타액 물질 내의 불순물이 잔존되도록 상기 타액 내의 불순물을 정제하고, 불순물이 정제된 상기 타액은 상기 제1 필터를 통과시키는 단계, 불순물이 정제된 상기 타액을, 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기의 공극이 형성된 제2 필터로 공급하는 단계, 및 상기 제2 필터 상에 상기 타액 내의 타겟 물질이 잔존되도록 상기 타액 내의 타겟 물질을 농축하고, 타겟 물질이 농축된 상기 타액은 상기 제2 필터를 통과시는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 타겟 물질은, 단백질, 대사체, 및 엑소좀 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치는, 타액 내의 불순물이 필터 상에 잔존되도록, 상기 타액 내의 불순물을 정제하는 제1 필터 모듈, 및 상기 제1 필터 모듈로부터 불순물이 정제된 상기 타액을 제공받아 상기 타액 내의 타겟 물질이 필터 상에 잔존되도록, 상기 타액 내의 상기 타겟 물질을 농축하는 제2 필터 모듈을 포함하되, 상기 제1 및 제2 필터 모듈은 다공성 구조를 갖고, 상기 제2 필터 모듈의 공극 크기가 상기 제1 필터 모듈의 공극 크기보다 작은 것을 포함할 수 있다.
이에 따라, 타액 내의 불순물을 제거하는 정제 과정과, 타액 내의 타겟 물질을 농축하는 과정이 하나의 장치를 통해 모두 이루어 질 수 있으므로, 타액을 이용한 체외 진단이 간편하게 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치의 단면 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치가 포함하는 제1 필터 모듈의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치가 포함하는 제1 필터 모듈의 절개 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따르면 타액 전처리 장치가 포함하는 제1 필터 모듈의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치가 포함하는 제2 필터 모듈의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치가 포함하는 제2 필터 모듈의 절개 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치가 포함하는 제2 필터 모듈의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치가 포함하는 타액 카트리지의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치가 포함하는 타액 카트리지의 단면 개략도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치가 포함하는 타액 주입 모듈의 사시도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치가 포함하는 타액 주입 모듈을 통한 타액 카트리지 내의 타액 배출을 설명하기 위한 도면이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치에 사용되는 바이오마커들의 크기 분포를 확인하는 그래프이다.
도 16은 도 15에서 분리된 바이오마커를 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치로 필터링한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치를 통해 바이오마커를 필터링한 상태를 촬영한 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치의 단면 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치는, 하우징(100), 제1 필터 모듈(200), 제2 필터 모듈(300), 타액 카트리지(400), 및 타액 주입 모듈(500)을 포함할 수 있다. 이하, 각 구성에 대해 설명된다.
상기 하우징(100)은 상기 타액 전처리 장치의 외관을 형성할 수 있다. 또한, 상기 하우징(100)은, 그 내부에 설치되는 각종 부품들을 지지 및 수용하도록 마련될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 하우징(100)의 내부에 상기 제1 필터 모듈(200), 상기 제2 필터 모듈(300), 타액 상기 카트리지(400), 및 상기 타액 주입 모듈(500)이 배치되고, 상기 제1 필터 모듈(200), 상기 제2 필터 모듈(300), 상기 타액 카트리지(400), 및 상기 타액 주입 모듈(500)은 상기 하우징(100)에 의해 지지 및 수용될 수 있다.
상기 하우징(100)의 상단에는 상기 타액 주입 모듈(500)을 제어하기 위한 스위치(SW)가 마련될 수 있다. 상기 스위치(SW)는 상기 하우징(100)의 내부와 외부를 관통하도록 마련되며, 상기 하우징(100)의 외측에서 상기 스위치(SW)를 통해 상기 타액 주입 모듈(500)이 제어될 수 있다. 상기 스위치(SW)를 통한 상기 타액 주입 모듈(500)의 동작은 후술된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치가 포함하는 제1 필터 모듈의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치가 포함하는 제1 필터 모듈의 절개 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따르면 타액 전처리 장치가 포함하는 제1 필터 모듈의 단면도이다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 상기 제1 필터 모듈(200)은, 제1 필터 바디(210), 제1 필터(220), 및 서포터(230)를 포함할 수 있다.
상기 제1 필터 바디(210)는 상기 제1 필터 모듈(200)의 외관을 형성할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 필터 바디(210)는, 서로 마주보며 배치되는 제1 유입구(210a) 및 제1 유출구(210b)를 포함하되, 상기 제1 유입구(210a) 또는 상기 제1 유출구(210b)로부터 상기 제1 유입구(210a)와 상기 제1 유출구(210b) 사이로 갈수록 직경이 증가하는 형상을 가질 수 있다. 다시 말하면, 상기 제1 유입구(210a)에서 상기 제1 유출구(210b)로 갈수록, 직경이 점차적으로 증가하다가 다시 점차적으로 감소할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 필터 바디(210)는, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 팽이 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 필터(220)는 상기 제1 필터 바디(210) 내부에 배치되되, 상기 제1 유입구(210a) 및 상기 제1 유출구(210b) 사이에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 필터(220)는 제1 필터 바디(210)의 직경이 가장 큰 영역 내에 제공될 수 있다. 상기 제1 필터(220)는 상기 제1 유입구(210a)를 통해 유입된 타액 내의 불순물(예를 들어, 음식물 잔사 등)을 정제할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 필터(220)는 상기 타액 내의 불순물이 상기 제1 필터(220) 상에 잔존되도록, 상기 타액 내의 불순물을 정제할 수 있다. 즉, 상기 타액이 상기 제1 필터(220)를 통해 필터링되는 경우, 상기 제1 필터(220) 상에는 상기 타액 내의 불순물이 잔존되고, 불순물이 제거된 상기 타액은, 상기 제1 필터(220)를 통과하여 상기 제1 유출구(210b)를 통해 유출될 수 있다.
상기 제1 필터(220)는 다공성 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 필터(220)의 공극 크기는 약 1000nm일 수 있다. 또한, 상기 제1 필터(220)는 MCE(Mixed Cellulose Ester), PES(Polyethersulfone), CA(Cellulose Acetate), Nylon, Teflon, PVDF(Polyvinylidene fluoride), 및 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 필터(220)는 상기 제1 필터(220)의 외측으로부터 중앙부로 갈수록 볼록한 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 필터(220)의 볼록부는 상기 제1 필터 바디(210)의 상기 제1 유입구(210a)를 향하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 유입구(210a)를 통해 유입된 상기 타액이 상기 제1 필터(220) 상에 제공되는 경우, 상기 타액은 상기 제1 필터(220)의 중앙부로부터 상기 제1 필터(220)의 외측으로 흘러내릴 수 있다. 즉, 상기 제1 필터(220) 상에 제공된 상기 타액은, 상기 제1 필터(220)의 표면에 균일하게 스프레딩(spreading) 및 확산될 수 있다. 이로 인해, 상기 타액은 상기 제1 필터(220)의 전체적인 부분을 사용하여 정제될 수 있으므로, 상기 타액 내의 불순물 정제 효율 및 속도가 향상될 수 있다.
상기 서포터(230)는 상기 제1 필터 바디(210) 내부에 배치되되, 상기 제1 필터(220)와 상기 제1 유출구(210b) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 상기 서포터(230)는 상기 제1 필터(220)의 하부에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 필터(220)의 하부에는 복수의 상기 서포터(230)가 배치되어, 상기 복수의 서포터(230)에 의해 상기 제1 필터(220)가 지지될 수 있다. 이에 따라, 후술되는 타액 주입 모듈(400)에 의한 압력에도 불구하고, 상기 제1 필터(220)의 위치가 고정될 수 있고, 상기 제1 필터(220)가 상기 타액 주입 모듈(400)에 의한 고압 환경에서도 안정적으로 필터링을 수행할 수 있고, 결론적으로, 상기 타액으로부터의 불순물 정제가 용이하게 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 서포터(230)는 상기 제1 필터(220)의 외측으로부터 중앙부 방향으로 연장되는 로드 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 서포터(230)는 일단으로부터 타단 방향으로 기울기가 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 필터(230)의 하부에 배치된 상기 복수의 서포터(230)에 의해, 상기 제1 필터(220)의 볼록부가 형성될 수 있다.
상기 서포터(230)의 구체적인 형상, 모양, 및 개수는 도 3 내지 도 5에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 즉, 본 출원의 기술적 사상에 따르면, 상기 서포터(230)는 상기 제1 필터(220)를 안정적으로 지지하고, 상기 제1 필터(220)가 상기 제1 유입구(210a)를 향하여 볼록한 형상을 가질 수 있도록, 상기 제1 필터(220)를 지지하는 기능을 구현하는 범위 내에서 다양하게 변형될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치가 포함하는 제2 필터 모듈의 사시도이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치가 포함하는 제2 필터 모듈의 절개 사시도이고, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치가 포함하는 제2 필터 모듈의 단면도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 제2 필터 모듈(300)은, 제2 필터 바디(310), 및 제2 필터(320)를 포함할 수 있다.
상기 제2 필터 바디(310)는 상기 제2 필터 모듈(300)의 외관을 형성할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 필터 바디(310)는 서로 마주보며 배치되는 제2 유입구(310a) 및 제2 유출구(310b)가 형성되되, 상기 제2 유입구(310a)가 형성된 상부로부터 상기 제2 유출구(310b)가 형성된 하부로 갈수록 직경이 작아지는 원뿔 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 필터 바디(310)는 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 윗부분이 타원 형상을 갖거나, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 윗부분이 원형 형상을 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 필터 바디(310)는 내부 바디 및 외부 바디로 이루어 지며, 상기 내부 바디 및 외부 바디 사이에 포집 공간(CA)이 형성될 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 필터 바디(310)의 끝단은 작게 뚫려 있거나 막혀 있을 수 있다.
상기 제2 필터 모듈(300)은 상기 제1 필터 모듈(200)과 결합될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 필터 모듈(200)의 상기 제1 유출구(210b)와 상기 제2 필터 모듈(200)의 상기 제2 유입구(310a)가 연통되도록, 상기 제1 필터 바디(210)와 상기 제2 필터 바디(310)가 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 필터 모듈(200)의 상기 제1 유출구(210b)로부터 유출된 상기 타액은 상기 제2 필터 모듈(300)의 상기 제2 유입구(310a)를 통해 상기 제2 필터 모듈(300) 내로 유입될 수 있다.
상기 제2 필터(320)는 상기 제2 필터 바디(310) 내부에 배치되되, 상기 제2 유입구(310a) 및 상기 제2 유출구(310b) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 상기 제2 필터(320)는 상기 제2 필터 바디(310)의 내측면에 복수로 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 필터(320)는 일 방향으로 연장되는 시트 형상을 가질 수 있다. 상기 제2 필터(320)의 형상이 다양하게 변경될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
상기 제1 필터 모듈(200)로부터 상기 제2 필터 모듈(300)로 유입된 상기 타액은 상기 제2 필터 바디(310)의 내측면을 따라 이동되어 상기 제2 필터(320)로 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 필터 바디(310)의 내측면 중 상기 제2 유입구(310a)로부터 상기 제2 필터(320)까지의 영역은, 소수성 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 필터 모듈(300)로 유입된 상기 타액은 상기 제2 필터 바디(310)의 내측면을 따라 상기 제2 필터(320)로 용이하게 이동될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 필터(320) 또한 다공성 구조를 갖되, 상기 제2 필터(320)의 공극 크기는 상기 제1 필터(310)의 공극 크기보다 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 필터(320)는 MCE(Mixed Cellulose Ester), PES(Polyethersulfone), CA(Cellulose Acetate), Nylon, Teflon, PVDF(Polyvinylidene fluoride), 및 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 제2 필터(320)는 상기 제1 필터 모듈(200)로부터 불순물이 정제된 상기 타액을 제공받아, 상기 타액 내의 타겟 물질을 농축할 수 있다. 예를 들어, 상기 타겟 물질은 단백질, 대사체, 및 액소좀 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제2 필터(320)는 상기 타액 내의 상기 타겟 물질이 상기 제2 필터(320) 상에 잔존되도록, 상기 타액 내의 상기 타겟 물질을 농축할 수 있다. 즉, 상기 타액이 상기 제2 필터(320)를 통해 필터링되는 경우, 상기 제2 필터(320) 상에는 상기 타겟 물질이 잔존될 수 있다. 상기 타겟 물질이 제거된 상기 타액은, 상기 포집 공간(CA)으로 이동된 후 상기 제2 필터 모듈(300)의 외부로 배출될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 필터(320)는 상기 타겟 물질의 종류에 따라 교체될 수 있다. 또한, 교체되는 상기 제2 필터(320)의 공극 크기는 상기 타겟 물질의 종류에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 타겟 물질이 단백질인 경우, 상기 제2 필터(320)의 공극 크기는 약 3 kDA일 수 있다. 이와 달리, 상기 타겟 물질이 대사체인 경우, 상기 제2 필터(320)의 공극 크기는 10Da 내지 100Da일 수 있다. 이와 달리, 상기 타겟 물질이 엑소좀인 경우, 상기 제2 필터(320)의 공극 크기는 20nm 내지 30nm 일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 필터 바디(310)의 내측면에 배치된 복수의 상기 제2 필터(320) 중 어느 하나는, 상기 타액의 상태를 표시하는 인디케이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 상기 제2 필터(320) 중 어느 하나는, 상기 타액의 pH를 표시하는 인디케이터를 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치가 포함하는 타액 카트리지의 사시도이고, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치가 포함하는 타액 카트리지의 단면 개략도이고, 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치가 포함하는 타액 주입 모듈의 사시도이고, 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치가 포함하는 타액 주입 모듈을 통한 타액 카트리지 내의 타액 배출을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 타액 카트리지(400)는 카트리지 바디(410), 고무 패킹(420), 및 pH 인디케이터(430)를 포함할 수 있다.
상기 카트리지 바디(410)는 상기 타액 카트리지(400)의 외관을 형성할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 도 9 및 도 10에 형성된 바와 같이, 깔때기 형상을 가질 수 있다.
상기 고무 패킹(420)은 상기 카트리지 바디(410)의 내부에 배치되어, 상기 타액이 저장되는 타액 공간(SR)을 형성할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 카트리지 바디(410)에는 타액 유출구(410a)가 형성되어 있으며, 상기 타액 유출구(410a)는 상기 타액 공간(SR)과 연통될 수 있다. 또한, 상기 타액 공간(SR) 내에는 상기 타액이 저장될 뿐만 아니라, 상기 pH 인디케이터(430)가 배치될 수 있다. 상기 타액 공간(SR) 내에 상기 pH 인디케이터(430)가 배치됨에 따라, 상기 제1 필터 모듈(200)을 통해 상기 타액을 정하기 전 상기 타액의 상태를 확인할 수 있다.
상기 타액 카트리지(400)는 상기 제1 필터 모듈(200)과 결합될 수 있다. 구체적으로, 상기 타액 카트리지(400)의 상기 타액 유출구(410a)와 상기 제1 필터 모듈(200)의 상기 제1 유입구(210a)가 연통되도록, 상기 카트리지 바디(410)와 상기 제1 필터 바디(210)가 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 타액 유출구(410a)를 통해 상기 타액 공간(SR)으로부터 유출된 상기 타액은, 상기 타액 카트리지(400)로부터 상기 제1 필터 모듈(200)로 제공될 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 타액 주입 모듈(500)은, 모터 펌프(510) 및 연결 부재(520)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 연결 부재(520)는 상기 타액 카트리지(400)의 상기 고무 패킹(420)과 결합되어, 상기 모터 펌프(510)에서 생성되는 압력을 상기 타액 카트리지(400) 내부 공간으로 전달할 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 모터 펌프(510)는, 상기 연결 부재(520)가 상기 고무 패킹(420)과 결합된 상태에서, 상기 연결 부재(520) 및 상기 고무 패킹(420)을 통해 상기 타액 카트리지(400) 내부 공간으로 압력을 인가할 수 있다. 이로 인해, 상기 타액 공간(SR)에 저장되어 있던 상기 타액(S)은 상기 타액 카트리지(400)로부터 유출되어, 상기 제1 필터 모듈(200)로 이동될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 모터 펌프(510)는 상기 하우징(100)의 상기 스위치(SW)를 통해 제어될 수 있다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 상기 타액 카트리지(400)의 상기 타액 공간(SR) 내에 상기 타액(S)이 저장된 상태에서, 상기 타액 주입 모듈(500)을 통해 상기 타액 카트리지(400)에 압력이 인가될 수 있다. 이에 따라, 상기 타액 카트리지(400)로부터 상기 제1 필터 모듈(200)로 상기 타액(S)이 제공될 수 있다.
상기 제1 필터 모듈(200)로 제공된 상기 타액(S)은, 상기 제1 필터(220)를 통해 정제될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 필터(220) 상에 상기 타액(S) 내의 불순물(IP)이 잔존되고, 불순물(IP)이 제거된 상기 타액(S)은 상기 제1 필터(220)를 통과할 수 있다. 상기 제1 필터(220)를 통해 불순물(IP)이 제거된 상기 타액(S1)은, 상기 제1 필터 모듈(200)로부터 상기 제2 필터 모듈(300)로 제공될 수 있다.
상기 제2 필터 모듈(300)로 제공된 상기 타액(S1)은, 상기 제2 필터(320)를 통해 상기 타겟 물질(TG)이 농축될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 필터(320) 상에 상기 타액(S1) 내의 상기 타겟 물질(TG)이 잔존되고, 상기 타겟 물질(TG)이 농축된 상기 타액(S2)은 상기 제2 필터(320)를 통과할 수 있다. 상기 제2 필터(320)를 통해 상기 타겟 물질(TG)이 농축된 상기 타액(S2)은, 상기 제2 필터 모듈(300)의 외부로 배출될 수 있다.
상기 제2 필터(320) 상에 잔존된 상기 타겟 물질(TG)은, 버퍼 용액과 혼합된 후 질병 진단 키트로 제공되고, 질병 진단 키트를 통해 다양한 질병들이 진단될 수 있다. 구체적으로, 상기 타겟 물질(TG)로서 단백질, 대사체, 및 엑소좀이 농축되는 경우, 질병 진단 키트를 통해 타액선 기능 질환, 류마티스 질환, 구강 건조증, 치주 질환, 구강암, 및 기타 암 등이 진단될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치는 상기 타액(S) 내의 불순물을 제거하는 정제 과정과, 상기 타액(S) 내의 상기 타겟 물질을 농축하는 과정이 하나의 장치를 통해 모두 이루어질 수 있다. 이에 따라, 타액을 이용한 체외 진단이 간편하게 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치는, 상기 제1 필터 모듈(200), 상기 제2 필터 모듈(300), 상기 타액 카트리지(400), 및 상기 타액 주입 모듈(500)이 개별적으로 준비되고, 각각의 구성들이 결합 및 분리될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 필터 모듈(200, 300) 내에 배치되는 상기 제1 및 제2 필터(220, 320)의 교체가 용이하게 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 상기 타액 카트리지(400) 및 상기 타액 주입 모듈(500)의 유지 보수 또한 용이하게 이루어질 수 있다. 또한, 일 변형 예에 따르면, 상기 타액 전처리 장치의 상기 하우징(100)은, 상기 타액 카트리지(400) 및 상기 타액 주입 모듈(500)이 수용되는 상부 하우징, 및 상기 제1 필터 모듈(200)과 상기 제2 필터 모듈(300)이 수용되는 하부 하우징으로 구분될 수 있다. 상기 상부 하우징 및 상기 하부 하우징은 개별적으로 준비되고, 각각이 결합 및 분리될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치가 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 방법이 설명된다.
본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 방법은, 타액이 저장된 타액 카트리지를 준비하는 단계(S100), 상기 타액 카트리지에 저장된 상기 타액을 제1 필터로 공급하는 단계(S200), 상기 제1 필터를 통해 상기 타액 내의 불순물을 정제하는 단계(S300), 불순물이 정제된 상기 타액을 상기 제2 필터로 공급하는 단계(S400), 및 상기 제2 필터를 통해 상기 타액 내의 타겟 물질을 농축하는 단계(S500)를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대해 설명된다.
상기 S100 단계에서는, 타액이 저장된 타액 카트리지가 준비될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 타액 카트리지 내에는 상기 타액의 상태를 확인할 수 있는 다양한 인디케이터들이 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 타액 카트리지 내에는 상기 타액의 pH를 확인할 수 있는 pH 인디케이터가 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 필터 및 제2 필터를 통해 상기 타액을 필터링하기 전, 상기 타액 카트리지 내에 저장된 상기 타액의 상태를 확인할 수 있다.
상기 S200 단계에서는, 상기 타액 카트리지에 저장된 상기 타액이, 상기 제1 필터로 공급될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 필터는 제1 크기의 공극이 형성된 다공성 구조를 가질 수 있다.
상기 S300 단계에서는, 상기 제1 필터를 통해 상기 타액 내의 불순물(예를 들어, 음식물 잔사 등)이 정제될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 필터 상에 상기 타액 내의 불순물이 잔존되도록 상기 타액 내의 불순물이 정제되고, 불순물이 정제된 상기 타액은 상기 제1 필터를 통과할 수 있다.
상기 S400 단계에서는, 불순물이 정제된 상기 타액이 상기 제2 필터로 공급될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 필터는 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기의 공극이 형성된 다공성 구조를 가질 수 있다.
상기 S500 단계에서는, 상기 제2 필터를 통해 상기 타액 내의 타겟 물질(예를 들어, 단백질, 대사체, 엑소좀 등)이 농축될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 필터 상에 상기 타겟 물질이 잔존되도록 상기 타액 내의 상기 타겟 물질이 농축되고, 상기 타겟 물질이 농축된 상기 타액은 상기 제2 필터를 통과할 수 있다.
이후, 상기 제2 필터 상에 잔존된 상기 타겟 물질은 버퍼 용액과 혼합된 후 질병 진단 키트에 제공될 수 있다. 이에 따라, 질병 진단 키트를 통해 타액의 체외 진단이 이루어질 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치에 사용되는 바이오마커들의 크기 분포를 확인하는 그래프이다.
도 15의 (a) 내지 (c)를 참조하면, NTA 방법을 이용하여 개별 바이오마커들의 크기 분포를 확인하였다. 도 15의 (a) 내지 (c)에서 확인할 수 있듯이 분리된 바이오마커들의 크기 분포는 0~500 nm 정도에서 분포되고 있는 것을 확인할 수 있었다.
도 16은 도 15에서 분리된 바이오마커를 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치로 필터링한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 16을 참조하면, 도 15에서 분리된 바이오마커를 상기 실시 예에 따른 타액 전처리 장치로 필터링 하되, 다양한 크기의 필터에 따른 결과를 비교하여 나타내었다. 도 16에서 확인할 수 있듯이, 필터의 크기에 따라서 바이오마커가 필터링되는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해, 바이오마커를 분리하고 농축할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 제1 샘플(sonication+3kDa filter), 제2 샘플(sonication+centrifuge), 제3 샘플(3kDa filter), 및 제4 샘플(centrifuge)을 준비한 후, 각 샘플의 OD 값, average, 및 protein 값을 측정하여 나타내었다. 측정된 결과는 아래의 <표 1>을 통해 정리된다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치를 통해 바이오마커를 필터링한 상태를 촬영한 사진이다.
도 17을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 타액 전처리 장치를 통해 바이오마커를 필터링한 후 상기 제2 필터 상에 잔존된 바이오마커를 SEM(Scanning Electric Microscopy) 촬영하여 나타내었다. 보다 구체적으로, 제2 필터는 200 nm 크기의 필터를 사용하였다. 도 17에서 확인할 수 있듯이, 400 nm 정도의 크기를 갖는 바이오마커들은 제2 필터 상에 잔존되고, 200 nm 이하의 크기를 갖는 바이오마커들은 필터를 통과해서 분리된 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 2차 필터를 통해 바이오마커를 농축할 수 있음을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 타액 전처리 장치 및 전처리 방법은 의료 산업에 적용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 타액 내의 불순물이 필터 상에 잔존되도록, 상기 타액 내의 불순물을 정제하는 제1 필터 모듈; 및
    상기 제1 필터 모듈로부터 불순물이 정제된 상기 타액을 제공받아 상기 타액 내의 타겟 물질이 필터 상에 잔존되도록, 상기 타액 내의 상기 타겟 물질을 농축하는 제2 필터 모듈을 포함하되,
    상기 제1 및 제2 필터 모듈은 다공성 구조를 갖고, 상기 제2 필터 모듈의 공극 크기가 상기 제1 필터 모듈의 공극 크기보다 작은 것을 포함하는 타액 전처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 필터 모듈은,
    서로 마주보며 배치되는 유입구 및 유출구가 형성된 제1 필터 바디; 및
    상기 제1 필터 바디의 내부에서, 상기 유입구 및 유출구 사이에 배치되는 제1 필터를 포함하되,
    상기 제1 필터는 외측으로부터 중앙부로 갈수록 볼록한 형상을 갖고, 상기 제1 필터의 볼록부가 상기 제1 필터 바디의 상기 유입구를 향하도록 배치되는 것을 포함하는 타액 전처리 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 필터 모듈은, 상기 제1 필터의 외측으로부터 중앙부 방향으로 연장되는 로드 형상을 갖고, 상기 제1 필터의 하부에 배치되어 상기 제1 필터를 지지하는 복수의 서포터를 더 포함하되,
    상기 서포터는 일단으로부터 타단 방향으로 기울기가 형성되어, 상기 서포터에 의해 상기 제1 필터의 볼록부가 형성되는 것을 포함하는 타액 전처리 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 필터 모듈은,
    서로 마주보며 배치되는 유입구 및 유출구가 형성되되, 유입구가 형성된 상부로부터 유출구가 형성된 하부로 갈수록 직경이 작아지는 원뿔 형상을 갖는 제2 필터 바디; 및
    일 방향으로 연장되는 로드 형상을 갖고, 상기 제2 필터 바디의 내측면에 배치되는 제2 필터를 포함하는 타액 전처리 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 필터 모듈로부터 상기 제2 필터 모듈로 유입된 상기 타액은 상기 제2 필터 모듈의 내측면을 따라 이동되어 상기 제2 필터에 의해 상기 타겟 물질이 농축되고,
    상기 제2 필터를 통해 상기 타겟 물질이 농축된 상기 타액은 상기 제2 필터 모듈의 외부로 배출되는 것을 포함하는 타액 전처리 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 필터 바디의 내측면에는 복수의 상기 제2 필터가 배치되되,
    복수의 상기 제2 필터 중 어느 하나는, 상기 타액의 pH를 표시하는 pH 인디케이터를 포함하는 타액 전처리 장치.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 필터는 상기 타겟 물질의 종류에 따라 교체되되,
    상기 제2 필터의 공극 크기는 상기 타겟 물질의 종류에 따라 다른 것을 포함하는 타액 전처리 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 필터 모듈 및 상기 제2 필터 모듈은, MCE(Mixed Cellulose Ester), PES(Polyethersulfone), CA(Cellulose Acetate), Nylon, Teflon, PVDF(Polyvinylidene fluoride), 및 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나를 포함하는 타액 전처리 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 필터 모듈과 결합되고, 상기 제1 필터 모듈에 공급되는 상기 타액을 저장하는 타액 카트리지; 및
    상기 타액 카트리지와 결합되고, 상기 타액 카트리지로부터 상기 제1 필터 모듈로 상기 타액이 공급되도록, 상기 타액 카트리지에 압력을 인가하는 타액 주입 모듈을 더 포함하는 타액 전처리 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 타액 카트리지는, 상기 타액 주입 모듈과 접촉되고 상기 타액이 저장되는 공간을 형성하는 고무 패킹, 및 상기 타액이 저장되는 공간에 배치되는 pH 인디케이터를 포함하되,
    상기 타액 주입 모듈이 상기 고무 패킹에 압력을 인가함에 따라, 상기 타액 저장 공간에 저장된 상기 타액이, 상기 제1 필터 모듈로 공급되는 것을 포함하는 타액 전처리 장치.
  11. 타액이 저장된 타액 카트리지를 준비하는 단계;
    상기 타액 카트리지에 저장된 상기 타액을, 제1 크기의 공극이 형성된 제1 필터로 공급하는 단계;
    상기 제1 필터 상에 상기 타액 물질 내의 불순물이 잔존되도록 상기 타액 내의 불순물을 정제하고, 불순물이 정제된 상기 타액은 상기 제1 필터를 통과시키는 단계;
    불순물이 정제된 상기 타액을, 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기의 공극이 형성된 제2 필터로 공급하는 단계; 및
    상기 제2 필터 상에 상기 타액 내의 타겟 물질이 잔존되도록 상기 타액 내의 타겟 물질을 농축하고, 타겟 물질이 농축된 상기 타액은 상기 제2 필터를 통과시는 단계를 포함하는 타액 전처리 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 타겟 물질은, 단백질, 대사체, 및 엑소좀 중 어느 하나를 포함하는 타액 전처리 방법.
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