KR102312256B1 - 조립 가능한 생체 시료 농축 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 생체 시료 농축 소자의 일단에 위치하며 시료가 이동하는 경로를 제공하는 제1 필터를 포함하는 제1 디스크, 상기 생체 시료 농축 소자의 타단에 위치하며, 제2 필터를 포함하는 제2 디스크 및 상기 제1 디스크에서 흡수된 상기 분석 대상 시료의 이동 경로 상에 위치하며, 분리하고자 하는 분리 대상 성분이 농축되는 농축 필터를 포함하는 농축 디스크를 포함하며, 상기 제1 디스크, 제2 디스크 및 상기 농축 디스크는 서로 탈착가능하도록 마련되어 농축된 대상물질을 쉽게 분리하는 조립 가능한 생체 시료 농축 소자가 개시된다.

Description

조립 가능한 생체 시료 농축 소자 {Assembly Biosample Concentration Device}
본 발명은 생체 시료 농축 소자에 관한 것으로, 특히 바이오마커로 이용되는 생체 시료 농축 소자에 관한 것이다.
현대 의학에서 예방의학(Preventive Medicine), 예측의학(Predictive Medicine), 맞춤의학(Personalized Medicine)의 3P를 구현하기 위해 질병의 조기발견 및 조기 치료 등이 매우 중요한 수단이 되고 있으며, 이를 위한 수단으로서 바이오마커(Biomarker)에 대한 연구가 매우 활발하게 이루어지고 있다.
바이오마커는 정상이나 병적인 상태를 구분할 수 있거나 치료반응을 예측할 수 있고 객관적으로 측정할 수 있는 표지자를 말한다. 바이오마커에는 핵산(DNA, RNA), 단백질, 지방질, 대사물질 등과 그 패턴의 변화 등이 이용되고 있다.
즉, 당뇨병의 진단을 위한 혈중 포도당 같은 간단한 물질부터 글리벡의 치료 타겟인 만성골수성백혈병의 BCR-ABL 유전자 융합 같은 유전자 등이 모두 바이오마커에 해당하며 임상에서 실제적으로 사용하는 바이오마커이다.
단백질 분석을 위한 기술 및 소자들은 나노 기술을 이용함으로써 소자의 제작이 어렵고 비교적 고가이어서 보급화 되기 어려운 문제점이 있다. 또한, 단백질 분석 장치에 고감도의 센서가 필요하거나 적은 양의 샘플로는 정확한 분석이 어렵다는 단점이 있으며, 농축된 대상물질을 분리하기 위한 기술이 필요하다.
본 발명은 조립 가능한 생체 시료 농축 소자로 생체 시료 농축 소자의 일단에 위치하며 시료가 이동하는 경로를 제공하는 제1 필터를 포함하는 제1 디스크, 상기 생체 시료 농축 소자의 타단에 위치하며, 제2 필터를 포함하는 제2 디스크 및 상기 제1 디스크에서 흡수된 상기 분석 대상 시료의 이동 경로 상에 위치하며, 분리하고자 하는 분리 대상 성분이 농축되는 농축 필터를 포함하는 농축 디스크를 포함하며, 상기 제1 디스크, 제2 디스크 및 상기 농축 디스크는 서로 탈착가능하도록 마련되어 농축된 대상물질을 쉽게 분리하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 가능한 생체 시료 농축 소자는, 상기 생체 시료 농축 소자의 일단에 위치하며 시료가 이동하는 경로를 제공하는 제1 필터를 포함하는 제1 디스크, 상기 생체 시료 농축 소자의 타단에 위치하며, 제2 필터를 포함하는 제2 디스크 및 상기 제1 디스크에서 흡수된 상기 분석 대상 시료의 이동 경로 상에 위치하며, 분리하고자 하는 분리 대상 성분이 농축되는 농축 필터를 포함하는 농축 디스크를 포함하며, 상기 제1 디스크, 제2 디스크 및 상기 농축 디스크는 서로 탈착가능하도록 마련된다.
여기서, 상기 생체 시료 농축 소자의 일단에 위치하며 시료가 투입되는 경로를 제공하는 제3 필터를 포함하는 위치하는 제3 디스크, 상기 생체 시료 농축 소자의 타단에 위치하며, 제4 필터를 포함하는 제4 디스크를 더 포함하며, 상기 농축 필터에는 상기 제3 디스크 및 상기 제4 디스크에 인가되는 전계에 의하여 분리하고자 하는 분리 대상 성분이 농축된다.
여기서, 상기 제1 디스크는 상기 제1 필터가 안착되며, 상기 농축 디스크와 결합하도록 마련된 제1 케이스를 더 포함하고, 상기 제2 디스크는 상기 제2 필터가 안착되며, 상기 농축 디스크와 결합되도록 마련된 제2 케이스를 더 포함한다.
여기서, 상기 제1 케이스와 상기 제2 케이스는 자성 물질을 포함한다.
여기서, 상기 제3 필터는, 제1 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제1 시트가 위치하며, 상기 제4 필터는, 제2 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제2 시트가 위치한다.
여기서, 상기 농축 필터는, 상기 농축 디스크 내에 롤 형태로 권취되어 위치한다.
여기서, 상기 농축 디스크는, 제1 농축 디스크 내지 제2 농축 디스크를 포함하며, 상기 제1 농축 디스크와 제2 농축 디스크는 상기 분석 대상 시료로부터 분리하려는 성분에 따라 이격되어 위치한다.
여기서, 상기 농축 필터는, 상기 농축 디스크 내에 다공질 필름 형상의 필터를 포함하여 위치한다.
여기서, 상기 농축 필터는, 상기 농축 디스크 내에 나선형의 아가로오스(agarose) 분자를 포함하는 구조의 겔을 포함하여 위치한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조립 가능한 생체 시료 농축 소자는, 상기 생체 시료 농축 소자의 일단에 위치하며 시료가 이동하는 경로를 제공하는 제1 필터를 포함하는 제1 디스크, 상기 생체 시료 농축 소자의 타단에 위치하며, 제2 필터를 포함하는 제2 디스크, 상기 생체 시료 농축 소자의 일단에 위치하며 시료가 투입되는 경로를 제공하는 제3 필터를 포함하는 위치하는 제3 디스크, 상기 생체 시료 농축 소자의 타단에 위치하며, 제4 필터를 포함하는 제4 디스크 및 상기 제1 디스크에서 흡수된 상기 분석 대상 시료의 이동 경로 상에 위치하며, 분리하고자 하는 분리 대상 성분이 농축되는 농축 필터를 포함하는 농축 디스크를 포함하며, 상기 제1 디스크, 제2 디스크 및 상기 농축 디스크는 서로 탈착가능하도록 마련되고, 상기 제3 필터 및 상기 제4 필터는 권취되거나 접혀서 기둥 형상을 갖는다.
여기서, 상기 농축 필터에는 상기 제3 디스크 및 상기 제4 디스크에 인가되는 전계에 의하여 분리하고자 하는 분리 대상 성분이 농축된다.
여기서, 상기 제3 필터는, 제1 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제1 시트가 위치하며, 상기 제4 필터는, 제2 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제2 시트가 위치하고, 상기 제1 시트 및 상기 제2 시트는 길이가 폭보다 길게 형성된 직사각형 형상이며, 상기 제1 시트 및 상기 제2 시트는 길이 방향으로 권취되어 용량을 증가시킨다.
여기서, 상기 제1 디스크는 상기 제1 필터가 안착되며, 상기 농축 디스크와 결합하도록 마련된 제1 케이스를 더 포함하고, 상기 제2 디스크는 상기 제2 필터가 안착되며, 상기 농축 디스크와 결합되도록 마련된 제2 케이스를 더 포함하며, 상기 제1 케이스와 상기 제2 케이스는 자성 물질을 포함한다.
여기서, 상기 농축 필터는, 상기 농축 디스크 내에 롤 형태로 권취되어 위치한다.
여기서, 상기 농축 디스크는, 제1 농축 디스크 내지 제2 농축 디스크를 포함하며, 상기 제1 농축 디스크와 제2 농축 디스크는 상기 분석 대상 시료로부터 분리하려는 성분에 따라 이격되어 위치한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 생체 시료 농축 소자의 일단에 위치하며 시료가 이동하는 경로를 제공하는 제1 필터를 포함하는 위치하는 제1 디스크, 상기 생체 시료 농축 소자의 타단에 위치하며, 제2 필터를 포함하는 제2 디스크 및 상기 제1 디스크에서 흡수된 상기 분석 대상 시료의 이동 경로 상에 위치하며, 분리하고자 하는 분리 대상 성분이 농축되는 농축 필터를 포함하는 농축 디스크를 포함하며, 상기 제1 디스크, 제2 디스크 및 상기 농축 디스크는 서로 탈착가능하도록 마련되어 농축된 대상물질을 쉽게 분리할 수 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 가능한 생체 시료 농축 소자를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 가능한 생체 시료 농축 소자의 농축 과정을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 가능한 생체 시료 농축 소자의 농축 디스크의 다양한 실시예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 가능한 생체 시료 농축 소자의 샘플 추출 과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 가능한 생체 시료 농축 소자의 효과를 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 조립 가능한 생체 시료 농축 소자의 형상을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 관련된 조립 가능한 생체 시료 농축 소자에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 “모듈” 및 “부”는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 조립 가능한 생체 시료 농축 소자에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 가능한 생체 시료 농축 소자를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 가능한 생체 시료 농축 소자(10)는 제1 디스크(410), 제2 디스크(420), 농축 디스크(300), 제3 디스크(100), 제4 디스크(200)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조립 가능한 생체 시료 농축 소자(10)는 특정 성분을 분리 및 농축하여 치료반응을 예측할 수 있고 객관적으로 측정할 수 있는 표지자에 이용된다.
도 1의 (a)는 제1 디스크(410), 제2 디스크(420), 농축 디스크(300), 제3 디스크(100), 제4 디스크(200)가 각각 분리된 형태를 도시한 것이다.
제1 디스크(410), 제2 디스크(420), 농축 디스크(300), 제3 디스크(100), 제4 디스크(200)는 각각 케이스와, 분석 대상 시료를 이동시키거나 농축시킬 수 있는 페이퍼(paper)를 포함한다. 각각의 케이스는 케이스부의 일측에 자성체를 부착하고, 이웃하는 케이스는, 자성체 또는 자성체에 반응하는 재질을 포함하여, 이웃하는 디스크 블록들이 서로 접합 또는 조립될 수 있도록 마련된다. 예를 들어, 각각의 케이스들은 마그네틱(magnetic)을 포함한 재질로 마련되어 서로 극성에 이해 조립될 수 있다.
조립은 농축 디스크를 중심으로 양측에 시료가 이동하는 경로를 제공하는 제1 필터를 포함하는 제1 디스크와 제2 필터를 포함하는 제2 디스크가 각각 조립되고, 제1 디스크의 일측에 시료가 투입되는 경로를 제공하는 제3 필터를 포함하는 위치하는 제3 디스크가 조립되고, 제2 디스크의 일측에 시료가 투입되는 경로를 제공하는 제3 필터를 포함하는 위치하는 제4 디스크가 조립되어 제3 디스크와 제4 디스크가 외측에 위치하게 된다. 또한, 이동 경로의 거리 조절에 따라 제5 디스크(430)를 더 조립할 수 있다.
도 1의 (a)에 나타난 바와 같이, 제1 디스크(410), 제2 디스크(420), 농축 디스크(300), 제3 디스크(100), 제4 디스크(200)는 하나의 블록으로 각각 마련되어 있다가, 도 1의 (b)에 나타난 바와 같이, 분석 대상 시료의 성분 추출 시 블록들을 조립하여 전계를 양측에 인가하게 된다.
구체적으로, 제3 디스크(100)는 제1 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제1 시트(120)가 제1 디스크 케이스(110) 내부에 위치한다.
여기서, 제3 디스크(100)는 생체 시료 농축 소자의 일단에 위치하며 시료가 투입되는 경로를 제공하는 제3 필터를 포함하고, 제3 필터에 제1 시트가 위치한다.
제4 디스크(200)는 제2 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제2 시트(220)가 제2 디스크 케이스(210) 내부에 위치한다.
여기서, 제4 디스크(200)는 생체 시료 농축 소자의 일단에 위치하며 시료가 투입되는 경로를 제공하는 제4 필터를 포함하고, 제4 필터에 제2 시트가 위치한다.
농축 디스크(300)는 상기 제1 디스크 및 상기 제2 디스크에 흡수된 분석 대상 시료의 이동 경로 상에 위치하며, 농축 필터(320)를 포함하여, 상기 제3 디스크 및 상기 제4 디스크에 전계를 인가하면, 상기 분석 대상 시료로부터 분리하려는 성분을 농축한다.
농축 디스크(300)는 상기 조립 디스크와 접합되는 케이스부(310)를 포함하며, 상기 농축 필터(320)는 상기 케이스부의 내부에 위치하되, 교체 가능하도록 마련된다.
또한, 농축 디스크는, 제1 농축 디스크 내지 제2 농축 디스크를 포함하며, 상기 제1 농축 디스크와 제2 농축 디스크는 상기 분석 대상 시료로부터 분리하려는 성분에 따라 이격되어 위치할 수도 있다.
농축 디스크(300)는 상기 케이스부의 일측에 자성체를 부착하고, 상기 조립 디스크는, 자성체 또는 자성체에 반응하는 재질을 포함하여, 상기 농축 디스크와 제1 디스크 및 제2 디스크가 접합된다.
제1 디스크(410) 및 제2 디스크(420)는 조립 디스크(400)의 역할로서, 상기 제3 디스크 및 제4 디스크 사이에서 상기 농축 디스크와의 거리를 조절하도록 적어도 하나 이상 조립된다. 제1 디스크와 제2 디스크의 기능에 따라, 조립 디스크로 혼용하여 설명한다.
예를 들어, 농축 디스크(300)가 제3 디스크와의 사이의 거리보다 제4 디스크로부터 더 멀리 떨어져서 위치하여야 할 경우, 제3 디스크 사이는 제1 디스크(410)를 조립하고, 제4 디스크 사이는 제2 디스크(420)와 제5 디스크(430)를 조립하여 간격을 조절할 수 있다.
상기 제1 디스크는 상기 제1 필터가 안착되며, 상기 농축 디스크와 결합하도록 마련된 제1 케이스를 더 포함하고, 상기 제2 디스크는 상기 제2 필터가 안착되며, 상기 농축 디스크와 결합되도록 마련된 제2 케이스를 포함한다.
또한, 상기 제1 케이스와 상기 제2 케이스는 자성 물질을 포함한다.
제1 필터와 제2 필터는 분석 대상 시료를 이동시킬 수 있는 이동 시트(412)를 포함하며, 제1 케이스(411) 내부에 위치한다.
도 1의 (c)는 제3 디스크, 제4 디스크, 농축 디스크 및 조립 디스크의 또 다른 블록 형태를 도시한 것으로, 디스크의 케이스(511)가 삽입부(513)와 돌출부(512)를 포함하고, 이웃하는 디스크의 케이스(521)의 돌출부(522)가 조립되도록 할 수 있다. 여기서, 분석 대상 시료를 이동시키거나 농축시킬 수 있는 페이퍼(paper)는 돌출부에 채워지는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 가능한 생체 시료 농축 소자의 농축 과정을 나타낸 도면이다.
도 2에 나타난 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 가능한 생체 시료 농축 소자는 농축 과정의 설명을 위해 제3 디스크(100), 제4 디스크(200), 농축 디스크(300), 조립 디스크(400)가 각각 조립된 형태를 하나의 소자의 모습으로 예로 들어 나타낸 것이다.
여기서, 제1 시트(101), 제2 시트(201), 농축 디스크의 농축 필터(301)는 다공성 매질로 구현될 수 있다. 매질은 종이(Paper), 셀룰로스, 나이트로셀룰로스, 폴리에테르설폰, 폴리비닐리딘, 플루오라이드, 나일론, 및 폴리테트라플루오로에틸렌 등을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다. 매질은 단독 또는 다른 물질과 조합하여 사용될 수 있다.
선택적 이온 투과층은 나피온(Nafion), 폴리스티렌 설포네이트(Polystyrene Sulfonate, PSS) 또는 폴리아릴아민 하이드로클로라이드(Polyallylamine Hydrochloride, PAH) 등의 고분자 전해질(Polyelectrolyte)로도 구현될 수 있으며, 선택적으로 이온 투과가 가능한 물질이라면 어떠한 물질로 구현될 수 있다.
제3 디스크(100), 제4 디스크(200)의 선택적 이온 투과층 각각에는 전극이 부착될 수 있다. 제1 선택적 이온 투과층에 연결된 제1 전극을 포함하고, 제2 선택적 이온 투과층에 연결된 제2 전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조립 가능한 생체 시료 농축 소자는 각각의 디스크 블록이 기둥 형상으로 마련되어, 조립하면 기둥 형상의 채널이 생성된다.
선택적 이온 투과층이 형성된 채널은 양성자(Proton)를 선택하여 투과시키는 일종의 나노 필터의 역할을 수행한다. 예를 들면, 선택적 이온 투과 물질이 나피온(Nafion)인 경우 나피온의 화학 구조 중 SO3- 로 인해서 H+ 이온이 호핑(Hopping) 및 이동 메커니즘(Vehicle Mechanism)에 의하여 선택적으로 빠르게 투과되도록 한다. 따라서, 나피온과 같은 선택적 이온 투과 물질을 통해서 채널의 특정 영역에는 분석하고자 하는 단백질 물질들을 매우 빠른 시간에 효율적으로 농축할 수 있게 된다.
또한, 제1 시트(101), 제2 시트(201), 농축 디스크의 농축 필터(301)는 미세 기공성 물질(예컨대, nafion 등)을 이용하여 ICP 현상을 발생시키도록 구현할 수 있다. 천연 물질 또는 인공 물질로 된 미세 기공성 투과 영역으로 구현될 수 있다. 여기서 미세 기공은 구현되는 설계에 따라 적합한 사이즈의 미세 기공이 사용될 수 있다. 두 개의 선택적 이온 투과층에 양의 전극, 음의 전극 또는 접지(Ground)를 연결하여 전위차가 발생함에 따라 이온 농도 분극(ICP, Ion Concentraion Polarization)에 의해 시료가 분리 및 농축되도록 할 수 있다. 선택적 이온 투과층에서 발생하는 디플리션 힘(Depletion Force)을 이용하여 대상물을 농축한다.
양단에 배치된 선택적 이온 투과층에 전원을 인가하여 전압차가 발생하면, 전압차에 따른 전계에 의해 유체 내에 존재하는 이온들이 각 이온의 전기적 성질과 반대인 전극 쪽으로 이끌리게 된다. 이와 같이 이온들이 전기적 성질에 따라 채널 내에서 움직이면서 점성력에 의해 유체 입자들을 같이 이끌고 가게된다. 전체적인 유체의 유동이 발생하게 되며, 이와 같은 유체의 이동현상을 전기삼투(Electro-Osmosis Flow, EOF)라고 하고, 이온의 움직임을 전기영동(electrophoresis, EP)이라 한다.
이러한 전기영동(Capillary Electrophoresis) 및 전기삼투(Electro-Osmosis)의 특성은 선택적 이온 투과 영역으로 구현된 채널 근처에서 그 특성이 달라져, 이온 농도 분극(Ion Concentration Polarization, ICP)이 발생한다.
따라서, 채널의 반응 영역에서 음극 쪽에는 이온 결핍(Depletion)이 발생하고, 양극 쪽에서는 이온 농축(Enrichment)이 발생하게 된다. 이때, 결핍된 낮은 이온농도와 그에 따른 높은 전계에 의해 결핍 영역(Depletion Zone)이 전하(Charge)를 띈 대상물에 대해 일종의 전기적 장벽(Electric Barrier)으로 작용을 하게 된다. 그 결과 대상물은 결핍 영역을 통과하지 못하고 그 앞에 농축된다. 대상물이 채널 내의 결핍 영역 앞에 매우 빠른 시간에 농축된다. 이온 농도 분극에 의한 결핍 영역의 크기는 시료의 이온 농도 분극이 진행됨에 따라 확장되므로, 대상물은 채널의 가운데 영역에 농축 영역을 형성한다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 가능한 생체 시료 농축 소자는 농축 영역만을 따로 쉽게 분리할 수 있으므로, 별도의 저장소가 필요하지 않으므로 시료 추출에 효과적이고, 시료가 다시 확산되는 것을 방지할 수 있다.
선택적 이온 투과층은 채널을 가로지르도록 생체 시료 농축 소자의 양단에 형성된다. 선택적 이온 투과층을 형성하는 선택적 이온 투과 물질은 특정한 이온과는 잘 결합하고 서로 끌어들이지만, 다른 이온과는 잘 결합하지 않고 끌어들이지 않는 특성을 가진 물질을 말한다. 선택적 이온 투과 물질은 예를 들어 나피온(nafion) 등이 될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 가능한 생체 시료 농축 소자의 농축 디스크의 다양한 실시예를 나타낸 도면이다.
농축 디스크(300)는 상기 제1 디스크 및 상기 제2 디스크에 흡수된 분석 대상 시료의 이동 경로 상에 위치하며, 농축 필터를 포함하여 상기 제3 디스크 및 상기 제4 디스크에 전계를 인가하면, 상기 분석 대상 시료로부터 분리하려는 성분을 농축한다.
농축 디스크(300)는 상기 조립 디스크와 접합되는 케이스부(310)를 포함하며,
상기 농축 필터(320)는 상기 케이스부의 내부에 위치하되, 교체 가능하도록 마련된다.
도 3의 (a)에 나타난 바와 같이, 제1 실시예에 따른 농축 필터(321)는 상기 농축 디스크(311) 내에 롤 형태로 권취되어 위치한다.
도 3의 (b)에 나타난 바와 같이, 제2 실시예에 따른 농축 필터(322)는 상기 농축 디스크(312) 내에 다공질 필름 형상의 필터를 포함하여 위치한다.
도 3의 (c)에 나타난 바와 같이, 제3 실시예에 따른 농축 필터(322)는 상기 농축 디스크(313) 내에 나선형의 아가로오스(agarose) 분자를 포함하는 구조의 겔을 포함하여 위치한다.
이외에도, 추가적인 재료를 포함하여 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 가능한 생체 시료 농축 소자의 샘플 추출 과정을 나타낸 도면이다.
제3 디스크(100)의 제3 필터, 제4 디스크(200)의 제4 필터, 농축 디스크(300)의 농축 필터(301)는 미세 기공성 물질(예컨대, nafion 등)을 이용하여 ICP 현상을 발생시키도록 구현할 수 있다.
농축 단계에서는 양단에 배치된 선택적 이온 투과층에 전원을 인가하여 전압차가 발생하면, 전압차에 따른 전계에 의해 유체 내에 존재하는 이온들이 각 이온의 전기적 성질과 반대인 전극 쪽으로 이끌리게 된다. 이와 같이 이온들이 전기적 성질에 따라 채널 내에서 움직이면서 점성력에 의해 유체 입자들을 같이 이끌고 가게 된다. 이러한 전기영동(Capillary Electrophoresis) 및 전기삼투(Electro-Osmosis)의 특성은 선택적 이온 투과 영역으로 구현된 채널 근처에서 그 특성이 달라져, 이온 농도 분극(Ion Concentration Polarization, ICP)이 발생한다.
이온 농도 분극에 의한 결핍 영역의 크기는 시료의 이온 농도 분극이 진행됨에 따라 확장되므로, 대상물은 채널의 가운데 영역에 농축 영역을 형성한다.
농축 영역이 형성되면, 농축 디스크(300)만을 분리하게 된다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 가능한 생체 시료 농축 소자는 농축 영역만을 따로 쉽게 분리할 수 있으므로, 별도의 저장소가 필요하지 않으므로 시료 추출에 효과적이고, 시료가 다시 확산되는 것을 방지할 수 있다.
분리된 농축 디스크(300)는 샘플 추출에 별도로 이용되며, 튜브에 extraction buffer 20ul을 주입하고, 30초간 원심분리(centrifugation)를 수행하여, 농축된 시료를 추출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 가능한 생체 시료 농축 소자의 효과를 나타낸 도면이다.
도 5에 나타난 바와 같이, 농축된 디스크는 짧은 시간의 centrifugation을 통해서 쉽게 추출이 가능함을 확인할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 조립 가능한 생체 시료 농축 소자의 형상을 나타낸 도면이다.
제3 디스크와 제4 디스크에서, 제1 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제1 시트와 제2 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제2 시트는 각각 권취되거나 접혀서 기둥 형상을 갖는다.
구체적으로 도 6에서 상기 제1 시트 및 상기 제2 시트는 길이가 폭보다 길게 형성된 직사각형 형상이며, 상기 제1 시트 및 상기 제2 시트는 길이 방향으로 권취되어 용량을 증가시킨다.
도 6을 참조하면, 제1 실시예에 따른 제1 시트(121)와 제2 시트(220)는 원 기둥을 형성하며, 농축 필터(302)는 원 기둥이 절단된 단면과 동일한 형상이 되도록 마련되어, 이 경우 블록이 원기둥 형태로 마련되어 양측이 접합된다.
도 7을 참조하면, 제2 실시예에 따른 제1 시트(122)와 제2 시트(222)는 다각 기둥을 형성하며, 농축 필터(303)는 다각 기둥이 절단된 단면과 동일한 형상일 수 있다. 이에 따라, 농축 디스크와 제1 디스크, 제2 디스크는 다각형의 기둥으로 형성되어 조립될 수 있다.
도 8을 참조하면, 제3 실시예에 따른 제1 시트(123)와 제2 시트(223)는 지그재그로 접힌 상태이며, 농축 필터(303)은 지그재그로 접힌 측면이 수직으로 절단된 단면과 동일한 형상일 수 있다. 이에 따라, 농축 디스크와 제1 디스크, 제2 디스크는 다각형의 기둥으로 형성되어 조립될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구 범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 생체 시료 농축 소자에 있어서,
    상기 생체 시료 농축 소자의 일단에 위치하며 시료가 이동하는 경로를 제공하는 제1 필터를 포함하는 제1 디스크;
    상기 생체 시료 농축 소자의 타단에 위치하며, 제2 필터를 포함하는 제2 디스크; 및
    상기 제1 디스크에서 흡수된 분석 대상 시료의 이동 경로 상에 위치하며, 분리하고자 하는 분리 대상 성분이 농축되는 농축 필터를 포함하는 농축 디스크를 포함하며, 상기 제1 디스크, 제2 디스크 및 상기 농축 디스크는 서로 탈착가능하도록 마련되며,
    상기 생체 시료 농축 소자의 일단에 위치하며 시료가 투입되는 경로를 제공하는 제3 필터를 포함하는 제3 디스크;
    상기 생체 시료 농축 소자의 타단에 위치하며, 제4 필터를 포함하는 제4 디스크를 포함하며,
    상기 농축 필터에는 상기 제3 디스크 및 상기 제4 디스크에 인가되는 전계에 의하여 분리하고자 하는 분리 대상 성분이 농축되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 생체 시료 농축 소자.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 디스크는 상기 제1 필터가 안착되며, 상기 농축 디스크와 결합하도록 마련된 제1 케이스를 더 포함하고,
    상기 제2 디스크는 상기 제2 필터가 안착되며, 상기 농축 디스크와 결합되도록 마련된 제2 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 시료 농축 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 케이스와 상기 제2 케이스는 자성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 시료 농축 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3 필터는, 제1 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제1 시트가 위치하며, 상기 제4 필터는, 제2 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제2 시트가 위치하는 것을 특징으로 하는 생체 시료 농축 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 농축 필터는, 상기 농축 디스크 내에 롤 형태로 권취되어 위치하는 것을 특징으로 하는 생체 시료 농축 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 농축 디스크는, 제1 농축 디스크 내지 제2 농축 디스크를 포함하며,
    상기 제1 농축 디스크와 제2 농축 디스크는 상기 분석 대상 시료로부터 분리하려는 성분에 따라 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 생체 시료 농축 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 농축 필터는, 상기 농축 디스크 내에 다공질 필름 형상의 필터를 포함하여 위치하는 것을 특징으로 하는 생체 시료 농축 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 농축 필터는, 상기 농축 디스크 내에 나선형의 아가로오스(agarose) 분자를 포함하는 구조의 겔을 포함하여 위치하는 것을 특징으로 하는 생체 시료 농축 소자.
  10. 생체 시료 농축 소자에 있어서,
    상기 생체 시료 농축 소자의 일단에 위치하며 시료가 이동하는 경로를 제공하는 제1 필터를 포함하는 제1 디스크;
    상기 생체 시료 농축 소자의 타단에 위치하며, 제2 필터를 포함하는 제2 디스크;
    상기 생체 시료 농축 소자의 일단에 위치하며 시료가 투입되는 경로를 제공하는 제3 필터를 포함하는 제3 디스크;
    상기 생체 시료 농축 소자의 타단에 위치하며, 제4 필터를 포함하는 제4 디스크; 및
    상기 제1 디스크에서 흡수된 분석 대상 시료의 이동 경로 상에 위치하며, 분리하고자 하는 분리 대상 성분이 농축되는 농축 필터를 포함하는 농축 디스크를 포함하며, 상기 제1 디스크, 제2 디스크 및 상기 농축 디스크는 서로 탈착가능하도록 마련되고, 상기 제3 필터 및 상기 제4 필터는 권취되거나 접혀서 기둥 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 생체 시료 농축 소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 농축 필터에는 상기 제3 디스크 및 상기 제4 디스크에 인가되는 전계에 의하여 분리하고자 하는 분리 대상 성분이 농축되는 것을 특징으로 하는 생체 시료 농축 소자.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제3 필터는, 제1 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제1 시트가 위치하며, 상기 제4 필터는, 제2 선택적 이온 투과층이 일부 코팅된 제2 시트가 위치하고,
    상기 제1 시트 및 상기 제2 시트는 길이가 폭보다 길게 형성된 직사각형 형상이며, 상기 제1 시트 및 상기 제2 시트는 길이 방향으로 권취되어 용량을 증가시킨 것을 특징으로 하는 생체 시료 농축 소자.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 디스크는 상기 제1 필터가 안착되며, 상기 농축 디스크와 결합하도록 마련된 제1 케이스를 더 포함하고,
    상기 제2 디스크는 상기 제2 필터가 안착되며, 상기 농축 디스크와 결합되도록 마련된 제2 케이스를 더 포함하며,
    상기 제1 케이스와 상기 제2 케이스는 자성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 시료 농축 소자.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 농축 필터는, 상기 농축 디스크 내에 롤 형태로 권취되어 위치하는 것을 특징으로 하는 생체 시료 농축 소자.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 농축 디스크는, 제1 농축 디스크 내지 제2 농축 디스크를 포함하며,
    상기 제1 농축 디스크와 제2 농축 디스크는 상기 분석 대상 시료로부터 분리하려는 성분에 따라 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 생체 시료 농축 소자.
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