KR101329563B1

KR101329563B1 - 신체 유체 채취용 디바이스

Info

Publication number: KR101329563B1
Application number: KR1020110133655A
Authority: KR
Inventors: 정형일; 리성국; 이창열; 이광
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2013-11-15
Also published as: WO2013089332A1; KR20130066899A; US20140364764A1

Abstract

본 발명은 (a) 내부 공간이 있고 탄성 변형부재(elastic deformable material)로 이루어진 상기 디바이스의 내압(internal pressure)을 조절하는 내압 조절수단; (b) 상기 내압 조절수단에 연통(openly connected)되어 있고 신체로부터 채취한 신체 유체를 수용하는 유체 수용수단; 및 (c) 상기 유체 수용수단에 연결되어 있고 상기 디바이스의 하부에 위치하고 신체에 구멍을 형성하는 중공형 마이크로구조체를 포함하는 천공수단을 포함하는 신체 유체(body fluid) 채취용 디바이스에 관한 것이다.

Description

신체 유체 채취용 디바이스{Devices for Extracting Body Fluid}

본 발명은 신체 유체 채취용 디바이스에 관한 것이다.

신체의 유체, 예를 들어 혈액, 간질액 등은 인체에서 한 중요한 액체이며 인간의 일반적인 생리에 중요한 역할을 담당하고 있다. 신체의 유체 중에서, 특히 혈액에 대한 분석은 인체의 건강 상태를 모니터링하는 혈액 물리적, 화학적 성질에 대한 정보를 얻는 데 사용된다. 예를 들어, 당뇨병 예방과 치료를 위해 당뇨병 환자가 매일 혈액을 채취하고 혈당을 확인하는 것은 매우 중요하다. 현재, 혈액 분석을 위한 안전하고 자동화된 소형 실시간 시스템은 의료 공학 분야에서 가장 중요한 연구주제 중 하나가 되었다.

혈액 채취를 통해 혈액 샘플을 얻는 것은 다양한 질환의 진단과 치료를 위한 검침의 가장 기본적인 단계이다. 일반적으로 혈액 분석은 피하주사용 바늘을 주로 사용하여 팔의 정맥으로부터 얻은 혈액샘플로 수행하거나 혹은 손가락을 바늘로 찔러 얻은 혈액샘플로 수행한다. 피하주사용 바늘의 큰 직경에 의한 통증과 면역 반응은 유비쿼터스 헬스케어, POC(point of care) 및 건강 모니터링 디바이스와 같은 실시간 혈액분석 시스템 개발에서 주요한 문제점이다. 혈액 채취를 위해 마이크로니들을 이용하는 것은, 마이크로니들의 작은 크기 및 제작에 이용되는 생체적합성 물질 때문에, 상술한 문제점들을 극복할 수 있다. 기존의 피하주사용 바늘을 대체하기 위하여, 최소 침습 생체적합성 중공형 마이크로니들을 개발하는 노력이 당업계에 있었다.

많은 소형 혈액 채취 디바이스가 성공적으로 제작되었고 Bio-MEMS(Biomedical-Micro Electro Mechanical Systems)의 개발로 인해 건강 모니터링 시스템에 널리 이용하고 있다. 마이크로니들은 지금까지 실리콘¹, 플라스틱² 및 금속재질³로 제작되었다. 용어 “전자 모기”⁴는 혈액 분석 시스템에서 쓰이는 실리콘 마이크로니들을 가르키는 말이다. 그러나 실리콘 마이크로니들의 길이는 핼액 채취에 가능한 길이는 아니다. 실제 혈관에 닿기 위해서 약 1500 ㎛에 있는 피부의 깊은 층인 진피까지 도달해야 하지만, 실리콘 마이크로니들은 제작 방법의 한계로 인하여 이러한 길이의 마이크로니들을 만들기 어려웠다. LIGA(Lithographie, Galvanoformung, and Abformung) 기술⁸의 심층 X-레이 리소그래피 및 박막증착 방법⁵을 이용하여 제작된 플라스틱 및 금속 재질 마이크로니들 또한 혈액채취 시스템에 널리 이용되고 있으며, 이는 생체에 적합하고 피부를 관통할 수 있을 정도의 우수한 경도를 갖지만, 제작하는 방법이 너무 복잡하고 대량생산시 비용이 많이 소모된다. 피부속으로 삽입될 만큼 단단하고 혈액채취를 위해 모세혈관을 관통하기에 적합한 길이를 가진 최소 침습 중공형 마이크로니들의 디자인 및 제작이 필요하다.

혈액 채취 장치의 또 다른 중요한 부분은 혈액 채취를 위해 전원을 공급 하는 마이크로펌프이다. 많은 종류의 원동기가 마이크로펌프의 제작에 이용되고 있다. 예를 들면 압전기(Piezoelectric)⁵, 정전기(electrostatic)⁶, SMA(Shape Memory Alloy, 형상 기억 합금)⁷ 및 진공 드라이브 시스템(vacuum drive system)⁸이 있다. 그러나 압전 및 전기분해(electrolysis) 드라이브 마이크로펌프는 혈액 채취 유량이 너무 느리고 제작이 복잡하다. SMA 원동기는 긴 냉각시간이 필요할 뿐만 아니라 반응 시간이 다른 마이크로펌프 원동기에 비하여 매우 느리며 가장 중요한 크기에 있어서 처리에 적합하지 않은 큰 크기를 가지고 있다. 공지된 모든 마이크로펌프는 외부전원이 필요하고 또한 제작 방법이 복잡하고 비용이 비싸다. 반면에 진공 드라이브 시스템은 혈액샘플을 다른 분석 장치로 수송하는 것이 어렵다. 많은 요인들에 의해, 이러한 혈액 채취 디바이스들은 환자 스스로 직접 사용하기에는 문제점이 있었다.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.

본 발명자들은 대상(바람직하게는, 인간)으로부터 유체(바람직하게는 혈액)을 무통증, 최소 외상 및 개선된 효율성으로 채취할 수 있는 유체 채취용 디바이스를 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 본 발명자들은 간편하면서 운반이 가능하고 효율적으로 유체를 채취할 수 있는 디바이스를 개발함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 신체 유체(body fluid) 채취용 디바이스를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 신체 유체의 통합 분석 시스템(integrated analysis system)을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음을 포함하는 신체 유체(body fluid) 채취용 디바이스를 제공한다:

다음을 포함하는 신체 유체(body fluid) 채취용 디바이스:

(a) 내부 공간이 있고 탄성 변형부재(elastic deformable material)로 이루어진 상기 디바이스의 내압(internal pressure)을 조절하는 내압 조절수단;

(b) 상기 내압 조절수단에 연통(openly connected)되어 있고 신체로부터 채취한 신체 유체를 수용하는 유체 수용수단; 및

(c) 상기 유체 수용수단에 연결되어 있고 상기 디바이스의 하부에 위치하고 신체에 구멍을 형성하는 중공형 마이크로구조체를 포함하는 천공수단.

본 발명자들은 대상(바람직하게는, 인간)으로부터 유체(바람직하게는 혈액)을 무통증, 최소 외상 및 개선된 효율성으로 채취할 수 있는 유체 채취용 디바이스를 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 본 발명자들은 간편하면서 운반이 가능하고 효율적으로 유체를 채취할 수 있는 디바이스를 개발하였다.

본 발명의 신체 유체 채취용 디바이스를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 신체 유체 채취용 디바이스는 내부 공간이 있고 탄성 변형부재로 이루어진 디바이스의 내압을 조절하는 내압 조절수단(1)을 포함한다. 내압 조절수단(1)은 유체 시료를 채취하기 위한 음압(negative pressure)을 발생시키는 역할을 한다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 디바이스는 상기 유체 수용수단에 연결되어 있는 출구밸브(outlet-valve) 및 상기 유체 수용수단 및 상기 중공형 마이크로구조체 사이에 장착된 입구밸브(inlet-valve)를 추가적으로 포함한다. 이러한 체크밸브들은 유체의 유입 및 유출을 정교하게 조절할 수 있도록 한다.

내압 조절수단(1)은 유체 수용수단(2)과 연통(openly connected)되어 있다. 내압 조절수단(1)에서 발생되는 압의 변화는 중공형 마이크로구조체로부터 유체 수용수단(2)으로 유체를 흡입하도록 한다. 예를 들어, 출구밸브(21) 및 입구밸브(22)가 없는 본 발명의 일 구현예에서(도 1a), 내압 조절수단(1)에서 발생되는 압의 변화는 중공형 마이크로구조체로부터 직접적으로 유체 수용수단(2)으로 유체를 흡입하도록 한다. 출구밸브(21) 및 입구밸브(22)가 있는 본 발명의 일 구현예에서(도 1b), 내압 조절수단(1)에서 발생되는 압의 변화는 출구밸브(21) 및 입구밸브(22)에 전달되며, 출구밸브(21) 및 입구밸브(22)의 개폐를 조절하고, 중공형 마이크로구조체로부터 유체 수용수단(2)으로 유체를 흡입하도록 한다.

내압 조절수단(1)은 탄성 변형부재로 제작되며, 이는 외압에 의해 내압 조절수단(1)의 모양이 변형되어 디바이스의 내압이 조절되도록 한다. 본 발명의 디바이스에 인가(apply)되는 외압은 손가락에 의한 척력에 의해 부가되는 압력이 바람직하다. 내압 조절수단(1)은 탄성 변형응력에 의해 음압을 발생시킨다.

내압 조절수단(1)의 제작에 이용되는 탄성 변형부재는 당업계에 공지된 어떠한 탄성 변형부재도 포함하며, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 이용되는 탄성 변형부재는 실리콘 중합체 또는 공중합체, 에폭시 중합체 또는 공중합체, 또는 아크릴 중합체 또는 공중합체이다. 본 발명에서 이용되는 탄성 변형부재는 중합체이며, 이는 선형 또는 분쇄형 백본을 가질 수 있고, 교차결합 또는 비교차결합된 중합체이다.

본 발명에서 이용될 수 있는 에폭시 중합체는 에폭시기로 알려져 있는 3-멤버 환형 에테르기의 존재에 의해 특징 지워진다. 예를 들어, 비스페놀 A의 다이글라이시딜 에테르 등이 본 발명에 이용될 수 있다.

본 발명에서 이용될 수 있는 실리콘 탄성체는, 클로로실란(예컨대, 메틸클로로실란, 에틸클로로실란 및 페닐클롤로실란) 등과 같은 전구체로부터 형성되는 중합체이다. 특히 바람직한 실리콘 중합체는 폴리다이메틸실론산(PDMS)이다. 예시적인 폴리다이메틸 실론산 중합체는 (주)다우 케미컬에서 Sylgard 상표명으로 판매되는 것이며, 특히 Sylgard 182, Sylgard 184 및 Sylgard 186이 적합하다.

상술한 바와 같이, 출구밸브(21) 및 입구밸브(22)가 없는 본 발명의 일 구현예에서(도 1a), 내압 조절수단(1)에서의 내압 변화는 중공형 마이크로구조체로부터 직접적으로 유체 수용수단(2)으로 유체를 흡입하도록 한다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 내압 조절수단(1)은 하향의 외부압력에 의해 그 형태가 변형되어 상기 내부공간의 부피가 감소하고 신체 표면 장벽에 접촉된 중공형 마이크로구조체(31)가 신체 표면 장벽을 천공하는 력(perforation force)을 인가(apply)한다(도 5a).

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 내압 조절수단(1)은 외부압력의 해체(relax)에 의해 그의 원래 형태로 복구되고 디바이스의 내부에 음압(negative pressure)이 발생되어 신체 표면 장벽에 접촉된 상기 중공형 마이크로구조체(31)로부터 상기 유체 수용수단(2)으로 유체가 유입된다(도 5a).

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 외부압력이 해체된 상기 내압 조절수단(1)은 하향의 외부압력 인가(apply)에 의해 그 형태가 변형되어 내부공간의 부피가 감소하고 내부공간의 내압이 증가되며 유체 수용수단(2)에 유입된 유체를 중공형 마이크로구조체(31)를 통하여 유출시킨다(도 5a).

상술한 바와 같이, 출구밸브(21) 및 입구밸브(22)가 있는 본 발명의 일 구현예에서(도 1b), 내압 조절수단(1)에서의 내압 변화는 출구밸브(21) 및 입구밸브(22)의 개폐와 연동된다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 내압 조절수단(1)은 하향의 외부압력에 의해 그 형태가 변형되어 그 내부공간의 부피가 감소하고 디바이스의 내압이 증가되며 상기 내압 증가는 출구밸브(21)를 개구(open)시키고 입구밸브(22)를 폐구(close)시키며 신체 표면 장벽(바람직하게는, 인체 피부)에 접촉된 중공형 마이크로구조체(31)가 신체 표면 장벽을 천공하는 력(perforation force)을 인가(apply)하도록 한다(도 5b).

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 내압 조절수단(1)은 외부압력의 해체(relax)에 의해 그의 원래 형태로 복구되고 디바이스의 내부에 음압(negative pressure)이 발생되어 출구밸브(21)는 폐구(close)되고 입구밸브(22)는 개구(open)되어 신체 표면 장벽(바람직하게는, 인체 피부)에 접촉된 중공형 마이크로구조체(31)로부터 유체가 유입되고 유입된 유체는 개구된 입구밸브(22)를 통하여 유체 수용수단(2)에 유입된다(도 5b).

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 외부압력이 해체된 내압 조절수단(1)은 하향의 외부압력 인가(apply)에 의해 그 형태가 변형되어 내부공간의 부피가 감소하고 내부공간의 내압이 증가되며 내압 증가는 출구밸브(21)를 개구(open)시키고 입구밸브(22)를 폐구(close)시키며 유체 수용수단(2)에 유입된 유체(바람직하게는 혈액)를 출구밸브(21)를 통하여 유출시킨다(도 5b).

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 디바이스에 구축된 출구밸브(21), 입구밸브(22) 또는 출구밸브(21)와 입구밸브(22), 보다 바람직하게는 출구밸브(21)와 입구밸브(22) 둘 모두 공기식 조절 플랩 밸브(pneumatic flap valve)이다. 즉, 출구밸브(21)와 입구밸브(22)는 공기의 압(내압 조절수단에 의해 조절되는 공기압)에 의해 그 개폐가 조절되는 공기식 조절 플랩 밸브(pneumatic flap valve)이다.

내압 조절수단(1)은 다양한 모양을 가질 수 있으며, 다양한 방식으로 제작될 수 있다. 예를 들어, 내압 조절수단(1)은 내부 공간이 있는 주사위(cuboid) 모양의 내압 조절수단의 상부(11) 및 일정 높이의 실린더 구조(12a)가 돌출된 하부(12)로 제작될 수 있다(도 2). 상기 실린더 구조(12a)는 유체 수용수단(2)의 공동 실린더 구조(hollow cylinder part)와 동일한 직경을 갖도록 하여, 내압 조절수단(1)이 유체 수용수단(2)과 용이하게 결착되도록 한다. 상기 실린더 구조(12a)의 중앙에 일정 직경으로 동공을 형성시켜 채널을 만들어 내압 조절수단(1)과 유체 수용수단(2)이 연통되도록 한다.

본 발명의 디바이스에서 유체 수용수단(2)은 채취된 유체 특히 혈액의 저장소(reservoir)이다. 유체 수용수단(2)도 탄성의 변형부재로 제작하는 것이 바람직하다. 유체 수용수단(2)의 측면에 일정 직경의 동공을 형성시켜 출구밸브와 연통될 수 있도록 한다.

본 발명의 디바이스에서 출구밸브(21)는 디바이스에 채집된 유체를 디바이스 외부로 방출시키는 것을 조절한다. 출구밸브(21)는 다양한 방식으로 제작될 수 있으며, 바람직하게는 인-컨택트 플랩-스톱퍼(in contact flap-stopper) 구조를 갖도록 제작한다(도 4). 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 인-컨택트 플랩-스톱퍼 구조는 (i) 개폐되는 플랩(211a)이 구비된 출구밸브 플랩플레이트(flap plate)(211) 및 (ii) 상기 출구밸브 플랩플레이트에 밀착되어 위치하며 상기 플랩이 열려있는 경우(open)의 상기 플랩과 상기 유체 수용수단과 연통되어 있는 개구(pore)가 있는 스톱퍼플레이트(stopper plate)(212)를 포함한다. 출구밸브(21)의 스톱퍼플레이트(212)의 개구는 유체 수용수단(2)의 측면에 형성된 개구와 연통되도록 한다. 상술한 구조에서, 출구밸브(21)는 유체 수용수단(2)에 단단하게 결착될 수 있고 혈액채취의 효율을 증가시킨다. 출구밸브(21)의 인-컨택트 플랩-스톱퍼 구조에서 스톱퍼플레이트(212)로서 유체 수용수단(2)의 개수가 형성된 측면이 스톱퍼플레이트을 역할을 할 수 있으며, 이 경우 스톱퍼플레이트(212) 없이 출구밸브 플랩플레이트(flap plate)(211)를 유체 수용수단(2)의 측면에 부착한다.

본 발명의 디바이스에서 입구밸브(22)는 중공형 마이크로구조체로부터 유입되는 유체가 유체 수용수단(2)에 유입되는 것을 조절한다. 입구밸브(22)는 다양한 방식으로 제작될 수 있으며, 바람직하게는 낫-컨택트 플랩-스톱퍼(not-contact flap-stopper) 구조를 갖도록 제작한다(도 3). 상기 낫-컨택트 플랩-스톱퍼 구조는 바람직하게는, (i) 개폐되는 플랩(221a)이 구비된 입구밸브 플랩플레이트(flap plate)(221), (ii) 상기 중공형 마이크로구조체과 연통되어 있는 개구(pore)가 있는 스톱퍼플레이트(stopper plate)(223) 및 (iii) 상기 입구밸브 플랩플레이트와 스톱퍼플레이트 사이에 위치하며 상기 스톱퍼플레이트의 개구와 상기 플랩이 열려있는 경우(open)의 상기 플랩과 연통되는 개구(pore)가 있는 중간플레이트(intermediate plate)(222)를 포함한다. 상술한 입구밸브(22)의 낫-컨택트 플랩-스톱퍼 구조는 낮은 음압에서도 고효율로 혈액을 채취하는데 유리하다. 본 발명의 디바이스의 입구밸브(22)는 쉽게 개폐될 뿐만 아니라 유체 수용수단(2)으로부터 혈액을 다른 부위 예컨대 외부로 이동하는 경우 낮은 누출율(leakage rate)을 나타낸다.

본 발명의 디바이스는 유체 수용수단(2)에 연결되어 있고 디바이스의 하부에 위치하고 신체에 구멍을 형성하는 중공형 마이크로구조체를 포함하는 천공수단(3)을 포함한다. 바람직하게는, 천공수단(3)은 중공형 마이크로구조체(31) 및 이를 지지하는 지지체(32)를 포함할 수 있다(참조: 도 2).

본 발명에서 이용되는 중공형 마이크로구조체는 당업계에 공지된 어떠한 중공형 마이크로구조체를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에서 이용되는 중공형 마이크로구조체는 본 발명자들에 의해 개발된 최소 침습 혈액채취용 중공형 마이크로구조체로서 이는 대한민국 특허출원 제2011-0078510호에 개시되어 있다. 본 발명에서 이용되는 중공형 마이크로구조체에 대한 상세는 대한민국 특허출원 제2011-0078510호에 개시된 사항을 참조하여 설명될 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 이용되는 중공형 마이크로구조체는 길이 1-5000 ㎛, 내경 10-100 ㎛, 베벨앵글 5^o-60^o,팁 첨단부 각도 1-45° 및 팁 첨단부 횡장 2-30 ㎛를 갖는 최소 침습 혈액채취용 중공형 마이크로구조체이다. 이러한 중공형 마이크로구조체의 디멘젼은, 대상(바람직하게는, 인간)으로부터 혈액을 무통증, 최소 외상 및 개선된 효율성으로 채취할 수 있는 중공형 마이크로구조체의 가장 적합한 디멘젼으로서, 본 발명자들에서 구축된 것이다.

본 명세서에서 사용되는 용어 중공형 마이크로구조체의“내경”은 특별하게 다르게 언급되지 않는 한, 상단부(최소직경을 갖는 마이크로구조체의 일 말단부)의 내경을 의미한다. 중공형 마이크로구조체의 내경은 바람직하게는 10-100 ㎛, 보다 바람직하게는 20-80 ㎛, 보다 더 바람직하게는 30-70 ㎛, 보다 더욱 더 바람직하게는 50-70 ㎛이다. 중공형 마이크로구조체의 바람직한 길이는 200-5000 ㎛, 보다 바람직하게는 1000-4000 ㎛, 보다 더 바람직하게는 1200-3000 ㎛, 보다 더욱 더 바람직하게는 1500-2500 ㎛, 가장 바람직하게는 200-2200 ㎛이다. 중공형 마이크로구조체는 2-30 ㎛의 팁 첨단부 횡장을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서 이용되는 중공형 마이크로구조체는 1-45°의 팁 첨단부 각도를 갖는 것이 바람직하다. 본 명세서에서 중공형 마이크로구조체를 언급하면서 사용하는 용어 “팁”은 베벨앵글이 부여된 마이크로구조체의 상단부의 선단 부위를 의미한다. 용어 “팁 첨단부”는 마이크로구조체의 상단부의 선단 부위에 베벨앵글이 부여가 되어 외부에서 관찰할 수 있는 중공의 상단부로부터 마이크로구조체의 가장 끝 부분까지의 부위를 의미한다(참조: 도 11). 용어 “팁 첨단부 횡장”은 팁 첨단부의 중간 부위에서 팁 첨단부를 가로지르는 길이를 의미한다(참조: 도 11). 용어 “팁 첨단부 각도”는 팁 첨단부에서 양 날 사이의 각도를 의미한다(참조: 도 11). 베벨앵글이 부여된 팁 부위를 갖는 마이크로니들은 최소 침습을 만족시킬 수 없다는 문제점을 본 발명자들이 인식을 하였다. 기존 기술은 단순 베벨만 주어져 팁 끝 부분의 크기가 비교적 크기 때문에 최소 침습을 만족시키지 못한다. 그러나, 본 발명은 마이크로니들의 팁 첨단부를 연마하여 팁 첨단부 횡장이 2-30 ㎛(바람직하게는 2-10 ㎛, 5-10 ㎛, 2-8 ㎛)가 되도록 하였다. 또한, 팁 첨단부 각도가 1-45°(바람직하게는 30-45°)가 되도록 하였다.

본 발명에서 이용되는 중공형 마이크로구조체는, 바람직하게는 마이크로니들, 마이크로블레이드, 마이크로나이프, 마이크로파이버, 마이크로스파이크, 마이크로프로브, 마이크로발브(microbarb), 마이크로어레이 또는 마이크로전극이고, 보다 바람직하게는, 마이크로니들, 마이크로블레이드, 마이크로나이프, 마이크로파이버, 마이크로스파이크, 마이크로프로브 또는 마이크로발브이고, 가장 바람직하게는 중공형 마이크로니들이다.

천공수단(3)에서 중공형 마이크로구조체(31)를 지지하는 지지체(32)는 입구밸브(22)의 스톱퍼플레이트(stopper plate)(223) 역할을 할 수 있다. 이 경우, 입구밸브(22)는 입구밸브 플랩플레이트(221) 및 중간플레이트(222)로 구성하고, 천공수단(3)의 지지체(32)의 직경을 중간플레이트(222)의 동공직경과 동일하게 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 디바이스에 의해 채취되는 신체 유체는 혈액, 간질액(interstitial fluid) 및 안구액 등 다양한 유체를 포함하며, 바람직하게는 혈액이고, 보다 바람직하게는 인체 혈액이다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상술한 본 발명의 신체 유체(body fluid) 채취용 디바이스 및 상기 유체의 분석 디바이스를 포함하는 신체 유체의 통합 분석 시스템(integrated analysis system)을 제공한다.

본 발명의 통합 분석 시스템에서 이용되는 분석 디바이스는 마이크로채널이 있는 프로브 또는 항체가 있는 마이크로어레이(또는 마이크로칩), 바이오센서, 면역 크로마토그래피-기반 분석 디바이스(예컨대, 래피드 키트), ELISA 키트, PCR(polymerase chain reaction) 분석 디바이스 및 실시간-PCR 분석 디바이스를 포함하나 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:

(a) 본 발명은 대상(바람직하게는, 인간)으로부터 유체(바람직하게는 혈액)을 무통증, 최소 외상 및 개선된 효율성으로 채취할 수 있는 유체 채취용 디바이스를 제공한다.

(b) 본 발명의 디바이스는 제작이 용이하고, 간편하게 조작할 수 있으며, 운반이 가능하고 효율적으로 유체를 채취할 수 있도록 한다.

(c) 유체 채취용 디바이스는 분석 디바이스와 통합되어 유체, 특히 혈액의 분석을 효율적으로 할 수 있도록 한다.

도 1a는 출구밸브 및 입구밸브가 없는 본 발명의 유체 채취용 디바이스의 일 구현예를 보여준다. 1: 내압 조절수단; 2: 유체 수용수단; 3: 천공수단; 31: 중공형 마이크로니들.
도 1b는 출구밸브 및 입구밸브가 있는 본 발명의 유체 채취용 디바이스의 일 구현예를 보여준다. 1: 내압 조절수단; 2: 유체 수용수단; 3: 천공수단; 21: 출구밸브(outlet-valve); 22: 입구밸브(inlet-valve); 31: 중공형 마이크로니들.
도 2는 본 발명의 유체 채취용 디바이스의 각 구성요소를 상세하게 보여준다. 11: 주사위(cuboid) 모양의 내압 조절수단의 상부; 12: 내압 조절수단의 하부; 12a: 내압 조절수단 하부의 실린더 구조(12a); 2: 유체 수용수단; 21: 출구밸브(outlet-valve); 221a: 출구밸브 플랩플레이트(flap plate)에 있는 플랩; 221: 입구밸브 플랩플레이트(flap plate); 221a: 입구밸브 플랩플레이트에 있는 플랩; 222: 중간플레이트(intermediate plate); 3: 천공수단; 31: 중공형 마이크로구조체; 32: 지지체.
도 3은 본 발명 디바이스의 입구밸브의 낫-컨택트 플랩-스톱퍼(not-contact flap-stopper) 구조를 보여준다. 22: 입구밸브; 221: 입구밸브 플랩플레이트(flap plate); 221a: 입구밸브 플랩플레이트에 있는 플랩; 222: 중간플레이트; 223: 스톱퍼플레이트(stopper plate).
도 4는 본 발명 디바이스의 출구밸브의 인-컨택트 플랩-스톱퍼(in contact flap-stopper) 구조를 보여준다. 21: 출구밸브; 211: 출구밸브 플랩플레이트(flap plate); 212: 스톱퍼플레이트(stopper plate).
도 5a는 출구밸브 및 입구밸브가 없는 본 발명의 유체 채취용 디바이스의 일 구현예의 작동원리를 보여주는 모식도이다.
도 5b는 출구밸브 및 입구밸브가 있는 본 발명의 유체 채취용 디바이스의 일 구현예의 작동원리를 보여주는 모식도이다.
도 6은 본 발명 디바이스에서 다른 부피(81 ㎕, 162 ㎕, 243 ㎕, 324 ㎕ 및 405 ㎕)를 갖는 내압 조절수단을 이용하여 형성되는 음압을 디지털 기압계(mamometer)로 측정한 결과이다. PDMS bulb는 내압 조절수단을 나타낸다.
도 7은 유체로서 증류수(DW), BMF(Blood-mimicking fluid) 및 인간혈액에 대하여 본 발명 디바이스를 이용하여 채취(extraction)한 결과이다. PDMS bulb는 내압 조절수단을 나타낸다.
도 8은 본 발명 디바이스를 이용하여 마우스의 혈액을 채취하는 이미지이다.
도 9는 본 발명 유체채취용 디바이스와 진단키트가 결합된 상태를 보여주는 모식도이다.
도 10은 본 발명 유체채취용 디바이스와 마이크로칩이 결합된 상태를 보여주는 모식도이다.
도 11은 본 발명 유체채취용 디바이스에 있는 중공형 마이크로니들을 보여준다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.

실시예

실시예 1: 최소 침습 혈액채취용 중공형 마이크로니들의 제작

14,000 cSt의 점도를 갖는 SU-8 2050 포토레지스트 (Microchem사로부터 구입)를 사용하여 솔리드 마이크로구조체를 제작하였다. 금속 및 실로콘 기판 위에 SU-8 2050을 1000 ㎛, 2000 ㎛로 각각 코팅한 후에 5분간 120°C로 유지하여 SU-8이 유동성을 유지하도록 한 후, 미리 직경 200 ㎛를 갖는 3X3 패터닝 한 프레임에 접촉시켰다. 기판의 온도를 70°C 내지 60°C까지 천천히 낮추는 동안 코팅된 SU-8 2050는 리프팅이 가능할 정도의 점성을 가진다. 그때, 리프팅 프레임을 10 ㎛/s의 속도로 5분간 리프팅 하여, 3,000 ㎛의 초기 솔리드 구조체를 제작하였다. 형성된 초기 솔리드 구조체를 두 번쩨 리프팅 속도를 높이거나, 절단하여 리프팅 프레임으로부터 분리 할 수 있다. 그 결과, 초기 1,000 ㎛ 코팅 두께는 상단부 직경 30 ㎛, 하단부 직경 200 ㎛, 길이 1,500 ㎛의 솔리드 마이크로구조체를, 초기 2,000 ㎛ 코팅 두께는 상단부 직경 40 ㎛, 하단부 직경 300 ㎛, 길이 2,000 ㎛의 솔리드 마이크로구조체를 제작하고, 은침전 반응 (Tollen’s reagent)으로 화학적 증착했다. 다음, 솔리드 마이크로니들의 상단부를 에나멜 또는 SU-8 2050으로 보호했다. 상단부에 대한 에나멜 또는 SU-8 2050처리는 후속하는 단계에서 상단부가 도금되지 않도록 하기 위함이며, 전체 솔리드 마이크로구조체의 금속 도금후 레이저 및 마이크로톱 절삭으로 중공형 타입으로 제작할 수 있다. 다음, 상단부가 보호된 솔리드 마이크로니들의 표면을 니켈을 사용하여 전해도금 했다. 니켈 전해도금은 1 A/dm²당 0.206 ㎛/min으로 75분간 처리하여 도금된 금속 두께가 20 ㎛가 되도록 하였다. 후속하여, 레이저 절삭으로 도금된 솔리드 마이크로구조체 상단부를 수직으로(각도 0^o), 각도 75^o, 각도 45^o, 각도 60^o, 각도 15^o로 절삭한 후, 구조물을 60℃ 내지 100℃의 SU-8 리무버(Microchem사로부터 구입)에 1시간정도 넣어서 SU-8 2050 소재 솔리드 마이크로구조체를 제거하여 중공형 마이크로니들을 완성시켰다. 그런 다음, 중공형 마이크로니들의 팁의 끝 부분을 3방향으로 절삭하여 팁 첨단부 횡장이 10 ㎛ 또는 8 ㎛가 되도록 하여 최종적으로 최소 침습 혈액채취용 중공형 마이크로니들을 제작하였다.

제작된 최소 침습 혈액채취용 중공형 금속마이크로니들은 초기 1,000 ㎛ 코팅 두께로부터 상단부 외경 70 ㎛, 내경 30 ㎛, 하단부 직경 200 ㎛, 길이 1,500 ㎛의 중공형 마이크로니들을, 초기 2,000 ㎛ 코팅 두께로부터 상단부 외경 100 ㎛, 내경 60 ㎛, 하단부 직경 200 ㎛, 길이 1,500 ㎛의 중공형 마이크로니들을 제작하였다. 제작된 중공형 마이크로니들의 경도는 1-2 N 값을 나타내며, 이는 피부를 관통할 수 있는 경도 값이 0.06 N 보다 훨씬 큰 값이다.

위와 동일한 방법으로 조건을 조금 변형하여 최소 침습 혈액채취용 중공형 금속마이크로니들을 제작하였으며, 제작된 중공형 금속마이크로니들은 제작 조건에 따라 내경, 베벨앵글, 팁 첨단부의 횡장 및 팁 첨단부의 각도에 변화가 있었다.

실시예 2: 최소 침습 혈액채취용 중공형 마이크로니들을 이용한 혈액채취 실험

실제혈액 추출 시 중공형 마이크로니들의 내경 변화가 미치는 영향

실린지를 실린지 펌프에 수직으로 올려놓고 그 끝을 압력기와 연결하여 천천히 당겨 음압을 걸어준 다음, 일정 볼륨의 음압을 압력측정기로 측정하고 평균값을 측정하여 음압의 기준을 결정하였다. 동일한 음압(P=15.44 kPa) 조건하에서 다양한 크기의 내경을 가진 중공형 마이크로니들이 혈액 채취량을 측정하였다(표 1). 실험결과, 내경 50 이하에서는 막힘 현상 때문에 혈액을 채취할 수 없었다. 내경 70 에서는 막힘 현상이 현저히 적어지게 되고 내경 80 부터는 막힘 현상이 발생하지 않음을 알 수 있었다. 또한 내경 60 부터 내경크기의 증가에 따라 혈액채취속도 및 채취량이 증가함을 알 수 있었다.

실제혈액 채취 속도 및 막힘 확률

마이크로니들의 내경 ()	40	50	60	70	80
혈액채취 속도 (ul/s)	No	No	1.69	2.67	2.89
막힘 확률	100%	90%	80%	10%	0%

베벨앵글 변화가 실제 혈액추출에 미치는 영향

최소 침습과 혈액 막힘 현상을 최소화하기 위하여, 중공형 마이크로니들 끝부분에 베벨앵글을 적용하고, 혈구세포의 영향을 포함한 혈액유체의 흐름을 분석하기 위하여 실험자의 혈액을 EDTA(화학적 혈액응고방지제) 처리하여 사용하였다. 상기 실험에서, 내경 60 마이크로니들부터 혈액채취 가능성을 보이고 있으므로 레이저로 내경 60 마이크로니들 끝부분에 베벨앵글을 줌으로써 베벨이 막힘 현상에 미치는 영향을 관찰하였다. 동일한 압력(Negative pressure 0.337 kPa/s) 및 60 내경을 가지는 중공형 마이크로니들 조건에서 다양한 베벨앵글(90^o, 45^o , 15^o)을 적용하여 혈액시료 추출 시 막힘 현상을 측정하였다(혈액 EDTA 처리, 베벨앵글마다 20번의 실험 진행). 실험결과, 베벨앵글이 작을수록 막힘 현상을 완화해 주었으며, 본 실험을 통해 결론적으로 중공형 마이크로니들에 15^o의 베벨앵글을 적용하기로 결정하였다.

최적 혈액채취용 중공형 마이크로니들 조건의 결정

상기 실험 결과에 기초하여, 길이 2000 , 내경 60 , 외경 120 , 베벨앵글 15^o, 팁 첨단부의 횡장 10 (또는 8 ) 및 팁 첨단부의 각도가 30-45°를 최적의 최소 침습 혈액채취용 중공형 마이크로니들로 결정하였다. 마이크로니들이 혈액에 의해 막히는 경우를 대비하여 또한 혈액채취 효율을 높이기 위하여, 여러 개의 마이크로니들을 동시에 사용하여 혈액을 채취하는 것도 바람직하다.

실시예 3: 유체채취(혈액채취)용 디바이스의 제작

본 발명의 혈액채취용 디바이스의 원리

본 발명자들은 무통증의 운반가능한 혈액채취 디바이스를 개발하였다(높이, 11 mm; 너비, 11 mm). 본 발명의 혈액채취용 크게 3개의 부분을 포함한다(참조: 도 1b): (a) 혈액 시료를 채취하기 위한 음압을 발생시키는 고탄성의 변형부재(예컨대, PDMS)로 이루어진 내압 조절수단(1); (b) 혈액시료의 채취 및 다른 부위로의 운반을 조절하는 2개의 수동성 체크 밸브(출구밸브(21)와 입구밸브(22))가 장착된 유체 수용수단(2)(PDMS 재질로 제작하는 것이 바람직함); 그리고 (c) 상기 유체 수용수단에 연결되어 있고 디바이스의 하부에 위치하고 신체에 구멍을 형성하는 최소 침습 중공형 마이크로구조체(31)를 포함하는 천공수단(3).

본 발명의 혈액채취용 디바이스를 고탄성의 변형 폴리머인 PDMS(polydimethylsiloxane)을 이용하여 제작하였다. 본 발명의 디바이스는 전기/전자요소, 배터리 및 전원공급원 없이 간편한 방법으로 저가로 제작할 수 있으며, 단지 손가락의 척력을 필요로 할 뿐이다. 손가락 힘을 이용하여 중공형 마이크로니들이 피부를 관통하도록 하고 PDMS 재질의 내압 조절수단(1)을 압착시키고, 손가락 힘을 해체하면 PDMS 내압 조절수단의 탄성 변형응력(deformation force)에 의해 형성된 음압에 의해 유체 수용수단(2)에 혈액시료가 유입된다. 상기 PDMS 내압 조절수단의 변형 및 변형응력은 바람직하게는 축방향의 변형(axial deformation) 및 변형응력이다.

본 발명의 유체채취용 디바이스는 실시예에서 보다 구체적으로 “혈액채취용 디바이스”, “PDMS 핸드 펌프” 또는 “PDMS 혈액채취 디바이스”로 명명된다.

본 발명의 혈액채취용 디바이스의 제작

(a) 내압 조절수단(1) 및 유체 수용수단(2)

본 발명의 PDMS 핸드 펌프의 제작에 있어서, 내압 조절수단(1) 및 유체 수용수단(2)은 마이크로-조립 기술을 이용하여 제작하였다. 두 개의 체크 밸브는 샌드위치 몰딩 과정을 이용하여 제작하였다⁹ ^,10.

본 발명의 PDMS 펌프의 부위들을 제작하기 위하여, 경화제 및 PDMS 프리폴리머(Dow Corning, MI, USA)를 1:10의 중량비로 혼합하였다. 프리폴리머 혼합물을 마스터에 붓고 80℃에서 3시간 동안 경화시켰다. 형성된 PDMS 층들을 마스터로부터 벗겨 내고 이들을 조립하였다.

보다 상세하게는, PDMS 내압 조절수단(1)의 2개의 마스터를 페트리디쉬에 놓고 PDMS 프리폴리머 혼합물을 마스터에 부었다. 두께 1 mm, 길이 11 mm, 너비 11 mm, 높이 4 mm 및 내부부피 243 ㎕의 공동(hollow)의 PDMS 큐보이드(11)를 제작하였다. PDMS 내압 조절수단(1)의 다른 부위는 2 mm 실린더 구조(12a)가 돌출된 하부 PDMS 층(12)이다. 실린더 구조(12a)는 유체 수용수단(2)의 공동 실린더 구조(hollow cylinder part)와 동일하게 4 mm의 직경을 갖는다. 이러한 실린더 구조는 내압 조절수단(1)이 유체 수용수단(2)과 용이하게 결착되도록 한다. 상기 PDMS 내압 조절수단(1)의 두 부위를 결합시켰다. 최종적으로 상기 실린더 구조(12a)의 중앙에 2 mm 직경으로 동공을 형성시켜 채널을 만들어 PDMS 내압 조절수단(1)을 완성하였다.

PDMS 내압 조절수단(1)의 제작방법과 동일하게, PDMS 프리폴리머 혼합물을 PDMS 유체 수용수단(2)의 몰드에 부어 PDMS 유체 수용수단(2)을 제작하였다. 블런트-말단 펀치를 이용하여 PDMS 유체 수용수단(2)의 측면에 1 mm 직경의 동공을 형성시켜 출구밸브와 연통될 수 있도록 하였다.

(b) 출구밸브(outlet-valve) 및 입구밸브(inlet-valve)의 제작

본 발명의 PDMS 핸드 펌프는 2개의 체크 밸브, 즉 출구밸브(21) 및 입구밸브(22)를 가지고 있다. 샌드위치 몰딩 과정⁹ ^,10을 이용하여 체크 밸브를 제작하였다.

보다 상세하게는, 입구밸브(22)는 다음과 같은 전략으로 제작하였다. 유체 수용수단(2)에 음압이 있는 경우, 혈액채취의 효율을 증가시킬 수 있는 입구밸브(22)의 개구에 낮은 압력이 이용되는 것이 바람직하다. 일반적으로, 플랩과 스톱퍼 사이의 거리가 멀수록 채취 속도가 증가하며, 거리가 짧을수록 채취 속도는 느리다¹¹. 도 3에 도시된 바와 같이, 입구밸브(22)는 낫-컨택트 플랩-스톱퍼(not-contact flap-stopper) 구조로 제작하였으며, 이는 낮은 음압에서도 고효율로 혈액을 채취하는데 유리하다. 낫-컨택트 플랩-스톱퍼 구조는 (i) 개폐되는 플랩(221a)이 구비된 입구밸브 플랩플레이트(flap plate)(221), (ii) 중공형 마이크로니들과 연통되어 있는 개구(pore)가 있는 스톱퍼플레이트(stopper plate)(223) 및 (iii) 상기 입구밸브 플랩플레이트(221)와 스톱퍼플레이트(223) 사이에 위치하며 상기 스톱퍼플레이트의 개구와 상기 플랩이 열려있는 경우(open)의 상기 플랩(221a)과 연통되는 개구(pore)가 있는 중간플레이트(intermediate plate)(222)를 포함한다. 플랩플레이트(221)와 스톱퍼플레이트(223) 사이의 거리는 100 ㎛로 하였고, 플랩플레이트(221)의 두께는 100 ㎛로 하였다. 스톱퍼플레이트(223)는 중공형 마이크로니들과 연결되는 PDMS 층으로 제작하였다. 이러한 입구밸브(22)는 쉽게 개폐될 뿐만 아니라 유체 수용수단(2)으로부터 혈액을 다른 부위 예컨대 외부로 이동하는 경우 낮은 누출율을 나타내었다.

출구밸브(21)는 다음과 같은 전략으로 제작하였다(도 4). 본 발명의 디바이스가 음압을 생성하는 경우, 유체 수용수단(2) 내의 음압을 유지하기 위하여 출구밸브(21)는 매우 단단하게 결착되어 있어야 한다. 출구밸브(21)를 인-컨택트 플랩-스톱퍼(in contact flap-stopper) 구조¹²를 갖도록 하여, 플랩플레이트(211)가 스톱퍼플레이트(212)에 밀착되도록 하였다. 출구밸브(21)의 플랩플레이트(211) 및 스톱퍼플레이트(212)를 입구밸브(22)의 플랩플레이트(221) 및 스톱퍼플레이트(223)와 동일한 방식으로 제작하였다. 출구밸브(21)의 스톱퍼플레이트(212)의 개구는 유체 수용수단(2)의 측면에 형성된 개구와 연통되도록 하였다. 이러한 구조에서, 출구밸브(21)는 유체 수용수단(2)에 단단하게 결착될 수 있고 혈액채취의 효율을 증가시켰다.

위와 같이 제작된 혈액채취용 디바이스의 모든 부위를 조립하였다. 이어, 산소 플라즈마를 이용하여 PDMS 표면을 활성화 시키고 상기 부위들을 단단하게 결합(bonding)시켜 본 발명의 혈액채취용 디바이스를 최종적으로 완성하였다.

실시예 4: 유체채취(혈액채취)용 디바이스의 작동

도 5b는 출구밸브 및 입구밸브가 있는 본 발명의 혈액채취용 디바이스의 작동원리를 보여준다.

(a) 첫 번째 단계

탄성 변형부재 PDMS의 내압 조절수단(1)을 압착하면, 입구밸브(22)가 폐구(close)되고 출구밸브(21)는 개구(open)된다. 내압 조절수단(1) 내부에 있는 공기는 출구밸브(21)를 통하여 디바이스 외부로 빠져 나가고 중공형 마이크로니들(31)은 압착력에 의해 피부를 관통한다.

(b) 두 번째 단계

PDMS 내압 조절수단(1)에 인가된 압착력을 해체(relax)하면 내압 조절수단(1)은 고탄성 변형응력에 의해 그의 원래 형태로 복구된다. PDMS 내압 조절수단(1)은 음압을 발생시키고 이 때 디바이스의 외부와 유체 수용수단(2) 내부의 압력의 차이에 의해 상기 출구밸브(21)가 폐구(close)되고 혈액을 유체 수용수단(2)으로 유입시킨다.

(c) 세 번째 단계

중공형 마이크로니들(31)을 피부로부터 잡아 당긴 다음, PDMS 내압 조절수단(1)을 다시 압착하면, 입구밸브(22)가 폐구(close)되고 출구밸브(21)는 개구(open)되며 유체 수용수단(2)에 있는 혈액이 디바이스의 외부로 유출된다.

실시예 5: 유체채취(혈액채취)용 디바이스를 이용한 혈액채취

본 발명의 혈액채취용 디바이스에서 다른 부피(81 ㎕, 162 ㎕, 243 ㎕, 324 ㎕ 및 405 ㎕)를 갖는 내압 조절수단을 이용하여, 형성되는 음압을 디지털 기압계(mamometer)를 이용하여 측정하였다. 도 6에서 확인할 수 있듯이, 내압 조절수단의 부피에 비례하여 형성되는 음압이 증가하였다.

이어, 다른 부피를 갖는 내압 조절수단을 갖는 본 발명의 혈액채취용 디바이스를 이용한 여러 유체에 대한 채취 능력을 평가하였다. 유체로서 증류수(DW), BMF[Blood-mimicking fluid, 혈구가 없는 상태의 혈액유체만을 고려한 유사혈액(44:56 글라이세롤:물 비율, 15.68% 소듐 아이오다인 염 포함, A Blood-mimicking fluid for particle image velocimetry with silicone vascular models, Experiments in Fluids, 50(3):1-6(2010)) 및 인간혈액을 이용하였다. 도 7에서 볼 수 있듯이, 내압 조절수단의 부피가 증가할수록 채취되는 유체, 즉 증류수, BMF 및 인간혈액의 부피가 증가하여, 본 발명의 혈액채취용 디바이스가 제대로 작동함을 알 수 있었다.

본 발명의 혈액채취용 디바이스를 이용하여 마우스의 혈액을 채취하였다. 베벨앵글 15^o 및 내경 60 ㎛ 또는 80 ㎛의 중공형 마이크로니들, 그리고 14.95 kPa의 내압을 형성할 수 있는 243 ㎕의 PDMS 내압 조절수단을 이용하여 실험을 실시하였다(도 8). ICR 마우스의 꼬리 정맥에 본 발명의 혈액채취용 디바이스를 적용하여 2회 혈액을 채취하였고, 채취된 혈액의 양은 다음 표 2에 정리되어 있다:

마이크로니들의 디멘젼	내압조절수단 부피	채취 혈액량	채취 시간
내경 60 μm 베벨앵글 15°	243 μl	10 μl	20초
내경 80 μm 베벨앵글 15°	243 μl	20 μl	25초

실시예 6: 유체채취(혈액채취)용 디바이스와 진단키트의 결합

본 발명의 혈액채취용 디바이스를 이용하여 채취된 혈액 시료를 출구밸브를 통하여 진단 키트 샘플패드로 이송 적하하면 진단 키트에 고정되어 있는 바이오센서(예컨대, 항체가 결합된 면역분석 키트)에 의해 시그널이 발생되어, 혈액 시료 내의 특정물질을 정성 또는 정량 분석할 수 있다(도 9). 이러한 방식으로 통합형 분석 시스템(integrated analysis system)을 구성할 수 있다.

실시예 7: 유체채취(혈액채취)용 디바이스와 마이크로칩의 결합

본 발명의 혈액채취용 디바이스를 이용하여 채취된 혈액 시료를 출구밸브를 통하여 마이크로칩의 마이크로채널로 이송 적하하면 마이크로채널에 고정되어 있는 바이오센서를 통하여 시그널이 발생되어, 혈액 시료 내의 특정물질을 정성 또는 정량 분석할 수 있다(도 10). 이러한 방식으로 통합형 분석 시스템(integrated analysis system)을 구성할 수 있다.

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Claims

다음을 포함하는 신체 유체(body fluid) 채취용 디바이스:
(a) 내부 공간이 있고 탄성 변형부재(elastic deformable material)로 이루어진 상기 디바이스의 내압(internal pressure)을 조절하는 내압 조절수단;
(b) 상기 내압 조절수단에 연통(openly connected)되어 있고 신체로부터 채취한 신체 유체를 수용하는 유체 수용수단;
(c) 상기 유체 수용수단에 연결되어 있고 상기 디바이스의 하부에 위치하고 신체에 구멍을 형성하는 중공형 마이크로구조체를 포함하는 천공수단; 및
(d) 상기 유체 수용수단에 연결되어 있는 출구밸브(outlet-valve) 및 상기 유체 수용수단 및 상기 중공형 마이크로구조체 사이에 장착된 입구밸브(inlet-valve).
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제 1 항에 있어서, 상기 탄성 변형부재는 에폭시 중합체, 실리콘 중합체 또는 아크릴 중합체인 것을 특징으로 하는 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 내압 조절수단은 하향의 외부압력에 의해 그 형태가 변형되어 상기 내부공간의 부피가 감소하고 신체 표면 장벽에 접촉된 상기 중공형 마이크로구조체가 신체 표면 장벽을 천공하는 력(perforation force)을 인가(apply)하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 내압 조절수단은 하향의 외부압력에 의해 그 형태가 변형되어 상기 내부공간의 부피가 감소하고 상기 디바이스의 내압이 증가되며 상기 내압 증가는 상기 출구밸브를 개구(open)시키고 상기 입구밸브를 폐구(close)시키며 신체 표면 장벽에 접촉된 상기 중공형 마이크로구조체가 신체 표면 장벽을 천공하는 력(perforation force)을 인가(apply)하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
제 4 항에 있어서, 상기 내압 조절수단은 상기 외부압력의 해체(relax)에 의해 그의 원래 형태로 복구되고 상기 디바이스의 내부에 음압(negative pressure)이 발생되어 상기 신체 표면 장벽에 접촉된 상기 중공형 마이크로구조체로부터 상기 유체 수용수단으로 유체가 유입되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
제 5 항에 있어서, 상기 내압 조절수단은 상기 외부압력의 해체(relax)에 의해 그의 원래 형태로 복구되고 상기 디바이스의 내부에 음압(negative pressure)이 발생되어 상기 출구밸브는 폐구(close)되고 상기 입구밸브는 개구(open)되어 상기 신체 표면 장벽에 접촉된 상기 중공형 마이크로구조체로부터 유체가 유입되고 상기 유입된 유체는 상기 개구된 입구밸브를 통하여 상기 유체 수용수단에 유입되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
제 6 항에 있어서, 상기 외부압력이 해체된 상기 내압 조절수단은 하향의 외부압력 인가(apply)에 의해 그 형태가 변형되어 상기 내부공간의 부피가 감소하고 상기 내부공간의 내압이 증가되며 상기 유체 수용수단에 유입된 상기 유체를 상기 중공형 마이크로구조체를 통하여 유출시키는 것을 특징으로 하는 디바이스.
제 7 항에 있어서, 상기 외부압력이 해체된 상기 내압 조절수단은 하향의 외부압력 인가(apply)에 의해 그 형태가 변형되어 상기 내부공간의 부피가 감소하고 상기 내부공간의 내압이 증가되며 상기 내압 증가는 상기 출구밸브를 개구(open)시키고 상기 입구밸브를 폐구(close)시키며 상기 유체 수용수단에 유입된 상기 유체를 상기 출구밸브를 통하여 유출시키는 것을 특징으로 하는 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 출구밸브, 입구밸브 또는 출구밸브와 입구밸브는 공기식 조절 플랩 밸브(pneumatic flap valve)인 것을 특징으로 하는 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 출구밸브는 인-컨택트 플랩-스톱퍼(in contact flap-stopper) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 디바이스.
제 11 항에 있어서, 상기 인-컨택트 플랩-스톱퍼 구조는 (i) 개폐되는 플랩이 구비된 출구밸브 플랩플레이트(flap plate) 및 (ii) 상기 출구밸브 플랩플레이트에 밀착되어 위치하며 상기 플랩이 열려있는 경우(open)의 상기 플랩과 상기 유체 수용수단과 연통되어 있는 개구(pore)가 있는 스톱퍼플레이트(stopper plate)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 입구밸브는 낫-컨택트 플랩-스톱퍼(not-contact flap-stopper) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 디바이스.
제 13 항에 있어서, 상기 낫-컨택트 플랩-스톱퍼 구조는 (i) 개폐되는 플랩이 구비된 입구밸브 플랩플레이트(flap plate), (ii) 상기 중공형 마이크로구조체과 연통되어 있는 개구(pore)가 있는 스톱퍼플레이트(stopper plate) 및 (iii) 상기 입구밸브 플랩플레이트와 스톱퍼플레이트 사이에 위치하며 상기 스톱퍼플레이트의 개구와 상기 플랩이 열려있는 경우(open)의 상기 플랩과 연통되는 개구(pore)가 있는 중간플레이트(intermediate plate)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 중공형 마이크로구조체는 길이 200-5000 ㎛, 내경 10-100 ㎛, 베벨앵글 5^o-60^o,팁 첨단부 각도 1-45° 및 팁 첨단부 횡장 2-30 ㎛를 갖는 최소 침습 혈액채취용 중공형 마이크로구조체인 것을 특징으로 하는 디바이스.
상기 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항의 신체 유체(body fluid) 채취용 디바이스 및 상기 유체의 분석 디바이스를 포함하는 신체 유체의 통합 분석 시스템(integrated analysis system).