KR100889727B1 - 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모세관력을 이용하여 외부장치의 도움없이 자체적으로 전혈로부터 혈장을 분리하는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자에 관한 것으로서, 폭이 좁고 긴 모세관 형상으로 이루어진 하나 이상의 혈장 유도 채널과, 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널에 연결된 혈장 챔버와, 상기 혈장의 유동을 위하여 상기 혈장 챔버에 연결된 하나 이상의 공기 배출구가 형성되는 하부 기판의 상부에, 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널이 노출되도록 상부 기판을 부착하고, 상기 노출된 하나 이상의 혈장 유도 채널 위에 혈장과 혈구를 분리하는 필터재를 밀착시켜, 상기 필터재에서 분리된 혈장이 모세관 현상에 의하여 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널을 따라 이동하여 상기 혈장 챔버에 충진된다.
모세관력, 혈장, 혈액 필터, 바이오칩, 다층
Description
본 발명은 모세관력을 이용하여 외부장치의 도움없이 자체적으로 전혈로부터 혈장을 분리하는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-007-02, 과제명: 유비쿼터스 건강관리용 모듈 시스템].
바이오칩은 생물의 효소, 단백질, 항체, DNA, 미생물, 동식물 세포 및 기관, 그리고 신경 세포 등과 같은 생체 유기물과 반도체 같은 무기물을 조합하여 기존의 반도체 칩 형태로 만든 혼성 소자(Hybrid Device)로서, 종류로는 바이오센서(Biosensor), DNA 마이크로어레이(Microarray), 단백질 칩(Protein Chip), 셀 칩(Cell Chip), 뉴론 칩(Neuron Chip)과 생체 삽입용 칩, 랩 칩(Lab-on-a Chip) 등으로 분류되는 생물 공학과 전자 공학의 경계에서 전개되는 생체 전 자(Bioelectronics)의 연구 산물들이 있다.
상기 중에서, 단백질 칩은 혈액시료에 있는 특정 단백질의 발현 유무 혹은 특정 단백질의 양을 측정하여 단백질과 관련된 질병의 진단, 예후 관리 등에 이용된다. 혈액(전혈)은 적혈구, 백혈구 및 혈소판과 같은 혈구성분과 물, 단백질, 지방, 당질 및 기타 무기질이온과 같은 혈장 성분으로 구성된다. 단백질 칩은 고감도의 정량화된 결과를 얻기 위해서, 혈액으로부터 단백질이 존재하는 혈장 성분만을 분리할 수 있는 필터 요소를 필요로 한다.
일반적인 혈액 필터는 대용량의 혈액을 빠른 시간에 처리하는 것을 목적으로 하지만, 상기 단백질 칩에서 요구되는 혈액 필터는 소량의 혈액으로 오염 없이 혈장의 빠른 분리가 이루어질 것을 요구한다.
이에 소량의 전혈로부터 혈장을 분리하기 위하여 다양한 방법들이 제안되어 있는데, 예를 들면, 원심력을 이용하여 혈구와 혈장을 분리하는 방법, 혈구보다 작은 크기의 미세구조체을 유로에 배치하고 혈액을 외부에로부터 펌핑시킴으로써 혈구는 미세구조체에 의해 걸러져 혈장만 추출되도록 하는 방법, 혈구가 통과하지 못하는 낮은 높이의 격막을 설치하여 혈장 성분만 격막을 통과하여 빠져나오도록 하는 방법, 종이, 유리섬유, 다공성 매질 혹은 멤브레인(membrane)을 혈액 유동의 측면 혹은 정면에 배치하여 혈구를 분리시키는 방법, 중력에 의한 혈구의 침강효과를 이용하여 혈구와 혈장이 층을 이루도록 한 후 혈장만을 뽑아내는 방법, 전기적 신호를 가함으로써 혈구의 흐름을 편향시키는 방법 등이 있다.
그런데 기존의 혈장 분리 소자들은, 전혈로부터 혈장을 분리하기 위하여 형 성된 미세구조체, 격막, 멤브레인, 다공성 매질 등에 혈구가 적층되어 유로를 폐쇄시키면서 혈장의 분리 효율이 감소되거나, 혈장을 분리하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
또한, 시료를 이동시키기 위하여 외부장치 예컨대, 시린지 펌프를 사용해야 하며, 이 경우 구동 방식이 복잡해서 연속적이고 효율적인 혈장의 분리 또는 농축이 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 구조 및 방법에서 제작 공정이 복잡하거나 제작 비용이 높아서 일회용 칩 형태로 구현되기에 부적합하였다.
본 발명은 상기 기존의 혈장 분리 기술에서 나타나는 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 모세관력만을 이용함으로써 시린지 펌프와 같은 외부장치의 도움없이 자체적으로 전혈로부터 혈장을 분리할 수 있는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 간단한 구조로 제작이 간편하고 저가 재료로 제작이 가능하여, 일회용으로 이용될 수 있으며, 바이오칩에 직접 활용이 가능한 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 소량의 혈액을 효율적으로 빠른 시간 내에 혈장을 분리할 수 있는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 모세관력을 이용한 혈장 분리에 있어서, 혈구에 의한 필터재의 농축 효과로 인하여 혈장 분리 효율이 감소하는 것을 방지할 수 있는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자는, 폭이 좁고 긴 모세관 형상으로 이루어진 하나 이상의 혈장 유도 채널과, 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널에 연결된 혈장 챔버와, 상기 혈장의 혈장 챔버로의 유동을 위하여 상기 혈장 챔버에 연결된 공기 배출구가 형성되는 하부 기판; 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널이 공기 중에 노출되도록 상기 하부 기판의 상부에 접착되는 상부 기판; 및 상기 노출된 하나 이상의 혈장 유도 채널 위에 밀착되어 혈액에서 혈장과 혈구를 분리하는 필터재를 포함하여, 상기 필터재에서 분리된 혈장이 모세관 현상에 의하여 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널을 따라 이동하여 상기 혈장 챔버에 충진하는 것을 특징으로 한다.
상기 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자에 있어서, 상기 하부 기판은, 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널의 혈장 챔버측 끝단에 첨형(尖形)으로 형성되어, 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널을 따라 혈장 챔버로 유입된 혈장이 뭉치도록 하는 유동 합류부와, 상기 필터재의 하부에 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널과 함께 상기 혈장 챔버에 연결되도록 형성되며, 대기압에 노출되어 혈장의 유동 속도를 증가시키는 압력 회복 채널과, 상기 필터재를 밀착시키기 위한 본딩 채널을 각각 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자에 있어서, 상기 상부 기판은, 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널 방향으로 기울어진 경사면을 포함하며, 상기 경사면에는 폭이 좁고 긴 모세관 형상으로 이루어지며 상기 하부 기판의 혈장 유도 채널 또는 하부 기판의 혈장 챔버와 연결된 하나 이상의 혈장 유도 채널이 더 형성되고, 상기 필터재는 상기 상부 기판에 형성된 하나 이상의 혈장 유도 채널까지 포함하도록 배치될 수 있으며, 더하여, 상기 필터재의 하부에 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널과 함께 상기 혈장 챔버에 연결되고, 대기압에 노출되어 혈장의 유동 속도를 증가시키는 압력 회복 채널과, 상기 필터재를 상기 하나 이상 의 혈장 유도 채널에 밀착시키기 위한 본딩 채널을 더 포함할 수 있다.
상기 필터재는 종이, 유리섬유, 다공층 매질 중의 하나로 형성된다.
또한, 상기 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자에 있어서, 상기 상부 기판, 상기 하부 기판 및 상기 필터재는 강한 모세관력이 발생되도록 하기 위하여 산소 플라즈마 처리(O2 plasma treatment) 또는 계면활성제를 사용하여 친수성이 높은 표면을 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자는, 상기 혈장 챔버에 충진된 혈장과 생물학적 반응 및 감지가 일어날 수 있도록, 항원, 항체, 효소, 마이크로 또는 나노 입자, 전극, 센서 중에서 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자에 있어서, 상기 상부기판 및 상기 하부기판은, 플라스틱, 실리콘, 고무 및 유리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기와 같이 제안된 본 발명의 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자는, 시린지 펌프와 같은 외부장치의 도움없이 모세관력만을 이용하여 자체적으로 혈액으로부터 혈장을 분리할 수 있다.
더하여, 본 발명의 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자는, 간단한 구조로 이루어져 제작이 간편하고, 가격이 저렴한 플라스틱과 같은 저가 재료로 제작이 가능하여, 일회용으로 이용될 수 있는 우수한 효과가 있다.
더하여, 본 발명의 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자는, 바이오칩에 일체화되어 직접 활용이 가능한 형태로 구현될 수 있으며, 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자는, 개방된 필터재와 압력회복채널을 통하여 유동 저항을 감소시킴으로써, 바이오칩에서 요구하는 소량의 혈액으로부터 효율적으로 빠른 시간 내에 혈장을 분리할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것 이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자의 상측 평면 투시도이고, 도 1b는 상기 상측 평면 투시도 상의 X-X` 절취선에 따른 측단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자는, 폭이 좁고 긴 모세관 형상으로 이루어진 하나 이상의 혈장 유도 채널(130)과, 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널(130)에 연결된 혈장 챔버(170)와, 상기 혈장의 유동을 위하여 상기 혈장 챔버(170)에 연결된 하나 이상의 공기 배출구(150)가 형성되는 하부 기판(100)과, 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널(130)이 공기 중에 노출되도록 상기 하부 기판(100)의 상부에 접착되는 상부 기판(200)과, 상기 노출된 하나 이상의 혈장 유도 채널(130) 위에 밀착되어 혈액에서 혈장과 혈구를 분리하는 필터재(300)를 포함하여 이루어진다.
상기 상부 기판(200)은 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널(130) 방향으로 형성된 경사면(210)을 포함하고, 상기 필터재(300)는 상기 하부 기판(100)의 혈장 유도 채널(130)들과 상기 상부 기판(200)의 경사면(210)에 밀착되도록 부착되며, 그 상부는 공기 중에 노출되어 있다.
상기 도 1a 및 도 1b에 있어서, 미설명된 부호 120은 상기 혈장 챔버(170)에 연결되며 대기압에 노출된 압력 회복 채널(120)로서, 하부 기판(100)에 형성되어 상기 필터재(300)에서 혈장 유도 채널(130)로의 혈장의 유동이 원활히 일어나도록 하기 위한 것이며, 50은 상기 필터재(300) 상부에 떨어트린 혈액을 나타내며, 110b는 상기 필터재(300)를 밀착시키기 위한 본딩 채널을 나타낸다.
상기 필터재(300)는 종이, 유리섬유, 다공층 매질 중의 하나로 형성되는 것이 바람직하며, 필터재(300)의 크기는 바이오칩에서 요구하는 소량의 혈액 사용에 부합하도록 10uL ~ 200um 범위의 혈액을 떨어뜨릴 수 있는 크기를 갖는 것이 바람직하다. 상기 필터재(300)는 하부기판(100) 상의 혈장 유도 채널(130)과 상부 기판(200)상의 경사면(210)에 틈이 없이 밀착되어 놓이는 것이 바람직하다. 이는 필터재(300)에서 분리된 혈장이 상기 혈장 유도 채널(130)에 잘 스며들어가도록 하기 위함이다. 이를 위하여 상부 기판(200)상의 경사면의 기울기를 조절하거나 상부기판(200)과 하부기판(100)의 접선에서 필터재(300)를 꺾어서 공간적인 틈이 없이 배치하는 것이 바람직하다.
상술한 구조의 혈장 분리 필터 소자는, 상기 필터재(300) 위에 떨어뜨린 혈액(50)이 필터재(300)를 적시면서 통과함에 따라 혈구가 제거되고, 분리된 혈장이 모세관 현상에 의해 상기 혈장 유도 채널(130)로 스며들고, 상기 혈장 유도 채널(130)을 따라 유동하여 상기 혈장 챔버(170)에 충진된다. 상기 과정에서의 모든 혈액의 흐름이 모세관력에 의해 제어된다.
상술한 개방형 혈장 분리 필터 소자에 있어서, 상기 하부 기판(100)의 구조를 도 2를 참조하여 더 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 개방형 혈장 분리 필터 소자에 있어 서, 하부 기판(100)의 상세 구조를 나타낸 도면으로서, (a)는 상기 하부 기판(100)의 상부 평면도이고, (b)와 (c)는 상기 하부 기판(100)의 X-X' 절단선 및 Y-Y' 절단선에 따른 절단면을 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 하부 기판(100)에 있어서, 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널(130)은 모세관 현상이 일어날 수 있도록 폭이 좁고 긴 홈 형태로 형성되며, 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널(130)의 혈장 챔버(170) 측 끝단에 첨형(尖形)으로 형성되어, 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널(130)을 따라 혈장 챔버(170)로 유입된 혈장이 뭉치도록 하는 유동 합류부(160)와, 상기 필터재(300)를 상기 혈장 유도 채널(130)에 밀착시키기 위한 하나 이상의 본딩 채널(110a,110b)이 포함된다.
상기 본딩 채널(110a,110b)는 상기 필터재(300)가 상기 혈장 유도 채널(130)과 밀착될 수 있도록, 상기 혈장 유도 채널(130)의 주변을 둘러싸는 형태로 형성되며, 상기 혈장 유도 채널(130) 보다 깊게 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 압력 회복 채널(120)은 상기 실시예에서 혈장 유도 채널(130)들과 나란히 배치된다.
상기 도시된 혈장 유도 채널(130)로 유입된 혈장은 모세관력에 의해 혈장 유도 채널(130)의 끝단에 배치된 유동 합류부(160)로 이동한다. 상기 유동 합류부(160)는 복 수개의 혈장 유도 채널(130)로 유입된 혈장이 서로 합류되어 혈장의 경계면이 혈장 챔버(170)에서 일정하게 진행하도록 도와 주는 역할을 한다. 상기 유동 합류부(160)의 선단은 뽀죡한 형상으로 만들어 각각의 혈장 유도 채널(130)로 부터 진행된 혈장의 경계면이 서로 뭉치게 하는 역할을 하며, 모든 경계면이 뭉치며 진행하도록 하는 구조이다. 이때, 공기 배출구(150)를 통해 공기가 배출되어 상술한 혈장의 흐름을 원활하게 한다.
또한, 상기 압력회복채널(120)은 필터재(300)를 통과한 혈장의 흐름을 좀 더 원활히 하기 위하여 구비된 것으로서, 필터재(300)는 많은 작은 공극으로 이루어지고 혈구가 이들 공극을 막음에 따라 혈장의 흐름에 대한 유동 저항을 증가시키게 된다. 따라서 혈장이 분리된 아래쪽에 대기압에 노출된 채널을 배치함으로써, 혈장의 흐름은 필터재(300)의 유동저항을 이길 필요없이 대기압에 대한 저항만 이기면서 진행하면 된다. 따라서, 같은 모세관압력에 대하여 유동저항이 작아져 혈장 유도 채널(130)로의 혈장의 유동 속도가 빨라지게 된다.
도 3a 및 도 3b는 상기 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자에서 하부 기판(200)을 도시한 것으로서, 도 3a는 하부 기판의 상면도이고, 도 3b는 측면도이다.
도시된 바와 같이, 상기 하부 기판(200)은 본 실시 예에 있어서, 직사각형상으로 이루어지며, 그 일측 단면에 경사면(210)이 형성되어 있다. 그러나, 상기 하부 기판(200)은 상기 혈장 챔버(170)을 밀폐시키기 위한 것으로서, 상기 혈장 챔버(170)의 상부를 덮을 수 있는 크기라면 어떤 형태이어도 관계없으며, 상기 경사면(210)이 상기 혈장 유도 채널(130)측으로 형성되면 된다.
상기 상부 기판(200)에서 필터재(200)와 접하는 면, 즉, 상기 경사면(210)에, 또 다른 본딩 채널, 압력 회복 채널, 혈장 유도 채널을 추가할 수 있으며, 상 기 본딩 채널, 압력 회복 채널, 혈장 유도 채널의 형상 및 구조는 앞서 하부 기판(200) 상에 형성된 것과 유사하다.
더하여, 상기 하부 기판(100)과, 상부 기판(200)과, 필터재(300)는 강한 모세관력이 발생되도록 하기 위하여, 산소 플라즈마 처리(O2 plasma treatment) 또는 계면활성제를 사용하여 강한 친수성 표면을 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 혈장 챔버(170)는 모세관력을 증가시키기 위하여 미세 구조물이 형성되거나, 모멘텀 증가를 위하여 공기 배출구(100) 방향으로 폭이 증가하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 혈장 챔버(170)는 충진된 혈장과 생물학적 반응 및 감지가 일어날 수 있도록, 항원, 항체, 효소, 마이크로 또는 나노 입자, 전극, 센서 중에서 하나 이상이 형성될 수 있으며, 특정 바이오 물질을 검출, 분리 또는 농축하기 위하여 상기 필터재(300) 혹은 상기 혈장 챔버(170)의 표면에 상보적 포획 탐침 리간드(ligand)를 더 포함할 수 있다.
상기 상부기판(200) 및 상기 하부기판(100)은 플라스틱, 실리콘, 고무 및 유리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으며, 저가 제작을 위해서는 저렴한 플라스틱으로 제작되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 하부 기판(100) 및 상부 기판(200)은 폴리디메틸실로세인(poly-dimethyl siloxane, PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 사이클로올레핀 코폴리머(cycloolefin copolymer, COC), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리페닐렌 에테르(polyphenylene ether, PPE), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene, POM), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK), 폴리테트라프로오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC), 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate, PBT), 불소화 에틸렌프로필렌(fluorinated ethylenepropylene, FEP) 및 퍼플로로알콕시알칸(perfluoralkoxyalkane, PFA)중의 하나 또는 다종으로 형성될 수 있다.
상기 재질의 상부기판(200) 및 상기 하부기판(100)의 접착은 열간접착법, 에폭시접착법, 화학적접착법, 초음파접착법 및 플라즈마접착법 등으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 하부 기판(100)에 형성된 본딩 채널(110a,110b) 및 상부 기판(200)에 형성될 본딩 채널(도시생략)과 상기 필터재(300)와의 접착은 UV 접착제, 에폭시, 진공 유지(grease) 중의 하나로 이루어질 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 일 실시 형태에 따라 실제 제작된 모세관력 개방형 혈장 분리용 필터 소자의 사진이다.
상기 사진에 나타낸 필터 소자에 있어서, 하부 기판(100)는 13mm × 10.5mm의 크기로, 혈장 유도 채널(120)은 폭 0.5mm × 길이 3mm ×깊이 0.2mm 의 크기로, 혈장 챔버(170)는 5mm × 4.5mm×0.2mm 의 크기로 형성되었다.
상기 제작된 필터 소자에 의하면, 도 4의 (b)와 같이 조립된 상태에서, 공기 중에 노출되어 있는 필터재(300)에 혈액 30uL를 투입한 결과, 상기 혈액으로부터 약 7uL의 혈장이 30초에 분리할 수 있었다.
이때, 혈액의 양과, 혈장 추출량 및 분리 시간은 상기 필터재(300)의 크기, 본딩 채널(110)의 형상, 압력 회복 채널(120)의 형상, 혈장 유도 채널(130)의 형상, 경사면(210) 기울기, 혈장 챔버(170)의 형상, 유동 합류부(160)의 형상, 상부 기판(200) 및 하부 기판(100)의 재료, 표면처리 등을 통하여 조절이 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자의 상측 평면 투시도,
도 1b는 도 1a에 보인 상측 평면 투시도 상의 X-X' 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자에 있어서, 하부 기판의 상세 구조를 나타낸 도면,
도 3a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자에 있어서, 상부 기판의 상부 평면도,
도 3b는 상기 상부 기판의 측면도, 그리고
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 일 실시 형태에 따라서 실험적으로 제작된 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자를 보인 사진이다.
Claims (18)
- 폭이 좁고 긴 모세관 형상으로 이루어진 하나 이상의 혈장 유도 채널과, 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널에 연결된 혈장 챔버와, 상기 혈장의 유동을 위하여 상기 혈장 챔버에 연결된 하나 이상의 공기 배출구가 형성되는 하부 기판;상기 하나 이상의 혈장 유도 채널이 노출되도록 상기 하부 기판의 상부에 접착되는 상부 기판; 및상기 노출된 하나 이상의 혈장 유도 채널 위에 밀착되어 혈액에서 혈장과 혈구를 분리하는 필터재를 포함하여,상기 필터재에서 분리된 혈장이 모세관 현상에 의하여 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널을 따라 이동하여 상기 혈장 챔버에 충진되는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자
- 제1항에 있어서, 상기 하부 기판은상기 하나 이상의 혈장 유도 채널과 혈장 챔버의 연결부에 첨형(尖形)으로 형성되어, 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널을 따라 혈장 챔버로 유입된 혈장이 뭉치도록 유도하는 유동 합류부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 하부 기판은상기 필터재의 하부에 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널과 함께 상기 혈장 챔버에 연결되도록 형성되며, 대기압에 노출되어 혈장의 유동 속도를 증가시키는 압력 회복 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 하부 기판은상기 필터재를 밀착시키기 위한 본딩 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 상부 기판은상기 하나 이상의 혈장 유도 채널 방향으로 기울어진 경사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자.
- 제1항에 있어서,상기 필터재는 종이, 유리섬유, 다공층 매질 중의 하나로 형성되는 것을 특 징으로 하는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자.
- 제1항에 있어서,상기 상부 기판, 상기 하부 기판 및 상기 필터재는 강한 모세관력이 발생되도록 하기 위하여 산소 플라즈마 처리(O2 plasma treatment) 또는 계면활성제를 사용하여 친수성이 높은 표면을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자.
- 제1항에 있어서,상기 혈장 챔버에 충진된 혈장과 생물학적 반응 및 감지가 일어날 수 있도록, 항원, 항체, 효소, 마이크로 또는 나노 입자, 전극, 센서 중에서 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자.
- 제1항에 있어서,상기 필터재는 10uL ~ 200um 범위의 혈액을 떨어뜨릴 수 있는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자.
- 제1항에 있어서,상기 상부기판 및 상기 하부기판은, 플라스틱, 실리콘, 고무 및 유리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자.
- 제1항에 있어서,상기 혈장 챔버는 모세관력을 증가시키기 위해, 그 내부에 미세 구조물이 형성되거나 공기 배출구 방향으로 폭이 증가하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자.
- 제1항에 있어서,특정 바이오 물질을 검출, 분리 또는 농축하기 위하여 상기 필터재 또는 상기 혈장 챔버에 상보적 포획 탐침 리간드(ligand)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자.
- 제5항에 있어서,상기 상부 기판의 경사면에는, 폭이 좁고 긴 모세관 형상으로 이루어지며 상기 하부 기판의 혈장 유도 채널 또는 하부 기판의 혈장 챔버와 연결된 하나 이상의 혈장 유도 채널이 더 형성되고,상기 필터재는 상기 상부 기판에 형성된 하나 이상의 혈장 유도 채널까지 포함하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자.
- 제13항에 있어서,상기 상부 기판의 경사면에는, 상기 필터재의 하부에 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널과 함께 상기 혈장 챔버에 연결되고, 대기압에 노출되어 혈장의 유동 속도를 증가시키는 압력 회복 채널이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자.
- 제13항에 있어서,상기 상부 기판에는, 상기 필터재를 상기 하나 이상의 혈장 유도 채널에 밀착시키기 위한 본딩 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자.
- 제4항 또는 제15항에 있어서,상기 필터재와 상기 본딩 채널과의 접착은 UV 접착제, 에폭시, 진공 유지(grease) 중의 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자.
- 제10항에 있어서,상기 상부기판과 상기 하부기판의 접착은 열간 접착법, 에폭시 접착법, 화학적 접착법, 초음파 접착법 및 플라즈마 접착법으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 한 방법을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자.
- 제10항에 있어서, 상기 상부 기판 및 하부기판은폴리디메틸실로세인(poly-dimethyl siloxane, PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 사이클로올레핀 코폴리머(cycloolefin copolymer, COC), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리페닐렌 에테 르(polyphenylene ether, PPE), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene, POM), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK), 폴리테트라프로오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC), 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate, PBT), 불소화 에틸렌프로필렌(fluorinated ethylenepropylene, FEP) 및 퍼플로로알콕시알칸(perfluoralkoxyalkane, PFA)중의 하나 또는 다종으로 형성된 모세관력을 이용한 개방형 혈장 분리 필터 소자.
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