KR102504840B1 - A portable on-site whole blood pretreatment device and pretreatment method using the same - Google Patents

A portable on-site whole blood pretreatment device and pretreatment method using the same Download PDF

Info

Publication number
KR102504840B1
KR102504840B1 KR1020200091230A KR20200091230A KR102504840B1 KR 102504840 B1 KR102504840 B1 KR 102504840B1 KR 1020200091230 A KR1020200091230 A KR 1020200091230A KR 20200091230 A KR20200091230 A KR 20200091230A KR 102504840 B1 KR102504840 B1 KR 102504840B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
whole blood
group
substrate
hole
antibody
Prior art date
Application number
KR1020200091230A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20220012105A (en
Inventor
고성호
권도형
차동현
심소현
Original Assignee
차의과학대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 차의과학대학교 산학협력단 filed Critical 차의과학대학교 산학협력단
Priority to KR1020200091230A priority Critical patent/KR102504840B1/en
Publication of KR20220012105A publication Critical patent/KR20220012105A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102504840B1 publication Critical patent/KR102504840B1/en

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/15—Devices for taking samples of blood
    • A61B5/150007—Details
    • A61B5/150755—Blood sample preparation for further analysis, e.g. by separating blood components or by mixing
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/14546—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring analytes not otherwise provided for, e.g. ions, cytochromes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/15—Devices for taking samples of blood
    • A61B5/157—Devices characterised by integrated means for measuring characteristics of blood
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/34—Purifying; Cleaning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
    • G01N33/49—Blood
    • G01N33/491—Blood by separating the blood components
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
    • G01N33/49—Blood
    • G01N33/4915—Blood using flow cells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/5002—Partitioning blood components

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

본 발명은 현장 현시 검사에 적용하기 위한 휴대용 전혈 전처리 장치 및 이를 이용한 전처리 방법에 관한 것으로, 일 양상에 따른 전혈 전처리 장치는 고가의 거대한 장비와 전문가 도움 없이 소량의 전혈을 떨어뜨린 후 손가락으로 눌러 압력을 가하는 단순한 작동만으로도 전혈 내 혈구 세포 및 혈장단백질을 신속하게 분리/제거할 수 있어 순도 높은 혈청 샘플을 효과적으로 획득할 수 있는 바, 전혈 내 바이오마커 검출을 위한 바이오센서에 적용할 시 신호 측정 방해 물질들과 유체의 흐름을 방해하는 점성 물질들을 충분히 제거할 수 있으므로 혈액 내 타겟 바이오마커의 고선택도·고민감도 검출을 수행할 수 있다. The present invention relates to a portable whole blood preprocessing device and a preprocessing method using the same for application to a field test. Since it is possible to rapidly separate/remove blood cells and plasma proteins in whole blood with just a simple operation of adding , high-purity serum samples can be effectively obtained. Since it is possible to sufficiently remove viscous substances that hinder the flow of blood and fluid, high selectivity and high sensitivity detection of target biomarkers in blood can be performed.

Description

현장 사용을 위한 휴대용 전혈 전처리 장치 및 이를 이용한 전처리 방법 {A portable on-site whole blood pretreatment device and pretreatment method using the same}A portable on-site whole blood pretreatment device and pretreatment method using the same {A portable on-site whole blood pretreatment device and pretreatment method using the same}

본 발명은 현장 현시 검사에 적용하기 위한 휴대용 전혈 전처리 장치 및 이를 이용한 전처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a portable whole blood preprocessing device for application to a field test and a preprocessing method using the same.

혈액이나 타액과 같은 생체시료는 혈당뿐 아니라 심근경색, 간 기능, 종양 유무, 각종 감염 상태 등을 나타내는 다양한 바이오마커들을 포함하므로 건강 관련 수치를 제공하는 건강 검진의 핵심이라고 할 수 있다. 현장 현시 검사(Point of care testing; POCT) 시 바이오센서와 같은 휴대용 진단 도구를 이용하여 생체시료 내 바이오마커를 실시간으로 검출하고자 하는 검사 방법이 주목받고 있으며, 생체시료는 다양한 물질이 포함되어있는 생물학적 유체이기 때문에 전처리를 거치지 않는 경우 재현성 및 기기 작동의 안정성과 정확도를 떨어트릴 수 있으므로 현장에서 생체시료를 실시간으로 신속 간단하게 전처리할 수 있는 방법이 절실히 필요한 실정이다.Biological samples such as blood or saliva contain not only blood sugar but also various biomarkers indicating myocardial infarction, liver function, tumor presence, and various infections, so they are the core of health examinations that provide health-related values. In point of care testing (POCT), a test method that uses a portable diagnostic tool such as a biosensor to detect biomarkers in real time in a biological sample is attracting attention. Because it is a fluid, if it does not undergo pretreatment, reproducibility and stability and accuracy of device operation may be reduced. Therefore, there is an urgent need for a method for quickly and simply preprocessing a biological sample in real time in the field.

혈액은 적혈구와 백혈구, 혈소판과 같은 혈구 세포 (blood cells)와 혈장 (plasma) 성분으로 분류된다. 혈장에는 알부민 (albumin), 피브리노젠 (fibrinogen), 면역글로불린 (immunoglobulin) 등 6종 이상의 혈장단백질들이 있지만 임상적으로 중요한 의미를 갖는 주요 단백질은 1% 미만의 극미량만이 존재한다. 심지어 감염성 질환을 검사하기 위해 찾아내야 하는 감염균의 단백질이나 DNA, RNA 등의 유전물질은 ppm, 혹은 ppb 이하로 존재하는 경우가 일반적이기 때문에 분석대상이 되는 극미량의 특정 물질을 특이적으로 정확하게 검출하는 것이 매우 중요하다.Blood is classified into blood cells such as red blood cells, white blood cells, and platelets, and plasma components. There are more than six types of plasma proteins such as albumin, fibrinogen, and immunoglobulin in plasma, but only a very small amount of less than 1% of the major proteins having clinical significance exist. Even genetic materials such as proteins, DNA, RNA, etc. of infectious bacteria that must be found to test for infectious diseases are generally present at ppm or ppb or less, so it is possible to specifically and accurately detect a very small amount of a specific substance to be analyzed. It is very important.

따라서 전혈 (whole blood)로부터 혈구세포나 혈장단백질을 분리하지 않고 바이오마커 검출용 진단 바이오센서에 적용할 시, 전혈 내 신호 방해 물질들이 센서의 신호 감지 부분에 전극 오염막 (electrode fouling)을 형성하여 검출 신호의 민감도를 저해하거나 칩 전극, 미세 입자 표면, 항체 등에 비특이적으로 결합 (non-specific binding)될 수 있으므로 고감도로 검출하기 어렵다.Therefore, when applied to a diagnostic biosensor for biomarker detection without isolating blood cells or plasma proteins from whole blood, the signal disrupting substances in the whole blood form an electrode fouling on the signal sensing part of the sensor, It is difficult to detect with high sensitivity because it can inhibit the sensitivity of the detection signal or non-specifically bind to chip electrodes, microparticle surfaces, antibodies, etc.

기존의 혈액 전처리를 위해서는 일반적으로 원심분리기를 이용하여 혈구를 가라앉힌 후 상층액의 혈장 (plasma)을 얻는 방법이 사용된다. 그러나 이는 고가의 거대한 분석 장비와 숙련된 기술이 필요하기 때문에 전문가에 의해서만 수행이 가능하며, 전압으로 공급되는 전원을 사용하는 경우가 많으므로 휴대가 곤란할 뿐 아니라 다량의 샘플이 소모된다. For conventional blood pretreatment, a method of obtaining plasma in a supernatant after centrifugation of blood cells is generally used. However, this can only be performed by experts because it requires expensive and huge analysis equipment and skilled techniques, and since it often uses power supplied by voltage, it is difficult to carry and consumes a large amount of samples.

뿐만 아니라 혈구세포까지 전처리 후 혈장 수준에서의 시료를 사용하는 경우가 많은데, 이는 검출하고자 하는 마커 외의 다른 혈장단백질들이 정확한 분석을 저해할 뿐 아니라 시료의 점도를 높여 미세 채널 내 시료의 이동을 어렵게 한다는 문제점이 있기 때문에 이러한 혈장단백질을 제거한 혈청 (serum) 샘플을 사용해야 한다. 그러나 혈청을 얻기 위해서는 추가적인 처리를 통해 알부민과 피브리노젠 같은 혈장단백질을 제거하는 복잡하고 어려운 과정들을 거쳐야 한다는 어려움이 있다. In addition, in many cases, samples at the plasma level are used after pretreatment with blood cells, which means that plasma proteins other than the markers to be detected not only interfere with accurate analysis, but also increase the viscosity of the sample, making it difficult to move the sample in the microchannel. Because of this problem, serum samples from which these plasma proteins have been removed must be used. However, in order to obtain serum, there is a difficulty in that a complex and difficult process of removing plasma proteins such as albumin and fibrinogen through additional treatment is required.

이러한 요구에 따라 여러 연구에서 바이오칩 상에서의 전혈로부터 혈장을 획득하기 위해 다양한 중력, 원심력, 전자기력, 광파워, 음파력 등의 다양한 구동력을 이용한 개발 연구들이 진행되어 왔다. 그러나, 회전 속도 및 원심력과 같은 복잡한 물리적 작동 방식이 필요하므로 구동이 어려우며 이에 따른 휴대의 어려움 및 비용이 높게 책정된다는 단점이 있다. 또한 소량의 시료 혈액 사용, 높은 혈구 제거 효율, 간편한 동작, 비희석, 신속성, 재현성, 저가 일회용 사용, 범용성 등을 전반적으로 만족시키기에 기능적으로 한계가 있다.In accordance with this demand, development studies using various driving forces such as gravity, centrifugal force, electromagnetic force, optical power, and sonic wave power have been conducted in order to obtain plasma from whole blood on a biochip. However, since it requires complex physical operation methods such as rotational speed and centrifugal force, it is difficult to drive and has a disadvantage in that it is difficult to carry and expensive. In addition, there are functional limitations in generally satisfying the use of a small amount of sample blood, high blood cell removal efficiency, simple operation, non-dilution, rapidity, reproducibility, low-cost disposable use, and versatility.

현장 현시 검사의 경우 적은 양의 샘플로도 손쉽고 빠르게 전처리 공정을 진행해야 하며, 저렴하게 수행되어야 하는 시장성의 요구도 충족되어야 한다. 바이오센서 분야에서도 높은 효율의 전혈 분리 기술이 다양하게 연구되고 있으나 (한국공개특허 10-2015-0022701), 더욱 쉽고 간단하게 구동할 수 있을 뿐 아니라 비용이 저렴한 전처리 시스템을 구축할 필요가 있다.In the case of on-site inspection, the pretreatment process must be carried out easily and quickly even with a small amount of sample, and marketability needs to be performed at low cost must also be met. In the field of biosensors, various high-efficiency whole blood separation technologies have been studied (Korean Patent Publication No. 10-2015-0022701), but it is necessary to construct a pretreatment system that can be operated more easily and simply and at a lower cost.

일 양상은 제1 홀을 포함하는 제1 기판; 상기 제1 홀 내부에 위치하고 혈장 단백질에 특이적으로 결합하는 항체가 코팅된 적어도 하나의 멤브레인; 상기 제1 홀 하부에 위치하고 제2 홀을 포함하는 제2 기판; 및 상기 제1홀 상부를 밀폐하는 실링 커버;를 포함하는 전혈 전처리 장치를 제공하는 것이다.One aspect is a first substrate including a first hole; at least one membrane located inside the first hole and coated with an antibody specifically binding to plasma proteins; a second substrate positioned under the first hole and including a second hole; and a sealing cover for sealing an upper portion of the first hole.

다른 양상은 상기 전혈 전처리 장치에 전혈 시료를 로딩하는 단계; 및 로딩 후 60 초 이상 경과 후 상기 실링 커버를 가압하는 단계;를 포함하는 전혈 전처리 방법을 제공하는 것이다.Another aspect includes loading a whole blood sample into the whole blood preprocessing device; and pressing the sealing cover after 60 seconds or more after loading.

일 양상은 제1 홀을 포함하는 제1 기판; 상기 제1 홀 내부에 위치하고 적어도 하나의 항체가 코팅된 적어도 하나의 멤브레인; 상기 제1 홀 하부에 위치하고 제2 홀을 포함하는 제2 기판; 및 상기 제1홀 상부를 밀폐하는 실링 커버;를 포함하는 전혈 전처리 장치를 제공하는 것이다.One aspect is a first substrate including a first hole; at least one membrane positioned inside the first hole and coated with at least one antibody; a second substrate positioned under the first hole and including a second hole; and a sealing cover for sealing an upper portion of the first hole.

도 1은 일 실시예에 따른 전혈 전처리 장치를 분리하여 도시한 사시도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 전혈 전처리 장치를 도 1에 도시된 X-X'절취선을 따라 도시한 단면도이다. 1 is a perspective view illustrating an apparatus for preprocessing whole blood in a detached manner according to an embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the apparatus for preprocessing whole blood according to an embodiment taken along the line XX′ shown in FIG. 1 .

도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 전혈 전처리 장치(100)는 실링 커버 (110), 제1 기판 (120), 멤브레인 (130), 제2 기판 (140)을 포함하며, 일 구체예에 있어서, 상기 장치는 상기 제2 기판 (140)을 지지하는 베이스 플레이트 (150)을 더 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2 , the whole blood preprocessing apparatus 100 according to an embodiment includes a sealing cover 110, a first substrate 120, a membrane 130, and a second substrate 140, In a specific embodiment, the device may further include a base plate 150 supporting the second substrate 140 .

상기 제1 기판 (120)에는 시료가 주입되는 영역으로서 상기 제1 기판 (120)을 관통하는 제1 홀 (120a)이 형성될 수 있다. A first hole 120a penetrating the first substrate 120 as a region into which a sample is injected may be formed in the first substrate 120 .

상기 실링 커버 (110)는 상기 제1 홀 (120a)로 시료를 주입한 후 밀봉하여 압력을 가하기 위한 수단으로, 상기 제1홀 (120a)을 커버하도록 상기 제1 기판 (120)의 상부 표면에 부착될 수 있다. 상기 실링 커버(110)는 공기가 새어나가지 않도록 상기 제1 홀 (120a)을 완전히 밀폐한 상태에서 하방으로 압압되어 주입된 시료가 상기 멤브레인 (130)을 통과하도록 시료를 이동시키는 것일 수 있다.The sealing cover 110 is a means for sealing and applying pressure after injecting a sample into the first hole 120a, on the upper surface of the first substrate 120 to cover the first hole 120a. can be attached The sealing cover 110 may move the sample so that the injected sample passes through the membrane 130 by being pressed downward while completely sealing the first hole 120a so as not to leak air.

상기 제1 홀 (120a) 내부에는 혈구 세포를 걸러내고 혈장만을 통과시키기 위한 적어도 하나의 멤브레인 (130)이 위치할 수 있다. 상기 멤브레인 (130)은 전혈로부터 혈구 세포를 분리하기 위해 당해 기술분야에서 통상적으로 사용되는 멤브레인일 수 있다. 일 구체예에 있어서, 상기 멤브레인 (130)의 두께는 0.1 mm 내지 1.0 mm, 예를 들어, 0.2 mm 내지 0.8 mm, 0.2 mm 내지 0.7 mm, 0.3 mm 내지 0.8 mm, 0.3 mm 내지 0.7 mm, 0.4 mm 내지 0.8 mm, 또는 0.4 mm 내지 0.7 mm일 수 있다. 구체적으로, 0.4 mm 내지 0.7 mm일 수 있으며, 상기 멤브레인 (130)의 두께가 0.4 mm 미만일 경우 멤브레인 (130)을 통과한 혈청 내에 혈구 세포가 다량 포함될 수 있으며, 0.7 mm를 초과할 경우 혈청 추출량이 감소될 수 있다. At least one membrane 130 may be positioned inside the first hole 120a to filter blood cells and pass only blood plasma. The membrane 130 may be a membrane commonly used in the art for separating blood cells from whole blood. In one embodiment, the thickness of the membrane 130 is 0.1 mm to 1.0 mm, for example, 0.2 mm to 0.8 mm, 0.2 mm to 0.7 mm, 0.3 mm to 0.8 mm, 0.3 mm to 0.7 mm, 0.4 mm to 0.8 mm, or 0.4 mm to 0.7 mm. Specifically, it may be 0.4 mm to 0.7 mm, and when the thickness of the membrane 130 is less than 0.4 mm, a large amount of blood cells may be included in serum passing through the membrane 130, and when the thickness exceeds 0.7 mm, the amount of serum extracted can be reduced

상기 멤브레인 (130)은 상기 제1 홀 (120a) 내부에 단층 또는 다층 구조로 서로 이격되어 적층될 수 있다. 일 구체예에 있어서, 상기 적어도 하나의 멤브레인 (130)은 제1 멤브레인; 및 상기 제1 멤브레인과 이격되어 적층되는 제2 멤브레인을 포함할 수 있다. 상기 멤브레인 (130)의 적층 개수가 3 장 이상일 경우, 혈장이 제대로 추출되지 않을 수 있고, 1장 이하일 경우 전처리된 혈청 내에 혈구 세포가 다량 포함될 수 있다. 상기 멤브레인 (130)의 적층 개수는 멤브레인 (130)의 종류와 두께, 제1 홀 (120a)의 크기, 시료 주입 양 등을 고려하여 변경되는 것일 수 있다. The membranes 130 may be spaced apart from each other and stacked in a single-layer or multi-layer structure inside the first hole 120a. In one embodiment, the at least one membrane 130 is a first membrane; and a second membrane spaced apart from the first membrane and stacked. If the number of layers of the membrane 130 is three or more, plasma may not be properly extracted, and if it is one or less, a large amount of blood cells may be included in the pretreated serum. The number of layers of the membrane 130 may be changed in consideration of the type and thickness of the membrane 130, the size of the first hole 120a, the amount of sample injection, and the like.

상기 “제2 기판 (140)”에는 상기 멤브레인 (130)을 통과한 혈청이 유입되는 영역으로서 상기 제2 기판 (140)을 관통하는 제2 홀 (140a)이 상기 제1 홀 (120a) 하부에 위치하도록 형성될 수 있다. 일 구체예에 있어서, 상기 제2 기판 (140)은 상기 제2 홀과 이격된 제3 홀; 및 상기 제2 홀(140a)과 제3 홀(140b)을 연결하는 마이크로 유체 채널(140c)을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 홀로 유입된 혈청은 상기 마이크로 유체 채널로 충진되어 상기 제 3홀에서 유출되는 것일 수 있다.The “second substrate 140” has a second hole 140a penetrating the second substrate 140 as an area into which blood serum passed through the membrane 130 is introduced, and is located below the first hole 120a. It can be formed to position. In one embodiment, the second substrate 140 includes a third hole spaced apart from the second hole; and a microfluidic channel 140c connecting the second hole 140a and the third hole 140b. Serum introduced into the second hole may be filled in the microfluidic channel and discharged through the third hole.

상기 베이스 플레이트 (150)는 상기 제2 기판 (140)의 하부에서 상기 제2 홀 (140a), 상기 제3 홀 (140b), 상기 마이크로 유체 채널 (140c)의 개구부를 밀폐하도록 상기 제2 기판 (140)을 지지할 수 있으며, 예를 들어, 슬라이드 글라스일 수 있다. 구체적으로, 슬라이드 글라스 상에 상기 제2 기판 (140)이 산소 플라즈마 본딩에 의해 부착되는 것일 수 있다. The base plate 150 seals the openings of the second hole 140a, the third hole 140b, and the microfluidic channel 140c at the bottom of the second substrate 140 ( 140) may be supported, and may be, for example, a slide glass. Specifically, the second substrate 140 may be attached to the slide glass by oxygen plasma bonding.

도 3은 항체/실리카 자성 입자 복합체의 구조를 나타낸 모식도이다. 도 4는 항체가 코팅된 멤브레인에서의 항원 결합을 설명하는 모식도이다. 도 5는 항체/실리카 자성 입자 복합체가 코팅된 멤브레인에서의 항원 결합을 설명하는 모식도이다.3 is a schematic diagram showing the structure of an antibody/silica magnetic particle complex. 4 is a schematic diagram illustrating antigen binding on an antibody-coated membrane. 5 is a schematic diagram illustrating antigen binding on a membrane coated with an antibody/silica magnetic particle complex.

도 4를 참조하면, 상기 멤브레인 (130)은 혈장 단백질에 특이적으로 결합하는 항체(160c)가 코팅된 것일 수 있다. 일 구체예에 있어서, 상기 혈장 단백질은 알부민 (albumin), 피브리노젠 (fibrinogen), 면역글로불린 (immunoglobulin; IgG, IgM, IgA, IgD, IgE 등), 저밀도 리포프로테인 (low-density lipoprotein; LDL), 및 고밀도 리포프로테인(high-density lipoprotein; HDL)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 바이오센서를 이용한 질병 바이오마커의 고민감도 검출을 위해서는 혈청 수준의 혈액 샘플을 이용해야 하며, 전혈로부터 최종적으로 순도 높은 혈청을 획득하기 위해서는 알부민 (albumin) 및 피브리노젠 (fibrinogen)이 필수적으로 제거되어야 한다. 알부민은 분자량이 65-70 kDa으로 혈장 단백질 중 50~60%를 차지하며 혈장 내에 35~45 ㎎/㎖이 존재하고, 혈장삼투압의 80%를 차지하며 비특이적 결합 능력이 강하다. 혈액 내 알부민은 혈액의 점성을 높이기 때문에 바이오센서 내에 주입되는 혈액 샘플의 유동성을 증가시키기 위해서는 알부민을 제거해야 한다. 또한 혈액 응고의 중심적 역할을 하는 피브리노젠을 제거하면 혈액의 응고를 막을 뿐 아니라 샘플의 점성을 감소시킬 수 있다. 피브리노젠은 340kDa 정도의 분자량을 가지고 있으며 혈장 내에는 2~3㎎/㎖ 정도로 함유되어 있다. 일 구체예에 있어서, 상기 항체(160c)는 알부민-특이적 항체(anti-albumin) 및 피브리노젠-특이적 항체(anti-fibrinogen), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4 , the membrane 130 may be coated with an antibody 160c that specifically binds to plasma proteins. In one embodiment, the plasma protein is albumin, fibrinogen, immunoglobulin (IgG, IgM, IgA, IgD, IgE, etc.), low-density lipoprotein (LDL) , And high-density lipoprotein (high-density lipoprotein; HDL) may be one or more selected from the group consisting of. For high-sensitivity detection of disease biomarkers using biosensors, serum-level blood samples must be used, and albumin and fibrinogen must be removed in order to finally obtain high-purity serum from whole blood. do. Albumin has a molecular weight of 65-70 kDa, accounts for 50-60% of plasma proteins, is present in plasma at 35-45 mg/ml, accounts for 80% of plasma osmotic pressure, and has strong non-specific binding ability. Since albumin in the blood increases blood viscosity, albumin must be removed to increase fluidity of the blood sample injected into the biosensor. In addition, removing fibrinogen, which plays a central role in blood coagulation, can prevent blood coagulation and reduce the viscosity of the sample. Fibrinogen has a molecular weight of about 340 kDa and is contained in plasma at about 2 to 3 mg/ml. In one embodiment, the antibody 160c may include an albumin-specific antibody (anti-albumin) and a fibrinogen-specific antibody (anti-fibrinogen), or a combination thereof.

도 3 및 5를 참조하면, 상기 항체 (160c)는 부피 당 표면적 극대화로 항원 (160d) 포획 기능이 향상되도록 실리카 자성 입자 (160a)에 고정화되어 항체/실리카 자성 입자 복합체(antibody/silica magnetic beads complex; antibody/SiMBs complex)(160)를 형성하고, 상기 멤브레인 (130)은 상기 항체/실리카 자성 입자 복합체(160)로 코팅된 것일 수 있다. 예를 들어, 알부민-특이적 항체/실리카 자성 입자 복합체(anti-albumin/SiMBs complex) 및 피브리노젠-특이적 항체/실리카 자성 입자 복합체(anti- fibrinogen/SiMBs complex)가 멤브레인 (130)에 코팅된 것일 수 있다. 실리카 자성 입자 (160a)의 부피 당 표면적이 넓은 특성을 이용하여 다량의 알부민-특이적 항체 및 피브리노젠-특이적 항체와 결합함으로써 혈액 내 알부민 및 피브리노젠을 효과적으로 제거하는 것일 수 있다. 상기 실리카 자성입자는 자성 미세입자를 생체 안정적인 실리카가 감싸고 있는 형태로, 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛, 예를 들어, 0.1 ㎛ 내지 9 ㎛, 0.1 ㎛ 내지 8 ㎛, 0.1 ㎛ 내지 7 ㎛, 0.1 ㎛ 내지 6 ㎛, 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛, 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛, 0.5 ㎛ 내지 9 ㎛, 0.5 ㎛ 내지 8 ㎛, 0.5 ㎛ 내지 7 ㎛, 0.5 ㎛ 내지 6 ㎛, 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛, 1 ㎛ 내지 9 ㎛, 1㎛ 내지 8 ㎛, 1 ㎛ 내지 7 ㎛, 1 ㎛ 내지 6 ㎛, 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 직경을 갖는 것일 수 있다. 상기 자성 입자의 직경이 1 ㎛ 미만일 경우 입자들의 뭉침 현상이 심하게 나타나 항체의 결합도가 감소될 수 있고, 5 ㎛를 초과할 경우 표면-대-부피 비율이 감소하여 항체의 결합도가 감소될 수 있으며, 그에 따라 항체/실리카 자성 입자 복합체의 혈장 단백질 제거 능력이 감소될 수 있다. 3 and 5, the antibody 160c is immobilized on silica magnetic particles 160a to improve the antigen 160d capture function by maximizing the surface area per volume, and thus forming an antibody/silica magnetic beads complex. an antibody/SiMBs complex 160, and the membrane 130 may be coated with the antibody/silica magnetic particle complex 160. For example, an albumin-specific antibody/silica magnetic particle complex (anti-albumin/SiMBs complex) and a fibrinogen-specific antibody/silica magnetic particle complex (anti-fibrinogen/SiMBs complex) are coated on the membrane 130. may have been It may be to effectively remove albumin and fibrinogen in the blood by binding to a large amount of albumin-specific antibody and fibrinogen-specific antibody by using the large surface area per volume of the silica magnetic particles 160a. The silica magnetic particles are in the form of biostable silica surrounding the magnetic microparticles, and have a size of 0.1 μm to 10 μm, for example, 0.1 μm to 9 μm, 0.1 μm to 8 μm, 0.1 μm to 7 μm, and 0.1 μm to 6 μm. μm, 0.1 μm to 5 μm, 0.5 μm to 10 μm, 0.5 μm to 9 μm, 0.5 μm to 8 μm, 0.5 μm to 7 μm, 0.5 μm to 6 μm, 0.5 μm to 5 μm, 1 μm to 9 μm, It may have a diameter of 1 μm to 8 μm, 1 μm to 7 μm, 1 μm to 6 μm, or 1 μm to 5 μm. If the diameter of the magnetic particles is less than 1 μm, aggregation of the particles may be severe and the binding degree of the antibody may be reduced. Accordingly, the ability of the antibody/silica magnetic particle complex to remove plasma proteins may be reduced.

일 구체예에 있어서, 상기 항체/실리카 자성 입자 복합체 (160)는 상기 항체 (160c)가 결합된 영역 이외의 영역에서 비특이적 결합을 차단하기 위한 블로킹 층을 더 포함할 수 있으며, 예를 들어, BSA(Bovine serum albumin), 무지분유(non-fat dry milk), 카세인(casein) 등과 같은 단백질 블로커 (protein blocker)로 표면 처리된 것일 수 있으며, Tween 20, Triton X-100과 같은 비-이온성 계면활성제 블로커 (non-ionic detergent blocker)로 표면 처리된 것일 수 있다. In one embodiment, the antibody/silica magnetic particle complex 160 may further include a blocking layer for blocking non-specific binding in a region other than the region where the antibody 160c is bound, for example, BSA It may be surface treated with a protein blocker such as bovine serum albumin, non-fat dry milk, casein, etc., and a non-ionic interface such as Tween 20 or Triton X-100 It may be surface treated with a non-ionic detergent blocker.

다른 구체예에 있어서, 상기 항체/실리카 자성 입자 복합체(160)는 상기 항체(160c)를 상기 실리카 자성 입자(160a)의 표면에 고정화하기 위한 링커(160b)를 더 포함할 수 있다. 상기 링커(160b)는 실리카 결합 융합단백질(Silica binding protein - protein G; SBP-ProG), 비오틴, 아비딘, 스트렙트아비딘, 탄수화물, 폴리 L-리신, 수산화기, 티올기, 아민기, 알코올기, 카르복실기, 아미노기, 설퍼기, 알데히드기, 카르보닐기, 숙신이미드기, 말레이미드기, 에폭시기, 및 이소티오시아네이트기를 갖는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 상기 링커 (160b)는 항체 (160c)가 실리카 자성 입자 (160a)에 적절한 배향성을 갖도록 고정화하여 항원 검출 민감도를 향상시키는 것일 수 있다. In another embodiment, the antibody/silica magnetic particle complex 160 may further include a linker 160b for immobilizing the antibody 160c on the surface of the silica magnetic particle 160a. The linker 160b is a silica binding protein (SBP-ProG), biotin, avidin, streptavidin, carbohydrate, poly L-lysine, hydroxyl group, thiol group, amine group, alcohol group, carboxyl group , It may be any one selected from the group consisting of a compound having an amino group, a sulfur group, an aldehyde group, a carbonyl group, a succinimide group, a maleimide group, an epoxy group, and an isothiocyanate group. The linker 160b may improve antigen detection sensitivity by immobilizing the antibody 160c on the silica magnetic particles 160a in an appropriate orientation.

도 6은 일 실시예에 따른 전혈 전처리 장치의 실제 구동 과정을 나타낸 사진이다.6 is a photograph showing an actual driving process of the apparatus for preprocessing whole blood according to an embodiment.

도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 전혈 전처리 장치(100)는 상기 제1 기판 (120)에 형성된 상기 제1 홀 (120a)에 전혈 시료를 주입하고, 상기 실링 커버 (110)로 상기 제1 홀 (120a)의 상부 표면을 공기가 새어나가지 않도록 완전히 밀폐한 후 상기 실링 커버 (110)를 손가락으로 눌러 가압함으로써, 상기 전혈이 멤브레인 (130)을 통과하면서 전혈 내 혈구 세포 및 알부민과 피브리노겐이 제거되고, 상기 멤브레인 (130)을 통과한 혈청은 제2 홀 (140a)로 유입되어 마이크로 유체 채널 (140c)을 따라 충진됨으로써 제3 홀 (140b)에서 회수되는 것일 수 있다. Referring to FIG. 6 , the apparatus 100 for preprocessing whole blood according to an embodiment injects a whole blood sample into the first hole 120a formed in the first substrate 120, and covers the first hole 120a with the sealing cover 110. 1 The upper surface of the hole 120a is completely sealed so that air does not leak, and then the sealing cover 110 is pressed with a finger, so that the whole blood passes through the membrane 130 while the blood cells, albumin, and fibrinogen in the whole blood Serum removed and passed through the membrane 130 may be introduced into the second hole 140a and filled along the microfluidic channel 140c to be recovered in the third hole 140b.

상기 제1 기판 (120) 및 상기 제2 기판 (140)은 손가락으로 쉽게 압력을 가할 수 있는 탄성 재질일 수 있다. 일 구체예에 있어서, 상기 제1 기판 (120) 및 상기 제2 기판 (140)의 재질은 실리콘계 엘라스토머(silicone elastomer), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 사이클로올레핀 코폴리머(cycloolefin copolymer, COC), 폴리아미드(polyamide, PA)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 실리콘계 엘라스토머는 메틸 클로로실란 (methyl chlorosilane), 에틸 클로로실란 (ethyl chlorosilane), 페닐 클로로실란 (phenyl chlorosilane), 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다. The first substrate 120 and the second substrate 140 may be made of an elastic material that can be easily applied with a finger. In one embodiment, the material of the first substrate 120 and the second substrate 140 is a silicone elastomer, polymethylmethacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), It may include at least one selected from the group consisting of cycloolefin copolymer (COC) and polyamide (PA), and the silicone-based elastomer is methyl chlorosilane, ethyl chlorosilane , phenyl chlorosilane, and polydimethylsiloxane (PDMS).

일 구체예에 있어서, 상기 제1 기판 (120) 또는 상기 제2 기판 (140)은 실리콘계 엘라스토머 및 경화제가 5:1 내지 20:1 중량비로 혼합된 것일 수 있으며, 예를 들어, 5:1 내지 15:1. 10:1 내지 20:1, 10:1 내지 15:1일 수 있다. 상기 실리콘계 엘라스토머 및 경화제의 중량비가 15:1을 초과할 경우 탄력성이 지나치게 증가하여 혈장 추출량이 감소할 수 있으며, 10:1 미만일 경우 사용자가 가압 시 더 큰 힘이 요구되어 사용자의 편의성이 감소될 수 있다.In one embodiment, the first substrate 120 or the second substrate 140 may be a mixture of a silicone-based elastomer and a curing agent in a weight ratio of 5:1 to 20:1, for example, 5:1 to 20:1. 15:1. It may be 10:1 to 20:1, 10:1 to 15:1. If the weight ratio of the silicone-based elastomer and the curing agent exceeds 15:1, elasticity may increase excessively and the plasma extraction amount may decrease. there is.

일 구체예에 있어서, 상기 제2 기판 (140)은 상기 제1 기판 (120)보다 더 큰 것 경화도를 갖는 것일 수 있으며, 예를 들어, 상기 제1 기판 (120)은 실리콘계 엘라스토머 및 경화제가 10:1 중량비로 혼합된 것이고, 상기 제2 기판(140)은 실리콘계 엘라스토머 및 경화제가 15:1 중량비로 혼합된 것일 수 있으며, 그에 따라 더 적은 힘으로도 더 많은 양의 혈장을 효과적으로 추출 가능한 것일 수 있다.In one embodiment, the second substrate 140 may have a greater degree of curing than the first substrate 120, for example, the first substrate 120 is a silicone-based elastomer and a curing agent 10 : 1 weight ratio, and the second substrate 140 may be a mixture of a silicone-based elastomer and a curing agent in a weight ratio of 15: 1, and thus, a larger amount of blood plasma may be effectively extracted with less force. there is.

다른 양상은 상기 전혈 전처리 장치에 전혈 시료를 로딩하는 단계; 및 로딩 후 60 초 이상 경과 후 상기 실링 커버를 가압하는 단계;를 포함하는 전혈 전처리 방법을 제공한다. 상기 방법에 있어서, 상기 전혈 전처리 장치에 대해서는 상술한 바와 같다. 로딩 직후 바로 압력을 가할 경우 충분한 양의 혈장을 얻지 못하거나 혈구 세포가 멤브레인 (130)을 빠져나올 수 있으며, 60 초 이상부터는 대기 시간 증가에 따른 혈청 추출량에 큰 차이가 없는 것일 수 있다. Another aspect includes loading a whole blood sample into the whole blood preprocessing device; and pressing the sealing cover after at least 60 seconds have elapsed after loading. In the method, the whole blood preprocessing device is as described above. If pressure is applied immediately after loading, a sufficient amount of plasma may not be obtained or blood cells may escape the membrane 130, and from 60 seconds or more, there may be no significant difference in the amount of serum extracted according to the increase in waiting time.

일 양상에 따른 전혈 전처리 장치는 소량의 혈액 샘플만으로도 사용이 가능하며 혈구 제거 효율이 높고, 간단한 구동 방식으로 작동되며, 저가의 일회용 디바이스로 활용될 수 있어 현장 현시 검사에 적용하기 적합하기 때문에 바이오센서의 현장 측정 가능성을 높여 신속하고 간단하게 질병 진단 검사를 수행할 수 있다. The whole blood preprocessing device according to one aspect can be used with only a small amount of blood sample, has high blood cell removal efficiency, operates in a simple driving method, and can be used as a low-cost disposable device, so it is suitable for application to on-site inspection, so biosensor By increasing the possibility of in-situ measurement, disease diagnosis tests can be performed quickly and simply.

도 1은 일 실시예에 따른 전혈 전처리 장치를 분리하여 도시한 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전혈 전처리 장치를 도 1에 도시된 X-X'절취선을 따라 도시한 단면도이다.
도 3은 항체/실리카 자성 입자 복합체의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 4는 항체가 코팅된 멤브레인에서의 항원 결합을 설명하는 모식도이다.
도 5는 항체/실리카 자성 입자 복합체가 코팅된 멤브레인에서의 항원 결합을 설명하는 모식도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전혈 전처리 장치의 실제 구동 과정을 나타낸 사진이다.
도 7은 멤브레인의 종류에 따른 혈장 추출량을 비교한 데이터이다.
도 8은 멤브레인의 적층 개수에 따른 혈장 추출량을 비교한 데이터이다.
도 9은 제1 기판 및 제2 기판의 PDMS 경화도에 따른 혈장 추출량을 비교한 데이터이다.
도 10은 전혈 전처리 장치에 전혈을 로딩한 후 압력을 가할 때까지의 대기시간에 따른 혈장 추출량을 비교한 데이터이다.
도 11은 알부민-특이적 항체 및 피브리노젠-특이적 항체가 흡착된 멤브레인을 사용하였을 때 추출된 혈청 내 알부민 및 피브리노젠의 양을 비교한 SDS-PAGE 데이터 및 추출된 혈청의 양을 비교 측정한 데이터이다.
도 12는 알부민-특이적 항체 및 피브리노젠-특이적 항체가 결합된 실리카 자성 입자 복합체가 흡착된 멤브레인을 사용하였을 때 추출된 혈청 내 알부민 및 피브리노젠의 양을 비교한 SDS-PAGE 데이터 및 추출된 혈청의 양을 비교 측정한 데이터이다.1 is a perspective view illustrating an apparatus for preprocessing whole blood in a detached manner according to an embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the apparatus for preprocessing whole blood according to an embodiment taken along the line XX′ shown in FIG. 1 .
3 is a schematic diagram showing the structure of an antibody/silica magnetic particle complex.
4 is a schematic diagram illustrating antigen binding on an antibody-coated membrane.
5 is a schematic diagram illustrating antigen binding on a membrane coated with an antibody/silica magnetic particle complex.
6 is a photograph showing an actual driving process of the apparatus for preprocessing whole blood according to an embodiment.
7 is data comparing the amount of plasma extraction according to the type of membrane.
8 is data comparing the amount of plasma extraction according to the number of stacked membranes.
9 is data comparing the amount of plasma extraction according to the curing degree of PDMS of the first substrate and the second substrate.
10 is data comparing the amount of plasma extraction according to the waiting time until pressure is applied after loading the whole blood into the whole blood pretreatment device.
11 is SDS-PAGE data comparing the amounts of albumin and fibrinogen in the extracted serum and the amount of the extracted serum when an albumin-specific antibody and a fibrinogen-specific antibody were adsorbed using a membrane. This is the measured data.
12 is SDS-PAGE data comparing the amounts of albumin and fibrinogen in serum extracted when using a membrane adsorbed with a silica magnetic particle complex to which an albumin-specific antibody and a fibrinogen-specific antibody are bound, and It is data obtained by comparing and measuring the amount of extracted serum.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, these examples are intended to illustrate the present invention by way of example, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예 1. 전혈 전처리 장치의 제작Example 1. Fabrication of whole blood pretreatment device

전처리된 샘플이 흘러 들어가는 제2 홀 (140a)과 이를 채취할 수 있는 제3 홀 (140b), 이 둘을 연결하는 마이크로 유체 채널(140c)을 포함하는 마이크로 구조를 설계하기 위해 AutoCAD 프로그램으로 제2 기판 (140) 도면을 설계하였다. 도면을 이용하여 필름 마스크를 제작하였으며, SU-8 네거티브 포토레시스트 (SU-8 negative photoresist) 감광액을 이용하여 광식각 (photolithography) 과정을 수행하였다. 최종적으로 제2 홀 (140a)과 제3 홀 (140b), 그리고 제2 홀 (140a)과 제3 홀 (140b)을 연결하여 시료가 이동할 수 있는 마이크로 유체 채널 (140c) (길이 6 ㎜, 너비 0.5 mm, 높이 75㎛)을 구현한 PDMS 기반 전혈 전처리 장치를 구성하는 제2 기판 (140) 제작을 위한 주형 (mold)을 제작하였다.In order to design a microstructure including a second hole 140a through which the pretreated sample flows, a third hole 140b through which it can be collected, and a microfluidic channel 140c connecting the two, the second hole 140a is used with the AutoCAD program. A drawing of the substrate 140 was designed. A film mask was prepared using the drawing, and a photolithography process was performed using a SU-8 negative photoresist photoresist. Finally, the second hole 140a and the third hole 140b, and the microfluidic channel 140c (length 6 mm, width 0.5 mm, 75 μm in height), a mold for fabricating the second substrate 140 constituting the PDMS-based whole blood preprocessing device was manufactured.

PDMS 제2 기판 (140)의 제작을 위해, 상기 감광액이 패터닝된 주형 위에 PDMS 실리콘계 엘라스토머 (silicone elastomer base)와 경화제 (curing agent)의 비율을 10:1로 섞어서 부은 후 80 ℃ 핫플레이트 (hot plate)에 10시간 이상 두어 굳혔다. PDMS를 주형으로부터 떼어내어 가로 27 mm, 세로 15 mm 크기에 맞게 잘라낸 다음, 제2 홀 (140a)과 제3 홀 (140b)의 생성을 위해 각각 3 mm 및 6 mm 펀치 (puncher)를 이용하여 기판 가운데 구멍을 뚫어주었다. 이후 초음파 처리기 (sonicator)를 이용한 초음파 처리 (sonication)와 이소프로판올 (isopropanol)로 PDMS 기판을 세척한 다음, 질소 에어건 (air gun)을 이용하여 건조시켰다.For the fabrication of the PDMS second substrate 140, a mixture of a PDMS silicone elastomer base and a curing agent in a ratio of 10:1 is poured onto the mold patterned with the photoresist, and then placed on a hot plate at 80 ° C. ) for more than 10 hours to harden. Detach the PDMS from the mold and cut it to a size of 27 mm in width and 15 mm in length, and then use 3 mm and 6 mm punches to create the second hole 140a and the third hole 140b, respectively, on the substrate. drilled a hole in the middle Thereafter, the PDMS substrate was washed with sonication using a sonicator and isopropanol, and then dried using a nitrogen air gun.

PDMS 제1 기판 (120)의 제작을 위해, PDMS 실리콘계 엘라스토머 (silicone elastomer base)와 경화제 (curing agent)의 비율을 10:1로 섞어서 150 mm 페트리 디쉬 (petri dish)에 부은 후 80 ℃ 핫 플레이트 (hot plate)에 10시간 이상 두어 굳혔다. PDMS를 주형으로부터 떼어내어 가로 약 15 mm, 세로 약 15 mm, 높이 약 3 mm 크기에 맞게 육면체 모양으로 잘라낸 다음, 전혈 시료가 주입되는 제1홀 (120a)의 생성을 위해 8 mm 펀치 (puncher)를 이용하여 육면체 가운데에 구멍을 뚫어주었다. 이후 초음파 처리기 (sonicator)를 이용한 초음파 처리 (sonication)와 이소프로판올 (isopropanol)으로 PDMS 기판을 세척한 다음, 질소 에어건을 이용하여 건조시켰다.For the fabrication of the first PDMS substrate 120, a mixture of PDMS silicone elastomer base and curing agent in a ratio of 10:1 is poured into a 150 mm Petri dish, and then placed on an 80 ° C hot plate ( hot plate) for more than 10 hours to harden. Detach the PDMS from the mold and cut it into a hexahedral shape with a width of about 15 mm, a length of about 15 mm, and a height of about 3 mm, and then use an 8 mm punch to create the first hole 120a into which the whole blood sample is injected. I drilled a hole in the center of the hexahedron using . Thereafter, the PDMS substrate was washed with sonication using a sonicator and isopropanol, and then dried using a nitrogen air gun.

베이스 플레이트(150) 위에 제작된 PDMS 제2 기판(140)을 플라즈마 처리기 (plasma processing system, CUTE, FEMTO Science)에 넣고 산소 플라즈마 처리 (oxygen plasma treatment)로 부착한 다음, 제2 기판(140)의 3 mm 제2 홀 (140a)의 위치와 제1 기판(120)의 제1 홀(120a)을 맞춰 부착하여 전혈 전처리 장치를 완성하였다.The PDMS second substrate 140 fabricated on the base plate 150 is placed in a plasma processing system (CUTE, FEMTO Science) and attached by oxygen plasma treatment, and then the second substrate 140 is The whole blood pretreatment device was completed by aligning the position of the 3 mm second hole 140a with the first hole 120a of the first substrate 120 and attaching it.

완성된 전혈 전처리 장치의 PDMS 제1 기판 (120)의 제1 홀 (120a) 내에 직경이 8 mm인 2 장의 멤브레인 (130)을 겹쳐 쌓은 후, 그 위에 60㎕의 전혈을 로딩하였다. PDMS 제1 기판 (120)의 윗부분을 실링 커버(110)로 완전히 밀봉한 후 손가락으로 누름으로써, 전혈이 멤브레인(130)을 통과하면서 전혈로부터 혈구 세포가 제거되어 혈장이 얻어짐을 확인하였다. Two membranes 130 having a diameter of 8 mm were stacked in the first hole 120a of the PDMS first substrate 120 of the completed whole blood preprocessor, and then 60 μl of whole blood was loaded thereon. After completely sealing the upper part of the first PDMS substrate 120 with the sealing cover 110, it was confirmed that blood cells were removed from the whole blood and plasma was obtained as the whole blood passed through the membrane 130 by pressing with a finger.

실험예 1. 혈장 분리 조건에 따른 혈장 추출량 평가Experimental Example 1. Plasma extraction amount evaluation according to plasma separation conditions

보다 효과적인 혈장 분리 조건을 확립하기 위하여, 헤마토크릿 (hematocrit) 40%의 혈액 샘플을 활용하여 상기 실시예 1에서 제작된 전혈 전처리 장치의 멤브레인 (130) 또는 기판 경화도 등을 변화시켰을 때 혈장 추출량에 미치는 영향을 확인하였다. In order to establish more effective plasma separation conditions, the effect on the amount of plasma extraction when the hardness of the membrane 130 or substrate of the whole blood pretreatment device manufactured in Example 1 was changed using a blood sample of 40% hematocrit effect was confirmed.

멤브레인 (130) 두께에 따른 혈장 추출 효과를 확인하기 위하여, 상기 실시예 1에서 완성된 전혈 전처리 장치에 Fusion 5 (GE Healthcare, thickness 0.37 ㎜), FR1 (mdi, thickness 0.6 ㎜), 및 VF2 (GE Healthcare, thickness 0.785 ㎜) 세 종류의 혈액 분리 멤브레인 (130)을 각각 장착하고 전혈을 로딩하여 혈장 추출량을 비교 분석하였다. In order to confirm the plasma extraction effect according to the thickness of the membrane 130, Fusion 5 (GE Healthcare, thickness 0.37 mm), FR1 (mdi, thickness 0.6 mm), and VF2 (GE Healthcare, thickness 0.785 mm), three types of blood separation membranes 130 were mounted, and whole blood was loaded to compare and analyze the amount of plasma extraction.

도 7은 멤브레인의 종류에 따른 혈장 추출량을 비교한 데이터이다.7 is data comparing the amount of plasma extraction according to the type of membrane.

그 결과 도 7에 나타난 바와 같이, Fusion 5 (GE Healthcare, thickness 0.37 ㎜) 및 VF2 (GE Healthcare, thickness 0.785 ㎜) 사용 시 멤브레인을 통과하여 혈구 세포가 많이 빠져나오거나 멤브레인의 두께가 너무 두꺼워 혈액이 나오지 않는 현상이 발생하였으며 해당 멤브레인을 이용하여 타 조건을 변화시키는 경우에도 비슷한 문제점이 존재함을 확인하였다. 그러나, FR1 (mdi, thickness 0.6 ㎜) 멤브레인을 사용한 경우에는 충분한 양의 혈장이 추출되며 재현성이 높음을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 7, when Fusion 5 (GE Healthcare, thickness 0.37 mm) and VF2 (GE Healthcare, thickness 0.785 mm) were used, a lot of blood cells passed through the membrane or the membrane was too thick and the blood A phenomenon that does not come out occurred, and it was confirmed that a similar problem existed even when other conditions were changed using the membrane. However, when using the FR1 (mdi, thickness 0.6 mm) membrane, it was confirmed that a sufficient amount of plasma was extracted and the reproducibility was high.

또한, 멤브레인 (130)의 적층 개수에 따른 혈장 추출 효과를 확인하기 위하여, 상기 실시예 1에서 완성된 전혈 전처리 장치에, FR1 멤브레인 (130) 적층 개수를 1 장에서 3 장까지 쌓은 후 전혈을 로딩하여 혈장 추출량을 비교 분석하였다. In addition, in order to confirm the plasma extraction effect according to the number of membranes 130 stacked, in the whole blood preprocessing device completed in Example 1, the number of FR1 membranes 130 stacked from 1 to 3 was stacked, and then the whole blood was loaded The amount of plasma extraction was compared and analyzed.

도 8은 멤브레인의 적층 개수에 따른 혈장 추출량을 비교한 데이터이다.8 is data comparing the amount of plasma extraction according to the number of stacked membranes.

그 결과 도 8에 나타난 바와 같이, 멤브레인 1 장을 쌓는 경우 혈구가 멤브레인을 통과하여 빠져 나오는 반면 3 장을 쌓는 경우 두꺼운 멤브레인 두께로 인해 혈장이 제대로 추출되지 않음을 확인하였다. 멤브레인 2 장을 겹쳐 쌓는 경우 획득 가능한 혈장의 양은 1 장에 비해 약간 적으나 혈구가 멤브레인을 통과해 빠져나오지 않았으므로, 멤브레인 적층 개수를 두 장으로 확립하였다.As a result, as shown in FIG. 8 , it was confirmed that blood cells escaped through the membrane when one sheet of membrane was stacked, whereas plasma was not extracted properly due to the thick membrane thickness when three sheets were stacked. When two membranes were stacked, the amount of obtainable plasma was slightly less than that of one sheet, but blood cells did not pass through the membrane, so the number of membrane stacks was established as two.

또한, PDMS의 경화도 (hardness)에 따른 혈장 추출 효과를 확인하기 위하여, 상기 실시예 1의 제1 기판 (120) 및 제2 기판 (140)의 PDMS 제작을 위해 사용되는 재료인 실리콘계 엘라스토머 대비 경화제의 비율을 달리하여 혈장 추출량을 비교 분석하였다. PDMS는 신축성 및 탄력성이 있어 사용자가 손가락으로 눌렀을 때 탄력에 의해 내부 공기에 압력을 가할 수 있다. PDMS 제작을 위해 사용되는 재료인 실리콘계 엘라스토머 대비 경화제의 비율은 기본적으로 10:1 비율로 가장 많이 사용되고 있으며, 경화제의 비율이 높아질수록 PDMS는 더 단단해진다. 따라서 경화제의 비율을 감소시켜 PDMS의 경화도를 낮추면, 압력을 가하는 사용자의 힘을 줄여줄 수 있어 사용자의 사용 편의성이 증대되고, 동일 힘 당 더 많은 압력이 가해지기 때문에 혈장 추출량 또한 증가시킬 수 있을 것으로 예상되었다.In addition, in order to confirm the effect of plasma extraction according to the hardness of PDMS, the curing agent compared to the silicone-based elastomer, which is a material used for fabricating PDMS of the first substrate 120 and the second substrate 140 of Example 1, By varying the ratio of the plasma extraction amount was compared and analyzed. PDMS has elasticity and elasticity, so when a user presses it with a finger, pressure can be applied to the internal air by elasticity. The ratio of curing agent to silicone-based elastomer, which is a material used for fabricating PDMS, is basically 10:1, which is the most commonly used ratio, and PDMS becomes harder as the ratio of curing agent increases. Therefore, if the curing degree of PDMS is lowered by reducing the ratio of the curing agent, the user's force for applying pressure can be reduced, thereby increasing the user's convenience and increasing the amount of plasma extraction as more pressure is applied per the same force. It was expected.

도 9은 제1 기판 및 제2 기판의 PDMS 경화도에 따른 혈장 추출량을 비교한 데이터이다.9 is data comparing the amount of plasma extraction according to the curing degree of PDMS of the first substrate and the second substrate.

그 결과 도 9에 나타난 바와 같이, 제1 기판 (120)과 제2 기판 (140)의 PDMS 제작 비율 모두 15:1로 설정한 결과, 탄력성이 지나치게 증가하면서 재현성이 좋지 않고 기존 조건보다 많은 양의 혈장을 얻을 수 없음을 확인하였다. 이에 따라 제2 기판 (140)의 PDMS 제작 비율은 원래의 비율인 10:1로 두어 비교적 단단하게 유지한 채 제1 기판 (120)의 PDMS 제작 비율을 15:1로 변경한 결과, 더 적은 힘을 들임에도 불구하고 기존 조건보다 더 많은 양의 혈장을 혈구 없이 효과적으로 추출할 수 있음을 확인하였다. As a result, as shown in FIG. 9, as a result of setting both the PDMS production ratio of the first substrate 120 and the second substrate 140 to 15:1, the elasticity is excessively increased, the reproducibility is poor, and a larger amount than the existing conditions is obtained. It was confirmed that plasma could not be obtained. Accordingly, as a result of changing the PDMS fabrication ratio of the first substrate 120 to 15:1 while keeping the PDMS fabrication ratio of the second substrate 140 at the original ratio of 10:1 and maintaining it relatively hard, the force is reduced. It was confirmed that a larger amount of plasma could be effectively extracted without blood cells than in the existing conditions, despite the use of

또한, 전혈 전처리 장치에 전혈을 로딩한 후 압력을 가할 때까지의 대기시간에 따른 혈장 추출 효과를 확인하기 위하여, 대기시간을 달리하여 혈장 추출량을 비교 분석하였다. In addition, in order to confirm the plasma extraction effect according to the waiting time from loading the whole blood to the whole blood preprocessing device until pressure is applied, the plasma extraction amount was compared and analyzed by varying the waiting time.

도 10은 전혈 전처리 장치에 전혈을 로딩한 후 압력을 가할 때까지의 대기시간에 따른 혈장 추출량을 비교한 데이터이다.10 is data comparing the amount of plasma extraction according to the waiting time until pressure is applied after loading the whole blood into the whole blood pretreatment device.

그 결과 도 10에 나타난 바와 같이, 전혈을 PDMS 제1 기판 (120)의 제1 홀에 로딩한 후 바로 압력을 가했을 때 충분한 양의 혈장을 얻지 못하거나 혈구가 함께 빠져나오는 경우가 빈번하였는 바, 이를 해결하기 위해 혈액 로딩 후 압력을 가하기까지 60초 대기시간을 주었다. 그 결과 대기시간을 주지 않았을 때보다 더 효과적으로 혈구를 분리해낼 수 있었으며, 이는 시간이 지날수록 전혈 내 혈구가 중력에 의해 어느 정도 가라 앉아 멤브레인에 흡착되었기 때문에 압력을 가했을 때 혈구의 방해 없이 멤브레인을 빠져나올 수 있는 혈장의 양이 증가했기 때문일 것으로 예상된다. 90초에서의 추출된 혈장 양이 60초를 대기했을 경우보다 약간 더 많았으나, 그 양에 큰 차이가 없기 때문에 시간 단축을 위해 60초 정도가 가장 적당함을 확인하였다. As a result, as shown in FIG. 10, when pressure was applied immediately after loading whole blood into the first hole of the first PDMS substrate 120, a sufficient amount of plasma was not obtained or blood cells were often ejected together. To solve this problem, a waiting time of 60 seconds was given after blood loading until pressure was applied. As a result, the blood cells could be separated more effectively than when the waiting time was not given. As time passed, the blood cells in the whole blood settled down to some extent by gravity and were adsorbed to the membrane, so when pressure was applied, the blood cells escaped the membrane without interference. It is expected that this is due to the increased amount of plasma that can come out. Although the amount of plasma extracted at 90 seconds was slightly higher than that of waiting for 60 seconds, it was confirmed that about 60 seconds was most suitable for shortening the time because there was no significant difference in the amount.

따라서, 상기 조건으로 설정된 PDMS 기반의 전혈 전처리 장치는 60㎕의 전혈 중 20㎕ 가량의 혈장을 얻을 수 있어, 바이오센서에 응용하기에 충분한 양의 혈장을 획득할 수 있음을 확인하였다. Accordingly, it was confirmed that the PDMS-based whole blood preprocessing device set to the above conditions could obtain about 20 μl of plasma out of 60 μl of whole blood, thus obtaining a sufficient amount of plasma for application to a biosensor.

실험예 2. 항체 코팅에 따른 혈장 단백질 제거 효율 평가Experimental Example 2. Evaluation of Plasma Protein Removal Efficiency by Antibody Coating

상기 실시예 1에서 제작한 전혈 전처리 장치와 실험예 1에서 설정된 혈장 분리 조건을 바탕으로 항체 코팅에 따른 혈장 단백질을 제거 효율 및 혈청 추출량을 평가하였다. Based on the whole blood pretreatment device prepared in Example 1 and the plasma separation conditions set in Experimental Example 1, plasma protein removal efficiency and serum extraction amount according to antibody coating were evaluated.

구체적으로, 알부민-특이적 항체만을 흡착시킨 멤브레인, 피브리노젠-특이적 항체만을 흡착시킨 멤브레인, 알부민-특이적 항체와 피브리노젠-특이적 항체를 함께 흡착시킨 멤브레인, 및 대조군으로 아무런 항체도 흡착시키지 않은 멤브레인 이 장착된 전혈 전처리 장치에 각각 전혈 60㎕를 로딩한 뒤 전처리하여 나온 샘플에 대해 SDS-PAGE (Sodium Dodecyl Sulfate - Polyacrylamide Gel Electrophoresis)를 수행하여 잔여 알부민과 피브리노젠의 양을 확인하였다.Specifically, a membrane to which only albumin-specific antibody was adsorbed, a membrane to which only fibrinogen-specific antibody was adsorbed, a membrane to which both albumin-specific antibody and fibrinogen-specific antibody were adsorbed, and no antibody as a control. After loading 60 μl of whole blood into a whole blood pretreatment device equipped with a non-adsorbed membrane, SDS-PAGE (Sodium Dodecyl Sulfate - Polyacrylamide Gel Electrophoresis) was performed on the pretreated samples to determine the amount of residual albumin and fibrinogen. did

도 11은 알부민-특이적 항체 및 피브리노젠-특이적 항체가 흡착된 멤브레인을 사용하였을 때 추출된 혈청 내 알부민 및 피브리노젠의 양을 비교한 SDS-PAGE 데이터 및 추출된 혈청의 양을 비교 측정한 데이터이다.Figure 11 is SDS-PAGE data comparing the amount of albumin and fibrinogen in the extracted serum when using a membrane to which the albumin-specific antibody and the fibrinogen-specific antibody are adsorbed, and comparison of the amount of the extracted serum This is the measured data.

그 결과 도 11에 나타난 바와 같이, 아무런 항체도 흡착시키지 않은 대조군에 비해 알부민-특이적 항체만을 흡착시킨 경우 알부민의 양이 감소하고, 피브리노젠-특이적 항체만을 흡착시킨 경우 피브리노젠의 양이 감소하는 것을 확인하였다. 한편, 두 항체를 함께 흡착시킨 경우 알부민과 피브리노젠의 양이 모두 확연히 감소할 뿐만 아니라 추출되는 혈청의 양 또한 증가하는 것을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 11, compared to the control group to which no antibody was adsorbed, the amount of albumin decreased when only the albumin-specific antibody was adsorbed, and the amount of fibrinogen when only the fibrinogen-specific antibody was adsorbed. It was confirmed that this decrease. On the other hand, when the two antibodies were adsorbed together, it was confirmed that the amount of albumin and fibrinogen both significantly decreased and the amount of extracted serum also increased.

실험예 3. 항체/실리카 자성입자 복합체 코팅에 따른 혈장 단백질 제거 효율 평가Experimental Example 3. Evaluation of Plasma Protein Removal Efficiency According to Antibody/Silica Magnetic Particle Complex Coating

상기 실험예 2에서 항체로 코팅된 멤브레인을 사용하여 알부민 및 피브리노젠을 제거할 수 있음을 확인하였으나, 완벽하게 제거되지는 않았는 바, 알부민 및 피브리노젠 제거 효율을 향상시키고자 하였다. 이를 위해, 부피 당 표면적이 높은 실리카 자성 입자(Silica magnetic beads; SiMBs)에 물리 화학적인 처리 없이 실리카 표면에 직접 결합하는 실리카 결합 융합단백질(Silica binding protein - protein G; SBP-ProG)을 이용함으로써 SiMBs 표면에 항체를 안정적으로 고정화하였다.In Experimental Example 2, it was confirmed that albumin and fibrinogen could be removed using the antibody-coated membrane, but it was not completely removed, so albumin and fibrinogen removal efficiency was improved. To this end, by using silica binding protein - protein G (SBP-ProG) that directly binds to silica magnetic beads (SiMBs) with a high surface area per volume to the silica surface without physical and chemical treatment, SiMBs The antibody was stably immobilized on the surface.

구체적으로, 실리카 자성 미세입자 복합체의 제작에 있어서, 먼저 실리카 자성 입자 (AccuBeadTM Silica Coated Magnetic Beads, 0.5g/25ml, D.W, BIONEER, CAT no. TS-1010-1)의 버퍼 교체를 위해 1.5ml tube에 SiMBs 50 ㎕를 넣고 125 ㎕의 PBS (Phosphate-Buffered Saline, pH 7.4)와 섞어 vortex 한 다음, 1.5ml tube를 magnetic rack에 끼움으로써 자성 미세입자들이 자성에 의해 한쪽으로 고정되었을 때 상층액 (supernatant)을 제거하였다. Magnetic rack로부터 tube를 빼내어 125 ㎕의 PBS를 다시 넣고 vortex 하여 섞어준 다음, 30초간 초음파 처리기(sonicator)에서 초음파를 처리(sonication)하여 뭉쳐있는 SiMBs를 개별로 풀어주었다. 동시에 1 mg/ml의 실리카 결합 융합단백질(SBP-ProG)을 준비한 다음 초음파 처리 직후 SiMBs에 25 ㎕를 넣고 rotator (F6, 60 rpm)에 끼워 실온에서 30분 동안 반응시킴으로써, 실리카 자성 미세입자의 실리카 표면에 SBP-ProG를 부착하였다. 이후 SiMBs/SBP-ProG mixture를 magnetic rack에 끼워 상층액을 제거한 뒤 새로운 PBS 125 ㎕와 섞어 vortex한 다음, 30초간 초음파 처리기에서 초음파를 처리하여 뭉쳐있는 mixture를 개별로 풀어주었다. 초음파 처리 직후, mixture에 100 ㎍/ml의 알부민-특이적 항체 또는 피브리노젠-특이적 항체 25 ㎕를 넣고 rotator (F6, 60 rpm)에 끼워 실온에서 30분 동안 반응시킴으로써, SBP-ProG와 각 단백질-특이적 항체들을 결합하였다. 이후 SiMBs/SBP-ProG/Antibody mixture를 magnetic rack에 끼워 상층액을 제거한 뒤 새로운 PBS 125 ㎕와 섞어 vortex한 다음, 30초간 초음파 처리기에서 초음파를 처리하여 뭉쳐있는 mixture를 개별로 풀어주었다. 초음파 처리 직후, mixture에 1 mg/ml의 1% BSA (Bovine Serum Albumin) 25 ㎕를 넣고 rotator (F6, 60 rpm)에 끼워 실온에서 10분 동안 반응시킴으로써, 비어 있는 실리카 표면을 덮어 비특이적 결합을 감소시켰다. 최종적으로 SiMBs/SBP-ProG/Antibody/BSA mixture를 magnetic rack에 끼워 상층액을 제거한 뒤, 새로운 PBS 125 ㎕와 섞어주었다.Specifically, in the preparation of the silica magnetic microparticle complex, first, a 1.5ml tube for replacing the buffer of the silica magnetic particles (AccuBeadTM Silica Coated Magnetic Beads, 0.5g/25ml, D.W, BIONEER, CAT no. TS-1010-1) 50 μl of SiMBs was added, mixed with 125 μl of PBS (Phosphate-Buffered Saline, pH 7.4), vortexed, and the supernatant (supernatant ) was removed. Remove the tube from the magnetic rack, add 125 μl of PBS again, vortex to mix, and then sonicate in a sonicator for 30 seconds to release the agglomerated SiMBs individually. At the same time, 1 mg/ml of silica-bonded fusion protein (SBP-ProG) was prepared, and 25 μl was added to SiMBs immediately after sonication, inserted into a rotator (F6, 60 rpm), and reacted at room temperature for 30 minutes to obtain silica magnetic microparticles. SBP-ProG was attached to the surface. Then, the SiMBs/SBP-ProG mixture was placed on a magnetic rack, the supernatant was removed, mixed with 125 μl of fresh PBS, vortexed, and then ultrasonicated in a sonicator for 30 seconds to release the clumped mixture individually. Immediately after sonication, 25 μl of 100 μg/ml albumin-specific antibody or fibrinogen-specific antibody was added to the mixture and reacted for 30 minutes at room temperature by inserting it into a rotator (F6, 60 rpm), so that SBP-ProG and each Protein-specific antibodies were bound. Thereafter, the SiMBs/SBP-ProG/Antibody mixture was placed on a magnetic rack, the supernatant was removed, mixed with 125 μl of fresh PBS, vortexed, and then ultrasonicated in a sonicator for 30 seconds to release the clumped mixture individually. Immediately after sonication, add 25 μl of 1% BSA (Bovine Serum Albumin) at 1 mg/ml to the mixture and put it on a rotator (F6, 60 rpm) to react at room temperature for 10 minutes to cover the empty silica surface to reduce non-specific binding. made it Finally, after removing the supernatant by putting the SiMBs/SBP-ProG/Antibody/BSA mixture on a magnetic rack, it was mixed with 125 μl of fresh PBS.

완성된 실리카 자성 미세입자 복합체 (Silica magnetic beads complex; SiMBs complex) 60 ㎕를 멤브레인에 떨어뜨린 다음, 4 ℃ 냉장고에 overnight하여 12시간 동안 둠으로써 복합체를 멤브레인에 흡착시킴과 동시에 멤브레인을 건조시켰다. 이후 상기 실시예 1에서 제작한 전혈 전처리 장치의 PDMS 제1 기판 (120) 내에 멤브레인을 다중으로 겹쳐 쌓은 다음, 전혈을 로딩한 후 상기 실험예 2와 동일한 방법으로 혈청을 추출하였으며, 추출된 혈청 내에 잔여하는 알부민 및 피브리노젠의 양을 확인하기 위해 SDS-PAGE를 수행하였다60 μl of the completed silica magnetic beads complex (SiMBs complex) was dropped on the membrane, and then placed in a refrigerator at 4 ° C. overnight for 12 hours to adsorb the complex to the membrane and at the same time dry the membrane. Thereafter, multiple membranes were stacked on the PDMS first substrate 120 of the whole blood preprocessing device fabricated in Example 1, and after loading whole blood, serum was extracted in the same manner as in Experimental Example 2, and in the extracted serum SDS-PAGE was performed to confirm the amount of remaining albumin and fibrinogen.

도 12는 알부민-특이적 항체 및 피브리노젠-특이적 항체가 결합된 실리카 자성 입자 복합체가 흡착된 멤브레인을 사용하였을 때 추출된 혈청 내 알부민 및 피브리노젠의 양을 비교한 SDS-PAGE 데이터 및 추출된 혈청의 양을 비교 측정한 데이터이다.12 is SDS-PAGE data comparing the amounts of albumin and fibrinogen in serum extracted when using a membrane adsorbed with a silica magnetic particle complex to which an albumin-specific antibody and a fibrinogen-specific antibody are bound, and Data obtained by comparing and measuring the amount of extracted serum.

그 결과 도 12에 나타난 바와 같이, 항체 없이 SiMBs만을 흡착시킨 대조군에 비해 알부민-특이적 항체와 결합한 SiMBs complex만을 흡착시킨 경우 알부민의 양이 감소하고, 피브리노젠-특이적 항체와 결합한 SiMBs complex만을 흡착시킨 경우 피브리노젠의 양이 감소하는 것을 확인하였다. 최종적으로 두 SiMBs complex를 모두 흡착시킨 경우 알부민과 피브리노젠의 양이 모두 확연히 감소할 뿐만 아니라 추출되는 혈청의 양 또한 효과적으로 증가하는 것을 보였으며, 결과적으로 SiMBs complex 없이 항체만을 흡착시킨 도 11에 비해 훨씬 효율적으로 알부민과 피브리노젠을 제거할 수 있음을 확인하였다. As a result, as shown in FIG. 12, compared to the control group in which only SiMBs were adsorbed without antibody, when only SiMBs complex bound to albumin-specific antibody was adsorbed, the amount of albumin decreased, and only SiMBs complex bound to fibrinogen-specific antibody When adsorbed, it was confirmed that the amount of fibrinogen decreased. Finally, when both SiMBs complexes were adsorbed, the amounts of both albumin and fibrinogen were significantly reduced, and the amount of extracted serum was also effectively increased. As a result, compared to FIG. 11 in which only antibodies were adsorbed without SiMBs complexes It was confirmed that albumin and fibrinogen could be removed much more efficiently.

상기 결과를 종합하면, 상기 실시예 1에서 제작한 전혈 전처리 장치와 실험예 1에서 설정된 혈장 분리 조건을 바탕으로 항체/실리카 자성입자 복합체가 코팅된 멤브레인을 포함하는 PDMS 기반의 전혈 전처리 장치는 60㎕의 전혈로부터 알부민 및 피브리노젠이 효과적으로 제거된 혈청을 획득할 수 있음을 의미한다. Summarizing the above results, the whole blood preprocessor manufactured in Example 1 and the PDMS-based whole blood preprocessor including a membrane coated with an antibody/silica magnetic particle complex based on the plasma separation conditions set in Experimental Example 1 produced 60 μl This means that it is possible to obtain serum from which albumin and fibrinogen are effectively removed from whole blood.

100 : 전혈 전처리 장치
110 : 실링 커버
120 : 제1 기판
120a : 제1 홀
130 : 멤브레인
140 : 제2 기판
140a : 제2 홀
140b : 제3 홀
140c : 마이크로 유체 채널
150 : 베이스 플레이트
160 : 항체/실리카 자성입자 복합체
160a : 실리카 자성 입자
160b : 링커
160c : 항체
160d : 항원
160e : 블로킹층100: Whole blood preprocessor
110: sealing cover
120: first substrate
120a: first hole
130: membrane
140: second substrate
140a: second hole
140b: 3rd hole
140c: microfluidic channel
150: base plate
160: antibody/silica magnetic particle complex
160a: silica magnetic particles
160b: linker
160c: antibody
160d: antigen
160e: blocking layer

Claims (16)

제1 홀을 포함하는 제1 기판;
상기 제1 홀 내부에 위치하고, 혈장 단백질에 특이적으로 결합하는 항체가 실리카 자성 입자 비드에 고정화된 항체/실리카 자성 입자 비드 복합체(antibody/silica magnetic beads complex; antibody/SiMBs complex)로 코팅된 적어도 하나의 멤브레인;
상기 제1 홀 하부에 위치하고 제2 홀을 포함하는 제2 기판; 및
상기 제1홀 상부를 밀폐하는 실링 커버;를 포함하는 전혈 전처리 장치로서,
상기 혈장 단백질에 특이적으로 결합하는 항체는 알부민에 특이적으로 결합하는 항체, 피브리노젠에 특이적으로 결합하는 항체, 면역글로불린에 특이적으로 결합하는 항체, 저밀도 리포프로테인에 특이적으로 결합하는 항체, 및 고밀도 리포프로테인에 특이적으로 결합하는 항체로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것인, 전혈 전처리 장치. a first substrate including a first hole;
At least one coated with an antibody/silica magnetic bead complex (antibody/SiMBs complex) in which an antibody specifically binding to a plasma protein is immobilized on a silica magnetic particle bead, located inside the first hole. of the membrane;
a second substrate positioned under the first hole and including a second hole; and
A whole blood pretreatment device comprising a sealing cover sealing the upper portion of the first hole,
Antibodies that specifically bind to the plasma protein include antibodies that specifically bind to albumin, antibodies that specifically bind to fibrinogen, antibodies that specifically bind to immunoglobulin, and antibodies that specifically bind to low-density lipoprotein. An antibody, and at least one selected from the group consisting of antibodies that specifically bind to high-density lipoprotein, the whole blood pretreatment device. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 항체/실리카 자성 입자 복합체는 상기 항체가 결합된 영역 이외의 영역에서 비특이적 결합을 차단하기 위한 블로킹 층을 더 포함하는 것인 전혈 전처리 장치.The whole blood pretreatment device of claim 1, wherein the antibody/silica magnetic particle complex further comprises a blocking layer for blocking non-specific binding in a region other than the region where the antibody is bound. 청구항 1에 있어서, 상기 항체/실리카 자성 입자 복합체는 상기 항체를 상기 실리카 자성 입자의 표면에 고정화하기 위한 링커를 더 포함하는 것인 전혈 전처리 장치.The whole blood pretreatment device of claim 1, wherein the antibody/silica magnetic particle complex further comprises a linker for immobilizing the antibody on the surface of the silica magnetic particle. 청구항 6에 있어서, 상기 링커는 실리카 결합 융합단백질(Silica binding protein - protein G; SBP-ProG), 비오틴, 아비딘, 스트렙트아비딘, 탄수화물, 폴리 L-리신, 수산화기, 티올기, 아민기, 알코올기, 카르복실기, 아미노기, 설퍼기, 알데히드기, 카르보닐기, 숙신이미드기, 말레이미드기, 에폭시기, 및 이소티오시아네이트기를 갖는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것인 전혈 전처리 장치.The method according to claim 6, wherein the linker is silica binding protein-protein G (SBP-ProG), biotin, avidin, streptavidin, carbohydrate, poly L-lysine, hydroxyl group, thiol group, amine group, alcohol group , A carboxyl group, an amino group, a sulfur group, an aldehyde group, a carbonyl group, a succinimide group, a maleimide group, an epoxy group, and a whole blood pretreatment device selected from the group consisting of a compound having an isothiocyanate group. 청구항 1에 있어서, 상기 멤브레인의 두께는 0.1 mm 내지 1.0 mm인 것인 전혈 전처리 장치.The whole blood pretreatment device of claim 1, wherein the membrane has a thickness of 0.1 mm to 1.0 mm. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 멤브레인은 제1 멤브레인; 및 상기 제1 멤브레인과 이격되어 적층되는 제2 멤브레인을 포함하는 것인 전혈 전처리 장치. The method according to claim 1, wherein the at least one membrane comprises a first membrane; and a second membrane stacked apart from the first membrane. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 재질은 실리콘계 엘라스토머(silicone elastomer), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 사이클로올레핀 코폴리머(cycloolefin copolymer, COC), 폴리아미드(polyamide, PA)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것인 전혈 전처리 장치.The method according to claim 1, wherein the materials of the first substrate and the second substrate are silicone elastomer, polymethylmethacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), cycloolefin copolymer , COC), polyamide (polyamide, PA) to the whole blood pretreatment device comprising at least one selected from the group consisting of. 청구항 10에 있어서, 상기 실리콘계 엘라스토머는 메틸 클로로실란 (methyl chlorosilane), 에틸 클로로실란 (ethyl chlorosilane), 페닐 클로로실란 (phenyl chlorosilane), 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것인 전혈 전처리 장치.The method according to claim 10, wherein the silicone-based elastomer is at least one selected from the group consisting of methyl chlorosilane, ethyl chlorosilane, phenyl chlorosilane, and polydimethylsiloxane (PDMS). Phosphorus whole blood preprocessor. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 기판은 상기 제1 기판보다 더 큰 경화도를 갖는 것인 전혈 전처리 장치.The apparatus of claim 1, wherein the second substrate has a higher degree of curing than the first substrate. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판은 실리콘계 엘라스토머 및 경화제가 5:1 내지 20:1 중량비로 혼합된 것인 전혈 전처리 장치.The whole blood pretreatment device of claim 1, wherein the first substrate or the second substrate is a mixture of the silicone-based elastomer and the curing agent in a weight ratio of 5:1 to 20:1. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 기판은 상기 제2 홀과 이격된 제 3 홀; 및 상기 제2홀과 제 3홀을 연결하는 마이크로 유체 채널을 더 포함하는 것인 전혈 전처리 장치.The method according to claim 1, wherein the second substrate comprises a third hole spaced apart from the second hole; and a microfluidic channel connecting the second hole and the third hole. 청구항 1에 있어서, 상기 장치는 상기 제2 기판을 지지하는 베이스 플레이트를 더 포함하는 것인 전혈 전처리 장치.

The apparatus of claim 1, further comprising a base plate supporting the second substrate.

 삭제delete
KR1020200091230A 2020-07-22 2020-07-22 A portable on-site whole blood pretreatment device and pretreatment method using the same KR102504840B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200091230A KR102504840B1 (en) 2020-07-22 2020-07-22 A portable on-site whole blood pretreatment device and pretreatment method using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200091230A KR102504840B1 (en) 2020-07-22 2020-07-22 A portable on-site whole blood pretreatment device and pretreatment method using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220012105A KR20220012105A (en) 2022-02-03
KR102504840B1 true KR102504840B1 (en) 2023-02-28

Family

ID=80268804

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200091230A KR102504840B1 (en) 2020-07-22 2020-07-22 A portable on-site whole blood pretreatment device and pretreatment method using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102504840B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010032283A (en) * 2008-07-28 2010-02-12 Fujifilm Corp Immunological measuring method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100912530B1 (en) * 2007-11-13 2009-08-18 한국전자통신연구원 Disposable multi-layered filtration device for the separation of blood plasma
KR20140008608A (en) * 2012-07-09 2014-01-22 삼성전자주식회사 Particle complex and method for separating target cell

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010032283A (en) * 2008-07-28 2010-02-12 Fujifilm Corp Immunological measuring method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220012105A (en) 2022-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9575081B2 (en) Device and methods for detecting analytes in saliva
JP6013519B2 (en) Microfluidic device based on integrated electrochemical immunoassay and its substrate
AU2007261758B2 (en) Assay device and method
KR101005799B1 (en) Method and apparatus for precise transfer and manipulation of fluids by centrifugal, and/or capillary forces
KR101338175B1 (en) Cartridge for sensing elements in a sample
JP5479417B2 (en) Controlled flow assay apparatus and method
JP5423200B2 (en) Analysis chip and sample analysis method
US20180306784A1 (en) Filtration device for assays
JP2013513794A (en) Centrifugal force-based microfluidic structure for measuring glycated hemoglobin, centrifugal force-based microfluidic device for measuring glycated hemoglobin, and method for measuring glycated hemoglobin
WO2017118128A1 (en) Device for comprehensively testing multiple serum markers
JP2013174612A (en) Agglutination assay
Lin et al. Detection of anti-p53 autoantibodies in saliva using microfluidic chips for the rapid screening of oral cancer
JP4653574B2 (en) Method for measuring hemoglobin A1c
US20080160600A1 (en) Rapid Monitoring System for Blood Groups and Immunohematological Reaction Detection
KR102504840B1 (en) A portable on-site whole blood pretreatment device and pretreatment method using the same
JP2008268198A (en) Separation chip and separation method
JP6639424B2 (en) Biosensor for detecting target components in samples
US20230062669A1 (en) Method for capturing and identifying cellular agglutinates for detecting multiplex anti-erythrocyte antibodies
US10877027B2 (en) Device and method for detecting a target analyte
WO2007055294A2 (en) Method for determination of substances simultaneously, and support for use in the method
US20200173966A1 (en) Devices and methods for enriching peptides during bioanalytical sample preparation
TW202241587A (en) Microfluidic biosensing chip integrating separate electrochemical electrodes
KR20130114509A (en) System for analyzing biological sample and method for analyzing biological sample using the system
JP2021051018A (en) Method of producing sample
JP2015072153A (en) Biosensor and method for manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant