KR102482010B1 - Two-Phase System (ATPS) Based Polymersomes for Single Particle Level Isolation and Intensification - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수성 이상계 기반 폴리머좀을 이용한 단일 입자 수준의 입자 분리 및 집적 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a particle separation and aggregation technology at a single particle level using an aqueous biphasic-based polymersome.

Description

수성 이상계 기반 폴리머좀을 이용한 단일 입자 수준의 입자 분리 및 집적기술{Two-Phase System (ATPS) Based Polymersomes for Single Particle Level Isolation and Intensification}Single particle level separation and integration technology using aqueous phase system based polymersome {Two-Phase System (ATPS) Based Polymersomes for Single Particle Level Isolation and Intensification}

본 발명은 수성 이상계 기반 폴리머좀을 이용한 단일 입자 수준의 입자 분리 및 집적 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a particle separation and aggregation technology at a single particle level using an aqueous biphasic-based polymersome.

단백질과 핵산, 단백질과 같은 생체 분자들은 약학적 응용, 진단의학을 비롯하여 화장품에 이르기까지 광범위하게 사용되고 있다. 생체 분자들을 효과적으로 응용하기 위해서는 생체 분자들을 분리하고 정제하는 기술이 필요하다. 실제로 생체 분자를 단일 입자 수준으로 분리하고 집적하는 기술은 가장 중요하고 비용이 많이 드는 단계이다.Biomolecules such as proteins, nucleic acids, and proteins are widely used in pharmaceutical applications, diagnostic medicine, and cosmetics. In order to effectively apply biomolecules, a technique for isolating and purifying biomolecules is required. Indeed, the technology to isolate and assemble biomolecules down to the single-particle level is the most important and costly step.

다양한 생체 분자들 중에서도, 나노 크기의 지질 박막으로 구성된 소포 및 엑소좀을 통칭하는 세포외소포(extracellular vesicles, EVs)를 분리하는 방법에 대해서 활발한 연구가 진행중에 있다. 이러한 EVs는 세포 사이의 교신과 항원-항체 반응 사이에서 정보통신의 역할을 담당하므로, 이들을 고효율로 분리 및 정제하여 분석한다면 진단의학에서 그 잠재성을 발휘할 수 있다. 그러나 EVs는 각각 그 크기 분포가 30nm에서부터 1000nm까지 너무나 다양하게 존재하며, 생물학적인 다양성이 조건에 따라 변할 수 있다. 또한, EVs는 혈액 및 체액 내에서 단백질과 같은 기타 분자들과, 부유하는 다른 생체 분자와 같이 공존하고 있기 때문에, 이러한 물질들을 제거하고, EVs만을 집적하는 효과적인 방법의 필요성이 증대되고 있다.Among various biomolecules, active research is being conducted on methods for isolating extracellular vesicles (EVs), collectively referred to as exosomes and vesicles composed of nano-sized lipid films. Since these EVs play a role in communication between cells and between antigen-antibody reactions, EVs can exert their potential in diagnostic medicine if they are isolated, purified and analyzed with high efficiency. However, EVs vary greatly in size distribution, from 30 nm to 1000 nm, and their biological diversity can vary depending on conditions. In addition, since EVs coexist with other molecules such as proteins and floating biomolecules in blood and body fluids, the need for an effective method for removing these substances and integrating only EVs is increasing.

EVs를 분리하는 기존의 방법들에는 초원심분리, 면역분리, 고분자 침전과 같은 접근법들이 사용 되었지만 단일 단계를 거치지 않고 비교적 복잡한 공정을 필요로 했으며, 그 공정 시간이 길다는 단점이 존재했다. Existing methods for isolating EVs have used approaches such as ultracentrifugation, immunoseparation, and polymer precipitation, but they require relatively complex processes without going through a single step, and the process time is long.

한국공개특허 제10-2018-0081354호는 엑소좀을 포함하는 생체분자 연속 분리용 장치 및 이를 이용한 분리방법으로, 시료 외에 버퍼 용액을 추가로 주입하고, 버퍼 용액의 흐름을 이용하는 구성을 개시하고, 한국공개특허 제10-2017-0048188호는 낮은 원심력과 크기를 기반으로 하는 원심력 기반 나노 입자 분리장치를 이용하여 항체 특이성과 무관한 나노 소포를 단시간 안에 초원심분리기 없이 분리하는 구성을 개시하고, 한국공개특허 제10-2016-0017374호는 서로 밀도가 다른 두 종의 버퍼 및 밀도구배를 이용하는 미세유체장치를 이용하여 미세소포체를 분리하는 방법을 개시하나, 기존의 방법들로는 충분히 만족할만한 EVs 회수 수율을 보이지 못했으며, 선택적으로 EVs를 추출할 수 없다는 단점이 존재해 상용화하기에 큰 제약이 많았다.Korean Patent Publication No. 10-2018-0081354 discloses a device for continuous separation of biomolecules including exosomes and a separation method using the same, in which a buffer solution is additionally injected in addition to a sample, and a configuration using the flow of the buffer solution is disclosed, Korean Patent Publication No. 10-2017-0048188 discloses a configuration for separating nanovesicles irrelevant to antibody specificity in a short time without an ultracentrifuge using a centrifugal force-based nanoparticle separation device based on low centrifugal force and size, and Korea Publication No. 10-2016-0017374 discloses a method for isolating microvesicles using a microfluidic device using two types of buffers with different densities and a density gradient, but conventional methods do not provide a sufficiently satisfactory EVs recovery yield. There were many limitations to commercialization due to the disadvantage that it could not be seen and that EVs could not be selectively extracted.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수성 이상계 기반의 폴리머좀을 제조할 수 있는 미세유체장치를 제공하는 것이다. An object to be solved by the present invention is to provide a microfluidic device capable of preparing aqueous phase-based polymersomes.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 미세 유체장치를 이용한 수성 이상계 기반 폴리머좀의 제조방법 및 이를 이용한 생체분자 분리를 제공하는 것이다. Another problem to be solved by the present invention is to provide a method for preparing aqueous biphasic polymersomes using the microfluidic device and separating biomolecules using the same.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 사각기둥형 모세관; In order to solve the above problems, the present invention is a square columnar capillary;

상기 사각기둥형 모세관의 내부 공간에 배치되고, 일측 말단이 테이퍼드 구조를 갖는 원통형의 주입 모세관; a cylindrical injection capillary tube disposed in the inner space of the square columnar capillary tube and having a tapered structure at one end;

상기 사각기둥형 모세관의 내부 공간에 배치되고, 일측 말단은 테이퍼드 구조를 갖는 원통형의 수집 모세관; 및a cylindrical collection capillary disposed in the inner space of the square columnar capillary and having a tapered structure at one end; and

주입 모세관의 내부 공간에 배치되는 최내부 주입 모세관;을 포함하고, Including; the innermost injection capillary disposed in the inner space of the injection capillary,

주입 모세관의 테이퍼드 구조를 갖는 말단부와 수집 모세관의 테이퍼드 구조를 갖는 말단부가 이격된 거리를 두고 서로 마주보고 배치되는 것인, 미세유체장치를 제공한다. Provided is a microfluidic device in which a distal end having a tapered structure of an inlet capillary and a distal end having a tapered structure of a collection capillary are disposed facing each other at a spaced distance from each other.

본 발명에 있어서, 수집 모세관의 내벽, 외벽 및 주입모세관의 외벽은 친수성으로 표면개질된 것일 수 있다.In the present invention, the inner and outer walls of the collection capillary and the outer wall of the injection capillary may be surface-modified to be hydrophilic.

본 발명에 있어서, 주입 모세관의 내벽은 소수성으로 표면개질된 것일 수 있다.In the present invention, the inner wall of the injection capillary may be surface-modified to be hydrophobic.

본 발명에 있어서, 친수성 표면개질은 2-[메톡시(폴리에틸렌옥시)프로필]트리메톡시실란 처리된 것일 수 있다.In the present invention, the hydrophilic surface modification may be 2-[methoxy(polyethyleneoxy)propyl]trimethoxysilane treatment.

본 발명에 있어서, 소수성 표면개질은 옥타데실트리메톡시실란 처리된 것일 수 있다.In the present invention, the hydrophobic surface modification may be octadecyltrimethoxysilane treatment.

본 발명에 있어서, 주입 모세관의 테이퍼드 구조를 갖는 말단부와 수집 모세관의 테이퍼드 구조를 갖는 말단부 사이의 이격 거리는 30 μm 내지 500 μm일 수 있다.In the present invention, the separation distance between the distal end having a tapered structure of the injection capillary and the distal end having a tapered structure of the collection capillary may be 30 μm to 500 μm.

본 발명에 있어서, 주입 모세관의 테이퍼드 구조를 갖는 말단의 직경(d)보다, 수집 모세관의 테이퍼드 구조를 갖는 말단의 내부 직경(e)이 더 넓은 것일 수 있다.In the present invention, the inner diameter (e) of the tapered end of the collection capillary may be wider than the diameter (d) of the tapered end of the inlet capillary.

본 발명에 있어서, 최내부 모세관의 말단은 주입 모세관의 테이퍼드 영역 내에 위치하는 것일 수 있다.In the present invention, the end of the innermost capillary may be located within the tapered region of the injection capillary.

본 발명에 있어서, 최내부 주입 모세관의 내부 직경(a)은 10 μm 내지 60 μm이고, 외부 직경(a')은 15 μm 내지 100 μm일 수 있다.In the present invention, the inner diameter (a) of the innermost injection capillary may be 10 μm to 60 μm, and the outer diameter (a′) may be 15 μm to 100 μm.

본 발명에 있어서, 주입 모세관의 내부 직경(b)은 50 μm 내지 250 μm이고, 외부 직경(b')은 60 μm 내지 280 μm일 수 있다.In the present invention, the inner diameter (b) of the injection capillary may be 50 μm to 250 μm, and the outer diameter (b′) may be 60 μm to 280 μm.

본 발명에 있어서, 수집 모세관의 내부 직경(g)은 100 μm 내지 380 μm이고, 외부 직경(g')은 110 μm 내지 500 μm일 수 있다. In the present invention, the inner diameter (g) of the collection capillary may be 100 μm to 380 μm, and the outer diameter (g′) may be 110 μm to 500 μm.

본 발명에 있어서, 사각기둥형 모세관의 내부 직경(c)은 200 μm 내지 1,500 μm일 수 있다.In the present invention, the inner diameter (c) of the square columnar capillary may be 200 μm to 1,500 μm.

본 발명에 있어서, 최내부 주입 모세관의 내부로 제1 유체가 주입되고, In the present invention, the first fluid is injected into the innermost injection capillary,

주입 모세관의 내부이자, 최내부 주입 모세관의 외부 공간으로 제2 유체가 주입되고, The second fluid is injected into the inside of the injection capillary and into the outer space of the innermost injection capillary,

사각기둥형 모세관의 내부이자, 주입 모세관의 외부 공간으로 제3 유체가 주입되며, A third fluid is injected into the interior of the square columnar capillary and into the external space of the injection capillary,

사각기둥형 모세관의 내부이자, 수집 모세관의 외부 공간으로 제4 유체가 주입되며,A fourth fluid is injected into the interior of the square columnar capillary and into the external space of the collection capillary,

상기 주입된 제1 유체, 제2 유체, 제3 유체 및 제4 유체는 수집 모세관으로 유입되어 외부로 배출되되, 상기 수집 모세관의 테이퍼드 영역 내에서, 최내부 모세관에서 배출되는 제1 유체는 액적 코어을 형성하고, 상기 제2 유체는 액적 코어 외각으로 제1 쉘을 형성하고, 제3 유체는 제1 쉘의 외각으로 제2 쉘을 형성하여 코어/쉘/쉘 구조의 삼중액적이 형성되고, 형성된 삼중액적을 제4 유체와 함께 수집 모세관의 내부 통로를 통해 외부로 이송시키는 것일 수 있다.The injected first fluid, second fluid, third fluid, and fourth fluid are introduced into the collection capillary and discharged to the outside, and the first fluid discharged from the innermost capillary in the tapered region of the collection capillary is a droplet A core is formed, the second fluid forms a first shell with the outer shell of the droplet core, and the third fluid forms a second shell with the outer shell of the first shell, so that triple droplets having a core/shell/shell structure are formed. The triple droplet may be transferred to the outside through the inner passage of the collecting capillary along with the fourth fluid.

또한, 본 발명은 상기 미세유체장치를 이용하여 수성 이상계 기반 폴리머좀을 제조하는 방법으로서, In addition, the present invention is a method for preparing an aqueous biphasic-based polymersome using the microfluidic device,

수성 이상계 고분자 용액인 제1 유체, 제2 유체 및 제4 유체, 및 고분자 용해성 유기용매가 포함된 소수성 고분자 용액인 제3 유체를 준비하는 단계;preparing a first fluid, a second fluid, and a fourth fluid, which are aqueous two-phase polymer solutions, and a third fluid, which is a hydrophobic polymer solution containing a polymer-soluble organic solvent;

최내부 주입 모세관의 내부로 제1 유체를 주입하고, 주입 모세관의 내부이자, 최내부 주입 모세관의 외부 공간으로 제2 유체를 주입하고, 사각기둥형 모세관의 내부이자, 주입 모세관의 외부 공간으로 제3 유체를 주입하고, 사각기둥형 모세관의 내부이자, 수집 모세관의 외부 공간으로 제4 유체를 주입하는 단계;A first fluid is injected into the innermost injection capillary, and a second fluid is injected into a space inside the injection capillary and external to the innermost injection capillary, and into a space inside the square columnar capillary and external to the injection capillary. injecting a third fluid, and injecting a fourth fluid into a space inside the square columnar capillary and external to the collecting capillary;

수집 모세관의 테이퍼드 영역 내에서, 최내부 모세관에서 배출되는 제1 유체로부터 액적 코어를 형성시키고, 제2 유체로 상기 액적을 둘러싸는 제1 쉘을 형성시키는 수성 이상계 이중액적 형성 단계; forming, within the tapered region of the collecting capillary, a droplet core from a first fluid discharged from the innermost capillary and forming a first shell surrounding the droplet with a second fluid;

제3 유체로 상기 형성된 이중액적 외각으로 제2 쉘을 형성시키는 코어쉘/쉘구조의 삼중액적 형성 단계; Forming a triple droplet of a core-shell/shell structure to form a second shell with the outer shell of the double droplet formed with a third fluid;

상기 형성된 삼중액적을 제4 유체와 함께 수집 모세관을 통해 외부로 이송시키는 단계; 및transferring the formed triple droplet to the outside through a collection capillary together with a fourth fluid; and

수집 모세관을 통해 삼중액적을 이송시키는 동안, 삼중액적의 제1 쉘과 제2 쉘의 경계에서 폴리에틸렌글리콜과 폴리부타디엔-폴리에틸렌글리콜 블록공중합체의 자기조립에 의한 안정화된 고분자 조립막을 형성시키는 단계;를 포함하는 수성 이상계 기반 폴리머좀의 제조방법을 제공한다.Forming a stabilized polymer assembly film by self-assembly of polyethylene glycol and polybutadiene-polyethylene glycol block copolymer at the boundary between the first shell and the second shell of the triple droplet while transferring the triple droplet through the collecting capillary; It provides a method for preparing an aqueous biphasic-based polymersome comprising

본 발명에 있어서, 상기 폴리머좀은 수집 모세관을 통해 이송되는 동안 제2 쉘이 벗겨지는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.In the present invention, the step of peeling off the second shell while the polymersome is transported through the collection capillary may be further included.

본 발명에 있어서, 삼투압을 이용하여 고분자 조립막을 막 파열시키고, 제1 유체의 단일성분으로 이루어진 액적을 수득하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.In the present invention, it may further include the step of rupturing the polymer assembled membrane using osmotic pressure and obtaining droplets composed of a single component of the first fluid.

본 발명에 있어서, 제1 유체는 덱스트란 수용액이고, 제2 유체는 폴리에틸렌글리콜 수용액이고, 제3 유체는 폴리부타디엔-폴리에틸렌글리콜 블록공중합체 용액이고, 제4 유체는 폴리비닐알콜 수용액일 수 있다.In the present invention, the first fluid may be a dextran aqueous solution, the second fluid may be a polyethylene glycol aqueous solution, the third fluid may be a polybutadiene-polyethylene glycol block copolymer solution, and the fourth fluid may be a polyvinyl alcohol aqueous solution.

본 발명에 있어서, 생체분자가 제1 유체와 함께 주입되는 것일 수 있다.In the present invention, biomolecules may be injected together with the first fluid.

본 발명에 있어서, 생체분자가 단일 입자 수준으로 분리되는 것일 수 있다.In the present invention, biomolecules may be separated at the level of single particles.

본 발명에 있어서, 상기 생체분자는 단백질, 핵산, 펩티드, 아미노산, 탄수화물, 지질, 효소, 항체 및 항체단편으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것일 수 있다.In the present invention, the biomolecule may be selected from the group consisting of proteins, nucleic acids, peptides, amino acids, carbohydrates, lipids, enzymes, antibodies, and antibody fragments.

또한, 본 발명은 덱스트란 수용액으로 구성된 코어; 상기 코어를 둘러싸는 폴리에틸렌글리콜 수용액을 포함하는 수성의 제1 쉘; 및 제1 코어를 둘러싸는 폴리부타디엔-폴리에틸렌글리콜 블록공중합체를 포함하는 소수성의 제2 쉘;을 포함하는 코어/이중쉘 구조의 수성 이상계 폴리머좀을 제공한다. In addition, the present invention is a core composed of a dextran aqueous solution; an aqueous first shell containing an aqueous polyethylene glycol solution surrounding the core; and a hydrophobic second shell comprising a polybutadiene-polyethylene glycol block copolymer surrounding the first core.

본 발명에 따르면, 제1 쉘과 제2 쉘의 경계면은 폴리에틸렌글리콜과 폴리부타디엔-폴리에틸렌글리콜 블록공중합체가 자기조립되어 형성된 고분자 조립막을 포함할 수 있으며, 형성된 고분자 조립막은 삼투압 변화에 의해 파괴될 수 있다. According to the present invention, the interface between the first shell and the second shell may include a polymer assembly membrane formed by self-assembly of polyethylene glycol and polybutadiene-polyethylene glycol block copolymer, and the polymer assembly membrane formed may be destroyed by a change in osmotic pressure. there is.

본 발명에 의하면, 상기 코어는 생체 분자를 더 포함할 수 있다. According to the present invention, the core may further include biomolecules.

본 발명은 미세유체장치 및 이를 이용하여 제조된 수성 이상계 기반 폴리머좀은 액적 기반의 미세유체기술이 제공하는 높은 표면 대 부피 비율을 효과적으로 사용하여 생체분자를 효율적으로 분리하는 새로운 방법을 제공한다. 본 발명은 고안된 미세유체집을 이용하여 삼중액적계를 이용하여 단분산되고 안정적으로 생체분자를 담지하는 폴리머좀을 용이하게 제조하였다. 이렇게 제조된 폴리머좀은 생체 적합도가 높고, 낮은 계면장력을 가져 생체분자를 손상시키지 않으면서도 안정적으로 분자를 보관할 수 있는 수성 이상계(ATPS)로, 높은 생체적합도, 회수 수율 및 빠른 처리량으로 생체분자를 손쉽게 분리할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 폴리머좀에 담지된 생체 분자를 삼투압 차이를 이용하여 막파열시킴으로써 생체분자를 포함하는 단일입자를 추출할 수 있는 방법을 추가로 제공한다. 본 발명은 간단한 방법 및 높은 수율로 생체 분자를 단일입자 수준에서 입자 분리 및 집적하는 기술을 제공하므로 산업상 적용이 유리하다. The present invention provides a new method for efficiently separating biomolecules by effectively using a microfluidic device and a high surface-to-volume ratio provided by a droplet-based microfluidic technology in an aqueous biphasic-based polymersome prepared using the same. In the present invention, a polymersome that is monodisperse and stably supports biomolecules was easily prepared using a triple droplet system using the designed microfluidic sheath. The polymersome prepared in this way is an aqueous biphasic system (ATPS) that has high biocompatibility and low interfacial tension and can stably store molecules without damaging biomolecules. can be easily separated. In addition, a method of extracting a single particle including a biomolecule by rupturing the membrane of the biomolecule supported on the polymersome using a difference in osmotic pressure is further provided. The present invention is advantageous for industrial application because it provides a technology for separating and integrating biomolecules at a single particle level with a simple method and high yield.

도 1은 본 발명에 미세유체장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 미세유체장치의 단면도로, 20은 주입 모세관, 30은 수집 모세관, 501은 소수성 표면개질막, 502는 친수성 표면개질막이다.
도 3은 본 발명의 미세유체장치의 단면도로, a는 최내부 주입 유리관의 내부 직경, b는 주입 모세관의 내부 직경, c는 사각기둥 유리관의 내부 직경, d는 주입 모세관의 테이퍼드 말단의 내부 직경, e는 수집 모세관의 테이퍼드 말단의 내부 직경, f는 주입 모세관의 테이퍼드 말단과 수집 모세관의 테이퍼드 말단 사이의 이격 거리, g는 수집 모세관의 내부 직경을 지시한다.
도 4는 본 발명의 미세유체장치의 단면도로, a'는 최내부 주입 유리관의 외부 직경, b'는 주입 모세관의 외부 직경, g'은 수집 모세관의 외부 직경을 지시한다.
도 5는 본 발명의 미세유체장치에서 제1 내지 제4 유체의 흐름 및 삼중액적 형성을 도식화하여 나타낸 것이다. 제1 유체는 하늘색, 제2 유체는 연두색, 제3 용액은 노란색 및 제4 용액은 밝은 파랑색이다.
도 6은 본 발명의 미세유체장치에서 제1 내지 제4 유체의 흐름 및 삼중액적 형성을 광학현미경으로 촬영한 이미지이다(스케일 바 100 ㎛). 주입 모세관 및 수집 모세관 사이의 이격된 공간에서는 제3 유체와 제4 유체의 경계면이 관찰되며, 수집 모세관 내부로 코어 액적(제1 유체 및 생체분자), 제1 쉘(제2 유체) 및 제2 쉘(제3 유체)이 형성된 삼중액적의 흐름이 관찰되었다.
도 7은 삼중액적이 수집 모세관을 통해 이송되는 동안 각각의 상(phase)이 계면 장력의 차이에 의해 퍼지게 되면서 제1 쉘과 제2 쉘의 경계에서는 제1 쉘의 고분자와 제2 쉘의 블록공중합체가 자기조립되어 안정화된 고분자 조립막이 형성되고, 제2 쉘은 제거되는 과정을 광학현미경으로 촬영한 이미지이다(스케일 바 100 ㎛).
도 8은 본 발명의 미세유체장치 및 수성 이상계 기반 폴리머좀을 이용한 단일 입자 수준으로 분리된 다수 개의 폴리머좀을 광학현미경으로 촬영한 이미지이다(스케일 바 100 ㎛).
도 9는 수성 이상계 기반 폴리머좀의 화학적 구조를 도식화하여 나타낸 것으로, 코어 액적(제1 유체)는 파란색, 제1 쉘(제2 유체)는 초록색으로 표시하였으며, 친수성-소수성-친수성 구조의 고분자막은 하늘색-빨간색-하늘색으로 표시하였다.
도 10은 광학현미경으로 촬영된, 본 발명에 따른 수성 이상계 기반 폴리머좀의 형광이미지이다(스케일 바 1 ㎛).
도 11은 삼투압을 이용한 수성 이상계 폴리머좀의 고분자 조립막 막파열을 도식화 및 광학현미경으로 촬영한 이미지이다(스케일 바 100 ㎛).
도 12는 아미노형광결정(FITC)과 아미노덱스트린(DEX)로 표면개질된 폴리스티렌 비드 및 용해 특성을 나타낸 것이다.
도 13은 삼투압을 변화에 따른 수성 이상계 폴리머좀 거동을 형광이미지로 촬영한 결과이다(스케일 바 100 ㎛).
1 is a cross-sectional view of a microfluidic device according to the present invention.
2 is a cross-sectional view of the microfluidic device of the present invention, where 20 is an injection capillary, 30 is a collection capillary, 501 is a hydrophobic surface modification film, and 502 is a hydrophilic surface modification film.
3 is a cross-sectional view of the microfluidic device of the present invention, where a is the inner diameter of the innermost injection glass tube, b is the inner diameter of the injection capillary, c is the inner diameter of the square column glass tube, and d is the inside of the tapered end of the injection capillary The diameter, e is the inner diameter of the tapered end of the collecting capillary, f is the separation distance between the tapered end of the inlet capillary and the tapered end of the collecting capillary, and g is the inner diameter of the collecting capillary.
4 is a cross-sectional view of the microfluidic device of the present invention, where a' indicates the outer diameter of the innermost injection glass tube, b' indicates the outer diameter of the injection capillary, and g' indicates the outer diameter of the collection capillary.
5 schematically shows the flow of first to fourth fluids and the formation of triple droplets in the microfluidic device of the present invention. The first fluid is sky blue, the second fluid is light green, the third solution is yellow, and the fourth solution is light blue.
6 is an optical microscope image of the flow of the first to fourth fluids and the formation of triple droplets in the microfluidic device of the present invention (scale bar: 100 μm). In the spaced apart space between the injection capillary and the collection capillary, the interface between the third fluid and the fourth fluid is observed, and the core droplet (first fluid and biomolecule), the first shell (second fluid) and the second fluid enter the collection capillary. A triple droplet flow in which a shell (third fluid) was formed was observed.
Figure 7 shows that each phase is spread by the difference in interfacial tension while the triple droplet is transported through the collecting capillary, and at the boundary between the first shell and the second shell, the polymer of the first shell and the block cavity of the second shell This is an image taken with an optical microscope of the self-assembly of the coalescence to form a stabilized polymer assembly film and the removal of the second shell (scale bar: 100 μm).
8 is an image taken with an optical microscope of a plurality of polymersomes separated at the level of a single particle using the microfluidic device and the aqueous biphasic-based polymersome of the present invention (scale bar: 100 μm).
9 is a schematic diagram showing the chemical structure of the aqueous biphasic-based polymersome. The core droplet (first fluid) is shown in blue, the first shell (second fluid) is shown in green, and the polymer membrane having a hydrophilic-hydrophobic-hydrophilic structure is It is marked as sky blue-red-sky blue.
10 is a fluorescence image of an aqueous biphasic-based polymersome according to the present invention, taken with an optical microscope (scale bar: 1 μm).
FIG. 11 is a schematic diagram of the rupture of the polymer assembly membrane of aqueous biphasic polymersomes using osmotic pressure and an image taken with an optical microscope (scale bar: 100 μm).
12 shows polystyrene beads surface-modified with amino fluorescent crystal (FITC) and aminodextrin (DEX) and dissolution properties.
FIG. 13 shows the results of fluorescence imaging of the behavior of aqueous biphasic polymersomes according to changes in osmotic pressure (scale bar: 100 μm).

본 발명은 수성 이상계 기반 폴리머좀의 제조를 위한 미세유체장치, 상기 미세유체장치를 이용한 폴리머좀 제조 및 이를 이용하여 생체분자를 단일 입자 수준에서 분리 및 집적하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a microfluidic device for preparing aqueous biphasic-based polymersomes, a method for preparing polymersomes using the microfluidic device, and a technology for separating and integrating biomolecules at a single particle level using the microfluidic device.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 수성 이상계 기반 폴리머좀의 제조를 위한 미세유체장치을 제공한다. 본 발명에 따른 미세유체장치를 도 1 내지 도 4에 도시한다. The present invention provides a microfluidic device for preparing aqueous biphasic-based polymersomes. A microfluidic device according to the present invention is shown in FIGS. 1 to 4 .

본 발명에 따른 미세유체장치(100)는, 사각기둥형 모세관(10); 상기 사각기둥형 모세관의 내부 공간에 배치되고, 일측 말단이 테이퍼드 구조를 갖는 원통형의 주입 모세관(20); 상기 사각기둥형 모세관의 내부 공간에 배치되고, 일측 말단은 테이퍼드 구조를 갖는 원통형의 수집 모세관(30); 및 주입 모세관의 내부 공간에 배치되는 최내부 주입 모세관(40);을 포함하고, 주입 모세관의 테이퍼드 구조를 갖는 말단부와 수집 모세관의 테이퍼드 구조를 갖는 말단부가 이격된 거리(f)를 두고 서로 마주보고 배치된다. The microfluidic device 100 according to the present invention includes a square columnar capillary 10; a cylindrical injection capillary 20 disposed in the inner space of the square columnar capillary and having a tapered structure at one end; a cylindrical collection capillary 30 disposed in the inner space of the square columnar capillary and having one end tapered; and an innermost injection capillary 40 disposed in the inner space of the injection capillary, wherein the distal end having a tapered structure of the injection capillary and the distal end having a tapered structure of the collection capillary are spaced apart from each other at a distance f. placed face to face

본 발명에 의하면, 상기 미세유체장치를 구성하는 각각의 모세관은 유리재질일 수 있다. According to the present invention, each capillary constituting the microfluidic device may be made of glass.

본 발명에 의하면, 상기 미세유체장치는 다음과 같이 구동되도록 고안된다. 먼저, 최내부 주입 모세관의 내부로는 제1 유체를 주입할 수 있고, 주입 모세관의 내부이자, 최내부 주입 모세관의 외부 공간으로는 제2 유체를 주입할 수 있고, 사각기둥형 모세관의 내부이자, 주입 모세관의 외부 공간으로는 제3 유체를 주입할 수 있고, 사각기둥형 모세관의 내부이자, 수집 모세관의 외부 공간으로 제4 유체를 주입할 수 있다. 주입된 제1 유체, 제2 유체, 제3 유체 및 제4 유체는 주입 모세관의 테이퍼드 구조를 갖는 말단부와 수집 모세관의 테이퍼드 구조를 갖는 말단부 사이의 이격된 공간에서 합쳐지며, 수집 모세관 내부로 이송되면서 삼중액적 구조, 예컨대, 최내부의 제1 유체로 구성되는 액적 코어, 제1 유체를 감싸는 제2 유체(제1 쉘), 제2 유체를 감싸는 제3 유체(제2 쉘)의 코어/쉘/쉘 형태를 완성하도록 주입 모세관의 테이퍼드 구조를 갖는 말단부와 수집 모세관의 테이퍼드 구조를 갖는 말단부는 이격 거리(f)를 두고 서로 마주보고 배치된다. According to the present invention, the microfluidic device is designed to be driven as follows. First, a first fluid can be injected into the innermost injection capillary, and a second fluid can be injected into the interior of the injection capillary and the outer space of the innermost injection capillary. , The third fluid may be injected into the outer space of the injection capillary, and the fourth fluid may be injected into the outer space of the collection capillary and inside the square columnar capillary. The injected first fluid, second fluid, third fluid, and fourth fluid are merged in the spaced apart space between the tapered distal end of the inlet capillary and the tapered distal end of the collection capillary, and into the collection capillary. A triple droplet structure as it is transported, for example, a droplet core composed of an innermost first fluid, a core of a second fluid (first shell) surrounding the first fluid, and a third fluid (second shell) surrounding the second fluid/ To complete the shell/shell shape, the distal end having a tapered structure of the injection capillary and the distal end having a tapered structure of the collecting capillary are disposed facing each other at a distance f.

상기 이격 거리(f)는 30 μm 내지 500 μm일 수 있고, 바람직하게는 35 μm 내지 200 μm일 수 있다. 이격 거리가 상기 범위 미만이면 삼중액적의 형성이 용이하지 않으며, 상기 범위를 초과하면, 삼중액적의 형성 및 수송이 용이하지 않다. The separation distance (f) may be 30 μm to 500 μm, preferably 35 μm to 200 μm. If the separation distance is less than the above range, it is not easy to form triple droplets, and if it exceeds the above range, it is not easy to form and transport triple droplets.

본 발명의 일 실시형태에서, 주입 모세관의 테이퍼드 말단의 직경(d) 또는 토출구의 면적보다 수집 모세관의 테이퍼드 말단의 직경(e) 또는 유입구의 면적이 더 넓다. 주입 모세관의 테이퍼드 말단의 직경 또는 토출구의 면적이 수집 모세관의 테이퍼드 말단의 직경 또는 유입구의 면적보다 넓으면, 삼중액적 구조의 형성이 용이하지 않으며, 생성된 삼중액적이 수집 모세관으로 유입되기 어렵다. In one embodiment of the present invention, the diameter (e) of the tapered end of the inlet capillary or the area of the inlet is larger than the diameter (d) of the tapered end of the inlet capillary or the area of the outlet. If the diameter of the tapered end of the injection capillary or the area of the discharge port is larger than the diameter of the tapered end of the collection capillary or the area of the inlet, it is not easy to form a triple droplet structure, and it is difficult for the generated triple droplets to flow into the collection capillary. .

본 발명의 일 실시형태에서, 유체의 이동 및 액적 형성이 용이하도록 주입 모세관(20)의 외벽은 친수성 표면개질 층(501)을 구비하며, 주입 모세관(20)의 내벽은 소수성 표면개질 층(502)를 구비하고; 수집 모세관(30)의 외벽 및 내벽은 각각 친수성 표면개질 층(501)을 구비한다. 친수성 표면개질은 유리 표면에 친수성을 부여할 수 있는 것으로 알려진 표면개질제를 사용하여 수행될 수 있으며, 바람직하게는 2-[메톡시(폴리에틸렌옥시)프로필]트리메톡시실란으로 친수성 표면개질될 수 있고, 소수성 표면개질은 유리 표면에 소수성을 부여할 수 있는 것으로 알려진 표면개질제를 사용하여 수행될 수 있으며, 바람직하게는 옥타데실트리메톡시실란으로 소수성 표면개질될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the outer wall of the injection capillary 20 is provided with a hydrophilic surface modification layer 501 to facilitate fluid movement and droplet formation, and the inner wall of the injection capillary 20 is provided with a hydrophobic surface modification layer 502 ) and; The outer and inner walls of the collection capillary 30 each have a hydrophilic surface modification layer 501. Hydrophilic surface modification may be performed using a surface modifier known to be capable of imparting hydrophilicity to the glass surface, preferably hydrophilic surface modification with 2- [methoxy (polyethyleneoxy) propyl] trimethoxysilane, , Hydrophobic surface modification may be performed using a surface modifier known to be able to impart hydrophobicity to the glass surface, and preferably may be hydrophobic surface modification with octadecyltrimethoxysilane.

본 발명의 일 실시형태에서, 최내부 주입 모세관의 말단은 주입 모세관의 테이퍼드 영역 내에 위치하는 것이 바람직하다. 이러한 구조는 제1 유체 및 제2 유체가 주입 모세관으로부터 토출되기 전에 제1 유체를 제2 유체가 둘러싸고 있는 이중층 형태의 유체 흐름을 부여하며, 주입 모세관으로부터 토출될 때, 즉시, 제3 유체에 의한 코어/쉘/쉘 구조의 삼중액적의 형성을 가능하게 한다. In one embodiment of the present invention, the end of the innermost infusion capillary is preferably located within the tapered region of the infusion capillary. This structure gives a fluid flow in the form of a double layer in which the first fluid is surrounded by the second fluid before the first fluid and the second fluid are discharged from the injection capillary, and when discharged from the injection capillary, immediately by the third fluid It enables the formation of triple droplets with a core/shell/shell structure.

본 발명의 일 실시형태에서, 최내부 주입 모세관, 주입 모세관 및 사각기둥 모세관의 단면적은 분리하고자 하는 입자의 크기, 예컨대 생체 분자의 크기에 따라 적절한 크기의 것을 사용할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the cross-sectional area of the innermost injection capillary, the injection capillary, and the square columnar capillary may be appropriately sized according to the size of the particle to be separated, for example, the size of the biomolecule.

본 발명에 따른 미세유체장치는 생체분자, 예컨대 단백질, 핵산, 펩티드, 아미노산, 탄수화물, 지질, 효소, 항체 및 항체단편으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 분리하는데 이용될 수 있으며, 분리하고자 하는 생체분자의 크기와 양에 따라서 적합한 규모로 미세유체장치를 제작하는 것도 가능하다. 예컨대, 최내부 주입 모세관의 내부 직경(a), 외부 직경(a') 및 길이, 주입 모세관의 내부 직경(b), 외부 직경(b') 및 길이, 사각기둥 모세관의 내부 직경(c) 및 길이, 및 수집 모세관의 내부 직경(g), 외부 직경(g') 및 길이의 조절이 가능하다. The microfluidic device according to the present invention can be used to separate any one or more selected from the group consisting of biomolecules, such as proteins, nucleic acids, peptides, amino acids, carbohydrates, lipids, enzymes, antibodies, and antibody fragments. It is also possible to fabricate a microfluidic device in a suitable scale according to the size and quantity of biomolecules. For example, the inner diameter (a), outer diameter (a') and length of the innermost inlet capillary, the inner diameter (b), outer diameter (b') and length of the inlet capillary, the inner diameter (c) and It is possible to adjust the length, and the inner diameter (g), outer diameter (g') and length of the collection capillary.

본 발명의 일 실시형태에서, a' < b 이고, b' < c 이고, g' < c 이다. 예시적으로, 본 발명에 따른 미세유체장치의 최내부 주입 모세관의 내부 직경(a)은 10 μm 내지 60 μm이고, 외부 직경(a')은 15 μm 내지 100 μm일 수 있고, 주입 모세관의 내부 직경(b)은 50 μm 내지 250 μm이고, 외부 직경(b')은 60 μm 내지 280 μm일 수 있고, 수집 모세관의 내부 직경(g)은 100 μm 내지 380 μm이고, 외부 직경(g')은 110 μm 내지 500 μm일 수 있고, 사각기둥형 모세관의 내부 직경(c)은 200 μm 내지 1,500 μm일 수 있다. In one embodiment of the present invention, a' < b, b' < c, and g' < c. Illustratively, the inner diameter (a) of the innermost injection capillary of the microfluidic device according to the present invention may be 10 μm to 60 μm, the outer diameter (a′) may be 15 μm to 100 μm, and the inside of the injection capillary The diameter (b) is between 50 μm and 250 μm, the outer diameter (b′) can be between 60 μm and 280 μm, the inner diameter (g) of the collection capillary is between 100 μm and 380 μm, and the outer diameter (g′) may be 110 μm to 500 μm, and the inner diameter (c) of the square columnar capillary may be 200 μm to 1,500 μm.

본 발명에 따른 미세유체장치는 예를 들어, 최내부 주입 모세관의 내부 직경(a)은 20 μm 내지 40 μm 이고, 외부 직경(a')은 45 μm 내지 70 μm일 수 있고, 주입 모세관의 내부 직경(b)은 80 μm 내지 150 μm이고, 외부 직경(b')은 100 μm 내지 175 μm일 수 있고, 수집 모세관의 내부 직경(g)은 150 μm 내지 280 μm이고, 외부 직경(g')은 170 μm 내지 300 μm일 수 있고, 사각기둥형 모세관의 내부 직경(c)은 1,300 μm 내지 1,050 μm일 수 있다.In the microfluidic device according to the present invention, for example, the inner diameter (a) of the innermost injection capillary may be 20 μm to 40 μm, the outer diameter (a′) may be 45 μm to 70 μm, and the innermost injection capillary may have an inner diameter (a) of 45 μm to 70 μm. The diameter (b) is between 80 μm and 150 μm, the outer diameter (b′) can be between 100 μm and 175 μm, the inner diameter (g) of the collection capillary is between 150 μm and 280 μm, and the outer diameter (g′) may be 170 μm to 300 μm, and the inner diameter (c) of the square columnar capillary may be 1,300 μm to 1,050 μm.

본 발명은 또한, 상기 미세유체장치를 이용하여 수성 이상계 기반 폴리머좀을 제조하는 방법을 제공한다. The present invention also provides a method for preparing aqueous biphasic-based polymersomes using the microfluidic device.

상기 방법은, 수성 이상계 고분자 용액인 제1 유체, 제2 유체 및 제4 유체, 및 고분자 용해성 유기용매가 포함된 소수성 고분자 용액인 제3 유체를 준비하는 단계;The method includes preparing a first fluid, a second fluid, and a fourth fluid that are aqueous two-phase polymer solutions, and a third fluid that is a hydrophobic polymer solution containing a polymer-soluble organic solvent;

최내부 주입 모세관의 내부로 제1 유체를 주입하고, 주입 모세관의 내부이자, 최내부 주입 모세관의 외부 공간으로 제2 유체를 주입하고, 사각기둥형 모세관의 내부이자, 주입 모세관의 외부 공간으로 제3 유체를 주입하고, 사각기둥형 모세관의 내부이자, 수집 모세관의 외부 공간으로 제4 유체를 주입하는 단계;A first fluid is injected into the innermost injection capillary, and a second fluid is injected into a space inside the injection capillary and external to the innermost injection capillary, and into a space inside the square columnar capillary and external to the injection capillary. injecting a third fluid, and injecting a fourth fluid into a space inside the square columnar capillary and external to the collection capillary;

수집 모세관의 테이퍼드 영역 내에서, 최내부 모세관에서 배출되는 제1 유체로부터 액적을 형성시키고, 제2 유체로 상기 형성된 액적 코어 외각으로 제1 쉘을 형성시키는 수성 이상계 이중액적 형성 단계; 제3 유체로 상기 형성된 이중액적 외각으로 제2 쉘을 형성시키는 삼중액적 형성 단계; 상기 형성된 삼중액적을 제4 유체와 함께 수집 모세관을 통해 외부로 이송시키는 단계; 및 수집 모세관을 통해 형성된 삼중액적을 이송시키는 동안, 고분자간 자기조립 현상을 이용하여 제1 쉘과 제2 쉘의 경계에서 고분자-블록공중합체 자기조립을 형성시켜 안정화된 고분자 조립막을 갖는 폴리머좀을 제조하는 단계;를 포함한다. forming a droplet from a first fluid discharged from the innermost capillary in the tapered region of the collection capillary, and forming a first shell with the outer shell of the formed droplet core with a second fluid; a triple droplet formation step of forming a second shell with an outer shell of the double droplet formed using a third fluid; transferring the formed triple droplet to the outside through a collection capillary together with a fourth fluid; And while the triple droplet formed through the collecting capillary is transported, polymer-block copolymer self-assembly is formed at the boundary between the first shell and the second shell using the self-assembly phenomenon between polymers to obtain polymersomes having a stabilized polymer assembly film. manufacturing step; includes.

수성 이상계는 서로 대등한 고분자 물질들, 고분자 또는 염이 일정 농도 이상으로 존재하는 두 개의 수용액으로 구성되며, 이때, 각 물질들간의 정전기적 반발력에 의해 섞이지 않는 두개의 층을 형성하는 것을 의미한다. The aqueous two-phase system consists of two aqueous solutions in which equal polymer materials, polymers or salts exist at a certain concentration or higher, and at this time, it means that two layers are formed that do not mix by the electrostatic repulsive force between each material.

도 5는 삼중액적의 형성을 도식화하여 나타낸 것으로, 빨간색은 친수성 표면개질층이며, 진한 파란색은 소수성 표면개질층이고, 제1 유체는 하늘색, 제2 유체는 연두색, 제3 용액은 노란색 및 제4 용액은 밝은 파랑색으로 나타내었다. 5 schematically shows the formation of triple droplets, red is a hydrophilic surface modification layer, dark blue is a hydrophobic surface modification layer, the first fluid is light blue, the second fluid is light green, the third solution is yellow, and the fourth The solution appeared in light blue color.

예컨대, 형성된 삼중액적은 각각의 상 사이에서 가지는 계면 장력의 차이에 의해 퍼지게 되면서 벗김 현상(dewetting)을 통해 블록 공중합체의 단일막 조립과정을 거쳐 안정한 고분자 조립막을 가지는 폴리머좀을 형성한다. For example, the formed triple droplet spreads due to the difference in interfacial tension between the respective phases, and forms a polymersome having a stable polymer assembly film through a single membrane assembly process of block copolymers through dewetting.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 폴리머좀은 수집 모세관을 통해 이송되는 동안 제2 쉘이 벗겨지는 단계를 더 포함하며, 이를 통해 안정화된 고분자 조립막으로 보호된 수성 이상계 폴리머좀을 제조할 수 있다. In one embodiment of the present invention, while the polymersome is transported through the collection capillary, the step of peeling the second shell is further included, through which aqueous biphasic polymersomes protected by a stabilized polymer assembly film can be prepared. .

도 7에 상기한 과정을 광학현미경으로 촬영한 이미지를 도시하였다. 7 shows an image taken with an optical microscope of the above process.

본 발명의 일 실시형태에서, 생체분자를 제1 유체와 함께 주입할 수 있다. 이 경우, 제1 유체에 의해 형성되는 액적에 생체분자가 포함되게 된다. In one embodiment of the present invention, biomolecules may be injected together with the first fluid. In this case, biomolecules are included in droplets formed by the first fluid.

상기 생체분자는 단백질, 핵산, 펩티드, 아미노산, 탄수화물, 지질, 효소, 항체 및 항체단편으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. The biomolecule may be selected from the group consisting of proteins, nucleic acids, peptides, amino acids, carbohydrates, lipids, enzymes, antibodies, and antibody fragments.

또한, 본 발명의 다른 일 실시형태에서, 본 발명은 상기 안정화된 고분자 조립막으로 보호된 수성 이상계 폴리머좀은 삼투압을 이용하여 안정화된 고분자 조립막을 막파열시킬 수 있다. 삼투압의 이용은 도 11에 잘 나타나 있다. (i) 등장성 환경에서는 고분자 조립막으로 보호된 수성 이상계 폴리머좀의 형태가 유지된다. (ii) 저장성(hypotonic) 환경에서는 수분이 고분자 막으로 유입되어 폴리머좀이 팽창되며, 수성 이상계가 사라지게 된다. 반면, (iii) 고장성(hypertonic) 환경에서는 수분이 고분자 막으로 빠져나가고, 폴리머좀은 수축하며, 마침내 내부에 제1 유체에 의해 형성되었던 액적(코어 액적)만 남게 된다, 상기 코어 액적을 수집함으로써, 액적 코어내에 담지한 성분, 예컨대, 생체 분자를 단일 입자 수준에서 분리 및 집적하는 것이 가능하다. 상기한 삼투압을 이용한 수성 이상계 폴리머좀의 고분자 조립막 막파열을 도 11에 나타내었다. In addition, in another embodiment of the present invention, the aqueous biphasic polymersome protected by the stabilized polymer assembly membrane may rupture the stabilized polymer assembly membrane using osmotic pressure. The use of osmotic pressure is well illustrated in FIG. 11 . (i) In an isotonic environment, the form of aqueous biphasic polymersomes protected by a polymer assembly membrane is maintained. (ii) In a hypotonic environment, moisture flows into the polymer membrane, causing the polymersome to swell and the aqueous biphasic system to disappear. On the other hand, (iii) in a hypertonic environment, moisture escapes into the polymer membrane, the polymersome shrinks, and finally only the droplet formed by the first fluid (core droplet) remains inside, collecting the core droplet. By doing so, it is possible to separate and integrate components, such as biomolecules, supported in the droplet core at the level of a single particle. Membrane rupture of the polymer assembly membrane of the aqueous biphasic polymersome using the above-described osmotic pressure is shown in FIG. 11 .

본 발명의 일 실시형태에서, 제1 유체는 덱스트란 수용액이고, 바람직하게는 분자량이 350,000~650,000인 덱스트란 10 내지 30 중량% 수용액, 더욱 바람직하게는 분자량이 450,000~550,000인 덱스트란 15 내지 15 중량% 수용액, 가장 바람직하게는, 분자량이 450,000~550,000인 덱스트란 20% 수용액일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first fluid is an aqueous solution of dextran, preferably a 10 to 30% by weight aqueous solution of dextran having a molecular weight of 350,000 to 650,000, more preferably a dextran 15 to 15 having a molecular weight of 450,000 to 550,000 It may be a weight % aqueous solution, most preferably, a 20% aqueous solution of dextran having a molecular weight of 450,000 to 550,000.

본 발명의 일 실시형태에서, 제2 유체는 폴리에틸렌글리콜 수용액이고, 바람직하게는 분자량이 3,000 내지 15,000인 폴리에틸렌글리콜 5 내지 30 중량% 수용액, 더욱 바람직하게는 분자량이 5,000 내지 12,000인 폴리에틸렌글리콜 7 내지 25 중량% 수용액, 보다 더욱 바람직하게는 분자량이 7,000 내지 9,000인 폴리에틸렌글리콜 7 내지 25 중량% 수용액, 가장 바람직하게는, 분자량이 8,000인 폴리에틸렌글리콜 10~20% 수용액일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the second fluid is a polyethylene glycol aqueous solution, preferably a 5 to 30% by weight aqueous solution of polyethylene glycol having a molecular weight of 3,000 to 15,000, more preferably a polyethylene glycol 7 to 25 having a molecular weight of 5,000 to 12,000 It may be a weight % aqueous solution, more preferably a 7 to 25 weight % aqueous solution of polyethylene glycol having a molecular weight of 7,000 to 9,000, and most preferably a 10 to 20% aqueous solution of polyethylene glycol having a molecular weight of 8,000.

본 발명의 일 실시형태에서, 제3 유체는 고분자 용해성 유기용매가 포함된 소수성 고분자 용액이다. 상기 소수성 고분자는 폴리부타디엔-폴리에틸렌글리콜 블록공중합체일 수 있고, 바람직하게는 분자량이 4,200 내지 6,200인 폴리부타디엔과 분자량이 3,500 내지 5,500인 폴리에틸렌 글리콜의 블록공중합체일 수 있고, 보다 바람직하게는 분자량이 5,000인 폴리부타디엔과 분자량이 4,500인 폴리에틸렌 글리콜의 블록공중합체(PBD5.2k-PEO4.5k)일 수 있으며; 상기 고분자 용해성 유기용매는 클로로포름, 시클로헥산, 펜탄, 톨루엔, 디클로로메탄, 사염화탄소, 벤젠 및 자일렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는 클로로포름과 시클로헥산의 혼합용액일 수 있고, 더욱 바람직하게는 클로로포름:시클로헥산 26~46:54~74 부피%일 수 있으며, 가장바람직하게는 클로로포름:시클로헥산 36:64 부피%일 수 있고; 유기용매 중의 소수성 고분자의 함량은 0.01 내지 0.5 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 0.3 중량%, 가장 바람직하게는 0.1 중량%일 수 있다. 제3 유체의 상기 소수성 고분자의 함량이 상기 범위 미만이면, 소수성 고분자의 함량이 너무 적어 제1 쉘과 제2 쉘 경계에서 제2 유체와 제3유체의 자기조립되어 형성된 고분자-블록공중합체 고분자 조립막을 형성시키기 어려우며, 상기 범위를 초과하면 제3 쉘의 고분자 밀도가 높아 삼투압을 이용한 막파열이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, the third fluid is a hydrophobic polymer solution containing a polymer-soluble organic solvent. The hydrophobic polymer may be a polybutadiene-polyethylene glycol block copolymer, preferably a block copolymer of polybutadiene having a molecular weight of 4,200 to 6,200 and polyethylene glycol having a molecular weight of 3,500 to 5,500, more preferably having a molecular weight of It may be a block copolymer (PBD 5.2k -PEO 4.5k ) of polybutadiene having a molecular weight of 5,000 and polyethylene glycol having a molecular weight of 4,500; The polymer-soluble organic solvent may be at least one selected from the group consisting of chloroform, cyclohexane, pentane, toluene, dichloromethane, carbon tetrachloride, benzene, and xylene, preferably a mixed solution of chloroform and cyclohexane, More preferably, chloroform:cyclohexane may be 26-46:54-74 vol%, and most preferably chloroform:cyclohexane 36:64 vol%; The content of the hydrophobic polymer in the organic solvent may be 0.01 to 0.5% by weight, preferably 0.05 to 0.3% by weight, and most preferably 0.1% by weight. When the content of the hydrophobic polymer in the third fluid is less than the above range, the content of the hydrophobic polymer is too low and the polymer-block copolymer polymer assembly formed by self-assembly of the second fluid and the third fluid at the boundary between the first shell and the second shell It is difficult to form a membrane, and if the above range is exceeded, the membrane rupture using osmotic pressure may not be smoothly performed because the polymer density of the third shell is high.

본 발명에 의하면, 상기 제4 유체는 폴리비닐알콜 수용액일 수 있으며, 바람직하게는 분자량 9,000 내지 27,000인 폴리비닐알콜 5 내지 15 중량% 수용액, 보다 바람직하게는 분자량 11,000 내지 25,000인 폴리비닐알콜 7 내지 13 중량% 수용액, 더욱 바람직하게는 분자량 13,000 내지 23,000인 폴리비닐알콜 9 내지 10 중량% 수용액, 가장 바람직하게는 분자량 13,000 내지 23,000인 폴리비닐알콜 9.5 중량% 수용액일 수 있다. According to the present invention, the fourth fluid may be a polyvinyl alcohol aqueous solution, preferably a 5 to 15% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol having a molecular weight of 9,000 to 27,000, more preferably a polyvinyl alcohol 7 to 11,000 to 25,000 molecular weight It may be a 13% by weight aqueous solution, more preferably a 9 to 10% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol having a molecular weight of 13,000 to 23,000, and most preferably a 9.5% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol having a molecular weight of 13,000 to 23,000.

상기 언급된 유체의 농도는 제한이 있는 것은 아니나, 연구를 통해 생체분자를 안정적으로 담지할 수 있는 농도임을 확인하였다. The concentration of the above-mentioned fluid is not limited, but it was confirmed through research that it is a concentration capable of stably supporting biomolecules.

상기 방법으로 제조된 본 발명에 따른 수성 이상계 폴리머좀은 덱스트란 수용액으로 구성된 코어; 상기 코어를 둘러싸는 폴리에틸렌글리콜 수용액을 포함하는 수성의 제1 쉘; 및 제1 코어를 둘러싸는 폴리부타디엔-폴리에틸렌글리콜 블록공중합체를 포함하는 소수성의 제2 쉘;을 포함하는 코어/이중쉘 구조를 갖는다. The aqueous biphasic polymersome according to the present invention prepared by the above method includes a core composed of an aqueous solution of dextran; an aqueous first shell containing an aqueous polyethylene glycol solution surrounding the core; and a polybutadiene-polyethylene glycol block copolymer surrounding the first core, and a hydrophobic second shell including a polyethylene glycol block copolymer.

본 발명에 따른 수성 이상계 폴리머좀은 제1 쉘과 제2 쉘의 경계면은 폴리에틸렌글리콜과 폴리부타디엔-폴리에틸렌글리콜 블록공중합체가 자기조립되어 형성된 고분자 조립막을 포함할 수 있으며, 삼투압 변화를 이용하여 수성 이상계 폴리머좀을 수축시킬 수 있으며, 이를 통해 제1 유체가 풍부한 상태, 예컨대 제1 유체가 응축된 상태를 형성시킬 수 있으며, 나아가 고분자 조립막을 막 파열시킴으로써 단일 성분의 제1 유체를 제공할 수 있다. The aqueous biphasic polymersome according to the present invention may include a polymer assembly membrane formed by self-assembly of polyethylene glycol and polybutadiene-polyethylene glycol block copolymer at the interface between the first shell and the second shell, and the aqueous biphasic polymersome by using osmotic pressure change. The polymersome may be contracted, thereby forming a first fluid-rich state, for example, a condensed first fluid state, and furthermore, a single-component first fluid may be provided by membrane rupture of the polymer assembled membrane.

구체적으로, (i) 등장성 환경에서는 고분자 조립막으로 보호된 수성 이상계 폴리머좀의 형태가 유지된다. (ii) 저장성(hypotonic) 환경에서는 수분이 고분자 막으로 유입되어 폴리머좀이 팽창되며, 수성 이상계가 사라지게 된다. 반면, (iii) 고장성(hypertonic) 환경에서는 수분이 고분자 막으로 빠져나가고, 폴리머좀은 수축하며, 마침내 내부에 제1 유체에 의해 형성되었던 액적(코어 액적)만 남게 된다, 상기 코어 액적을 수집함으로써, 코어 액적 내에 담지한 성분, 예컨대, 생체 분자를 단일 입자 수준에서 분리 및 집적하는 것이 가능하다.Specifically, (i) in an isotonic environment, the form of aqueous biphasic polymersomes protected by a polymer assembly membrane is maintained. (ii) In a hypotonic environment, moisture flows into the polymer membrane, causing the polymersome to swell and the aqueous biphasic system to disappear. On the other hand, (iii) in a hypertonic environment, moisture escapes into the polymer membrane, the polymersome shrinks, and finally only the droplet formed by the first fluid (core droplet) remains inside, collecting the core droplet. By doing so, it is possible to separate and integrate components, such as biomolecules, supported in the core liquid droplet at the level of a single particle.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred embodiments are presented to aid understanding of the present invention, but the following examples are merely illustrative of the present invention, and various changes and modifications are possible within the scope and spirit of the present invention. It is obvious to those skilled in the art, It goes without saying that these variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

시약reagent

덱스트란(DEX, 분자량 450,000~550,000) 및 폴리에틸렌글리콜(PEG, 분자량 8,000)은 미국의 SigmaAldrich로부터 구매하였다. 폴리부타디엔(분자량 5,200)-폴리에틸렌 글리콜(분자량 4,500) (PBD5 .2k-PEO4 .5k)의 블록공중합체는 캐나다의 PolymerSource 사로부터 구매하였다. 클로로포름(>99.5%) 및 시클로헥산(>99.5%)는 미국의 SigmaAldrich 사로부터 구입하였다. 폴리비닐알코올(PVA, 분자량 13,000~23,000)은 미국의 SigmaAldrich 사로부터 구입하였다. 폴리스티렌(PS) 비드는 미국의 Thermo Fisher Scientific 사로부터 구입하였고, 아미노덱스트란(amino dextran, 분자량 70,000)은 미국의 Thermo Fisher Scientific 사로부터 구입하였고, 아미노형광결정(amino fluorescent nanocrystals)는 캐나다의 Cytodiagnostics 사로부터 구입하였다. Dextran (DEX, molecular weight 450,000-550,000) and polyethylene glycol (PEG, molecular weight 8,000) were purchased from SigmaAldrich, USA. A block copolymer of polybutadiene (molecular weight 5,200)-polyethylene glycol (molecular weight 4,500) (PBD 5.2k -PEO 4.5k ) was purchased from PolymerSource , Canada. Chloroform (>99.5%) and cyclohexane (>99.5%) were purchased from SigmaAldrich, USA. Polyvinyl alcohol (PVA, molecular weight 13,000-23,000) was purchased from SigmaAldrich, USA. Polystyrene (PS) beads were purchased from Thermo Fisher Scientific, USA, amino dextran (molecular weight 70,000) was purchased from Thermo Fisher Scientific, USA, and amino fluorescent nanocrystals were purchased from Cytodiagnostics, Canada. purchased from

제조예 1. Preparation Example 1.

제1 유체로서, 덱스트란 20 중량% 수용액을 제조하였다. As the first fluid, a 20% by weight aqueous solution of dextran was prepared.

제조예 2. Preparation Example 2.

제2 유체로서, 폴리에틸렌글리콜 10중량%의 수용액을 제조하였다.As the second fluid, an aqueous solution of 10% by weight of polyethylene glycol was prepared.

제조예 3.Preparation Example 3.

제3 유체로서, 클로로포름:시클로헥산을 36:64 부피%의 비율로 혼합한 용액에 PBD5 .2k-PEO4 .5k 블록공중합체 0.1 중량%를 용해시켜 제조하였다. As a third fluid, it was prepared by dissolving 0.1% by weight of PBD 5.2k -PEO 4.5k block copolymer in a solution obtained by mixing chloroform:cyclohexane at a ratio of 36:64 volume%.

제조예 4. Preparation Example 4.

제3 유체로서, 폴리비닐알콜을 9.5 중량%로 용해한 고분자 수용액을 제조하였다. As a third fluid, an aqueous polymer solution in which 9.5% by weight of polyvinyl alcohol was dissolved was prepared.

제조예 5. 단일입자분리를 위한 모델입자 합성Preparation Example 5. Synthesis of Model Particles for Separation of Single Particles

완충 용액 A 제조: 붕산 0.3 g을 증류수 50 mL에 용해시키고, 5M NaOH를 사용하여 pH를 9.5로 조정하여 완충 용액 A를 제조하였다. Preparation of Buffer Solution A: Buffer Solution A was prepared by dissolving 0.3 g of boric acid in 50 mL of distilled water and adjusting the pH to 9.5 with 5M NaOH.

완충 용액 C 제조: 완충 용액 A 50 mL 에 황산암모늄 2 g을 첨가하여 완충용액C를 제조하였다. Preparation of Buffer Solution C: Buffer Solution C was prepared by adding 2 g of ammonium sulfate to 50 mL of Buffer Solution A.

모델입자 합성: 폴리스티렌 비드가 포함된 현탁액을 1,000 rpm에서 10분간 원심분리한 뒤, 하단의 입자만을 추출하고, 1 mL 완충 용액 A로 3회 세척한 다음 1mL 크기의 원심분리용 튜브에 옮겼다. 다음으로 완충 용액 A 450 ㎕ 및 완충용액 C 300 ㎕를 교반하고, 아미노덱스트란 1.5 mg 및 아미노형광결정 1.5 mg을 용해시키고, 제조된 용액을 앞에서 준비한 원심분리용 튜브에 넣은 뒤, 37 ℃를 유지하며 18시간 동안 교반하였다. 아미노형광결정은 제조된 입자의 형광이미지를 얻기 위해 사용되었다. 반응 종료 후, 1,000 ppm에서 10분간 원심분리하여 하단 표면이 개질된 입자를 입자를 추출하고, 증류수에 옮긴 뒤 4℃에서 보관하였다. Synthesis of model particles: After centrifuging the suspension containing polystyrene beads at 1,000 rpm for 10 minutes, only the bottom particles were extracted, washed three times with 1 mL buffer solution A, and transferred to a 1 mL centrifugal tube. Next, 450 μl of buffer solution A and 300 μl of buffer solution C were stirred, 1.5 mg of aminodextran and 1.5 mg of aminofluorescent crystal were dissolved, and the prepared solution was put into a centrifugal separation tube prepared above, and maintained at 37 ° C. and stirred for 18 hours. Amino fluorescent crystals were used to obtain fluorescence images of the prepared particles. After completion of the reaction, the particles whose bottom surface was modified were extracted by centrifugation at 1,000 ppm for 10 minutes, transferred to distilled water, and stored at 4°C.

제작예 1. 유리모세관 미세 유체 장치의 제조Fabrication Example 1. Fabrication of glass capillary microfluidic device

일측 말단이 테이퍼드 구조를 갖는 원통형 모세관은 원통형 모세관을 적절한 길이로 절단한 다음, 피펫 풀러 또는 버너를 사용하여 끝이 점점 가늘어지는 형태를 갖도록 연신시켜 제작되었으며, 두 개를 제작하여 하나는 주입 모세관(테이퍼드 말단의 외부 직경 137 μm) 다른 하나는 수집 모세관(테이퍼드 말단의 외부 직경 300 μm)으로 사용하였다. 주입 모세관의 외벽 및 수집 모세관의 내벽 및 외벽은 2-[메톡시(폴리에틸렌옥시)프로필]트리메톡시실란으로 처리하여 친수성 표면처리 층을 형성시켰으며, 주입 모세관의 내벽은 옥타데실트리메톡시실란으로 처리하여 소수성 표면처리 층을 형성시켰다. 제조된 주입 모세관 및 수집 모세관을 정사각기둥형 모세관(내경 1.05 mm) 내에 배치하고, 최내부 주입 보세관을 주입 모세관에 함입시킨 뒤, 에폭시로 고정시켰다. 유체 유량은 실린지펌프(KDS Legato™ 100)를 사용하여 제어하였으며, 액적의 생성 여부는 고속카메라(FASTCAM Mini UX50, Photron)가 장착된 현미경(Eclipse Ts2, Nikon)을 사용하여 기록하였다. The cylindrical capillary having one end tapered structure was produced by cutting the cylindrical capillary to an appropriate length and then stretching it to have a tapered end using a pipette puller or burner. (Outside diameter of tapered end 137 μm) The other was used as a collection capillary (outside diameter of tapered end 300 μm). The outer wall of the injection capillary and the inner and outer walls of the collection capillary were treated with 2-[methoxy(polyethyleneoxy)propyl]trimethoxysilane to form a hydrophilic surface treatment layer, and the inner wall of the injection capillary was treated with octadecyltrimethoxysilane. to form a hydrophobic surface treatment layer. The prepared injection capillary and collection capillary were placed in a square prism capillary (inner diameter of 1.05 mm), and the innermost injection capillary was embedded in the injection capillary and fixed with epoxy. Fluid flow rate was controlled using a syringe pump (KDS Legato™ 100), and droplet generation was recorded using a microscope (Eclipse Ts2, Nikon) equipped with a high-speed camera (FASTCAM Mini UX50, Photron).

실시예 1. Example 1.

최내부 주입 모세관으로 제조예 1의 제1 유체를 주입하고, 최내부 주입 모세관 및 주입 모세관의 간극으로 제조예 2의 제2 유체를 주입하고, 주입 모세관 및 사각기둥형 모세관의 간극으로 제조예 3의 제3 유체를 주입하고, 수집 모세관 및 사각기둥형 모세관의 간극으로 제조예 4의 제4 유체를 주입하였다. The first fluid of Preparation Example 1 was injected into the innermost injection capillary, the second fluid of Preparation Example 2 was injected into the gap between the innermost injection capillary and the injection capillary, and Preparation Example 3 was injected into the gap between the injection capillary and the square columnar capillary. The third fluid of was injected, and the fourth fluid of Preparation Example 4 was injected into the gap between the collection capillary and the square columnar capillary.

제3 유체와 제4 유체 사이에는 높은 계면장력을 가지고 있어 제1 유체/제2 유체(ATPS라 함)로 구성되는 이중액적을 제3 유체가 피막화하여 코어/쉘/쉘 구조의 삼중액적 형성을 가능하게 한다. 생성되는 삼중액적이 수집 모세관으로 이동하면서 발생되는 현상을 고속카메라를 장착한 광학형미경으로 촬영하였다. Since the third fluid and the fourth fluid have high interfacial tension, the double droplet composed of the first fluid/second fluid (referred to as ATPS) is encapsulated by the third fluid to form triple droplets with a core/shell/shell structure. makes it possible The phenomenon that occurs as the generated triplex droplet moves to the collecting capillary was photographed with an optical microscope equipped with a high-speed camera.

도 6은 본 발명에 따른 미세유체장치를 이용한 삼중액적의 형성을 광학현미경으로 촬영한 이미지이다. 주입 모세관 및 수집 모세관 사이의 이격된 공간에서는 제3 유체와 제4 유체의 경계면이 관찰되며, 수집 모세관 내부로 코어 액적(제1 유체 및 생체분자), 제1 쉘(제2 유체) 및 제2 쉘(제3 유체)이 형성된 삼중액적의 흐름이 관찰되었다. 6 is an image taken with an optical microscope of the formation of triple droplets using the microfluidic device according to the present invention. In the spaced apart space between the injection capillary and the collection capillary, the interface between the third fluid and the fourth fluid is observed, and the core droplet (first fluid and biomolecule), the first shell (second fluid) and the second fluid enter the collection capillary. A triple droplet flow in which a shell (third fluid) was formed was observed.

도 7은 삼중액적이 수집 모세관을 통해 이송되는 동안 각각의 상(phase)이 계면 장력의 차이에 의해 퍼지게 되면서 제1 쉘과 제2 쉘 경계에서는 제2 유체와 제3 유체 사이의 자기조립에 의해 안정화된 고분자 조립막이 형성되고, 이어서 제2 쉘이 제거되는 과정을 광학현미경으로 촬영한 이미지이다(스케일 바 100 ㎛).7 shows that each phase is spread by the difference in interfacial tension while the triple droplet is transported through the collecting capillary, and at the boundary between the first shell and the second shell, self-assembly between the second fluid and the third fluid This is an image taken with an optical microscope of a process in which a stabilized polymer assembly film is formed and then the second shell is removed (scale bar: 100 μm).

도 8은 본원 발명에 따른 미세유체장치 및 수성 이상계 기반 폴리머좀을 이용한 단일 입자 수준으로 분리된 다수 개의 폴리머좀을 광학현미경으로 촬영한 이미지이며, 도 9는 수성 이상계 기반 폴리머좀의 화학적 구조를 도식화하여 나타낸 것이며, 도 10은 광학 공초점 현미경으로 촬영된, 본 발명에 따른 수성 이상계 기반 폴리머좀의 형광이미지이다. 단일 입자 수준에서 수성 이상계 폴리머좀이 성공적으로 합성되었음을 확인할 수 있다. Figure 8 is an image taken with an optical microscope of a plurality of polymersomes separated at the level of a single particle using a microfluidic device and aqueous biphasic polymersomes according to the present invention, and Figure 9 is a schematic diagram of the chemical structure of aqueous biphasic polymersomes. 10 is a fluorescence image of an aqueous biphasic-based polymersome according to the present invention, taken with an optical confocal microscope. It can be confirmed that the aqueous biphasic polymersome was successfully synthesized at the single particle level.

실시예 2. 삼투압을 변화에 따른 수성 이상계 폴리머좀 거동 관찰 1Example 2. Observation of aqueous biphasic polymersome behavior according to osmotic pressure change 1

삼투압을 이용하여 수성 이상계 폴리머좀의 고분자 조립막을 막파열시켰으며, 이를 통해 단일 입자수준에서 분리 및 집적이 가능한지 확인하였다. Using osmotic pressure, the polymer assembly membrane of aqueous biphasic polymersomes was ruptured, and through this, it was confirmed that separation and integration at the single particle level were possible.

도 11은 삼투압을 이용한 수성 이상계 폴리머좀의 고분자 조립막 막파열을 도식화 및 광학현미경으로 촬영한 이미지이다(스케일 바 100 ㎛). (i) 등장성 환경에서는 고분자 조립막으로 보호된 수성 이상계 폴리머좀의 형태가 유지되었으며, 우측 광학현미경 이미지에서 확인할 수 있듯이 폴리머좀의 고분자 조립막이 유지 관찰되었다. (ii) 저장성(hypotonic) 환경에서는 수분이 고분자 막으로 유입되어 폴리머좀이 팽창되며, 수성 이상계가 사라지게 된다. 우측 광학현미경 이미지에서 확인할 수 있듯이 수성 이상계 폴리머좀이 파괴된 것이 관찰되었다. (iii) 고장성(hypertonic) 환경에서는 수분이 고분자 막으로 빠져나가고, 폴리머좀은 수축하며, 마침내 내부에 제1 유체에 의해 형성되었던 액적(코어 액적)만 남게 된다. 우측 광학현미경 이미지에서도 확인할 수 있듯이 폴리머좀의 고분자 조립막은 사라졌으나, 덱스트린 코어 액적이 유지되는 것이 관찰되었다. FIG. 11 is a schematic diagram of the rupture of the polymer assembly membrane of aqueous biphasic polymersomes using osmotic pressure and an image taken with an optical microscope (scale bar: 100 μm). (i) In an isotonic environment, the morphology of the aqueous biphasic polymersomes protected by the polymer assembly membrane was maintained, and the polymer assembly membrane of the polymersome was maintained, as can be seen in the optical microscope image on the right. (ii) In a hypotonic environment, moisture flows into the polymer membrane, causing the polymersome to swell and the aqueous biphasic system to disappear. As can be seen in the right optical microscope image, it was observed that the aqueous biphasic polymersome was destroyed. (iii) In a hypertonic environment, moisture escapes into the polymer membrane, the polymersome shrinks, and finally only the droplet formed by the first fluid (core droplet) remains inside. As can be seen in the right optical microscope image, the polymer assembly membrane of the polymersome disappeared, but it was observed that the dextrin core droplet was maintained.

실시예 3. 삼투압을 변화에 따른 수성 이상계 폴리머좀 거동 관찰 2Example 3. Observation of aqueous biphasic polymersome behavior according to osmotic pressure change 2

본 발명에 따른 삼투압 변화에 따른 수성 이상계 폴리머좀의 거동을 형광분석법으로 관측하기 위해, 제조예 5에서 제조한 모델입자를 사용하였다. 도 12에 나타난 바와 같이, 제조예 5의 입자는 폴리스티렌 비드 표면이 아미노형광결정(FITC)과 아미노덱스트린(DEX)로 표면개질 되었고, 광학현미경을 통해 형광표지 여부가 확인되었으며, 우측 바이알 튜브에서 확인 가능하듯이, 덱스트린 층(DEX-rich phase)에 존재하였다. In order to observe the behavior of the aqueous biphasic polymersome according to the change in osmotic pressure according to the present invention by fluorescence analysis, the model particles prepared in Preparation Example 5 were used. As shown in Figure 12, the surface of the polystyrene beads of the particles of Preparation Example 5 was surface-modified with amino fluorescent crystals (FITC) and aminodextrin (DEX), and whether or not fluorescent labeling was confirmed through an optical microscope, confirmed in the right vial tube Possibly, it was present in the dextrin layer (DEX-rich phase).

제조예 5의 모델입자를 1 유체와 함께 주입하였으며, 실시예 1의 방법으로 액적을 형성시켰으며, 저장성 삼투압 환경을 제공하였다. The model particles of Preparation Example 5 were injected together with one fluid, droplets were formed by the method of Example 1, and a hypotonic osmotic pressure environment was provided.

도 13에 나타난 바와 같이, (a)등장성 조건에서는 수성 이상계 기반 폴리머좀의 형태가 유지되었으나, (b)저장성 조건에서는 폴리머좀이 수축하여, 덱스트린의 부피가 감소한 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 13, (a) the shape of the aqueous phase-based polymersome was maintained under the isotonic condition, but (b) under the hypotonic condition, the polymersome contracted and the volume of the dextrin decreased.

100 미세유체장치
10 사각기둥형 모세관
20 주입 모세관
30 수집 모세관
501 친수성 표면개질 층
502 소수성 표면개질 층
40 최내부 주입 모세관
a 최내부 주입 모세관 내부 직경
a' 최내부 주입 모세관 외부 직경
b 주입 모세관 내부 직경
b' 주입 모세관 외부 직경
c 사각기둥 모세관 내부 직경
d 주입 모세관 테이퍼드 말단 내부 직경
e 수집 모세관 테이퍼드 말단 내부 직경
f 주입 모세관과 수집 모세관 사이의 이격 거리
g 수집 모세관 내부 직경
g' 수집 모세관 외부 직경
100 Microfluidic Devices
10 Square Column Capillary
20 injection capillary
30 collection capillary
501 hydrophilic surface modification layer
502 hydrophobic surface modification layer
40 Innermost injection capillary
a Inside diameter of the innermost injection capillary
a' innermost injection capillary outer diameter
b injection capillary inner diameter
b' injection capillary outer diameter
c Square prism capillary inner diameter
d injection capillary tapered end inner diameter
e collection capillary tapered end inner diameter
f Separation distance between inlet and collection capillaries
g collection capillary inner diameter
g' collection capillary outer diameter

Claims (18)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 미세유체장치를 이용하여 수성 이상계 기반 폴리머좀을 제조하는 방법으로서,
수성 이상계 고분자 용액인 제1 유체, 제2 유체 및 제4 유체, 및 고분자 용해성 유기용매가 포함된 소수성 고분자 용액인 제3 유체를 준비하는 단계;
최내부 주입 모세관의 내부로 제1 유체를 주입하고, 주입 모세관의 내부이자, 최내부 주입 모세관의 외부 공간으로 제2 유체를 주입하고, 사각기둥형 모세관의 내부이자, 주입 모세관의 외부 공간으로 제3 유체를 주입하고, 사각기둥형 모세관의 내부이자, 수집 모세관의 외부 공간으로 제4 유체를 주입하는 단계;
수집 모세관의 테이퍼드 영역 내에서, 최내부 모세관에서 배출되는 제1 유체로부터 액적 코어를 형성시키고, 제2 유체로 상기 액적을 둘러싸는 제1 쉘을 형성시키는 수성 이상계 이중액적 형성 단계;
제3 유체로 상기 형성된 이중액적 외각으로 제2 쉘을 형성시키는 코어/쉘/쉘삼중액적 구조의 형성 단계;
상기 형성된 삼중액적을 제4 유체와 함께 수집 모세관을 통해 외부로 이송시키는 단계; 및
수집 모세관을 통해 삼중액적을 이송시키는 동안, 삼중액적의 제1 쉘과 제2 쉘의 경계에서 폴리에틸렌글리콜과 폴리부타디엔-폴리에틸렌글리콜 블록공중합체의 자기조립에 의한 안정화된 고분자 조립막을 형성시키는 단계;를 포함하는 수성 이상계 기반 폴리머좀의 제조방법.
As a method for producing an aqueous biphasic-based polymersome using a microfluidic device,
preparing a first fluid, a second fluid, and a fourth fluid, which are aqueous two-phase polymer solutions, and a third fluid, which is a hydrophobic polymer solution containing a polymer-soluble organic solvent;
A first fluid is injected into the innermost injection capillary, and a second fluid is injected into a space inside the injection capillary and external to the innermost injection capillary, and into a space inside the square columnar capillary and external to the injection capillary. injecting a third fluid, and injecting a fourth fluid into a space inside the square columnar capillary and external to the collection capillary;
forming, within the tapered region of the collecting capillary, a droplet core from a first fluid discharged from the innermost capillary and forming a first shell surrounding the droplet with a second fluid;
Forming a core/shell/shell triple droplet structure of forming a second shell with the outer shell of the double droplet formed with a third fluid;
transferring the formed triple droplet to the outside through a collection capillary together with a fourth fluid; and
Forming a stabilized polymer assembly film by self-assembly of polyethylene glycol and polybutadiene-polyethylene glycol block copolymer at the boundary between the first shell and the second shell of the triple droplet while transferring the triple droplet through the collecting capillary; A method for producing an aqueous biphasic-based polymersome comprising:
제7항에 있어서,
상기 폴리머좀은 수집 모세관을 통해 이송되는 동안 제2 쉘이 벗겨지는 단계를 더 포함하는 것인, 수성 이상계 기반 폴리머좀의 제조방법.
According to claim 7,
The method of producing an aqueous biphasic-based polymersome, further comprising the step of peeling off the second shell while the polymersome is transferred through the collection capillary.
제8항에 있어서,
삼투압을 이용하여 고분자 조립막을 막 파열시키고, 제1 유체의 단일성분으로 이루어진 액적을 수득하는 단계를 더 포함하는 것인, 수성 이상계 기반 폴리머좀의 제조방법.
According to claim 8,
A method for preparing aqueous biphasic-based polymersomes, further comprising the step of rupturing the polymer assembly membrane using osmotic pressure and obtaining droplets composed of a single component of the first fluid.
제7항에 있어서,
제1 유체는 덱스트란 수용액이고,
제2 유체는 폴리에틸렌글리콜 수용액이고,
제3 유체는 폴리부타디엔-폴리에틸렌글리콜 블록공중합체 용액이고,
제4 유체는 폴리비닐알콜 수용액인, 수성 이상계 기반 폴리머좀의 제조방법.
According to claim 7,
The first fluid is an aqueous solution of dextran,
The second fluid is a polyethylene glycol aqueous solution,
The third fluid is a polybutadiene-polyethylene glycol block copolymer solution,
The fourth fluid is a polyvinyl alcohol aqueous solution, a method for producing an aqueous phase-based polymersome.
제7항에 있어서,
생체분자가 제1 유체와 함께 주입되는 것인, 수성 이상계 기반 폴리머좀의 제조방법.
According to claim 7,
A method for preparing aqueous biphasic-based polymersomes, wherein biomolecules are injected together with a first fluid.
제11항에 있어서,
생체분자가 단일 입자 수준으로 분리되는 것인, 수성 이상계 기반 폴리머좀의 제조방법.
According to claim 11,
A method for preparing aqueous biphasic-based polymersomes in which biomolecules are separated at the level of single particles.
제11항에 있어서,
상기 생체분자는 단백질, 핵산, 펩티드, 아미노산, 탄수화물, 지질, 효소, 항체 및 항체단편으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인, 수성 이상계 기반 폴리머좀의 제조방법.
According to claim 11,
wherein the biomolecule is selected from the group consisting of proteins, nucleic acids, peptides, amino acids, carbohydrates, lipids, enzymes, antibodies and antibody fragments.
덱스트란 수용액으로 구성된 코어; 상기 코어를 둘러싸는 폴리에틸렌글리콜 수용액을 포함하는 수성의 제1 쉘; 및 제1 코어를 둘러싸는 폴리부타디엔-폴리에틸렌글리콜 블록공중합체를 포함하는 소수성의 제2 쉘;을 포함하는 코어/쉘/쉘 삼중액적 구조의 수성 이상계 폴리머좀.a core composed of an aqueous solution of dextran; an aqueous first shell containing an aqueous polyethylene glycol solution surrounding the core; and a hydrophobic second shell comprising a polybutadiene-polyethylene glycol block copolymer surrounding the first core. 제14항에 있어서,
제1 쉘과 제2 쉘의 경계면은 폴리에틸렌글리콜과 폴리부타디엔-폴리에틸렌글리콜 블록공중합체가 자기조립되어 형성된 고분자 조립막을 포함하는, 코어/쉘/쉘 삼중액적 구조의 수성 이상계 폴리머좀.
According to claim 14,
An aqueous biphasic polymersome having a core/shell/shell triple droplet structure, wherein the interface between the first shell and the second shell includes a polymer assembly film formed by self-assembly of polyethylene glycol and polybutadiene-polyethylene glycol block copolymer.
제14항에 있어서,
상기 코어는 생체분자를 더 포함하는, 코어/쉘/쉘 삼중액적 구조의 수성 이상계 폴리머좀.
According to claim 14,
An aqueous biphasic polymersome having a core/shell/shell triple droplet structure, wherein the core further comprises a biomolecule.
제16항에 있어서,
상기 생체분자는 단백질, 핵산, 펩티드, 아미노산, 탄수화물, 지질, 효소, 항체 및 항체단편으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 코어/쉘/쉘 삼중액적 구조의 수성 이상계 폴리머좀.
According to claim 16,
The biomolecule is selected from the group consisting of proteins, nucleic acids, peptides, amino acids, carbohydrates, lipids, enzymes, antibodies and antibody fragments, core / shell / shell triple droplet structure aqueous biphasic polymersome.
제15항에 있어서,
상기 고분자 조립막은 삼투압 변화에 의해 파괴되는 것인, 코어/쉘/쉘 삼중액적 구조의 수성 이상계 폴리머좀.
According to claim 15,
The polymer assembly membrane is destroyed by a change in osmotic pressure, an aqueous biphasic polymersome of a core / shell / shell triple droplet structure.
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