KR101384319B1

KR101384319B1 - 샘플 채취 장치

Info

Publication number: KR101384319B1
Application number: KR1020100091588A
Authority: KR
Inventors: 이대식; 정종인; 전병구; 정문연; 박선희; 김승환
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2010-04-14
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2014-04-14
Also published as: KR20110115065A

Abstract

본 발명은 정량이 가능한 일회용 바이오 샘플 채취 및 토출 장치에 관한 것으로서, 관 형태를 가지며, 일측 끝단의 샘플 주입구로부터 소정 거리 이격된 위치에 형성된 개구부를 포함하는 유체 채널; 상기 유체 채널의 타측 끝단에 결합되며, 상기 유체 채널에 인입되어 채취된 샘플의 토출을 조절하는 조절부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 일정한 양의 샘플을 용이하게 채취할 수 있다. 또한, 샘플 채취 장치의 구조가 간단하므로, 저렴한 비용으로 일회용 장치로 제작이 가능하다.

Description

샘플 채취 장치{SAMPLE ACQUISITION APPARATUS}

본 발명은 샘플 채취 장치에 관한 것으로, 특히 정량이 가능한 일회용 바이오 샘플 채취 및 토출 장치에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부의 사업화기술개발 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호:2009-RC-1210, 과제명: 휴대용 배뇨 분석기 개발].

샘플 채취 장치는 랩 온 어 칩 분야의 중요한 요소로서, 세밀한 유체 제어가 요구되는 단백질칩, DNA칩, 약물전달시스템(drug delivery system)미세 생물/화학 분석기(micro total analysis system), 생물/화학 반응기(micro reactor) 등에 다양하게 적용되고 있다.

특히, 질병 진단 또는 화학 분석을 위해 사용되는 샘플 채취 장치는 주로 소변, 혈액, 체액, 타액 등의 액상 상태의 다양한 바이오 샘플들과 그 혼합 샘플과 같은 바이오 샘플을 채취하는데 사용된다. 따라서, 채취하고자하는 샘플의 종류 및 샘플의 사용 목적에 따라 샘플 채취 장치의 재료 및 구조를 적절히 선택하여야 한다.

예를 들어, 질병 진단에 사용되는 샘플 채취 장치의 경우, 주로 일회용으로 사용되는 특성상 폴리머를 사용하여 제조되는 경우가 많다. 폴리머를 사용하는 경우, 사출 성형이 가능한 열가소성 폴리머 재료를 이용할 수 있으며, 이 밖에도 나무, 종이 등의 재료가 함께 사용될 수 있다.

또한, 폴리머를 직접 가공하거나 금형을 만들어 폴리머에 전사하는 방식으로 샘플 채취 장치를 제조할 수 있다. 이때, 샘플의 채취 및 토출을 위한 채널 구조를 형성해야 하는데, 간편하면서도 빠르고 손쉽게 정확한 양의 샘플을 채취 및 토출할 수 있도록 채널 구조를 설계해야 한다.

종래에는 바이오 샘플을 채취하기 위한 장치로서, 환자의 소변을 수집하기 위한 소변 수집 장치, 흡수 용품을 사용하는 유아 소변 채취 장치 등이 제안되었다.

그러나, 종래의 샘플 채취 장치들은 장치의 구성이 복잡하고, 정확한 부피로샘플을 채취 및 토출하는 것이 용이하지 않다는 문제점이 있다. 특히, 바이오 진단 칩의 경우, 센서의 정확성과 재현성을 확보하기 위해서는 진단에 사용되는 샘플의 양이 정확하게 제어되어야 하는데, 종래의 샘플 채취 장치는 정확한 부피의 샘플 채취 및 토출이 용이하지 않기 때문에, 센서 판독의 정확성 및 재현성을 확보하는데 어려움이 있다.

또한, 대부분의 장치가 미량의 샘플을 채취하기보다는 다량의 샘플을 채취하기 위한 구조를 갖기 때문에, 미량의 샘플이 주로 사용되는 질병 진단 분야에는 적절하지 못하다는 문제점이 있다.

또한, 셀룰로오스 물질, 스펀지 등과 같은 흡습재를 이용하여 샘플을 채취하는 경우, 샘플이 오버플로우될 가능성이 높고, 정확한 부피의 샘플을 채취 및 토출하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 정확한 부피의 샘플 을 채취 및 토출할 수 있는 샘플 채취 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 제안된 본 발명은 샘플 채취 장치에 있어서, 관 형태를 가지며, 일측 끝단의 샘플 주입구로부터 소정 거리 이격된 위치에 형성된 개구부를 포함하는 유체 채널; 상기 유체 채널의 타측 끝단에 결합되며, 상기 유체 채널에 인입되어 채취된 샘플의 토출을 조절하는 조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 일측 끝단의 주입구로부터 소정 거리 이격된 위치에 형성된 개구부를 포함하는 유체 채널을 포함하는 샘플 채취 장치를 제공할 수 있다. 따라서, 일정한 양의 샘플을 용이하게 채취할 수 있으며, 유체 채널의 타측 끝단에 연결된 조절부를 이용하여 채취된 샘플을 용이하게 토출시킬 수 있다.

특히, 샘플 채취 장치의 구조가 간단하여 저렴한 비용으로 일회용 장치로 제작이 가능하다. 따라서, 감염의 가능성이 높거나 불쾌감을 줄 수 있는 바이오 샘플을 안전하고 간편하게 채취 및 토출할 수 있다.

또한, 일정한 양의 샘플을 용이하게 채취할 수 있으므로, 테스트 스트립 칩, 유린 스트립, 단백질 칩, DNA 칩, 약물 전달 시스템, 미세 생물/화학 분석시스템, 미세 생화학 반응기를 포함한 다양한 랩온어칩 바이오소자에 응용될 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 채취 장치의 구조를 나타내는 도면
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 채취 장치를 이용한 샘플의 채취 및 토출 동작을 나타내는 도면
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 채취 장치를 이용한 센서 판독을 나타내는 도면

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 채취 장치의 구조를 나타내는 도면으로서, 도 1a는 정면도이고, 도 1b는 평면도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 채취 장치(100)는 유체 채널(110) 및 유체 채널(110)과 결합된 조절부(120)를 포함한다.

유체 채널(110)은 관 형태를 가지며 내부(112)에 채취된 유체가 저장된다. 본 도면에서는 유체 채널(110)이 원형의 단면을 갖는 관 형태를 갖는 경우에 대해 도시하고 있으나, 이는 일 실시예에 불과하며 다양한 형상의 단면을 갖는 관 형태로 제조될 수 있다.

유체 채널(110)의 일측 끝단에는 주입구(116)가 구비되며, 주입구(116)를 통해 샘플이 채취 및 토출된다. 주입구(116)는 경사진 단면을 갖는 것이 바람직하며, 이를 통해, 샘플을 용이하게 채취할 수 있다.

유체 채널(110)은 주입구(116)로부터 소정 거리 이격된 위치에 형성된 개구부(114)를 포함한다. 개구부는(114)는 유체 채널(110)의 표면 일부에 형성되어 샘플의 채취시 공기의 흐름을 돕는다. 본 도면에서는 하나의 타원형을 갖는 개구부(114)를 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 실시예일 뿐이며, 개구부(114)는 다양한 개수 및 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 개구부의 위치는 채취하고자하는 샘플의 부피를 고려하여 결정되는 것이 바람직하다.

조절부(120)는 유체 채널(110)의 타측 끝단에 결합되며, 유체 채널(110)에 인입되어 채취된 샘플의 토출을 조절한다. 즉, 조절부(120)는 유체 채널(110) 내에 인입되어 유체 채널(110)의 길이방향으로 이동되는 일종의 피스톤으로서 역할을 하며, 유체 채널(110) 내에 저장된 샘플을 모두 토출시키거나 일부만을 토출시키도록 이동이 조절될 수 있다. 물론, 조절부(120)를 이용하지 않고, 중력 등 다른 수단을 이용하여 샘플을 토출시키는 것 또한 가능하다.

여기서, 유체 채널(110) 및 조절부(120)는 폴리머로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어, COC(cyclo olefin copolymer), PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), COP(cyclo olefin polymer), LCP (liquid Crystalline Polymers), PDMS(polydimethylsiloxane), PA(polyamide), PE(polyethylene), PI(polyimide), PP(polypropylene), PPE(polyphenylene ether), PS(polystyrene), POM(polyoxymethylene), PEEK(polyetheretherketone), PES(polyethylenephthalate), PET(polyethylenephthalate), PTFE(polytetrafluoroethylene), PVC(polyvinylchloride), PVDF(polyvinylidene fluoride), PBT(polybutyleneterephthalate), FEP(fluorinated ethylenepropylene), PFA(perfluoralkoxyalkane) 및 에폭시(Epoxy)로 이루어진 군으로부터 선택된 단일 물질로 형성되거나, 이종 물질로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 원 플라스틱 기판은 사출성형(Injection Molding), 핫엠보싱(Hot Embossing), 캐스팅(Casting), 광성형(Stereolithography), 레이저 어블레이션(Laser Ablation), 쾌속조형(Rapid Prototyping), 실크스크린 뿐만 아니라, NC(Numerical Control) 머시닝과 같은 전통적인 기계가공법 또는 포토리소그래피(Photolithography)와 식각을 이용한 반도체가공법으로 제작될 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 채취 장치를 이용한 샘플의 채취 및 토출 동작을 나타내는 도면으로서, 도 2a는 일정한 양의 샘플이 채취된 상태를 나타내며, 도 2b는 샘플이 토출되는 상태를 나타낸다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 관 형태의 유체 채널(110)을 따라 표면 장력에 의해 샘플이 채취된다. 즉, 일반적으로 소수성의 특징을 갖는 플라스틱 소재 관의 물성과 사선의 절단면을 갖는 주입구(116) 형상에 의해, 샘플이 흐르지 않으면서 일정량으로 계량된다. 샘플 채취시, 개구부(114)에 의해 유체 채널(110) 내에 공기가 유출되므로 용이하게 샘플을 채취할 수 있다. 따라서, 샘플이 저장된 용기에 유체 채널(110)의 주입구(116)를 담그거나, 흐르는 샘플에 유체 채널(110)의 주입구(116)를 접촉시킴으로써, 용이하게 샘플을 채취할 수 있다.

여기서, 샘플 채취 장치에 의해 채취되는 샘플의 양(117)은 유체 채널(110)의 단면적 및 개구부(114)의 위치에 따라 결정된다. 샘플 채취시, 개구부(114)에 의해 공기의 흐름이 조절되는데, 채취된 샘플이 개구부(114)의 위치까지 저장되어 개구부(114)를 막게 되면 더 이상의 공기 흐름이 불가능하게 되며, 그에 따라, 샘플의 채취가 자동으로 중단된다. 따라서, 유체 채널(110)의 주입구(116)로부터 개구부(114)까지에 한해 샘플이 채취되며, 개구부(114)로부터 조절부(120) 까지의 유체 채널(110)에는 공기(118)가 잔류하게 된다. 즉, 유체 채널(110)의 주입구(116)로부터 개구부(114)까지에 해당되는 부피의 샘플이 매회 동일하게 채취된다. 채취되는 샘플의 부피는 1 내지 10,000 μL인 것이 바람직하며, 샘플 채취 장치의 구조 설계에 따라 다양하게 조절될 수 있다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 조절부(120)를 주입구(116) 방향(화살표 참조)으로 이동시킴으로써, 채취된 샘플이 토출된다. 이때, 매회 동일한 양의 샘플을 토출할 수 있다. 물론, 조절부(120)를 이용하지 않고 중력에 의해 샘플을 토출시키는 것 또한 가능하며, 조절부(120)의 이동 거리를 조절하여 샘플의 토출양을 조절하는 것 또한 가능하다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 일정한 양의 샘플을 용이하게 채취 및 토출할 수 있다. 따라서, 바이오 미세 전기기계 소자(Bio-MEMS) 분야에서 질병의 조기 진단 또는 화학 분석을 위한 센서 판독시 일정한 양의 샘플을 제공함으로써, 판독의 정밀성을 확보할 수 있다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 채취 장치를 이용한 센서 판독을 나타내는 도면이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 채취 장치(100) 및 진단용 센서 칩(200)을 준비하고, 샘플 채취 장치(100)의 주입구(116)를 진단용 센서 칩(200)의 주입구(210)에 근접시킨다.

여기서, 샘플 채취 장치(100)는 앞서 설명한 바와 같은 구조를 가지며, 샘플 채취 장치(100)를 이용하여 일정한 양의 샘플을 채취한다. 또한, 진단용 센서 칩(200)은 샘플이 주입되는 주입구(210) 및 주입된 샘플을 판독하는 판독부(220)를 포함한다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 샘플 채취 장치(100)의 조절부(120)를 주입구(116) 방향으로 밀어 채취된 샘플을 토출시켜 진단용 센서 칩(200)의 주입구에 주입한다.

도 3c에 도시된 바와 같이, 샘플 채취 장치(100)의 주입부(120)를 끝까지 밀어주어 채취된 샘플을 모두 토출시킨다. 이로써, 일정량의 샘플(117)이 진단용 센서 칩(200)의 주입구(210)로 주입되며, 판독부(220)에 판독 결과가 나타난다.

이와 같이, 일정량의 샘플의 채취 및 토출이 용이한 샘플 채취 장치를 이용함으로써, 센서 판독의 정확성 및 재현성을 확보할 수 있다.

본 발명이 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님에 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 알 수 있을 것이다.

100: 샘플 채취 장치 110: 유체 채널
112: 유체 채널 내부 114: 개구부
116: 주입구 117: 채취된 샘플
118: 공기 120: 조절부
200: 진단용 센서 칩 210: 주입구
220: 판독부

Claims

바이오 샘플이 포함된 액체 샘플을 채취하기 위한 샘플 채취 장치에 있어서,
관 형태를 가지며, 일측 끝단의 샘플 주입구로부터 소정 거리 이격된 위치에 형성된 개구부를 포함하는 유체 채널; 및
상기 유체 채널의 타측 끝단에 결합되며, 상기 유체 채널에 인입되어 채취된 샘플의 토출을 조절하는 조절부
를 포함하는 샘플 채취 장치.
제1항에 있어서,
상기 개구부는,
상기 유체 채널의 표면 일부에 형성되어 상기 샘플의 채취시 공기의 흐름을 돕는
샘플 채취 장치.
제1항에 있어서,
상기 샘플 채취 장치에 의해 채취되는 상기 샘플의 양은 상기 유체 채널의 단면적 및 상기 개구부의 위치에 따라 결정되는
샘플 채취 장치.
제1항에 있어서,
상기 주입구는 경사진 단면을 갖는
샘플 채취 장치.
제1항에 있어서,
상기 유체 채널의 상기 주입구로부터 상기 개구부까지에 한해 샘플이 채취되어 일정한 부피의 샘플을 채취하는
샘플 채취 장치.