KR100533598B1 - Blood cell rheometer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 혈구에 대한 응집률(aggregation) 측정에 관한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 구성장치에는 유동저항관(flow restrictor tube), 샘플 저장용기, 폐샘플 저장실, 진공생성장치, 압력센서 등이 있다. 본 발명은 샘플 저장용기에 채워진 샘플 액체를 진공생성장치에 형성된 진공 압력으로 구동시켜 유동저항관을 통해 폐샘플 저장실로 이송시키게 된다. 이 때, 광원을 유동저항관에 조사하여 역산란되어 나온 것을 광센서로 감지하고 이를 분석해 혈구의 응집률 특성을 측정하는 것이다. 동시에, 진공생성장치 내부의 낮은 압력이 점차로 해제되면서 대기압과의 압력 평형을 이루기까지의 압력 변화를 시간에 따라 측정하여 이를 이용하여 전단응력 및 전단률을 결정하는 것이다. 본 발명은 특징은 매우 짧은 시간내에 미소량의 혈액을 이용하여 혈구의 응집률 측정이 가능하며, 넓은 범위의 전단률 및 전단력에 대한 각각의 혈구의 응집률 특성을 한 번의 측정을 통해서 얻을 수 있다는 점이다. 또한 유변계의 혈액 접촉부의 부품을 일회용으로 사용할 수 있어 세척이 필요 없으며 작동이 매우 간편함을 특징으로 한다.The present invention relates to a method and apparatus for measuring aggregation of blood cells, and the components include a flow restrictor tube, a sample storage container, a waste sample storage chamber, a vacuum generator, a pressure sensor, and the like. . In the present invention, the sample liquid filled in the sample reservoir is driven at the vacuum pressure formed in the vacuum generator to be transferred to the waste sample storage chamber through the flow resistance tube. At this time, the light source is irradiated to the flow resistance tube to detect the back scattered by the optical sensor and analyzes it to measure the aggregation rate characteristics of the blood cells. At the same time, as the low pressure inside the vacuum generator is gradually released, the pressure change until the pressure equilibrium with the atmospheric pressure is measured over time, and the shear stress and shear rate are determined using the pressure change. The present invention is characterized in that it is possible to measure the aggregation rate of blood cells using a small amount of blood in a very short time, and that the aggregation rate characteristics of each blood cell for a wide range of shear rate and shear force can be obtained through one measurement. Is the point. In addition, since the parts of the blood contact portion of the rheometer can be used for one-time use, it does not need cleaning and is very easy to operate.
Description
본 발명은 혈구 유변 특성 측정에 관한 발명으로서 기존의 시간에 따라 감소하는 구동 압력에 대해 매 순간 압력을 측정하며 매 순간 준평형 상태에서의 혈구의 응집률을 측정하는 방식에 관한 것이다.The present invention relates to the measurement of blood cell rheological properties, and relates to a method of measuring the instantaneous pressure with respect to the driving pressure which decreases with the existing time and the aggregation rate of the blood cells in the quasi-equilibrium state at each instant.
혈구의 응집률이 혈액의 점도 및 유변 특성에 직접적인 영향 인자로 알려지면서 혈구의 응집률에 대한 측정 기기 개발이 시도되어왔다. 그 중에서도 특히, Clinical Hemorheology and Microcirculation 저널(Vol. 21, pp. 1-11, 2001)에 공시된 LORCA 혈구 유변계는 이중 동심원관 구조의 회전형 쿠엣 (Couette) 유동 조건에서 레이저 빔(Laser beam)을 혈액에 조사하여 산란(scaterring)되어 역으로 나오는 빛을 광다이오우드(photodiode) 센서로 획득하여 획득된 광의 세기를 컴퓨터로 처리 분석하여 혈구의 응집률을 측정하는 기술이 발표되었다. 이 때, 측정 전에는 응집률을 최소화하기 위하여 전단률이 최소한 500 (1/s) 이상 5초 동안 유지되다가 회전 운동을 급작스럽게 정지하며 이 때, 응집률이 시간에 따라 증가되는 것을 역산란된 빛(backscattered light)의 세기로 측정하는 방식이다. 이러한 측정은 시간에 따른 응집률의 변화 추이를 보는 실렉토그램(Syllectogram)으로서 의미가 있지만, 혈액 유동의 실제적 전단률에 대한 응집률을 직접적으로 측정하지 못한다는 점이 단점이다. As the aggregation rate of blood cells is known as a direct influence factor on the viscosity and rheological properties of blood, the development of a measuring device for the aggregation rate of blood cells has been attempted. In particular, the LORCA hemocytometer, published in the Journal of Clinical Hemorheology and Microcirculation (Vol. 21, pp. 1-11, 2001), is a laser beam in a double concentric tubular Couette flow condition. A technique for measuring the aggregation rate of blood cells by analyzing the intensity of light acquired by using a photodiode sensor, which is obtained by scattering and scattering light by irradiating blood into a photodiode sensor, has been announced. At this time, the shear rate is maintained for at least 500 (1 / s) for at least 5 seconds before the measurement to stop the rotational motion suddenly before the measurement, at which time the light is scattered back to increase the aggregation rate. Measured by the intensity of the backscattered light. This measurement is meaningful as a sig- lectogram (Syllectogram) to see the change in aggregation rate over time, but the disadvantage is that it does not directly measure the aggregation rate with respect to the actual shear rate of blood flow.
한편, 한국 특허(출원번호 1020030000939) ‘진공점도계’는 정밀 압력센서를 이용한 점도계를 공시하였다. 이는 진공을 이용하여 샘플 시험관에 유체를 모세관을 통하여 저장관으로 이송시키면서 저장 탱크에 가해진 진공압력이 서서히 해제되는 것을 압력센서로 측정하여 이를 점도로 환산하는 점도계를 공개하였다. Meanwhile, the Korean patent (Application No. 1020030000939) 'Vacuum Viscometer' disclosed a viscometer using a precision pressure sensor. This revealed that the vacuum sensor applied to the storage tank is gradually released while the fluid is transferred to the storage tube through the capillary tube to the sample test tube using a vacuum, and a viscometer which converts it into a viscosity is measured by a pressure sensor.
그러나, 상기와 같이 개발된 점도계(출원번호 1020030000939)는 주로 원형관 형태의 유동저항관을 사용하기 때문에 혈구응집률 측정을 위해 광원을 조사시킬 경우 광신호를 균일하게 회절시킬 수 없는 단점을 지니고 있다. 반면, LORCA 혈구유변계는 혈액 샘플을 다루는데 있어 일회용 키트가 가능하지 못해 시험 후 세척과정이 매우 번거로우며 또한 시간에 따른 응집률의 변화 추이 만을 도시하는 기능에 한정되어 있고 혈액 유동의 실제 조건의 전단률 또는 전단력에서의 혈구 응집률을 측정하지 못하는 단점이 존재한다.However, the viscometer (application number 1020030000939) developed as described above has a disadvantage in that the light signal cannot be uniformly diffracted when irradiated with a light source for measuring blood coagulation rate because it mainly uses a flow tube of a circular tube type. . On the other hand, LORCA hemocytometers do not have a disposable kit for handling blood samples, which makes the post-test cleaning process very cumbersome and limited to the ability to show only the change in cohesion rate over time. There is a drawback of not being able to measure the rate of hemagglutination in the rate or shear force.
본 발명은 위의 사정을 배경으로서 이루어진 것으로, 미소 샘플의 혈액에 대한 혈구의 응집률을 측정하는 혈구유변계로서 한번의 측정을 통해 관심영역의 전단력 및 전단률 범위에 대한 혈구의 응집률 특성 측정이 가능하도록 하며, 또한 극소량의 샘플을 이용해 짧은 시간 내에 측정할 수 있는 혈구유변계 및 측정 방법을 발명하는 기술적 과제를 대상으로 한다. The present invention is made with the above circumstances as a background, and it is a hemocytometer which measures the aggregation rate of blood cells to the blood of the micro sample, and measures the aggregation rate characteristics of blood cells with respect to the shear force and shear rate range of the region of interest through one measurement. To this end, it is also aimed at the technical problem of inventing a hemocytometer and measuring method that can be measured in a short time using a very small amount of samples.
본 발명의 또 하나의 기술적 과제는 구조가 간단하며 작동이 매우 쉽고 생산 단가가 저렴하여 일회용으로 사용될 수 있는 혈구유변계 및 관련 측정 방법을 발명하는 것을 기술적 과제로 한다. Another technical problem of the present invention is to invent a hemocytometer and a related measuring method which can be used for single use due to its simple structure, very easy operation and low production cost.
이러한 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 기술적 구성에 의하여 혈구의 응집률을 측정하는 방법을 제공함으로써 해결될 수 있다.The technical problem of the present invention can be solved by providing a method for measuring the aggregation rate of blood cells by the following technical configuration.
본 발명은 가변 구동압(variable driving pressure)과 연계된 혈구유변계(blood cell rheometer)에 관한 것이다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 하나의 혈액 샘플(15)이 주입되어 저장되는 샘플 저장실(10), 저장실과 한 쪽 끝이 연결되어 액체 샘플이 유입되어 큰 유동저항을 발생시키며 통과하는 유동 저항관(21), 유동 저항관의 다른 한 쪽 끝과 연결되어 유동 저항관을 통해 빠져 나오는 샘플 액체를 저장하는 폐 샘플저장실(23), 연결관(24) 및 밸브 장치(25)를 통해 폐샘플 저장실(23)에 대기압보다 낮은 진공 압력을 제공하는 진공발생장치(40), 한 쪽 끝이 진공발생장치(40)에 연결되어 있으며 압력 변화를 시간에 따라 연속적으로 측정하는 압력계(27), 유동저항관 한 쪽 면에 부착되어 광원을 발생하는 장치(61), 역산란된 빛을 감지하는 장치(64), 압력계(27) 및 광감지 장치(64)에서 측정한 값을 자료 저장, 계산, 처리하는 프로세서(51), 그 계산 결과를 화면에 나타내는 장치(52), 자료를 저장하는 장치(53) 및 자료를 출력하는 출력장치(54) 등으로 구성되는 것에 그 특징이 있다.The present invention relates to a blood cell rheometer associated with variable driving pressure. In order to achieve this purpose, a sample storage chamber 10 into which one blood sample 15 is injected and stored is connected, and one end of the sample chamber is connected to the storage chamber so that a liquid sample flows in to generate a large flow resistance. ), The waste sample reservoir 23 is connected to the other end of the flow resistance tube and stores the sample liquid exiting through the flow resistance tube, through the connection tube 24 and the valve device 25. Vacuum generator 40, which provides a vacuum pressure lower than atmospheric pressure, and one end is connected to the vacuum generator 40, and a pressure gauge 27 continuously measuring the pressure change over time, and a flow resistance tube. A processor 61 attached to one side to generate a light source, a processor 64 for detecting backscattered light, a pressure gauge 27, and a processor for storing, calculating, and processing data measured by the photodetector 64 51, a device that displays the calculation result on the screen (52), an apparatus 53 for storing data, an output device 54 for outputting the data, and the like.
이와 같은 본 발명의 혈구유변계의 개략적인 구성도를 도 1에 나타내었다. 도 2는 본 발명에 따라 측정된 시간-압력의 그래프이다. 이는 진공생성장치와 연결된 폐샘플 저장실의 압력과 대기압의 압력차를 시간에 따라 측정한 것으로, 초기의 높은 압력으로부터 점차 압력이 강하되면서 측정이 완료되는 시점에서 폐샘플 저장실의 압력은 대기압과 평형을 이루게 된다. Such a schematic diagram of the hemocytometer of the present invention is shown in FIG. 1. 2 is a graph of time-pressure measured according to the present invention. This is a time-based measurement of the difference between the pressure of the waste sample reservoir and the atmospheric pressure connected to the vacuum generator, and the pressure in the waste sample reservoir is at equilibrium with the atmospheric pressure at the point of completion of the measurement. Is achieved.
한편, 도 3은 제 1도에 도시된 장치의 실시예에 따른 혈구유변계 구성도이다. 이를 참조하여 구체적으로 본 발명의 혈구 유변계의 작동 원리 및 혈구응집률 측정 방법을 설명하면 다음과 같다. On the other hand, Figure 3 is a block diagram of the hemocytometer according to the embodiment of the device shown in FIG. Referring to this in detail the operating principle of the blood cell rheology of the present invention and the method of measuring blood coagulation rate are as follows.
먼저, 샘플 액체(15)를 샘플 저장실(10)에 주입한다. 이 때, 샘플 저장실에 주입된 일부 액체는 모세관 효과(capillary effect)로 인하여 샘플 저장실에 연결된 유동 저항관(21)에 유입되기도 한다. 다음, 진공생성장치(40)가 작동하여 진공을 형성하고 이때, 연결관을 통해 압력 센서(27)에 진공압력의 형성이 측정된다. 이때, 밸브 장치(25)에 의하여 폐샘플 저장실(23)에 개방되면, 샘플저장실의 대기압과 폐샘플 저장실의 진공압력과의 차이에 의하여 구동력이 발생하여 샘플 액체를 샘플 저장실로부터 유동저항관을 통해 폐샘플 저장실(23)로 끌어 올린다. 이 때, 폐샘플 저장실은 밀폐된 용기이기 때문에 점차로 유동저항관을 거쳐 나온 샘플 액체가 유입될수록 내부 진공이 해제되면서 마지막에는 폐샘플 저장실의 압력이 대기압과 유동저항관(21)의 수두(water head)를 합한 힘과 평형을 이루게 된다. 이 때, 유체의 유동은 멈추게 된다. First, the sample liquid 15 is injected into the sample reservoir 10. At this time, some of the liquid injected into the sample reservoir may flow into the flow resistance tube 21 connected to the sample reservoir due to a capillary effect. Next, the vacuum generating device 40 is operated to form a vacuum, at which time the formation of the vacuum pressure on the pressure sensor 27 is measured through the connecting pipe. At this time, when the valve device 25 is opened to the waste sample storage chamber 23, the driving force is generated by the difference between the atmospheric pressure of the sample storage chamber and the vacuum pressure of the waste sample storage chamber, and the sample liquid is transferred from the sample storage chamber to the flow resistance tube. The waste sample reservoir 23 is pulled up. At this time, since the waste sample storage chamber is a sealed container, the internal vacuum is released as the sample liquid gradually flows through the flow resistance tube, and finally, the pressure of the waste sample storage chamber is at atmospheric pressure and the water head of the flow resistance tube 21. ) And the equilibrium with the combined force. At this time, the flow of the fluid is stopped.
이 과정 동안 유동저항관 측면에 부착된 레이저다이오우드 또는 발광다이오우드(LED) 등과 같은 광원(61)이 유동에 조사되고 이 때, 혈액 샘플내의 혈구(blood cells)에 의하여 역산란(BACKSCTERRING)된 빛이 광원의 같은 편에 위치한 광다이오우드(PHOTODIODE) 등과 같은 광센서(64)에 감지되고, 이 감지된 빛은 전기적 신호로 변환되어 프로세서(51)에 저장된다. 이 때, 압력 센서(27)로부터 측정된 신호 입력 값도 각 시간에 따라 프로세서(51)에 저장되어 이를 전단률, 전단응력으로 계산되며 광센서(64)에서 전달된 전기 신호는 분석 처리되어 응집률로 환산되고 화면과 같은 출력장치(52)에 값을 표시하게 된다. During this process, a light source 61, such as a laser diode or a light emitting diode (LED) attached to the side of the flow resistance tube, is irradiated to the flow, and at this time, the backscattered light by the blood cells in the blood sample It is detected by an optical sensor 64 such as a photodiode located on the same side of the light source, and the detected light is converted into an electrical signal and stored in the processor 51. At this time, the signal input value measured from the pressure sensor 27 is also stored in the processor 51 according to each time and calculated as shear rate and shear stress, and the electrical signal transmitted from the optical sensor 64 is analyzed and aggregated. The conversion rate is displayed and the value is displayed on the output device 52 such as a screen.
다수의 혈구(plural blood cells)가 전단 유동장 내부에 존재하는 전단력에 따라 혈구의 응집된 정도가 달라지면서 광원으로부터 조사된 빛이 혈구의 응집된 정도에 따라 역산란되어 광센서(64)에 감지된 빛의 세기로서 응집률을 측정하게 된다. 이 때, 유동의 전단률이 작을수록 혈구의 응집률은 증가하게 되며, 혈액에 조사된 빛의 대부분은 회절 투과되고 역산란되는 빛은 매우 작아지며 따라서 광센서에 수집된 빛의 세기는 낮은 값을 갖게 된다. 반면에, 전단률이 클 경우 혈구의 응집률은 떨어지고 혈구가 각각 독립적으로 존재하게 되는데, 이 때 혈액에 조사된 빛의 대부분이 역산란되어 따라서 광센서에 수집된 빛의 세기는 높은 값을 갖게 된다. As the aggregation of blood cells varies according to the shear force present in the shear flow field, the light emitted from the light source is scattered back according to the aggregation of blood cells and detected by the optical sensor 64. Cohesion rate is measured as the intensity of light. At this time, the smaller the shear rate of the flow, the more the coagulation rate of the blood cells increases, and most of the light irradiated into the blood is diffracted and the back scattered light is very small, so the intensity of light collected by the light sensor is low. Will have On the other hand, if the shear rate is large, the aggregation rate of blood cells decreases and the blood cells exist independently of each other. At this time, most of the light irradiated to the blood is scattered back, so that the intensity of light collected by the optical sensor has a high value. do.
특히, 본 발명 장치에서는 초기에 큰 유동 및 전단률이 발생하며 시간이 지날수록 유동의 속도 또는 전단률은 감소하여 0의 값에 점근한다. 따라서, 시간에 따라 전단률이 감소하고 이에 따라 응집률은 증가하며 역산란 빛의 양도 증가하게 된다. 이러한 빛의 양을 정량적으로 분석해 응집률로 환산할 수 있다 In particular, in the device of the present invention, a large flow rate and shear rate are initially generated, and as time passes, the flow rate or shear rate decreases and approaches a value of zero. Therefore, the shear rate decreases with time, thus increasing the aggregation rate and increasing the amount of backscattered light. This amount of light can be quantitatively analyzed and converted into coagulation rates
한편, 이와 동시에 측정된 압력은 샘플 저장실 또는 폐샘플 저장실과 최소한 하나 이상의 압력이거나 또는 샘플 저장실과 폐샘플 저장실의 차압을 측정하여 얻어진 값을 통해 공기에 대한 이상기체 상태방정식을 이용하여 체적(volume)을 계산하고 이를 통해 시간에 따른 체적 변화율이 임의 순간의 유량(flow rate)으로 환산할 수 있다. 따라서, 구동력에 해당하는 압력 차(pressure difference)와 그에 따른 유량(flow rate)을 이용하여 이미 공지된 계산식을 이용하여 전단률 및 전단력을 계산할 수 있다. At the same time, the measured pressure is a volume using an ideal gas state equation for air through a value obtained by measuring the pressure difference between the sample storage chamber or the waste sample storage chamber and at least one pressure or the sample storage chamber and the waste sample storage chamber. The volume change rate over time can be converted into a flow rate at any moment. Therefore, the shear rate and the shear force may be calculated using a known equation using a pressure difference corresponding to the driving force and a flow rate accordingly.
도 4는 제 1도에 도시된 장치의 실시예에 따른 혈구 응집률을 측정하는 혈구유변계 구성도이다. 레이저 다이오우드(LASER DIODE)와 같은 점광원(61)이 유동저항관(21)의 광학적으로 투명한 한쪽 면을 통해 유동에 조사되고 이에 조사된 광은 유체내에 포함되어있는 혈구 및 응집된 혈구들에 의하여 역산란(BACKSCATERRING)되며 이는 광원(61)의 같은 쪽에 부착된 광센서(64)에 의하여 획득된다. FIG. 4 is a block diagram of a hemocytometer measuring blood cell aggregation rate according to the embodiment of the apparatus shown in FIG. A point light source 61, such as a laser diode, is irradiated to the flow through one optically transparent side of the flow resistance tube 21 and the light irradiated by the blood and agglomerated blood cells contained in the fluid. Backscattering is achieved by an optical sensor 64 attached to the same side of the light source 61.
제 5도에 도시된 바와 같이, 유동저항관(21)과 폐샘플저장실(23)의 연결부에 기밀을 유지하기 위하여 실리콘 튜브(22)를 유동저항관(21)에 끼우고 이를 폐샘플저장실에 삽입한다. As shown in FIG. 5, in order to maintain airtightness at the connection between the flow resistance tube 21 and the waste sample storage chamber 23, the silicon tube 22 is inserted into the flow resistance tube 21 and the waste tube is stored in the waste sample storage chamber. Insert it.
제 1도와 5도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 장치 구성 중 샘플 액체가 직접적으로 접촉하는 부분은 샘플 저장실(10), 유동 저항관(21), 폐샘플 저장실(23) 등은 유리 및 플라스틱 사출과 기계 가공 공정에 의하여 일체형 또는 조립형이면서 일회용품으로 제작이 가능하다. 즉, 플라스틱 소재를 모재(substrate)로하여 마이크로 인젝션(micro-injection) 공법을 이용하여 제 6도에 도시된 바와 같은 구조물을 쉽게 가공할 수 있다. 이러한 플라스틱 모재물은 일회용으로 사용하기에 매우 경제적으로 적합하여 혈액과 같이 병원체의 오염 등이 우려되는 경우 측정 후 폐기할 수 있어 매우 편리하다. As shown in FIG. 1 and FIG. 5, the portion of the apparatus configuration of the present invention in which the sample liquid is in direct contact includes the sample reservoir 10, the flow resistance tube 21, the waste sample reservoir 23, and the like. It can be manufactured as a single-piece or disposable product by injection and machining process. That is, the structure as shown in FIG. 6 can be easily processed using a micro-injection method using a plastic material as a substrate. Such plastic base material is very economically suitable for single use, so it is very convenient to dispose after measurement if there is concern about contamination of pathogens such as blood.
도 6은 제 1도에 도시된 진공생성장치의 한 실시예에 따른 개략도이다. 직선운동(LM) 가이드와 같은 장치(43)에 스텝 모터(42)등을 연결하여 프로세서(51)로부터 제어를 받으며 일정량만큼 후진을 하면 피스톤-실린더 장치 또는 주사기 (41)에 진공이 형성된다. 이렇게 형성된 압력이 연결관(26)을 통해 폐샘플 저장실(23) 및 압력센서(27)에 진공 압력이 전달된다.6 is a schematic view according to one embodiment of the vacuum generating device shown in FIG. When the step motor 42 or the like is connected to a device 43 such as a linear motion (LM) guide and is controlled by the processor 51 and backed by a predetermined amount, a vacuum is formed in the piston-cylinder device or the syringe 41. The pressure thus formed is transferred to the waste sample storage chamber 23 and the pressure sensor 27 through the connecting pipe 26.
도 7은 제 4도에 도시된 혈구 응집률 측정 장치의 한 실시예에 따라 측정된 광량(Light Intensity)-전단률(shear rate)의 그래프이다. 이 때, 광량 인덱스는 역산란된 빛의 양으로서, 이를 응집률 인덱스로 사용할 수 있다. FIG. 7 is a graph of light intensity-shear rate measured according to one embodiment of the apparatus for measuring blood cell aggregation rate shown in FIG. 4. At this time, the light amount index is the amount of backscattered light, which can be used as the cohesion index.
한편, 제 3도에 도시된 바와 같이 샘플저장용기(10)의 수면 높이는 시험 종료시까지 거의 변동을 하지 않도록 하기 위하여 밑면적이 넓은 용기를 사용하는 것을 특징으로 한다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이 유동저항관의 한 쪽 단이 폐샘플 저장실의 바닥면으로부터 일정거리 이상 더 높이 유지되어 폐샘플이 폐샘플 저장실에 채워져도 수두변화가 없도록 한다. 즉 시험 종료시까지 수두차는 유동저항관(21)의 길이만으로 계산할 수 있도록 한다. 즉, 수두(water head)는 ρgL이 된다. 이때, ρ는 샘플액체의 밀도, g는 중력가속도, L은 유동저항관의 길이이다.On the other hand, as shown in Figure 3, the surface height of the sample storage container 10 is characterized by using a container with a large base area in order to hardly fluctuate until the end of the test. In addition, as shown in Figure 3, one end of the flow resistance tube is maintained higher than a predetermined distance from the bottom surface of the waste sample storage chamber so that even if the waste sample is filled in the waste sample storage chamber there is no head change. That is, the head difference until the end of the test can be calculated only by the length of the flow resistance tube (21). In other words, the water head becomes ρgL. Where p is the density of the sample liquid, g is the acceleration of gravity, and L is the length of the flow resistance tube.
본 발명에서 측정된 압력을 전단률 및 전단력으로 계산하는 원리를 제 2도에 도시된 시간-압력 그래프를 이용하여 설명하면 다음과 같다. 측정된 압력이 샘플저장실의 대기압과 폐샘플저장실의 진공압력의 차 (ΔP)일 경우는 도 2에 도시된 바와 같이 시간에 따라 감소하며 압력 값이 폐샘플 저장실의 최종 압력을 지나며 평형을 이루게 된다. The principle of calculating the pressure measured in the present invention by the shear rate and the shear force is explained using the time-pressure graph shown in FIG. 2 as follows. If the measured pressure is the difference between the atmospheric pressure of the sample storage chamber and the vacuum pressure of the waste sample storage chamber (ΔP), the pressure decreases with time as shown in FIG. 2 and the pressure value is equilibrated past the final pressure of the waste sample storage chamber. .
이와 같은 방법으로 측정 압력차를 이용하여 폐샘플 저장실 공기의 압력과 초기의 폐샘플 저장실의 체적에 대하여 이상기체 상태방정식을 적용하면 각각의 시간에 해당하는 내부 체적(V)을 계산할 수 있다.In this way, if the ideal gas state equation is applied to the pressure of the waste sample storage chamber air and the volume of the initial waste sample storage chamber using the measured pressure difference, the internal volume (V) corresponding to each time can be calculated.
Pwi Vwi = Pw(t) Vw(t)P wi V wi = P w (t) V w (t)
샘플 액체가 유동 저항관을 통하여 폐샘플 저장실로 이송되면서 밀폐된 폐샘플 저장실의 압력, P w (t)는 시간에 따라 점차 증가하면서 내부의 공기 체적, V w (t)는 감소하게 된다. 이 때, P w (t)는 압력 센서에 의하여 측정되거나 환산되는 값이므로 결국, 위 식을 이용하여 매 순간의 폐샘플 저장실의 공기 체적, Vw(t)을 계산할 수 있다. 위에서 구한 폐샘플 저장실의 공기의 내부체적의 감소는 샘플 액체의 유입 체적증가 와 동일하다.As the sample liquid is transferred to the waste sample storage chamber through the flow resistance tube, the pressure of the closed waste sample storage chamber, P w (t) gradually increases with time, and the internal air volume, V w (t) decreases. At this time, since P w (t) is a value measured or converted by the pressure sensor, the air volume, V w (t) of the waste sample storage chamber at each moment can be calculated using the above equation. The decrease in the internal volume of air in the waste sample reservoir obtained above is equivalent to the increase in inflow volume of the sample liquid.
ΔV w,air = ΔVliq ΔV w, air = ΔV liq
한편, 시간에 따른 샘플 액체의 체적변화를 시간에 대해 1차 미분하면 단위시간당 모세관을 통과하는 시험유체의 체적 유량(volume flow rate, Q)이 된다. On the other hand, the first derivative of the volume change of the sample liquid over time is the volume flow rate (Q) of the test fluid passing through the capillary tube per unit time.
Q = [Vliq / Δt ]Q = [V liq / Δt]
이때, 유동저항관의 양단에 걸린 구동 압력과 유량을 이용하여 주어진 유동 저항관을 직사각 채널로 가정하고 그 채널의 간격, 폭 및 길이를 각각 H, W, L이라 하면, 이에 상응하는 전단률을 계산하는 식은 다음과 같다.At this time, assuming that a given flow resistance tube is a rectangular channel by using the driving pressure and the flow rate applied to both ends of the flow resistance tube, and the spacing, width, and length of the channel are H, W, and L, respectively, the corresponding shear rate is obtained. The formula to calculate is as follows.
γ= (1/3)[6Q/(WH2)] [ 2 + {d(ln Q)/ d(ln τ)} ]γ = (1/3) [6Q / (WH 2 )] [2 + {d (ln Q) / d (ln τ)}]
여기서 전단응력은 아래의 식과 같이 계산된다.Where shear stress is calculated as
τ = [P(t) H/L]/[ (1+ 2H/W)].τ = [P (t) H / L] / [(1 + 2H / W)].
위에서의 전단률 및 전단력 계산식은 유동저항관(21)이 직사각 채널 또는 슬릿(slit)과 같은 관에 대해서만 유도되었으나, 원형관과 같은 관에 대해서도 전단률 및 전단력을 계산하는 공학식들은 이미 공지되었으며 이를 사용하여 같은 원리에 의하여 계산할 수 있다. The above shear rate and shear force equations have been derived only for pipes such as rectangular channels or slits, but the equations for calculating shear rate and shear force are already known for pipes such as round tubes. You can use this to calculate by the same principle.
한편,액체의 유변특성은 온도에 따라 크게 달라지는 특성을 지니고 있기 때문에 측정 온도를 제어할 필요가 있다. 따라서, 본 발명의 구성에서도 모재(substrate)의 온도를 가열하거나 냉각시킬 수 있는 water-jacket이 연결된 열교환기에 모재를 삽입하거나 또는 직접 열전소자(thermo-electric component)를 모재에 부착하거나 할로겐램프 등으로 미리 정한 온도로 예열할 수 있는 것을 구성할 수 있다.On the other hand, since the rheological properties of the liquid have characteristics that vary greatly with temperature, it is necessary to control the measurement temperature. Therefore, even in the configuration of the present invention, the base material is inserted into a heat exchanger connected to a water-jacket capable of heating or cooling the temperature of the substrate, or directly attaches a thermo-electric component to the base material, or a halogen lamp. What can be preheated at predetermined temperature can be comprised.
이상의 구성 및 작용에 의하면 본 발명은 혈액 샘플에 대한 혈구의 응집률을 매우 짧은 시간 내에 측정하는 효과를 거두며, 미소량의 혈액 샘플에 대해서 매우 빠른 짧은 시간동안 광범위한 전단 유동장에서의 응집률을 일괄 측정하는 효과를 거두게 된다. 특히, 상기 발명된 장치에서 센서는 샘플 액체가 직접적으로 접촉이 되지않고, 샘플 액체가 접촉하는 부분은 모두 일회용 Kit 등으로 제작이 가능하기 때문에 진료현장에서의 실시간 임상 적용에 매우 유리하다. According to the above configuration and operation, the present invention has the effect of measuring the aggregation rate of blood cells with respect to a blood sample in a very short time, and collectively measuring the aggregation rate in a wide range of shear flow fields in a very short time for a small amount of blood sample. The effect will be. Particularly, in the above-described apparatus, the sensor is not directly in contact with the sample liquid, and all the parts in contact with the sample liquid can be manufactured in a disposable kit or the like, which is very advantageous for real-time clinical application in the treatment field.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다. It is apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the described embodiments, and that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, such modifications or variations will have to belong to the claims of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 혈구유변계의 구성을 개략적으로 나타내는 모식도1 is a schematic diagram schematically showing the configuration of the hemocytometer according to the present invention
도 2는 시간에 따른 압력변화를 나타내는 그래프2 is a graph showing a change in pressure over time
도 3은 본 발명에 따른 혈구유변계의 개략도3 is a schematic diagram of a hemocytometer according to the present invention
도 4는 제1도에 도시된 장치의 실시예에 따른 혈구 응집률을 측정하는 혈구 유변계 구성도Figure 4 is a blood cell rheometer configuration for measuring the blood cell aggregation rate in accordance with an embodiment of the device shown in FIG.
도 5은 제1도에 도시된 일회용 부품들의 분해 개략도5 is an exploded schematic view of the disposable parts shown in FIG.
도 6는 제1도에 도시된 진공생성장치의 개략도6 is a schematic view of the vacuum generating device shown in FIG.
도 7은 제4도에 도시된 장치의 실시예에 따른 혈구 응집률 측정 결과를 전단률에 따라 나타낸 그래프7 is a graph showing a result of measuring blood cell aggregation rate according to an embodiment of the apparatus shown in FIG. 4 according to a shear rate;
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