일반기술

혈액 및 다상유동의 속도장 측정장치 및 방법

본 기술은 미세 추적입자의 변위 정보를 이용한 유동 자체의 속도장과 유동에 포함된 적혈구, 백혈구, 기포 등의 구성성분 각각의 속도분포를 동시에 검출할 수 있도록 된 혈액 및 다상유동의 속도장 측정장치 및 방법에 대한 것이다. 이 방법에서 유동의 속도장 측정장치는 미세 채널이나 혈관을 조명하는 램프와 소정 시간 간격으로 적어도 2회에 걸쳐 채널에 소정 파장의 빔을 조사하는 레이저와; 램프 및 레이저에 의하여 조명된 미세 채널 내부의 입자영상을 제1 및 제2 입자영상으로 분기시키는 빔스프리터와; 제1입자영상 중 소정 파장 이상의 영상만을 투과시키는 고대역 필터와; 고대역 필터를 투과한 영상을 촬상하는 제1카메라와; 제2입자영상 중 소정 파장 이하의 영상만을 투과시키는 저대역 필터와; 저대역 필터를 투과한 영상을 촬상하는 제2카메라;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 유동의 속도장 측정방법은, 미세 채널이나 혈관 모형 등에 램프 및 레이저를 이용하여 공간 조명하는 단계와; 램프 및 레이저에 의하여 조명된 미세 채널 내부의 입자영상을 제1 및 제2입자영상으로 분기시키는 단계와; 분기된 제1입자영상으로부터 추적입자들의 속도장을 추출하는 단계와; 분기된 제2입자영상으로부터 물체의 속도장을 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다. 기존기술에 대한 현 기술에서 보완된 점: 기존의 경우 단순 작동유체만의 순수 속도장을 추출할 수 있다. 본 특허기술에서는 이를 보완하여 채널 내부에 상대적으로 부피의 비가 다른 물체가 포함되어진 다상의 유동이 발현될 경우에 이들 각각의 속도장을 분리하여 동시에 측정할 수 있는 기술이다. 이렇게 함으로써 기존 방식의 경우 공간 전체의 평균화된 속도장과 속도벡터 추출시 많은 속도 보간 에러가 포함되었으나, 본 기술의 경우 이를 근본적으로 제거할 수 있다.본 기술은 미세 채널 내에 흐르는 미세 크기의 추적입자가 시딩(seeding) 된 작동유체의 속도장과, 작동유체와 함께 흘러가는 것으로 추적입자에 비하여 상대적으로 부피가 크게 작동유체와 상(phase)이 다른 물체 자체의 속도장을 동시에 측정할 수 있도록 고안된 유동의 속도장 측정방법이다. 여기서, 미세 채널 내에 흐르는 유동의 예로는 혈액을 들 수 있다. 이 경우 작동유체는 혈장을 포함한 액체이며, 물체의 예로는 적혈구, 백혈구 등의 혈구를 들 수 있다. DNA칩이나 랩온어칩의 경우, 상기 액체는 이온이 제거된 증류수(deionized water)와 혈액을 대략 10% 이하로 희석한 것이 사용되기도 한다. 이 경우 추적입자의 크기는 혈구크기보다 매우 작은 수백 나노미터 크기의 형광(fluorescence polymer)입자로 구성된다. 또한, 적혈구 내의 혈색소의 흡광 특성을 이용하여 상기 적혈구의 속도장을 측정하기 위하여, 상기 혈액이 혼합된 액체에 열장용액을 넣어 적혈구를 용해시켜 혈색소 용액을 만들고, 사이안메테모글로빈(Cyanmethemoglobin ; 이하, HiCN법 이라한다)법으로 전처리를 하여야 한다. 본 발명의 속도장 측정장치는 미세 채널에 대해 공간 조명을 위한 광원과, 공간 조명된 미세 채널 내부의 입자 영상을 제1 및 제2입자영상으로 분기시키는 빔스프리터와, 입사된 제1 및 제2입자영상을 파장에 따라 필터링하는 고대역 필터 및 저대역 필터와, 입사된 영상을 촬상하는 제1 및 제2카메라를 포함하여 구성된다.