WO2023163561A1 - 원심분리장치용 카트리지 - Google Patents

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WO2023163561A1
WO2023163561A1 PCT/KR2023/002759 KR2023002759W WO2023163561A1 WO 2023163561 A1 WO2023163561 A1 WO 2023163561A1 KR 2023002759 W KR2023002759 W KR 2023002759W WO 2023163561 A1 WO2023163561 A1 WO 2023163561A1
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WO
WIPO (PCT)
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cartridge
sample
separation
storage space
cover
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/002759
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
조승선
이도영
곽병주
김재헌
Original Assignee
(주)옵토레인
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B5/00—Other centrifuges
    • B04B5/02—Centrifuges consisting of a plurality of separate bowls rotating round an axis situated between the bowls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B7/00—Elements of centrifuges
    • B04B7/08—Rotary bowls

Definitions

  • the present invention relates to a cartridge for a centrifugal separator, and more particularly, to a cartridge for a centrifugal separator for easily separating plasma from blood.
  • a centrifugal separator is a device that mainly applies centrifugal force to a liquid mixture so that it is sequentially arranged according to the density of the mixture to separate it.
  • a technical problem of the present invention is to solve these conventional problems, and an object of the present invention is to provide a cartridge for a centrifugal separator that easily separates plasma from blood.
  • the cartridge in the cartridge that rotates by being coupled to the rotation shaft of a centrifugal separator according to an embodiment in order to realize the object of the present invention described above, the cartridge includes a central portion, an inner storage portion, an outer storage portion, and a cover.
  • the central portion has an opening penetrating the rotation shaft to be coupled to the rotation shaft.
  • the inner storage part is arranged to surround the center, and is connected to an inner ramp that slopes toward the outside, and functions as a passage through which the sample can move while centrifugal force is applied. It includes a separating member that prevents movement and has an inner storage space defined by the inner ramp.
  • the outer storage part is disposed to surround the inner storage part, is connected to the separating member, includes an outer slope defining an outer storage space, and is connected to the inner storage part through the separating member to allow material exchange.
  • the cover is coupled to an upper portion of the central portion and an upper portion of the outer storage portion to prevent the sample from leaking out.
  • the central axis of the cartridge for a centrifugal separator coincides with the axis of rotation of the centrifugal separator, so that plasma can be separated from blood with only one cartridge.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a centrifugal separator according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a partially cut-away perspective view showing the cartridge shown in Figure 1;
  • FIG. 3 is a perspective view showing the shape of the inner storage space shown in FIG. 2;
  • FIG. 4 is a partially cut-away perspective view showing a cartridge according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a partially cut-away perspective view showing blood cells and plasma separated by the cartridge shown in FIG. 4;
  • FIG. 6 is a partially cut-away perspective view showing a cartridge according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the shape of the inner storage space shown in FIG. 6;
  • FIG. 8 is an image of extracting plasma separated by the cartridge shown in FIG. 6 .
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a centrifugal separator according to another embodiment of the present invention.
  • the cartridge in the cartridge that rotates by being coupled to the rotation shaft of a centrifugal separator according to an embodiment in order to realize the object of the present invention described above, the cartridge includes a central portion, an inner storage portion, an outer storage portion, and a cover.
  • the central portion has an opening penetrating the rotation shaft to be coupled to the rotation shaft.
  • the inner storage part is arranged to surround the center, and is connected to an inner ramp that slopes toward the outside, and functions as a passage through which the sample can move while centrifugal force is applied. It includes a separating member that prevents movement and has an inner storage space defined by the inner ramp.
  • the outer storage part is disposed to surround the inner storage part, is connected to the separating member, includes an outer slope defining an outer storage space, and is connected to the inner storage part through the separating member to allow material exchange.
  • the cover is coupled to an upper portion of the central portion and an upper portion of the outer storage portion to prevent the sample from leaking out.
  • the inner storage unit two inner ramps inclined along the rotational direction relative to the central axis of the central portion and arranged to be point symmetrical with each other; and two inner connection passages connecting adjacent inner ramps and having a stepped shape, wherein the separation member does not completely seal the inner storage part and the outer storage part, but between the inner storage part and the lower surface of the cover. and a separation jaw having a gap through which the sample can move, and the sample can move through the inner connection passages and the gap formed on the upper portion of the separation jaw.
  • the inner storage part includes one inner ramp that is inclined toward the outer storage part with respect to the central axis of the center and is disposed symmetrically with respect to the central axis
  • the separating member is the inner water It does not completely seal the pay and the outer storage part, but includes a separation jaw in which a gap through which the sample can move exists between the lower surface of the cover, and the sample passes only through the gap formed on the upper part of the separation jaw. can move
  • the inner storage unit two inner ramps inclined along the rotational direction relative to the central axis of the central portion and arranged to be point symmetrical with each other; and a separating wall coupled to a lower surface of the cover to divide the inner storage space and the outer storage space, wherein the separating member is formed at the end of each of the inner ramps and is positioned between the inner storage unit and the outer storage unit. and a separation hole connecting the separation wall, and the separation wall seals the inner and outer compartments of the remaining portion except for the space in which the separation hole is created so that there is no gap between the separation wall and the cover.
  • the sample can move through only the separation port.
  • the cartridge may be stacked in plurality and coupled to one rotational shaft.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
  • apparatus, apparatus, systems, and methods are provided for loading samples into articles used to detect targets in large volumes of small volume samples.
  • targets may be any suitable biological target, but certain proteins in plasma or plasma, such as DNA sequences (including cell-free DNA), RNA sequences, genes, oligonucleotides, molecules, biomarkers ( biomarkers), parts of cells (eg, circulating tumor cells), or other suitable target biomolecules, but are not limited thereto.
  • these biological components may be used in blood tests, prenatal diagnosis, multiplexed dPCR, virus detection, and quantitative standardization, genotyping, sequence verification, mutation detection, gene biology, rare allele detection, and copy number change detection. It may be used in conjunction with various PCR, qPCR, and/or dPCR methods and systems in applications such as
  • enclosures include, but are not limited to, for example through holes, sample holding areas, wells, indentations, spots, cavities, and reaction chambers. It doesn't work.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a centrifugal separator according to an embodiment of the present invention.
  • the centrifugal separator includes a controller 10, a motor 20, a power transmission unit 30, a rotation shaft 40, and a cartridge 100.
  • the controller 10 is electrically connected to the motor 20 to control the operation of the motor 20 .
  • the motor 20 receives a control signal from the controller 10 and generates rotational force.
  • the power transmission unit 30 physically connects the motor 20 and the rotating shaft 40, and applies the rotational force generated by the motor 20 to the rotating shaft 40.
  • the rotating shaft 40 is rotated by the rotational force transmitted through the power transmission unit 30 .
  • the cartridge 100 is detachably coupled to the rotation shaft 40 and rotates along the rotation shaft 40 .
  • the central axis around which the cartridge 100 rotates is the same as the central axis of the rotary shaft 40, and the outer shape of the cartridge 100 has a symmetrical shape with respect to the central axis. Since the outer shape of the cartridge 100 is symmetrical with respect to the central axis, the outer shape of the cartridge 100 in a rotating state has the same shape as the outer shape in a stationary state.
  • FIG. 2 is a partially cut-away perspective view showing the cartridge shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a perspective view showing the shape of the inner storage space shown in FIG.
  • the cartridge 100 includes a central portion 110 , an inner compartment 120 , an outer compartment 130 , and a cover 140 .
  • the central portion 110 includes an opening penetrating the central axis of the cartridge 100 and is coupled to the rotational axis 40 . Although not shown, grooves are formed on the inner surface of the central portion 110 and protrusions are formed on the outer surface of the rotating shaft 40, so that the central portion 110 and the rotating shaft 40 may be fixed.
  • the inner storage unit 120 is disposed to surround the central portion 110, and an inner storage space 120a is formed therein.
  • the inner compartment 120 includes two inner ramps 122, adjacent inner ramps 122 that are inclined in a rotational direction with respect to the central axis of the cartridge 100 and arranged to be point symmetric with each other. It includes an inner connection passage 125 connecting between the steps and having a stepped shape, and a separation jaw 127 separating the inner storage part 120 and the outer storage part 130.
  • the separation jaw 127 does not completely seal the inside storage part 120 and the outside storage part 130, but a gap through which the sample can move exists at the top.
  • the separation jaw 127 functions as a passage through which samples can move while centrifugal force is applied, and separates the inner storage space 120a and the outer storage space 130a when centrifugal force is not applied.
  • the outer storage unit 130 is disposed to surround the inner storage unit 120 and is connected to the inner storage unit 120 through a separating jaw 127 to enable material exchange.
  • the outer storage part 130 includes an outer inclined surface 132 connected to the upper part of the separating jaw 127, and the plasma 53, a light material, moves through the separating jaw 127 through the outer inclined surface 132 by centrifugal force. It can move beyond the inner storage space 120a of the inner storage unit 120.
  • the cover 140 is coupled to the upper portion of the central portion 110 and the upper portion of the outer storage portion 130 to prevent samples disposed inside the inner storage portion 120 and the outer storage portion 130 from leaking out.
  • the cover 140 includes a sample inlet 141 disposed adjacent to the central portion 110 .
  • the sample crosses the separation jaw 127 due to centrifugal force.
  • blood plasma 53 which is light in weight in the sample, moves toward the inner storage space 120a beyond the separation jaw 127
  • blood cells 51 which is heavy in the sample, crosses the separation jaw 127 and moves toward the outer storage space 120a. It moves toward the space (130a).
  • the blood plasma 53 and the blood cells 51 are moved to the lower part of the inner storage space 120a and the outer storage space 130a by gravity, respectively, and This prevents the blood plasma 53 and the blood cells 51 from mixing with each other.
  • the centrifugal force becomes weaker closer to the central axis of the cartridge 100, the blood cells 51 included in the sample located in the portion adjacent to the central portion 110 of the inner storage portion 120 move toward the outer storage portion 130. Weak strength.
  • the inner connection passage 125 is disposed between the two inner ramps 122 arranged to be point symmetrical with each other.
  • the two inner ramps 122 are arranged in a shape of biting each other, and each start point and end point are connected by an inner connection passage 125.
  • Each of the inner ramps 122 narrows like a kind of bottleneck at the point where they meet the inner connection passage 125, and then widens again after passing through the inner connection passage 125.
  • connection passage 125 and the inner ramps 122 are arranged in a bottleneck shape that bites each other, appropriate force is applied according to the distance away from the central axis of the blood cell 51, so that the blood cell 51 can easily It moves towards the payment 130.
  • an inner ramp 122 with a gentle slope is formed in a portion of the inner storage unit 120 adjacent to the center 110, so that even when a weak centrifugal force is applied, the blood cell 51 ) gradually moves toward the inner connection passage 125 (see 'a' in FIG. 3).
  • the blood cells 51 that have moved toward the inner connection passage 125 move toward the outer wall of the inner connection passage 125 by centrifugal force (see 'b' in FIG. 3 ).
  • the blood cells 51 moved to the inclined outer wall of the inner connection passage 125 are It climbs up the inclined outer wall and moves to the outer storage space 130a beyond the partition 127 (see 'c' in FIG. 3).
  • blood cells 51 which are heavy substances, are guided to the inner ramp 122 and the inner connection passage 125, and then cross the separation jaw 127 to enter the outer storage space. Go to (130a).
  • blood plasma 53 which is a light material, has a lower specific gravity than blood cells 51, as blood cells 51 move to the outer storage space 130a, the inner storage space along the outer slope 132 due to specific gravity Go to (120a).
  • the blood plasma 53 and the blood cells 51 are separately accommodated in the inner storage space 120a and the outer storage space 130a by the separation jaw 127, respectively. Therefore, since only the plasma 53 remains in the inner storage space 120a, it is possible to easily separate the plasma 53 from the cartridge 100.
  • the central axis of the centrifugal separator cartridge 100 coincides with the rotational axis of the centrifugal separator, so that plasma can be separated from blood with only one cartridge 100 .
  • the centrifugal force is applied within the cartridge 100, it functions as a passage through which the sample can move, and when the centrifugal force is not applied, the separation jaw 127 is provided to separate the inner storage space 120a and the outer storage space 130a. , it is possible to easily separate the plasma 53 from the cartridge 100. Therefore, since only blood plasma 53 is collected in the inner storage space 120a and blood cells 51 with a heavy specific gravity such as red blood cells, white blood cells, and platelets are naturally stored in the outer storage space 130a, the amount of the sample to be injected is not quantified. Pure blood plasma 53 from which impurities are removed can be easily extracted.
  • FIG. 4 is a partially cut-away perspective view showing a cartridge according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a partially cut-away perspective view showing blood cells and plasma separated by the cartridge shown in FIG. 4 .
  • the remaining components except for the inner compartment are the same as those of the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, duplicate descriptions of the same components will be omitted.
  • the cartridge includes a central portion 210, an inner compartment 220, an outer compartment 230, and a cover (not shown).
  • the central portion 210 includes an opening penetrating the central axis of the cartridge and is coupled to the rotational axis (40 in FIG. 1).
  • the inner storage unit 220 is disposed to surround the center 210, and an inner storage space is formed therein.
  • the inner compartment 220 is inclined toward the outer compartment 230 with respect to the central axis of the cartridge and has an inner ramp 222 disposed symmetrically with respect to the central axis, and an inner compartment 220. It includes a separation jaw 227 separating the outer storage unit 230 from each other. The separation jaw 227 does not completely seal the inside storage part 220 and the outside storage part 230, but there is a gap through which the sample can move.
  • the separation jaw 227 functions as a passage through which samples can move while centrifugal force is applied, and separates the inner storage space and the outer storage space when centrifugal force is not applied.
  • the outer storage unit 230 is disposed to surround the inner storage unit 220 and is connected to the inner storage unit 220 through a separating jaw 227 to enable material exchange.
  • the inner ramp 222 of the inner storage part 220 is arranged to be symmetrical with respect to the central axis, so that the sample is prevented from being concentrated in one place while centrifugal force is applied.
  • the cartridge rotates at a high speed, some of the blood cells 51 may remain in the inner compartment after being agglomerated.
  • the inner ramp 222 of the inner storage unit 220 is arranged to be symmetrical with respect to the central axis, the sample is uniformly separated from the entire inner ramp 222 so that blood cells ( 51) is prevented from clumping. Therefore, it is possible to obtain high-purity blood plasma 53 even when the cartridge is rotated at high speed.
  • Figure 6 is a perspective view showing a partial cutaway showing a cartridge according to another embodiment of the present invention
  • Figure 7 is a perspective view showing the shape of the inner storage space shown in Figure 6
  • Figure 8 is separated by the cartridge shown in Figure 6
  • This is an image of plasma extraction.
  • other components except for the partition wall and the separator are the same as those of the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, and therefore, duplicate descriptions of the same components are omitted.
  • the cartridge includes a central portion 310 , an inner compartment 320 , an outer compartment 330 , and a cover 340 .
  • the central portion 310 includes an opening penetrating the central axis of the cartridge 300 and is coupled to the rotational axis (40 in FIG. 1).
  • the inner storage unit 320 is disposed to surround the central portion 310, and an inner storage space 320a is formed therein.
  • the inner storage part 320 is formed at the end of two inner ramps 322, each of which is inclined in a rotational direction with respect to the central axis of the cartridge and arranged to be point symmetric with each other, Separation port 326 connecting the inner storage part 120 and the outer storage part 130, and combining with the lower surface of the cover 340 to divide the inner storage space 320a and the outer storage space 330a A separating wall 329 is included.
  • the partition wall 329 seals the inner compartment 320 and the outer compartment 330 except for the space where the separation hole 326 is created. Since there is no gap between the partition wall 329 and the cover 340, the samples inside the inner storage space 320a and the outer storage space 330a can move only through the separation hole 326.
  • the separation port 326 is disposed adjacent to the lower surface of the cover 340 and functions as a passage through which samples can move while centrifugal force is applied, and when centrifugal force is not applied, the inner storage space 320a and the outer storage space 330a isolate
  • the outer compartment 330 is disposed to surround the inner compartment 320 and is connected to the inner compartment 320 through a separation hole 326 to enable material exchange.
  • the outer storage part 330 includes an outer inclined surface 332, so that blood plasma 53, which is a light substance, is passed through the outer inclined surface 332 through the outer inclined surface 332 and passed through the separation port 326 by centrifugal force to store the inside of the inner storage part 320. It can move to space 320a.
  • the cover 340 is coupled to the upper portion of the central portion 310, the upper portion of the partition wall 329 of the inner storage portion 320, and the upper portion of the outer storage portion 330 to form an inner storage portion 320 and an outer storage portion ( 330) Prevents the sample placed inside from leaking out.
  • the cover 340 includes a sample inlet 342 disposed adjacent to the central portion 310 .
  • the centrifugal force causes the sample to pass through the separator 326 .
  • blood plasma 53 which is light in weight in the sample, moves toward the inner storage space 320a beyond the separator 326, and blood cells 51, which is heavy in the sample, crosses the separator 326 and moves toward the outer storage space 320a. It moves towards the space 330a.
  • the blood plasma 53 and the blood cells 51 are moved to the lower part of the inner storage space 320a and the outer storage space 330a by gravity, respectively, and the blood plasma (51) is separated by the separator 326. 53) and blood cells 51 are prevented from mixing with each other.
  • the blood cells 51 included in the sample located in the portion adjacent to the center 310 of the inner compartment 320 move toward the outer compartment 330. .
  • the two separation holes 326 are disposed at the ends of the two inner ramps 322 arranged to be point symmetric with each other.
  • Each of the inner ramps 322 narrows like a kind of bottleneck at the point where they meet the separator 326, and then widens again when they enter the outer storage space 330a.
  • the inner storage space 320a and the outer storage space 330a are separated by the partition wall 329, and the inner storage space 320a and the outer storage space ( 330a) is connected, a gentle inner ramp 322 is formed from a portion adjacent to the center portion 310 of the inner storage portion 320 to a portion adjacent to the outer storage portion 330, even if a weak centrifugal force is applied.
  • the blood cells 51 gradually move toward the separator 326 along the gentle inner ramp 322 (see 'd' in FIG. 7 ).
  • the blood cells 51 that have moved toward the separation port 326 pass through the separation port 326 by centrifugal force and move to the outer storage space 330a (see 'e' in FIG. 7 ).
  • the separation sphere ( 326) are arranged symmetrically with each other, so that the blood cells 51 move toward the outer storage space 330a through one separator 326 and the other separator 326 ), the blood plasma 53 can move toward the inner storage space 320a.
  • the inner storage space 320a and the outer storage space 330a are separated by the partition wall 329, and blood cells 51 and plasma 53 are separated only by the two separators 326. Since it moves, mixing of blood cells 51 and plasma 53 during centrifugation is prevented, and high-purity plasma 53 can be extracted.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a centrifugal separator according to another embodiment of the present invention.
  • other components except for stacking a plurality of cartridges are the same as those of the embodiment shown in FIG. 1, and therefore, duplicate descriptions of the same components are omitted.
  • the centrifugal separator includes a controller 10, a motor 20, a power transmission unit 30, a rotation shaft 40, and a plurality of cartridges 100a, 100b, and 100c.
  • the controller 10 is electrically connected to the motor 20 to control the operation of the motor 20 .
  • the motor 20 receives a control signal from the controller 10 and generates rotational force.
  • the power transmission unit 30 physically connects the motor 20 and the rotating shaft 40, and applies the rotational force generated by the motor 20 to the rotating shaft 40.
  • the rotating shaft 40 is rotated by the rotational force transmitted through the power transmission unit 30 .
  • Cartridges (100a, 100b, 100c) are detachably coupled to the rotational shaft 40, and rotate along the rotational shaft 40.
  • a plurality of cartridges (100a, 100b, 100c) are stacked and coupled to one rotation shaft (40). Since the outer shapes of the cartridges 100a, 100b, and 100c are symmetric about the axis of rotation 40, it is possible to stack them without limitation in number.
  • the central axis of the centrifugal separator cartridge coincides with the rotational axis of the centrifugal separator, so that plasma can be separated from blood with only one cartridge.
  • the centrifugal force while the centrifugal force is applied to the cartridge, it functions as a passage through which the sample can move, and when the centrifugal force is not applied, a separation jaw is provided to divide the inner storage space and the outer storage space, making it possible to easily separate plasma from the cartridge. . Therefore, only blood plasma is collected in the inner storage space, and blood cells with a heavy specific gravity such as red blood cells, white blood cells, and platelets are naturally stored in the outer storage space. can do.
  • the sample is uniformly separated from the entire inner ramp, thereby preventing blood cells from aggregating. Therefore, it is possible to obtain high-purity blood plasma even when the cartridge is rotated at high speed.
  • the cartridges have a symmetrical shape with respect to a central axis, it is possible to simultaneously test a plurality of cartridges by stacking them without limitation in number.
  • centrifuging blood for convenience of explanation has been described, but for those skilled in the art, various samples such as secretions of organisms other than blood, sewage, seawater, liquid food, etc. It will be appreciated that it can be used.
  • the present invention has industrial applicability that can be used for research, disaster prevention, medical, livestock, pet treatment, etc. as a device for testing biochemical substances, a blood test device, a disease test device, and the like.

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

원심분리장치용 카트리지는 중심부, 내측수납부, 외측수납부, 및 커버를 포함한다. 상기 중심부는 상기 회전축을 관통하는 개구부를 가져서 상기 회전축에 결합된다. 상기 내측수납부는 상기 중심부를 포위하도록 배치되며, 외측으로 갈수록 경사지는 내측경사로, 상기 내측경사로의 단부에 연결되어 원심력이 인가되는 동안에는 시료가 이동할 수 있는 통로로 기능하다가 원심력이 인가되지 않으면 상기 시료의 이동을 방지하는 분리부재를 포함하고, 상기 내측경사로에 의해 정의되는 내측수납공간을 구비한다. 상기 외측수납부는 상기 내측수납부를 포위하도록 배치되며, 상기 분리부재와 연결되며 외측수납공간을 정의하는 외측경사면을 포함하고, 상기 분리부재를 통하여 상기 내측수납부와 물질교환이 가능하도록 연결된다. 상기 커버는 상기 중심부의 상부와 상기 외측수납부의 상부에 결합하여, 상기 시료가 외부로 유출되는 것을 방지한다.

Description

원심분리장치용 카트리지
본 출원은 2022. 02. 28. 출원된 한국특허출원 10-2022-0026286호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 원심분리장치용 카트리지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 혈액 내의 혈장을 용이하게 분리하는 원심분리장치용 카트리지에 관한 것이다.
원심분리장치는 주로 액상의 혼합물에 원심력을 가하여 혼합물의 밀도에 따라 순차적으로 배열되도록 하여 분리하는 장치이다.
종래의 원심분리장치에서는, 혼합물 내부에서 추출대상이 되는 물질의 양이 적을 경우 이를 정밀하게 추출하는데 어려움이 있다.
또한 시료수납부를 회전시키는 과정에서 회전축을 중심으로 대칭을 이루어야 하기 때문에, 반드시 2개 이상의 시료수납부를 대칭으로 장착하여 실험을 해야하는 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-1996-0040452호, 및 한국등록특허 제10-1197974호에서는 시료수납부를 2개의 공간으로 분리하고, 이중 하나의 공간에 경사면을 형성하여 원심분리과정에서 자연스럽게 혼합물이 서로 다른 용기로 분리되도록 하는 기술이 개시되어 있다.
그러나 이러한 구조의 경우, 회전축을 중심으로 대칭을 이루어야 하기 때문에 반드시 2개 이상의 시료수납부가 동시에 회전하여야 한다. 또한, 평상시 수직방향으로 거치되어 있는 시료수납부가 회전하는 과정에서 원심력에 의해 수평방향으로 이동하게 되는데, 시료수납부가 수평방향과 수직방향으로 이동하는 과정에서 시료수납부 내의 시료들 사이에 혼합이나 오염이 발생할 수 있다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 혈액 내의 혈장을 용이하게 분리하는 원심분리장치용 카트리지를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 원심분리장치의 회전축에 결합되어 회전하는 카트리지에 있어서, 상기 카트리지는 중심부, 내측수납부, 외측수납부, 및 커버를 포함한다. 상기 중심부는 상기 회전축을 관통하는 개구부를 가져서 상기 회전축에 결합된다. 상기 내측수납부는 상기 중심부를 포위하도록 배치되며, 외측으로 갈수록 경사지는 내측경사로, 상기 내측경사로의 단부에 연결되어 원심력이 인가되는 동안에는 시료가 이동할 수 있는 통로로 기능하다가 원심력이 인가되지 않으면 상기 시료의 이동을 방지하는 분리부재를 포함하고, 상기 내측경사로에 의해 정의되는 내측수납공간을 구비한다. 상기 외측수납부는 상기 내측수납부를 포위하도록 배치되며, 상기 분리부재와 연결되며 외측수납공간을 정의하는 외측경사면을 포함하고, 상기 분리부재를 통하여 상기 내측수납부와 물질교환이 가능하도록 연결된다. 상기 커버는 상기 중심부의 상부와 상기 외측수납부의 상부에 결합하여, 상기 시료가 외부로 유출되는 것을 방지한다.
이러한 원심분리장치용 카트리지에 따르면, 원심분리장치용 카트리지의 중심축과 원심분리장치의 회전축이 일치하여 하나의 카트리지만으로 혈장을 혈액으로부터 분리하는 것이 가능하다.
또한, 카트리지를 복수개로 적층하는 것이 가능하므로, 복수개의 카트리지들이 대칭을 이루지 않더라도 임의의 갯수의 카트리지들을 한꺼번에 실험하는 것이 가능하다.
또한, 내측수납공간에는 혈장만이 모이고 적혈구, 백혈구, 혈소판 등과 같이 비중이 무거운 물질과 내측수납공간을 채우고 남은 일부 혈장은 자연스럽게 외측수납공간에 수납되기 때문에, 투입하는 시료의 양을 정량하지 않더라도 불순물이 제거된 혈장을 용이하게 추출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원심분리장치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 카트리지를 나타내는 부분절개 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 내측수납공간의 형상을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 카트리지를 나타내는 부분절개 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 카트리지에 의해 분리된 혈구와 혈장을 나타내는 부분절개 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 카트리지를 나타내는 부분절개 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 내측수납공간의 형상을 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 6에 도시된 카트리지에 의해 분리된 혈장을 추출하는 이미지이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원심분리장치를 나타내는 개념도이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 원심분리장치의 회전축에 결합되어 회전하는 카트리지에 있어서, 상기 카트리지는 중심부, 내측수납부, 외측수납부, 및 커버를 포함한다. 상기 중심부는 상기 회전축을 관통하는 개구부를 가져서 상기 회전축에 결합된다. 상기 내측수납부는 상기 중심부를 포위하도록 배치되며, 외측으로 갈수록 경사지는 내측경사로, 상기 내측경사로의 단부에 연결되어 원심력이 인가되는 동안에는 시료가 이동할 수 있는 통로로 기능하다가 원심력이 인가되지 않으면 상기 시료의 이동을 방지하는 분리부재를 포함하고, 상기 내측경사로에 의해 정의되는 내측수납공간을 구비한다. 상기 외측수납부는 상기 내측수납부를 포위하도록 배치되며, 상기 분리부재와 연결되며 외측수납공간을 정의하는 외측경사면을 포함하고, 상기 분리부재를 통하여 상기 내측수납부와 물질교환이 가능하도록 연결된다. 상기 커버는 상기 중심부의 상부와 상기 외측수납부의 상부에 결합하여, 상기 시료가 외부로 유출되는 것을 방지한다.
일 실시예에서, 상기 내측수납부는, 상기 중심부의 중심축을 기준으로 회전방향을 따라서 경사지며 서로 점대칭이 되도록 배치되는 두 개의 내측경사로들; 및 인접하는 내측경사로들의 사이를 연결하며 단차진 형상을 갖는 두 개의 내측 연결통로들을 포함하고, 상기 분리부재는 상기 내측수납부와 상기 외측수납부를 완전히 밀폐하는 것이 아니라, 상기 커버의 하면과의 사이에 시료가 이동할 수 있는 틈이 존재하는 분리턱을 포함하며, 상기 시료는 상기 내측연결통로들 및 상기 분리턱의 상부에 형성되는 상기 틈을 통하여 이동할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 내측수납부는, 상기 중심부의 중심축을 기준으로 상기 외측수납부쪽으로 경사지며, 상기 중심축을 기준으로 대칭이 되도록 배치되는 하나의 내측경사로를 포함하고, 상기 분리부재는 상기 내측수납부와 상기 외측수납부를 완전히 밀폐하는 것이 아니라, 상기 커버의 하면과의 사이에 시료가 이동할 수 있는 틈이 존재하는 분리턱을 포함하며, 상기 시료는 상기 분리턱의 상부에 형성되는 상기 틈만을 통하여 이동할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 내측수납부는, 상기 중심부의 중심축을 기준으로 회전방향을 따라서 경사지며 서로 점대칭이 되도록 배치되는 두 개의 내측경사로들; 및 상기 커버의 하면과 결합하여 상기 내측수납공간과 상기 외측수납공간을 구분하는 분리벽을 포함하고, 상기 분리부재는 상기 각 내측경사로들의 단부에 형성되어 상기 내측수납부와 상기 외측수납부의 사이를 연결하는 분리구를 포함하며, 상기 분리벽은 상기 분리구가 생성된 공간을 제외한 나머지 부분의 내측수납부와 외측수납부를 밀폐하여 상기 분리벽과 상기 커버의 사이에는 틈이 존재하지 않아서, 상기 시료는 상기 분리구만을 통하여 이동할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 카트리지는 복수개가 적층되어 하나의 회전축에 결합될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
다양한 실시예들에서, 대량의 작은 용적 시료들에서 타겟들을 검출하기 위해 사용되는 물품 내에 시료들을 탑재하기 위한 장치, 기기, 시스템, 및 방법들이 제공된다. 이러한 타겟들은 임의의 적절한 생물학적 타겟일 수 있지만, 혈장 또는 혈장 내의 특정 단백질, 예를 들어, DNA 서열(무 세포 DNA를 포함함), RNA 서열, 유전자, 올리고 뉴클레오타이드(oligonucleotides), 분자, 생체표식(biomarkers), 세포(예, 순환 종양 세포)의 일부, 또는 다른 적당한 타겟 생체 분자를 포함하는 것들로서, 그들로 한정되지 않는다. 다양한 실시예들에서, 이러한 생물학적 성분들은 혈액검사, 태아 진단, 다중화 dPCR, 바이러스 검출, 및 정량 표준화, 유전자형(genotyping), 서열 검증, 돌연변이 검출, 유전자 생물, 희귀 대립 유전자 검출, 및 복제 수 변화 검출 등의 응용들에서 다양한 PCR, qPCR, 및/또는 dPCR 방법 및 시스템과 연관하여 사용될 수도 있다.
본원에 기재된 다양한 실시예들에 따른 후술되는 바와 같이, 수납부들은 예를 들어 관통 구멍, 시료 보유 영역, 우물, 요홈(indentations), 지점(spots), 공동, 및 반응 챔버들을 포함하지만 그들로 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원심분리장치를 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 원심분리장치는, 콘트롤러(10), 모터(20), 동력전달부(30), 회전축(40), 및 카트리지(100)를 포함한다.
콘트롤러(10)는 모터(20)와 전기적으로 연결되어 모터(20)의 동작을 제어한다.
모터(20)는 콘트롤러(10)의 제어신호를 인가받아 회전력을 생성한다.
동력전달부(30)는 모터(20)와 회전축(40)의 사이를 물리적으로 연결하며, 모터(20)에 의해 생성된 회전력을 회전축(40)으로 인가한다.
회전축(40)은 동력전달부(30)를 통하여 전달받은 회전력에 의해 회전한다.
카트리지(100)는 회전축(40)에 탈착가능하도록 결합되어, 회전축(40)을 따라서 회전한다.
본 발명에서, 카트리지(100)가 회전하는 중심축은 회전축(40)의 중심축과 동일하며 카트리지(100)의 외형은 중심축을 기준으로 대칭인 형상을 갖는다. 카트리지(100)의 외형이 중심축을 기준으로 대칭인 형상을 가져서, 카트리지(100)가 회전하는 상태에서의 외형은 정지된 상태에서의 외형과 동일한 형상을 갖는다.
도 2는 도 1에 도시된 카트리지를 나타내는 부분절개 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 내측수납공간의 형상을 나타내는 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 카트리지(100)는 중심부(110), 내측수납부(120), 외측수납부(130), 및 커버(140)를 포함한다.
중심부(110)는 카트리지(100)의 중심축을 관통하는 개구부를 포함하며, 회전축(40)과 결합된다. 도시되지는 않았지만, 중심부(110)의 내면 상에 홈이 형성되고 회전축(40)의 외면 상에 돌기가 형성되어, 중심부(110)와 회전축(40)이 고정될 수 있다.
내측수납부(120)는 중심부(110)를 포위하도록 배치되며, 내부에 내측수납공간(120a)이 형성된다.
본 실시예에서, 내측수납부(120)는 카트리지(100)의 중심축을 기준으로 서로 회전방향으로 경사지며 서로 점대칭이 되도록 배치되는 두 개의 내측경사로들(122), 인접하는 내측경사로들(122)의 사이를 연결하며 단차진 형상을 갖는 내측연결통로(125), 및 내측수납부(120)와 외측수납부(130)와의 사이를 구분하는 분리턱(127)을 포함한다.
분리턱(127)은 내측수납부(120)와 외측수납부(130)를 완전히 밀폐하는 것이 아니라, 상부에 시료가 이동할 수 있는 틈이 존재한다.
분리턱(127)은 원심력이 인가되는 동안에는 시료가 이동할 수 있는 통로로 기능하다가 원심력이 인가되지 않으면 내측수납공간(120a)과 외측수납공간(130a)을 분리한다.
외측수납부(130)는 내측수납부(120)를 포위하도록 배치되며 분리턱(127)을 통하여 내측수납부(120)와 물질교환이 가능하도록 연결된다.
외측수납부(130)는 분리턱(127)의 상부와 연결되는 외측경사면(132)을 포함하여, 원심력에 의해 가벼운 물질인 혈장(53)이 외측경사면(132)을 통하여 분리턱(127)을 넘어 내측수납부(120)의 내측수납공간(120a)으로 이동할 수 있다.
커버(140)는 중심부(110)의 상부와 외측수납부(130)의 상부에 결합하여 내측수납부(120)와 외측수납부(130) 내부에 배치된 시료가 외부로 유출되는 것을 방지한다. 본 실시예에서, 커버(140)는 중심부(110)에 인접하게 배치되는 시료주입구(141)를 포함한다.
카트리지(100)가 회전하는 경우, 원심력에 의해 시료는 분리턱(127)을 넘나들게 된다. 예를 들어, 시료 중에서 무게가 가벼운 혈장(53)은 분리턱(127)을 넘어서 내측수납공간(120a)쪽으로 이동하며, 시료 중에서 무게가 무거운 혈구(51)는 분리턱(127)을 넘어서 외측수납공간(130a)쪽으로 이동한다.
카트리지(100)의 회전이 멈추게 되면, 혈장(53)과 혈구(51)는 중력에 의해 각각 내측수납공간(120a)과 외측수납공간(130a)의 하부쪽으로 이동하게 되며, 분리턱(127)에 의해 혈장(53)과 혈구(51)가 서로 섞이는 것이 방지된다.
원심력은 카트리지(100)의 중심축에 가까울수록 약해지기 때문에, 내측수납부(120) 중에서 중심부(110)에 인접한 부분에 위치한 시료에 포함된 혈구(51)가 외축수납부(130) 쪽으로 이동하는 힘이 약하다.
내측연결통로(125)는 서로 점대칭이 되도록 배치되는 두 개의 내측경사로들(122)의 사이에 배치된다. 본 실시예에서, 두 개의 내측경사로들(122)은 서로 꼬리를 무는 형상으로 배열되며, 각각의 시작점과 끝점이 내측연결통로(125)에 의해 연결된다. 각 내측경사로들(122)은 내측연결통로(125)와 만나는 지점에서 일종의 병목처럼 좁아지다가, 내측연결통로(125)를 통과한 이후에는 다시 넓어지는 형상을 갖는다.
내측연결통로(125)와 내측경사로들(122)이 서로 꼬리를 무는 병목형상으로 배열되면, 혈구(51)가 중심축으로부터 떨어진 거리에 따라 적절한 힘이 인가되어 혈구(51)가 용이하게 외측수납부(130)쪽으로 이동하게 된다.
본 실시예에서, 내측수납부(120) 중에서 중심부(110)에 인접한 부분에는 경사가 완만한 내측경사로(122)가 형성되어, 약한 원심력이 인가되더라도 완만한 내측경사로(122)를 따라서 혈구(51)가 내측연결통로(125)쪽으로 서서히 이동한다(도 3의 'a' 참조).
내측연결통로(125)쪽으로 이동한 혈구(51)는 원심력에 의해 내측연결통로(125)의 외벽을 쪽으로 이동한다(도 3의 'b' 참조).
내측연결통로(125)의 외벽은 중심축으로부터 충분히 먼 거리에 위치하고 있어서 강한 원심력이 인가되기 때문에, 내측연결통로(125)의 경사진 외벽으로 이동한 혈구(51)는 내측연결통로(125)의 경사진 외벽을 타고 올라서 분리턱(127)을 넘어 외측수납공간(130a)으로 이동한다(도 3의 'c' 참조).
카트리지(100)의 회전에 의해 내부 시료에 원심력이 인가되면, 무거운 물질인 혈구(51)는 내측경사로(122), 내측연결통로(125)로 가이드된 후에 분리턱(127)을 넘어 외측수납공간(130a)으로 이동한다. 반면에 가벼운 물질인 혈장(53)은 혈구(51)에 비해 비중이 낮기 때문에, 혈구(51)가 외측수납공간(130a)으로 이동함에 따라, 비중에 의해 외측경사면(132)을 따라서 내측수납공간(120a)으로 이동한다.
카트리지(100)의 회전이 멈주면, 혈장(53)과 혈구(51)는 분리턱(127)에 의해 각각 내측수납공간(120a)과 외측수납공간(130a)에 분리하여 수용된다. 따라서 내측수납공간(120a)에는 혈장(53)만이 잔류하기 때문에, 카트리지(100)로부터 용이하게 혈장(53)을 분리하는 것이 가능하다.
상기와 같은 본 실시예에 따르면, 원심분리장치용 카트리지(100)의 중심축과 원심분리장치의 회전축이 일치하여 하나의 카트리지(100)만으로 혈장을 혈액으로부터 분리하는 것이 가능하다.
또한, 카트리지(100) 내에 원심력이 인가되는 동안에는 시료가 이동할 수 있는 통로로 기능하다가 원심력이 인가되지 않으면 내측수납공간(120a)과 외측수납공간(130a)을 구분하는 분리턱(127)이 구비되어, 카트리지(100)로부터 용이하게 혈장(53)을 분리하는 것이 가능하다. 따라서, 내측수납공간(120a)에는 혈장(53)만이 모이고 적혈구, 백혈구, 혈소판 등과 같이 비중이 무거운 혈구(51)는 자연스럽게 외측수납공간(130a)에 수납되기 때문에, 투입하는 시료의 양을 정량하지 않더라도 불순물이 제거된 순수한 혈장(53)을 용이하게 추출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 카트리지를 나타내는 부분절개 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 카트리지에 의해 분리된 혈구와 혈장을 나타내는 부분절개 사시도이다. 본 실시예에서, 내측수납부를 제외한 나머지 구성요소들은 도 1 내지 도 3에 도시된실시예와 동일하므로, 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 카트리지는 중심부(210), 내측수납부(220), 외측수납부(230), 및 커버(도시되지 않음)를 포함한다.
중심부(210)는 카트리지의 중심축을 관통하는 개구부를 포함하며, 회전축(도 1의 40)과 결합된다.
내측수납부(220)는 중심부(210)를 포위하도록 배치되며, 내부에 내측수납공간이 형성된다.
본 실시예에서, 내측수납부(220)는 카트리지의 중심축을 기준으로 외측수납부(230)쪽으로 경사지며 중심축을 기준으로 대칭이 되도록 배치되는 내측경사로(222), 및 내측수납부(220)와 외측수납부(230)와의 사이를 구분하는 분리턱(227)을 포함한다. 분리턱(227)은 내측수납부(220)와 외측수납부(230)를 완전히 밀폐하는 것이 아니라, 상부에 시료가 이동할 수 있는 틈이 존재한다.
분리턱(227)은 원심력이 인가되는 동안에는 시료가 이동할 수 있는 통로로 기능하다가 원심력이 인가되지 않으면 내측수납공간과 외측수납공간을 분리한다.
외측수납부(230)는 내측수납부(220)를 포위하도록 배치되며 분리턱(227)을 통하여 내측수납부(220)와 물질교환이 가능하도록 연결된다.
본 실시예에서, 내측수납부(220)의 내측경사로(222)는 중심축을 기준으로 대칭이 되도록 배치되어, 원심력이 인가되는 동안 시료가 어느 한곳에 집중되는 것이 방지된다.
카트리지가 고속회전하는 경우, 혈구(51)의 일부가 뭉쳐서 내측수납부에 잔류할 수 있다. 그러나 상기와 같은 본 실시예에 따르면, 내측수납부(220)의 내측경사로(222)가 중심축을 기준으로 대칭이 되도록 배치되면, 내측경사로(222)의 전체에서 시료의 분리가 균일하게 이루어져서 혈구(51)가 뭉치는 것이 방지된다. 따라서 카트리지를 고속회전시키더라도 순도가 높은 혈장(53)을 구하는 것이 가능하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 카트리지를 나타내는 부분절개 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 내측수납공간의 형상을 나타내는 사시도이며, 도 8은 도 6에 도시된 카트리지에 의해 분리된 혈장을 추출하는 이미지이다. 본 실시예에서, 분리벽 및 분리구를 제외한 나머지 구성요소들은 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예와 동일하므로, 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 카트리지는 중심부(310), 내측수납부(320), 외측수납부(330), 및 커버(340)를 포함한다.
중심부(310)는 카트리지(300)의 중심축을 관통하는 개구부를 포함하며, 회전축(도 1의 40)과 결합된다.
내측수납부(320)는 중심부(310)를 포위하도록 배치되며, 내부에 내측수납공간(320a)이 형성된다.
본 실시예에서, 내측수납부(320)는 카트리지의 중심축을 기준으로 서로 회전방향으로 경사지며 서로 점대칭이 되도록 배치되는 두 개의 내측경사로들(322), 각 내측경사로(322)의 단부에 형성되어 내측수납부(120)와 외측수납부(130)와의 사이를 연결하는 분리구(326), 및 커버(340)의 하면과 결합하여 내측수납공간(320a)과 외측수납공간(330a)을 구분하는 분리벽(329)을 포함한다.
본 실시예에서, 분리벽(329)은 분리구(326)가 생성된 공간을 제외한 나머지 부분의 내측수납부(320)와 외측수납부(330)를 밀폐한다. 분리벽(329)과 커버(340) 사이에는 틈이 존재하지 않아서, 내측수납공간(320a)과 외측수납공간(330a) 내부의 시료는 분리구(326)만을 통하여 이동할 수 있다.
분리구(326)는 커버(340)의 하면에 인접하게 배치되어, 원심력이 인가되는 동안에는 시료가 이동할 수 있는 통로로 기능하다가 원심력이 인가되지 않으면 내측수납공간(320a)과 외측수납공간(330a)을 분리한다.
외측수납부(330)는 내측수납부(320)를 포위하도록 배치되며 분리구(326)를 통하여 내측수납부(320)와 물질교환이 가능하도록 연결된다.
외측수납부(330)는 외측경사면(332)을 포함하여, 원심력에 의해 가벼운 물질인 혈장(53)이 외측경사면(332)을 통하여 분리구(326)를 넘어 내측수납부(320)의 내측수납공간(320a)으로 이동할 수 있다.
커버(340)는 중심부(310)의 상부, 내측수납부(320)의 분리벽(329)의 상부, 및 외측수납부(330)의 상부에 결합하여 내측수납부(320)와 외측수납부(330) 내부에 배치된 시료가 외부로 유출되는 것을 방지한다. 본 실시예에서, 커버(340)는 중심부(310)에 인접하게 배치되는 시료주입구(342)를 포함한다.
카트리지가 회전하는 경우, 원심력에 의해 시료는 분리구(326)을 넘나들게 된다. 예를 들어, 시료 중에서 무게가 가벼운 혈장(53)은 분리구(326)를 넘어서 내측수납공간(320a)쪽으로 이동하며, 시료 중에서 무게가 무거운 혈구(51)는 분리구(326)를 넘어서 외측수납공간(330a)쪽으로 이동한다.
카트리지의 회전이 멈추게 되면, 혈장(53)과 혈구(51)는 중력에 의해 각각 내측수납공간(320a)과 외측수납공간(330a)의 하부쪽으로 이동하게 되며, 분리구(326)에 의해 혈장(53)과 혈구(51)가 서로 섞이는 것이 방지된다.
원심력은 카트리지의 중심축에 가까울수록 약해지기 때문에, 내측수납부(320) 중에서 중심부(310)에 인접한 부분에 위치한 시료에 포함된 혈구(51)가 외측수납부(330) 쪽으로 이동하는 힘이 약하다.
본 실시예에서, 두 개의 분리구(326)가 서로 점대칭이 되도록 배치되는 두 개의 내측경사로들(322)의 끝부분에 각각 배치된다. 각 내측경사로들(322)은 분리구(326)와 만나는 지점에서 일종의 병목처럼 좁아지다가, 외측수납공간(330a)에 진입하면 다시 넓어지는 형상을 갖는다.
내측경사로들(322)이 서로 꼬리를 무는 병목형상으로 배열되고 병목형상으로 외측수납공간(330a)에 연결되면, 혈구(51)가 중심축으로부터 떨어진 거리에 따라 적절한 힘이 인가되어 혈구(51)가 용이하게 외측수납부(330)쪽으로 이동하게 된다.
본 실시예에서, 분리벽(329)에 의해 내측수납공간(320a)과 외측수납공간(330a)이 분리되고 병목형상을 갖는 분리구(326)만을 통하여 내측수납공간(320a)과 외측수납공간(330a)이 연결되는 경우, 내측수납부(320) 중에서 중심부(310)에 인접한 부분부터 외측수납부(330)에 인접하는 부분에 이르는 완만한 내측경사로(322)가 형성되어, 약한 원심력이 인가되더라도 완만한 내측경사로(322)를 따라서 혈구(51)가 분리구(326))쪽으로 서서히 이동한다(도 7의 'd' 참조).
분리구(326)쪽으로 이동한 혈구(51)는 원심력에 의해 분리구(326)를 통과하여 외측수납공간(330a)으로 이동한다(도 7의 'e' 참조).
카트리지의 회전에 의해 내부 시료에 원심력이 인가되면, 무거운 물질인 혈구(51)는 내측경사로(322) 및 분리구(326)을 넘어 외측수납공간(330a)으로 이동한다. 반면에 가벼운 물질인 혈장(53)은 혈구(51)에 비해 비중이 낮기 때문에, 혈구(51)가 외측수납공간(330a)으로 이동함에 따라, 비중에 의해 외측경사면(132)을 따라서 분리구(326) 쪽으로 이동한다. 본 실시예에서, 두 개의 분리구(326)가 서로 대칭으로 배치되어, 하나의 분리구(326)를 통하여 혈구(51)가 외측수납공간(330a)쪽으로 이동하고, 다른 하나의 분리구(326)를 통하여 혈장(53)이 내측수납공간(320a)쪽으로 이동할 수 있다.
카트리지의 회전이 멈주면, 혈장(53)과 혈구(51)는 분리구(326)에 의해 각각 내측수납공간(320a)과 외측수납공간(330a)에 분리하여 수용된다. 따라서 내측수납공간(320a)에는 혈장(53)만이 잔류하기 때문에, 카트리지로부터 용이하게 혈장(53)을 분리하는 것이 가능하다.
상기와 같은 본 실시예에 따르면, 분리벽(329)에 의해 내측수납공간(320a)과 외측수납공간(330a)이 분리되고 2개의 분리구들(326) 만으로 혈구(51)와 혈장(53)이 이동하므로, 원심분리 도중에 혈구(51)와 혈장(53)이 혼합되는 것이 방지되고 순도높은 혈장(53)을 추출할 수 있다.
또한, 원심분리 속도가 낮은 경우에도 사용할 수 있어서, 시료를 추출하는 도중에 유전물질이나 단백질이 파괴되는 것이 방지된다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원심분리장치를 나타내는 개념도이다. 본 실시예에서, 복수개의 카트리지들을 적층하는 것을 제외한 나머지 구성요소들은 도 1에 도시된 실시예와 동일하므로, 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.
도 9를 참조하면, 원심분리장치는 콘트롤러(10), 모터(20), 동력전달부(30), 회전축(40), 및 복수개의 카트리지들(100a, 100b, 100c)를 포함한다.
콘트롤러(10)는 모터(20)와 전기적으로 연결되어 모터(20)의 동작을 제어한다.
모터(20)는 콘트롤러(10)의 제어신호를 인가받아 회전력을 생성한다.
동력전달부(30)는 모터(20)와 회전축(40)의 사이를 물리적으로 연결하며, 모터(20)에 의해 생성된 회전력을 회전축(40)으로 인가한다.
회전축(40)은 동력전달부(30)를 통하여 전달받은 회전력에 의해 회전한다.
카트리지들(100a, 100b, 100c)은 회전축(40)에 탈착가능하도록 결합되어, 회전축(40)을 따라서 회전한다.
본 실시예에서, 하나의 회전축(40)에 복수개의 카트리지들(100a, 100b, 100c)이 적층되어 결합된다. 카트리지들(100a, 100b, 100c)의 외형은 회전축(40)을 중심으로 대칭을 이루고 있기 때문에, 갯수의 제한없이 적층되는 것이 가능하다.
따라서, 복수개의 카트리지들(100a, 100b, 100c)을 갯수의 제한없이 적층하여 동시에 실험하는 것이 가능하다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 원심분리장치용 카트리지의 중심축과 원심분리장치의 회전축이 일치하여 하나의 카트리지만으로 혈장을 혈액으로부터 분리하는 것이 가능하다.
또한, 카트리지 내에 원심력이 인가되는 동안에는 시료가 이동할 수 있는 통로로 기능하다가 원심력이 인가되지 않으면 내측수납공간과 외측수납공간을 구분하는 분리턱이 구비되어, 카트리지로부터 용이하게 혈장을 분리하는 것이 가능하다. 따라서, 내측수납공간에는 혈장만이 모이고 적혈구, 백혈구, 혈소판 등과 같이 비중이 무거운 혈구는 자연스럽게 외측수납공간에 수납되기 때문에, 투입하는 시료의 양을 정량하지 않더라도 불순물이 제거된 순수한 혈장을 용이하게 추출할 수 있다.
또한, 내측수납부의 내측경사로가 중심축을 기준으로 대칭이 되도록 배치되면, 내측경사로의 전체에서 시료의 분리가 균일하게 이루어져서 혈구가 뭉치는 것이 방지된다. 따라서 카트리지를 고속회전시키더라도 순도가 높은 혈장을 구하는 것이 가능하다.
또한, 분리벽에 의해 내측수납공간과 외측수납공간이 분리되고 2개의 분리구들 만으로 혈구와 혈장이 이동하므로, 원심분리 도중에 혈구와 혈장이 혼합되는 것이 방지되고 순도높은 혈장을 추출할 수 있다.
또한, 원심분리 속도가 낮은 경우에도 사용할 수 있어서, 시료를 추출하는 도중에 유전물질이나 단백질이 파괴되는 것이 방지된다.
또한, 카트리지가 중심축을 기준으로 대칭인 형상을 가져서, 복수개의 카트리지들을 갯수의 제한없이 적층하여 동시에 실험하는 것이 가능하다.
상기 실시예들에서는 설명의 편의를 위하여 혈액을 원심분리하는 예를 설명하였으나, 당해기술분야에서 통상의 지식과 기술을 가진 자라면 혈액 이외에 다른 생물체의 분비물, 오수, 해수, 액상 식품 등 다양한 시료들이 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
[부호의 설명] 10 : 콘트롤러, 20 : 모터, 30 : 동력전달부, 40 : 회전축, 50 : 시료, 51 : 혈구, 53 : 혈장, 100 : 카트리지, 110 : 중심부, 120 : 내측수납부, 120a : 내측수납공간, 122 : 내측경사로, 125 : 내측연결통로, 127 : 분리턱, 326 : 분리구, 329 : 분리벽, 330 : 외측수납부, 130a : 외측수납공간, 132 : 외측경사면, 140, 340 : 커버, 141, 342 : 시료주입구
본 발명은 생화학물질의 검사를 수행하는 장치, 혈액검사장치, 질병 검사장치 등으로 연구용, 재난방지용, 의료용, 축산용, 애완동물치료용 등으로 사용될 수 있는 산업상 이용가능성을 갖는다.

Claims (5)

  1. 원심분리장치의 회전축에 결합되어 회전하는 카트리지에 있어서,
    상기 회전축을 관통하는 개구부를 가져서 상기 회전축에 결합되는 중심부;
    상기 중심부를 포위하도록 배치되며, 외측으로 갈수록 경사지는 내측경사로, 상기 내측경사로의 단부에 연결되어 원심력이 인가되는 동안에는 시료가 이동할 수 있는 통로로 기능하다가 원심력이 인가되지 않으면 상기 시료의 이동을 방지하는 분리부재를 포함하고, 상기 내측경사로에 의해 정의되는 내측수납공간을 구비하는 내측수납부;
    상기 내측수납부를 포위하도록 배치되며, 상기 분리부재와 연결되며 외측수납공간을 정의하는 외측경사면을 포함하고, 상기 분리부재를 통하여 상기 내측수납부와 물질교환이 가능하도록 연결되는 외측수납부; 및
    상기 중심부의 상부와 상기 외측수납부의 상부에 결합하여, 상기 시료가 외부로 유출되는 것을 방지하는 커버를 포함하는 원심분리장치용 카트리지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내측수납부는,
    상기 중심부의 중심축을 기준으로 회전방향을 따라서 경사지며 서로 점대칭이 되도록 배치되는 두 개의 내측경사로들; 및
    인접하는 내측경사로들의 사이를 연결하며 단차진 형상을 갖는 두 개의 내측 연결통로들을 포함하고,
    상기 분리부재는 상기 내측수납부와 상기 외측수납부를 완전히 밀폐하는 것이 아니라, 상기 커버의 하면과의 사이에 시료가 이동할 수 있는 틈이 존재하는 분리턱을 포함하며,
    상기 시료는 상기 내측연결통로들 및 상기 분리턱의 상부에 형성되는 상기 틈을 통하여 이동하는 것을 특징으로 하는 원심분리장치용 카트리지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 내측수납부는,
    상기 중심부의 중심축을 기준으로 상기 외측수납부쪽으로 경사지며, 상기 중심축을 기준으로 대칭이 되도록 배치되는 하나의 내측경사로를 포함하고,
    상기 분리부재는 상기 내측수납부와 상기 외측수납부를 완전히 밀폐하는 것이 아니라, 상기 커버의 하면과의 사이에 시료가 이동할 수 있는 틈이 존재하는 분리턱을 포함하며,
    상기 시료는 상기 분리턱의 상부에 형성되는 상기 틈만을 통하여 이동하는 것을 특징으로 하는 원심분리장치용 카트리지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 내측수납부는,
    상기 중심부의 중심축을 기준으로 회전방향을 따라서 경사지며 서로 점대칭이 되도록 배치되는 두 개의 내측경사로들; 및
    상기 커버의 하면과 결합하여 상기 내측수납공간과 상기 외측수납공간을 구분하는 분리벽을 포함하고,
    상기 분리부재는 상기 각 내측경사로들의 단부에 형성되어 상기 내측수납부와 상기 외측수납부의 사이를 연결하는 분리구를 포함하며,
    상기 분리벽은 상기 분리구가 생성된 공간을 제외한 나머지 부분의 내측수납부와 외측수납부를 밀폐하여 상기 분리벽과 상기 커버의 사이에는 틈이 존재하지 않아서,
    상기 시료는 상기 분리구만을 통하여 이동하는 것을 특징으로 하는 원심분리장치용 카트리지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 카트리지는 복수개가 적층되어 하나의 회전축에 결합되는 것을 특징으로 하는 원심분리장치용 카트리지.
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