KR20030072711A - 혈중 성분을 별도의 시약 없이 개별적으로 측정 가능한장치 및 그 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 별도의 시약이 필요 없는 체액 성분 분석 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 체액 성분의 농도를 분석하는 체액 성분 분석 방법에 있어서, 분석하고자 하는 타겟 성분을 결정하는 단계; 상기 타겟 성분에 따른 흡수 파장 영역을 결정하는 단계; 상기 파장 영역에 따른 마이크로 큐벳의 종류를 선택하는 단계; 상기 마이크로 큐벳 내에 체액을 넣고 분광기로 스펙트럼을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 스펙트럼으로 상기 타겟 성분의 농도를 예측하는 단계; 로서 체액 성분을 분석하여 미량의 체액을 이용하여 별도의 시약이 필요 없이 여러 가지 체액 성분의 종류 및 농도를 매우 신뢰성있게 분석할 수 있다.

Description

혈중 성분을 별도의 시약 없이 개별적으로 측정 가능한 장치 및 그 측정 방법{Apparatus of measuring the constituent of blood separately without a separate reagent and method thereof}

본 발명은 혈중 성분을 별도의 시약 없이 개별적으로 측정 가능한 장치 및 그 측정 방법에 관한 것이다.

일반적으로 혈중 성분의 스펙트럼을 측정하기 위해서는 발색 반응을 이용한 분광학적인 방법이 많이 사용되고 있다. 즉, 헤모글로빈 시아나이드 발색 반응, 혈당을 측정하기 위해 효소에 의한 발색 반응 등이 사용되고 있다. 이러한 시약(reagent)을 이용하는 방법에 있어서는 사용되는 시약의 유효기간 경과에 의한 변질, 화학 반응 시간에 따른 측정 오차가 발생할 수 있으며 이미 시약과 반응한 샘플의 재사용이 불가능하여 여러번 측정시 인체에서 혈액을 다량 채혈할 필요가 있다.

그리고, 샘플과 시약의 혼합이 잘 되도록 하기 위해 큐벳의 형태가 까다로운 문제점이 있다. 또한 혈액은 혈구들 사이의 응집력이 커서 서로 달라 붙게되어 긴 사슬의 형태를 형성하며, 또한 물보다 그 비중이 크기 때문에 침전되는 현상이 발생한다. 따라서 이는 스펙트럼 측정시에 영향을 미치게 되어 혈중 성분의 측정이 어려운 문제점이 있다.

본 발명에서는 상기 문제점을 해결하기 위하여, 별도의 시약을 사용하지 않으며, 소량의 체액으로 다수의 성분 분석이 가능한 체액 성분 분석 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1a는 본 발명에 의한 혈중 성분 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1b는 본 발명에 의한 혈중 성분 측정 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2a는 본 발명에 의한 혈중 성분 측정시 사용 가능한 큐벳의 단면도이며, 도 2b는 큐벳의 사시도이다.

도 2c는 본 발명에 의한 혈중 성분 측정시 큐벳의 재료로 사용될 수 있는 폴리 에틸렌의 광의 파장 영역에 따른 흡수 스펙트럼을 나타내었으며,

도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 의한 혈액 성분 측정 방법에 의해 측정된 각 성분들의 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명에 의한 혈액 성분 측정 방법에 의해 예측된 헤모글로빈(a), 글루코제(b) 및 콜레스테롤(c)의 농도를 측정하고 별도의 시약에 의한 발색 반응으로 측정된 각 성분의 농도 값과 비교한 그래프이며, 혈장 성분 중의 알부민(d), 글루코제(e) 및 콜레스테롤(f)의 농도를 본 발명에 의한 성분 측정 방법에 의한 것과 종래의 별도의 시약을 사용한 발색 반응으로 측정된 농도값과 비교한 그래프이다.

본 발명에서는 상기 목적을 달성하기 위하여,

분석하고자 체액을 모세관 현상에 의해 마이크로 큐벳의 입력 포트로 흡입시키는 체액 탑제 수단;

상기 마이크로 큐벳에 소정 파장의 광을 조사하는 광원;

상기 마이크로 큐벳을 통과한 광을 검출하는 검출기;

상기 광원에서 조사된 광의 파장에 따라 측정된 스펙트럼에 의해 상기 체액 성분의 농도를 계산하는 프로세싱부;를 포함하는 체액 성분 분석 장치를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 마이크로 큐벳 내의 모세관의 직경은 500 마이크로 미터 이하인 것이 바람직하며, 상기 마이크로 큐벳에 체액으로서 혈액을 사용하는 경우 상기 마이크로 큐벳 내의 모세관의 직경은 65 마이크로 미터 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 마이크로 큐벳은 글라스, quartz 또는 폴리 에틸렌 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 체액 성분의 농도를 분석하는 체액 성분 분석 방법에 있어서, (가) 분석하고자 하는 타겟 성분을 결정하는 단계; (나) 상기 타겟 성분에 따른 흡수 파장 영역을 결정하는 단계; (다) 상기 파장 영역에 따른 마이크로 큐벳의 종류를 선택하는 단계; (라) 상기 마이크로 큐벳 내에 체액을 포함시키고 분광기로 스펙트럼을 측정하는 단계; 및 (마) 상기 측정된 스펙트럼으로 상기 타겟 성분의 농도를 예측하는 단계;를 포함하는 체액 성분 분석 방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 분광학적 방법으로 흡수, 반사, 산란, 투과, 형광, ATR, pump-probe 또는 photoacustic 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 체액으로 혈액이 사용되는 경우 상기 마이크로 큐벳 내부에 항응고제를 도핑하는 것이 바람직하다.

이하, 도면을 참고하면서 본 발명에 의한 체액 성분 측정 방법 및 그 장치에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1a는 본 발명에 의한 체액 성분 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 이에 대해 설명하면 다음과 같다. 먼저 체액 성분 중 측정하기 하고자 하는 타겟 성분을 결정한다. 이러한 성분들은 인체의 혈액에 함유되어있는 성분들이 주종을 이루게 되나, 본 발명에 의한 체액 성분 측정 방법에서는 혈액에 한정되지 아니한다. 구체적으로 헤모글로빈, 빌리루빈, 산소 포화도, 글루코즈(glucose), 콜레스테롤(cholesterol), 알부민(albumin) 등을 예로 들 수 있다.

측정하고자 하는 타겟 성분을 결정한 다음, 상기 타겟 성분에 따른 파장 영역을 결정한다. 본 발명에서 "타겟 성분에 따른 파장 영역"이란 경험적으로 타겟 물질에 있어서, 흡수도가 높은 가시광선 또는 적외선의 파장 영역을 의미한다. 이러한 파장 영역은 인체의 혈액에 존재하는 혈중 성분에 따라 각각 다르다.

예를 들어, 헤모글로빈, 빌리루빈 및 산소 포화도 등의 경우에는 가시 광선 영역이 바람직하고, 글로코제, 콜레스테롤 및 알부민 등과 같이 혈액속에 상대적인 농도가 낮거나 뚜렷한 흡수대를 설정하기 어려운 성분들의 경우 중적외선 영역이바람직하다.

이와 같이 각 성분에 따른 파장 영역을 설정한 뒤에 그 파장 영역에 따른 큐벳을 선택한다. 이러한 큐벳의 경우에는 그 선택된 파장 영역에서 광 흡수 성질이 낮아서 각 성분의 흡광도에 미치는 영향이 상대적으로 작은 재질로 이루어 진 것이 바람직하다.

예를 들어, 가시광선 또는 근 적외선 영역에서는 글래스 또는 quartz 재질로 이루어진 큐벳이 바람직하며, 생체 분자들의 지문(finger print) 영역인 8 내지 10㎛ 파장 영역에서는 폴리에틸렌(polyethylene) 재질로 이루어진 큐벳이 바람직하다. 통상 혈액 샘플은 특별한 장치가 필요 없이 큐벳 내에 주입이 가능하도록 모세관 현상을 이용하여 큐벳의 측정 하고자 하는 영역까지 빨아 들이게 된다. 따라서, 사용되는 마이크로 큐벳의 경우에는 혈액 샘플을 큐벳의 측정 부위까지 용이하게 빨아들이기 위해서 그 내부 직경이 40 내지 500㎛인 것이 바람직하다. 이때 측정 대상이 되는 것을 일반적으로는 인체의 소량의 혈액이지만 이에 한정되지 아니하며, 혈청, 혈장, 간질액, 소변, 타액, 양수, 땀 등 인체에서 배출되거나 인체에 포함된 것을 모두 포함한다. 다만, 혈액 샘플의 경우 그 응고를 방지하기 위하여, EDTA와 같은 항 응고제로 큐벳 내부를 도핑하는 것이 바람직하며, 그 큐벳 내부의 직경은 혈액의 침전을 방지하기 위해 내부 직경이 50±5㎛인 큐벳을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용될 수 있는 마이크로 큐벳을 몇가지 예를 도 2a에 나타내었으며, 그 사시도를 도 2b에 나타내었다. 본 발명에 의한 혈중 성분 측정 방법에 사용되는 큐벳은 분광계에서 스펙트럼을 측정할 수 있는 것이면 모두 사용 가능하며, 그 형태에 제한되지 아니한다. 도 2c에서는 폴리 에틸렌의 광의 파장 영역에 따른흡수스펙트럼을 나타내었으며, 도면에 나타낸 바와 같이 광의 파장에 따라 광흡수 정도가 틀리며, 여기서 그 흡수도가 매우 낮은 파장 범위에서 큐벳 재료로서 보다 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있다.

다음으로, 상기 마이크로 큐벳에 빨아들인 혈액에 대해서 분광학적인 방법에 의해 분광기로 대상 성분의 스펙트럼을 측정한다. 여기서 분광학적인 방법이란 일반적으로 알려진 광의 흡수, 산란, 반사, 투과, 형광, ATR, pump-probe, phothoacustic 또는 Raman법 등을 포함한다.

이와 같은 방법에 의해 측정된 타겟 성분의 스펙트럼을 이용하여 해당 성분의 농도를 예측한다. 이러한 농도 값은 미리 그 성분에 대한 흡광도에 따른 농도 값의 경험적인 표준치를 설정하여 그 표준치와 비교하여 결정할 수 있으며, 또는 광원에서 조사된 광의 초기 intensitiy, I0와 타겟 성분에 의해 흡수된 양을 제외한 intensity, I 값을 비교한 값인 T=I/I0 값을 이용하여 결정할 수 있다. 즉, -log(T)= A = abc로서, 여기서 A는 흡수도 a는 흡광계수, b는 셈플의 빛투과 길이, c는 성분의 농도로서 예측 가능하다.

본 발명에 의한 체액 성분 측정을 위한 시스템은 도 1b에 나타낸 바와 같다. 즉, 광원, 시료 및 상기 광원에서 시료에 조사한 뒤의 광을 검출하는 검출기를 포함하는 분광계를 구성하고, 상기 광원과 검출기의 광량을 신호 처리부 및 CPU에서 해당 타겟 성분의 농도를 예측하게 된다.

그리고 나서, 상기 타겟 성분 이외의 성분에 대한 분석이 필요한 경우 최초의 과정을 다시 되풀이하고, 원하는 성분들에 관한 분석이 끝나면 해당 혈액에 대한 성분 분석 자료를 출력한다.

이와 같은 과정을 통해 측정된 각각의 혈액 성분들에 관한 흡수 스펙트럼 그래프를 도 3a 내지 도 3f에 걸쳐 나타내었다.

도 3a는 글루코즈, 헤모글로빈, 알부민, 감마 글로불린 등의 물보상 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이며(왼쪽축), 여기서 실선은 혈중 성분중 가장 큰 비율을 차지하는 수분의 흡수 스펙트럼을 나타내며 오른쪽 축에 흡수도를 표시하였다. 여기서, 가로축은 적외선의 파장을 nm 단위로 나타낸 것이며, 세로축은 광원 및 검출기에서 측정된 광의 상대적인 intensity 값의 - 로그를 취한 값이다. 즉, A = -log(T)이며, 여기서 T는 상기에 기술한 바와 같이, 광원에서 조사된 광의 초기 intensitiy, I0와 타겟 성분에 의해 흡수된 양을 제외한 intensity, I 값을 비교한 값인 T=I/I0 가 된다.

도 3b은 체액 성분중 산화 헤모글로빈 및 환원 헤모글로빈의 흡수 스펙트럼을 나타내었다. 도 3b에 나타낸 바와 같이, 산화 헤모글로빈의 흡수 계수가 큰 경우에는 산화 헤모글로빈의 흡수도가 상대적으로 환원 헤모글로빈의 흡수도 보다 높은 경우이고, 환원 헤모글로빈의 흡수계수가 큰은 경우에는 환원 헤모글로빈의 흡수도가 높은 경우이다.

도 3c는 글루코즈의 중적외선 영역에서 흡수 스펙트럼을 나타낸 것으로 도 3a와 비교하여 물의 스펙트럼을 뺀 상대적인 값을 나타내었다. 그리고, 순차적으로도 3d, 도 3e 및 도 3f는 각각 헤모글로빈, 알부민 및 물의 각 파장 영역에 따른 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이다.

도 4에서는 본 발명에 의한 체액 성분 측정 방법에 의해 예측된 헤모글로빈(a), 글루코즈(b) 및 콜레스테롤(c)의 농도를 측정하고 별도의 시약에 의한 발색 반응으로 측정된 각 성분의 농도 값과 비교한 것을 나타내었다. 그리고 혈장 성분 중의 알부민(d), 글루코즈(e) 및 콜레스테롤(f)의 농도를 본 발명에 의한 성분 측정 방법에 의한 것과 종래의 별도의 시약을 사용한 발색 반응으로 측정된 농도값과 비교한 것을 나타내었다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 거의 대부분의 경우에 있어서, 종래의 시약을 사용한 발색 반응과 유사한 결과를 나타낸 것을 알 수 있다.

본 발명에 의하면, 종래의 체액 성분 측정 방법과 비교하여 다음과 같은 효과를 나타낸다.

첫째, 별도의 시약을 사용하지 않음으로써 측정 비용을 절감할 수 있다. 여기에는 인체에서 채취된 혈액의 시약 의 가격 및 그 보존 기간을 경과한데 따른 별도 구입 비용 등을 절약할 수 있다.

둘째, 별도의 시약을 이용하여 측정을 할 경우와 비교하여 그 측정 시간을 크게 단축할 수 있다. 또한, 하나의 샘플을 이용하여 여러 성분 및 각 성분에 따른 측정도 여러번 할 수 있으므로 샘플의 소모가 없으며, 따라서 극소량의 혈액만을 확보할 수 있는 경우에도 원하는 횟수의 측정이 가능하다.

세째, 모세관 현상을 이용한 체액 샘플 제작 방식으로서 측정의 오차를 줄일 수 있으며, 중적외선 영역과 같은 지문 영역에서도 효과적인 적용이 가능하다.

네째, 큐벳의 pathlength를 50±5㎛의 범위로 하는 경우에는 혈액의 침강 현상을 예방할 수 있어, 일정한 스펙트럼을 얻을 수 있어서 측정의 정확도를 높일수 있다.

Claims (7)

1. 분석하고자 하는 성분이 함유된 체액이 포함된 마이크로 큐벳;

   상기 마이크로 큐벳에 소정 파장의 광을 조사하는 광원;

   상기 마이크로 큐벳을 통과한 광을 검출하는 검출기;

   상기 광원에서 조사된 광의 파장에 따라 측정된 스펙트럼에 의해 상기 체액 성분의 농도를 계산하는 프로세싱부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 체액 성분 분성 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 마이크로 큐벳 내의 모세관의 직경은 500 마이크로 미터 이하인 것을 특징으로 하는 체액 성분 분석 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 마이크로 큐벳에 체액으로써 혈액을 사용하는 경우 상기 마이크로 큐벳내의 모세관의 직경은 65 마이크로 미터 이하인 것을 특징으로 하는 체액 분석 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 마이크로 큐벳은 글라스, quartz 또는 폴리 에틸렌 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 체액 분석 장치.
5. 체액 성분의 농도를 분석하는 체액 성분 분석 방법에 있어서,

   (가) 분석하고자 하는 타겟 성분을 결정하는 단계;

   (나) 상기 타겟 성분에 따른 흡수 파장 영역을 결정하는 단계;

   (다) 상기 파장 영역에 따른 마이크로 큐벳의 종류를 선택하는 단계;

   (라) 상기 마이크로 큐벳 내에 체액을 포함시키고 분광기로 스펙트럼을 측정하는 단계; 및

   (마) 상기 측정된 스펙트럼으로 상기 타겟 성분의 농도를 예측하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 체액 분석 방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 분광학적 방법으로 흡수, 반사, 산란, 투과, 형광, ATR, pump-probe 또는 photoacustic 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 체액 분석 방법.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 체액으로 혈액이 사용되는 경우 상기 마이크로 큐벳 내부에 항응고제를 도핑하는 것을 특징으로 하는 체액 분석 방법.