(57)【要約】  本発明は、バイオセンサに関し、血液から血球を分離し、血漿成分を通過させる血球分離メンブレン、前記血球分離メンブレンから通過した血漿成分が流れる微小流体チャネル、前記血球分離メンブレンから通過した血漿成分が前記微小流体チャネルに沿って流れるようにする下部基板、および前記血球分離メンブレンと前記下部基板との間を連結するピラーを含み、前記ピラーに電極が配置され、前記ピラーは前記血球分離メンブレンを一定距離だけ押し上げることを特徴としており、表面張力のために血球分離メンブレンを通過し難い血漿を容易に通過させるようにすることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
血液から血球を分離し、血漿成分を通過させる血球分離メンブレン、
前記血球分離メンブレンから通過した血漿成分が流れる微小流体チャネル、
前記血球分離メンブレンから通過した血漿成分が前記微小流体チャネルに沿って流れるようにする下部基板、および
前記血球分離メンブレンと前記下部基板との間を連結するピラーを含み、
前記ピラーに電極が配置され、前記ピラーは前記血球分離メンブレンを一定距離だけ押し上げることを特徴とするバイオセンサ。
【請求項２】
前記ピラーの側面部に電極が形成されることを特徴とする、請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項３】
前記ピラーが前記血球分離メンブレンと接触する部分は絶縁体からなることを特徴とする、請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項４】
前記ピラーの内部に空いた空間を備え、前記血球分離メンブレンを通過した血漿成分が前記空いた空間に沿って流れるようにすることを特徴とする、請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項５】
前記ピラーに圧電または超音波振動を加えて表面張力を低下させることを特徴とする、請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項６】
前記ピラーの表面が親水性であることを特徴とする、請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項７】
前記ピラーは多孔性構造を有することを特徴とする、請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項８】
血液から血球を分離し、血漿成分を通過させる血球分離メンブレン、
前記血球分離メンブレンから通過した血漿成分が保管される下部基板、および
前記血球分離メンブレンと前記下部基板との間を連結する複数のピラーを含み、
前記複数のピラーは前記血球分離メンブレンと前記下部基板との間に形成される空間の周縁に一定間隔ごとに位置し、前記複数のピラーのうち少なくとも一つ以上には電極が配置されることを特徴とするバイオセンサ。
【請求項９】
前記複数のピラーの間の空間はヒドロゲル（Ｈｙｄｒｏｇｅｌ）を満たすことを特徴とする、請求項８に記載のバイオセンサ。
【請求項１０】
血液から血球を分離し、血漿成分を通過させる血球分離メンブレン、
前記血球分離メンブレンから通過した血漿成分が流れる微小流体チャネル、
前記血球分離メンブレンから通過した血漿成分が前記微小流体チャネルに沿って流れるようにする下部基板、
前記血球分離メンブレンと前記下部基板との間を連結し、前記血球分離メンブレンを一定距離だけ押し上げたピラー、
前記ピラーに配置される電極、
内部に収容空間が形成され、一側には前記電極を挿入できる挿入口が形成されたハウジング、
前記ハウジングの内部空間に配置され、前記電極に接触する２個以上の接触ピン、および
前記電極を介して送られる電流量を測定および分析して血糖を数値的な値に変換する信号処理部を含む血糖測定装置。
【請求項１１】
前記血糖測定装置を用いた血糖測定を少なくとも３回以上実施し、測定される血糖値の変化が一定範囲以内である場合に血漿が電極と電極との間に集まって飽和したと判断する血漿飽和有無判断部をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の血糖測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオセンサに関し、より詳しくは、表面張力のために血球分離メンブレンを通過し難い血漿を容易に通過させるようにすることができるバイオセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来のバイオセンサの構成図である。
【０００３】
図１を参照すれば、従来のバイオセンサは、血球分離メンブレン１００、微小流体チャネル１１０、下部基板１２０、およびスペーサ１３０を含んで構成される。図１（ａ）はバイオセンサを上から見た図であり、図１（ｂ）はＡ−Ａ’を断面にした場合の図である。
【０００４】
血液に含まれた血球は血球分離メンブレン１００により濾過され、血漿成分が血球分離メンブレン１００を通過すると、通過した血漿成分が微小流体チャネル１１０を通して流れるようになる。
【０００５】
一般的な血球分離メンブレン１００は血球より小さい大きさの孔で形成されており、血球分離メンブレン１００が血球および血漿を吸収すると、表面張力のために血漿が血球分離メンブレン１００から抜け出なくなるという問題がある。
【０００６】
従来、この場合、外部から圧力を加えるか或いはまた他のメンブレンを接合して毛細管現象により血漿成分を他の領域に移動させる方法を利用した。したがって、より効果的に表面張力を低下させて血漿が血球分離メンブレンを通過し易いようにする必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、表面張力のために血球分離メンブレンを通過し難い血漿を容易に通過させるようにすることができるバイオセンサを提供することにある。
【０００８】
本発明が解決しようとする他の課題は、血球分離メンブレンと下部基板との間に親水性処理をしたピラー（ｐｉｌｌａｒ）を位置させ、ピラーには電極を配置することによって、血球分離メンブレンを通過した血漿をピラーに配置された電極を介して直ちに測定することができる血糖測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記課題を達成するために、血液から血球を分離し、血漿成分を通過させる血球分離メンブレン、前記血球分離メンブレンから通過した血漿成分が流れる微小流体チャネル、前記血球分離メンブレンから通過した血漿成分が前記微小流体チャネルに沿って流れるようにする下部基板、および前記血球分離メンブレンと前記下部基板との間を連結するピラーを含み、前記ピラーに電極が配置され、前記ピラーは前記血球分離メンブレンを一定距離だけ押し上げることを特徴とするバイオセンサを提供する。
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、前記ピラーに電極が配置され、前記ピラーが前記血球分離メンブレンと接触する部分は絶縁体からなってもよい。
【００１１】
また、前記ピラーの側面部に電極が形成されることが好ましい。
【００１２】
なお、前記ピラーの内部に空いた空間を備え、前記血球分離メンブレンを通過した血漿成分が前記空いた空間に沿って流れるようにしてもよい。
【００１３】
本発明の他の実施形態によれば、前記ピラーに圧電または超音波振動を加えて表面張力を低下させてもよい。この時、前記ピラーは多孔性構造を有し、前記ピラー表面が親水性であることが好ましい。
【００１４】
本発明は、前記課題を達成するために、血液から血球を分離し、血漿成分を通過させる血球分離メンブレン、前記血球分離メンブレンから通過した血漿成分が保管される下部基板、および前記血球分離メンブレンと前記下部基板との間を連結する複数のピラーを含み、前記複数のピラーは前記血球分離メンブレンと前記下部基板との間に形成される空間の周縁に一定間隔ごとに位置し、前記複数のピラーのうち少なくとも一つ以上には電極が配置されることを特徴とするバイオセンサを提供する。
【００１５】
この時、前記複数のピラーの間の空間は、ヒドロゲル（Ｈｙｄｒｏｇｅｌ）を満たすことが好ましい。
【００１６】
本発明は、前記他の課題を達成するために、血液から血球を分離し、血漿成分を通過させる血球分離メンブレン、前記血球分離メンブレンから通過した血漿成分が流れる微小流体チャネル、前記血球分離メンブレンから通過した血漿成分が前記微小流体チャネルに沿って流れるようにする下部基板、前記血球分離メンブレンと前記下部基板との間を連結し、前記血球分離メンブレンを一定距離だけ押し上げたピラー、前記ピラーに配置される電極、内部に収容空間が形成され、一側には前記電極を挿入できる挿入口が形成されたハウジング、前記ハウジングの内部空間に配置され、前記電極に接触する２個以上の接触ピン、および前記電極を介して送られる電流量を測定および分析して血糖を数値的な値に変換する信号処理部を含む血糖測定装置を提供する。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、前記血糖測定装置を用いた血糖測定を少なくとも３回以上実施し、測定される血糖値の変化が一定範囲以内である場合に血漿が電極と電極との間に集まって飽和したと判断する血漿飽和有無判断部をさらに含んでもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、表面張力のために血球分離メンブレンを通過し難い血漿を容易に通過させるようにすることができる。また、本発明によれば、血球分離メンブレンと下部基板との間に親水性処理をしたピラーを位置させ、ピラーには電極を配置することによって、血球分離メンブレンを通過した血漿をピラーに配置された電極を介して直ちに測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来のバイオセンサの構成図である。
【図２】本発明の好ましい一実施形態によるバイオセンサの構成図である。
【図３】本発明の好ましい他の実施形態によるバイオセンサの構成図である。
【図４】図２と図３（ａ）に示されたピラーの様々な構造を示すものである。
【図５】本発明の一実施形態によるピラーを含むバイオセンサとピラーのないバイオセンサの血漿排出時間を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、前記課題を達成するために、血液から血球を分離し、血漿成分を通過させる血球分離メンブレン、前記血球分離メンブレンから通過した血漿成分が流れる微小流体チャネル、前記血球分離メンブレンから通過した血漿成分が前記微小流体チャネルに沿って流れるようにする下部基板、および前記血球分離メンブレンと前記下部基板との間を連結するピラーを含み、前記ピラーに電極が配置され、前記ピラーは前記血球分離メンブレンを一定距離だけ押し上げることを特徴とするバイオセンサを提供する。
【実施例】
【００２１】
以下では、本発明をより具体的に説明するために本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照してより詳しく説明する。但し、本発明は、ここで説明される実施形態に限定されず、他の形態に具体化されてもよい。図面上、ある層が他の層または基板の「上」にあると言及される場合、これは、他の層または基板の上に直接形成されるか、またはこれらの間に第３の層が介在してもよい。
【００２２】
ある素子（ｅｌｅｍｅｎｔｓ）または層が他の素子または層の「上（ｏｎ）」にあると言及される場合には、他の素子または層の真上だけでなく、その間にまた他の層またはまた他の素子を介在した場合を全て含む。その反面、素子が「直接に上（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｏｎ）」または「真上」にあると言及される場合には、その間にまた他の素子または層を介在しないことを示す。空間的に相対的な用語である「下（ｂｅｌｏｗ）」、「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」、「上（ａｂｏｖｅ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」などは、図面に示されているように、一つの素子または構成要素と他の素子または構成要素との相関関係を容易に記述するために用いられる。空間的に相対的な用語は、図面に示されている方向に加えて、使用時または動作時の素子の互いに異なる方向を含む用語として理解しなければならない。例えば、図面に示されている素子を逆様にする場合、他の素子の「下（ｂｅｌｏｗまたはｂｅｎｅａｔｈ）」に記述された素子は、他の素子の「上（ａｂｏｖｅ）」に置かれる。したがって、例示的な用語である「下」は、下と上の方向をいずれも含むことができる。素子は他の方向に配向されることができ、この場合、空間的に相対的な用語は配向に応じて解釈される。
【００２３】
本発明は、様々な変更を加えてもよく、種々の実施形態を有してもよいところ、特定の実施形態を図面に例示し説明しようとする。但し、これは、本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれる全て変更、均等物ないしは代替物を含むものとして理解しなければならない。
【００２４】
図２は、本発明の好ましい一実施形態によるバイオセンサの構成図である。
【００２５】
図２を参照すれば、本実施形態によるバイオセンサは、血球分離メンブレン２００、微小流体チャネル２１０、下部基板２２０、スペーサ２３０、およびピラー２４０を含んで構成される。図２（ａ）はバイオセンサを上から見た図であり、図２（ｂ）はＡ−Ａ’を断面にした場合の図である。
【００２６】
血球分離メンブレン２００は、血液内に互いに異なるサイズを有する構成成分が重力方向に進行しつつ、血球と血漿とを分離する。血球は血球分離メンブレン２００を構成する気孔内にかかって分離され、血漿成分が血球分離メンブレン２００を通過するようになる。血球分離メンブレンの材質は、ポリスルホン（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）であってもよい。本明細書において、血漿成分とは、血漿（ｐｌａｓｍａ）および血清（ｓｅｒｕｍ）を含むものを意味する。
【００２７】
検査しようとする血液を受ける前に、血漿呼び水（ｐｌａｓｍａ  ｐｒｉｍｉｎｇ）を血球分離メンブレン２００の下部表面に供給して表面張力を低下させることができる。血漿呼び水は、血漿と類似したナトリウム、マグネシウム、カリウムの数値に作られた溶液を用いることが好ましい。
【００２８】
微小流体チャネル２１０は、血球分離メンブレン２００から通過した血漿成分が流れる通路である。微小流体チャネル２１０の長さ、幅、ボリュームのうちの一つ以上によって血漿成分の流動速度が変わる。
【００２９】
下部基板２２０は、血球分離メンブレン２００から通過した血漿成分が微小流体チャネル２１０に沿って流れるようにする。下部基板２２０は、親水性であることが好ましい。
【００３０】
スペーサ２３０は、下部基板２２０と血球分離メンブレン２００との間に位置し、下部基板２２０と血球分離メンブレン２００を離隔させる。
【００３１】
ピラー２４０は、血球分離メンブレン２００と下部基板２２０との間を連結する。この時、ピラー２４０は、血球分離メンブレン２００を一定距離ｄだけ押し上げることが好ましい。
【００３２】
ピラー２４０に電極が配置されている場合には、血球分離メンブレン２００と下部基板２２０との間に血漿成分が集まると、電極に血漿成分の接触が容易になるため、より容易に血漿成分を分析することができる。
【００３３】
一方、ピラー２４０と血球分離メンブレン２００が接触する面は絶縁体からなってもよく、ピラー２４０は多孔性構造であってもよい。
【００３４】
また、ピラー２４０の内部に空いた空間を備え、血球分離メンブレン２００を通過した血漿成分が前記空いた空間に沿って流れるようにすることができる。
【００３５】
表面張力を低下させるためにピラー２４０の表面には親水性処理を施すことができ、ピラー２４０にピラーの固有周波数の圧電振動または超音波振動を加えることができる。
【００３６】
また、ピラー２４０そのものが親水性物質からなるか、またはピラー表面が親水性である場合も可能である。一実施形態として、ピラー２４０を構成する親水性物質は、ヒドロゲル（ｈｙｄｒｏｇｅｌ）であってもよい。
【００３７】
図３は、本発明の好ましい他の実施形態によるバイオセンサの構成図である。
【００３８】
図３（ａ）は、ピラー２４０が血球分離メンブレン２００と下部基板２２０との間に形成される空間の周縁に一定間隔ごとに位置したのを示すものである。図２（ａ）はピラーが血球分離メンブレン２００の中央に１個がある反面、図３（ａ）に示されたピラー２４０は血球分離メンブレン２００と下部基板２２０との間に形成される空間の周縁に一定間隔ごとに位置することによって、血球分離メンブレン２００を通過した血漿成分が表面張力のためにピラーとピラーとの間を通過できなくなる。その結果、血漿成分がピラー内側に集まるようになるという効果がある。
【００３９】
この時、血球分離メンブレン２００の周縁に位置した複数のピラーには電極が配置され、ピラー内側に集まった血漿成分を分析できるようにすることが好ましい。
【００４０】
複数のピラーに電極が配置される一実施形態として、複数のピラーの側面部に電極が形成されてもよい。
【００４１】
また、血球分離メンブレン２００と下部基板２２０との間の空間にヒドロゲル（Ｈｙｄｒｏｇｅｌ）を満たすことが好ましい。したがって、前記複数のピラーの間にもヒドロゲル（Ｈｙｄｒｏｇｅｌ）が満たされるようになる。
【００４２】
図３（ｂ）は、ピラー２４０の一面が血球分離メンブレン２００の周縁と下部基板２２０に当接し、内部が空いた円筒形構造であるのを示すものである。この時、前記円筒形構造の内側面には電極が配置されていることが好ましい。
【００４３】
図３（ｃ）は、ピラー２４０の一面が血球分離メンブレン２００の周縁と下部基板２２０に当接し、内部が空いた四角柱構造であるのを示すものである。この時、前記四角柱構造の内側面に電極が配置されていることが好ましい。
【００４４】
図３（ｂ）と図３（ｃ）に示された前記円筒形構造または前記四角柱構造のピラー内に満たされた血漿成分が抜け出る吐出口をさらに備えることができる。
【００４５】
図４は、図２と図３（ａ）に示されたピラーの様々な構造を示すものである。
【００４６】
図４（ａ）は、ピラー２４０が円筒形柱である場合の様々な実施形態を示している。
【００４７】
図４（ａ）を参照すれば、血球分離メンブレン２００を通過した血漿成分が円筒形柱のピラー外壁に沿って降りてくる場合がある。また、ピラー内部に円筒空間、上端が下端より狭い円錐形柱状の空間、または上端が下端より広い逆円錐形柱状の空間がある場合には、ピラー外壁だけでなく、内壁を通して血漿成分が重力によって降りてくる。
【００４８】
図４（ｂ）は、ピラー２４０の上端が下端より狭い円錐形柱である場合の様々な実施形態を示している。
【００４９】
図４（ｂ）を参照すれば、血球分離メンブレン２００を通過した血漿成分が、上端が下端より狭い円錐形柱のピラー外壁に沿って降りてくる場合がある。また、ピラー内部に円筒空間または上端が下端より狭い円錐形柱状の空間がある場合には、ピラー外壁だけでなく、内壁を通して血漿成分が重力によって降りてくる。
【００５０】
図４（ｃ）は、ピラー２４０の上端が下端より広い逆円錐形柱である場合の様々な実施形態を示している。
【００５１】
図４（ｃ）を参照すれば、血球分離メンブレン２００を通過した血漿成分が、上端が下端より広い逆円錐形柱のピラー外壁に沿って降りてくる場合がある。また、ピラー内部に円筒空間または上端が下端より広い逆円錐形柱状の空間がある場合には、ピラー外壁だけでなく、内壁を通して血漿成分が重力によって降りてくる。
【００５２】
本発明の好ましい一実施形態によるバイオセンサに含まれた電極に血漿が供給され、電源が印加されれば、前記電極には一定量の電流が発生する。この時に発生した電流量は血液内のブドウ糖の濃度と比例するため、前記電流量の平均値（ｍｅａｎ  ｖａｌｕｅ）または中間値（Ｍｅｄｉａｎ）を計算して血液内のブドウ糖の濃度を測定することができる。
【００５３】
図５は、本発明の一実施形態によるピラーを含むバイオセンサとピラーのないバイオセンサの血漿排出時間を比較したグラフである。
【００５４】
全血から血球分離メンブレンを血漿が通過する速度の変化は、まだ通過していない全血の量に応じて変わるため、線形的に速度が変化するものではない。したがって、図５のようなキャンドル形態のグラフを用いて説明することにする。
【００５５】
図５のｙ軸は、全血４０ｕＬ（マイクロリットル）を注入した時、４ｕＬの血漿が排出されるのにかかる時間を示す。
【００５６】
ボックスの上側の横バーは血漿が９９％抜け出るのにかかる時間、ボックスの上端は血漿が７５％抜け出るのにかかる時間、ボックスの下端は血漿が２５％抜け出るのにかかる時間、ボックスの下側の横バーは血漿が１％抜け出るのにかかる時間、ボックス内の横バーは平均時間を意味する。
【００５７】
図５を参照すれば、ピラーがある場合の血漿が抜け出る速度とピラーがない場合の血漿が抜け出る速度とを比較すれば、ピラーがある場合には血漿が９９％抜け出る時間が約１００ｓであり、ピラーがない場合には血漿が９９％抜け出る時間が約３００ｓであって、時間が１／３に減ることが分かる。
【００５８】
本発明の実施形態によるバイオセンサを、血糖測定装置は勿論、乳糖やコレステロールのような他の微小試料の測定装置にも適用することができる。
【００５９】
本発明の実施形態による血糖測定装置は、血液から血球を分離し、血漿成分を通過させる血球分離メンブレン、前記血球分離メンブレンから通過した血漿成分が流れる微小流体チャネル、前記血球分離メンブレンから通過した血漿成分が前記微小流体チャネルに沿って流れるようにする下部基板、前記血球分離メンブレンと前記下部基板との間を連結し、前記血球分離メンブレンを一定距離だけ押し上げたピラー、前記ピラーに配置される電極、内部に収容空間が形成され、一側には前記電極を挿入できる挿入口が形成されたハウジング、前記ハウジングの内部空間に配置され、前記電極に接触する２個以上の接触ピン、および前記電極を介して送られる電流量を測定および分析して血糖を数値的な値に変換する信号処理部を含む。
【００６０】
また、前記血糖測定装置を用いた血糖測定を少なくとも３回以上実施し、測定される血糖値の変化が一定範囲以内である場合に血漿が電極と電極との間に集まって飽和したと判断する血漿飽和有無判断部をさらに含むことができる。
【００６１】
以上、本発明では具体的な構成要素などのような特定事項と限定された実施形態および図面によって説明したが、これは本発明のより全般的な理解を助けるために提供されたものに過ぎず、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者であれば、このような記載から様々な修正および変形が可能である。
【００６２】
したがって、本発明の思想は説明した実施形態に限定して定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等または等価的な変形がある全てのものは本発明の思想の範疇に属すると言える。
【図１】
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【図２】
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2021502576.tif 000005
【図３】
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2021502576.tif 000007
【図４】
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【図５】
2021502576.tif 000009
【国際調査報告】
2021502576.tif 000010
2021502576.tif 000011
2021502576.tif 000012
2021502576.tif 000013
2021502576.tif 000014
2021502576.tif 000015