KR100778206B1 - 세포 트래핑용 페트리 접시 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다수의 흡입홀을 갖는 세포 트래핑부를 포함하는 페트리 접시에 관한 것이다. 세포-포함된 액체가 페트리 접시에 놓이며, 세포-포함된 액체가 페트리 접시의 아래쪽에서 세포보다 작은 크기의 흡입홀로부터 흡입되어 세포가 흡입홀에 트래핑된다. 페트리 접시는 흡입홀을 통해 흡입되고 세포를 포함하지 않는 흡입된 액체가 액체 보유부에 보유되게 하는 수용력이 있는 공간을 갖고, 상기 공간의 흡입된 액체와 기체 사이의 경계면이 페트리 접시의 세포-포함된 액체의 표면 수준보다 낮게 위치되도록 배열된 액체 보유부를 포함한다.
세포 트래핑, 페트리 접시, 액체 보유부

Description

세포 트래핑용 페트리 접시{Petri Dish for Trapping Cell}
도 1은 본 발명의 제1 양태에 따른 세포-트래핑 페트리 접시의 도식도이고;
도 2는 액체 보유 채널의 구조를 설명하는 투시도이며;
도 3은 본 발명의 제2 양태에 따른 세포-트래핑 페트리 접시의 도식도이고;
도 4는 도 3에 나타낸 세포-트래핑 페트리 접시 (60) 제작 시의 파트의 수를 설명하는 다이어그램이며;
도 5는 본 발명의 제3 양태에 따른 세포-트래핑 페트리 접시의 도식도이고;
도 6은 본 발명의 제4 양태에 따른 세포-트래핑 페트리 접시의 도식도이며;
도 7은 도 6에 나타낸 제1 웰의 형태를 설명하는 도식도이고;
도 8은 제4 양태에 따른 PBS 공급-배출 시스템의 도식도이며;
도 9는 유전자 또는 약물을 세포에 주입하기 위한 예비과정을 설명하는 다이어그램이고;
도 10은 통상의 미세주입법을 설명하는 다이어그램이며;
도 11은 세포를 통상의 페트리 접시를 사용하여 트래핑하는 경우의 압력 상태를 설명하는 다이어그램이고;
도 12는 라플라스 (Laplace) 압력 Pr을 설명하는 다이어그램이며;
도 13은 통상의 PBS 공급-배출 시스템을 설명하는 다이어그램이고;
도 14는 세포 트래핑 칩이 제공되는 제1 웰에서의 경사부를 설명하는 다이어그램이다.
본 발명은 세포를 포함하는 액체를 흡입홀을 통해 흡입시켜 흡입홀에 생물학적 세포를 트래핑하는데 사용되는 페트리 접시에 관한 것이다.
최근, 생명 과학 분야에서, 특히 세포를 배양하고 세포에 유전자 또는 약물을 주입하는 재생 의학 및 게놈-기초한 약물 개척 분야에서, 세포의 특성을 변화시킨다. 이러한 작업을 수행하기 위해서는, 세포를 적소에 효율적으로 세팅하는 수단이 필요하다.
따라서, 하기와 같은 기술이 하기와 같은 방식으로 개발되었다. 즉, 넓은 단면적을 갖는 유동로 부분을 세포를 포함하는 액체를 유동시키기 위한 유동로의 중간에 제공하고, 액체의 유속을 느리게 하여 상기 부분에 세포를 트래핑하며, 넓은 단면적을 갖는 부분의 벽면을 화학적으로 개질하여 이에 세포를 부착시키는 부착력을 증가시킨다 (참조: 일본 특허 공개 공보 제2004-18055호, 일본 특허 공개 공보 제2004-163호).
그러나, 세포 트래핑부의 벽면이 화학적으로 개질된다 하더라도, 니들을 사용하여 세포에 홀을 만들어 유전자 또는 약물을 세포에 주입하기까지 부착력을 유지할 정도로는 부착력이 충분하지 않아 세포가 움질일 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 하기와 같은 기술이 개발되어 있다. 세포의 외적 크기 (약 10 ㎛ 내지 100 ㎛) 보다 작은 다수의 흡입홀이 형성된 세포 트래핑 플레이트가 제조된다. 미세주입법으로 유전자 또는 약물을 세포에 주입하기 위해, 흡입홀을 통해 세포 트래핑 플레이트의 아래쪽에서 흡입 펌프를 사용하여 세포를 흡입함으로써 세포를 흡입홀에 트래핑한다 (참조: 일본 특허원 제2005-14588호, 일본 특허원 제2004-284756호, 및 일본 특허원 제2005-102094호).
도 10은 통상의 미세주입법을 설명하는 다이어그램이다. 도 10에 나타난 바와 같이, 미세주입법에서, 세포 트래핑 플레이트인 실리콘으로 만들어진 세포 트래핑 칩 (2)은 세포 현탁액을 포함하기 위한 페트리 접시 (1)에 제공되며, 흡입홀 (3)에 세포를 트래핑하기 위해 세포 트래핑 칩 (2)의 아래쪽에서 흡입 펌프를 사용하여 액체를 흡입한다. PBS (포스페이트 완충 염수) 등이 이에 세포를 현탁하기 위한 액체로서 사용된다.
특정한 미세 모세관의 니들 (4)에 유전자/약물을 채우고, 니들 (4)을 세포에 찔러 유전자/약물을 세포에 주입한다. 미세주입법으로 유전자/약물을 세포에 도입하는 작업은 현미경 (5) 하에서 수행된다.
도 11은 통상의 페트리 접시를 사용하여 세포를 트래핑할 때의 압력 상태를 설명하는 다이어그램이다. 페트리 접시는 배출 채널 (13)을 갖는다. 세포를 트래핑하기 위해 웰 (11)의 액체를 흡입홀 (10)을 통해 흡입할 때, 배출 채널 (13)로부터 페트리 접시 (12)의 바깥으로 액체가 배출된다. 배출 채널 (13)은 페트리 접시 (12)의 상단면에 있는 유연하게 굽힐 수 있는 튜브 (14)에 연결되고, 튜브 (14)는 커넥터 (15)를 통해 흡입 펌프 (나타내지 않음)로 연결된다.
이러한 페트리 접시 (12)가 사용되는 경우, 세포를 공급하기 전에, 흡입홀 (10)에 형성되는 액체의 표면 경계를 깰 수 있는 흡입력으로 액체를 흡입하며, 흡입홀 (10) 및 배출 채널 (13)을 액체로 채운다. 계속 흡입하면서 세포를 공급함으로써, 세포가 흡입홀 (10)에 트래핑될 수 있어, 유전자 또는 약물이 각각의 세포에 주입될 수 있다.
그러나, 유전자 또는 약물이 각각의 세포에 주입된 후 페트리 접시를 운반해야 하는 경우, 액체의 흡입을 정지시키면 세포를 계속해서 트래핑하기가 어렵다. 예를 들어, 페트리 접시를 다른 곳을 운반해야 하는 경우, 튜브 (14)를 떼어낼 필요가 있다. 그러나, 튜브 (14)를 수직 방향으로 움직이는 경우, 튜브 (14)의 액체 수준의 높이가 변화하여, 세포가 흡입홀 (10)로부터 방출되게 할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 11에 나타난 바와 같이, 하기 수학식과 같은 관계가 유지된다:
P1 = Pa + Pr
P2 = P1 - ρgh1 = Pa - ρgh1 + Pr
상기 식에서, P1은 웰 (11)의 액체 수준으로부터 낮게 위치한 (h1) 튜브 (14)에 있는 액체의 압력이고, P2는 웰 (11)의 액체 수준에서의 액체 압력이며, ρ는 액체 밀도이고, g는 중력 가속도이며, Pr은 튜브 (14)에 있는 액체의 라플라스 압력이다.
도 12에 나타난 바와 같이, 라플라스 압력 Pr은 하기 수학식으로 나타내어진다:
Pr = -2γcosθ /r
상기 식에서, θ는 메니스커스 (meniscus) 부분의 접촉각이고, 2r은 튜브 (14)의 내부 직경이며, γ는 액체의 표면장력이다.
또한, 웰 (11)의 액체 수준에 대한 압력의 균형을 언급하면, 하기 수학식의 관계가 유지된다:
Pa - P2 = 0
상기한 수학식으로부터 하기 수학식의 관계식이 얻어진다:
h1 = Pr/ρg
흡입홀 (10)에 세포를 트래핑하기 위해, 웰 (11)의 액체 수준의 높이와 튜브 (14)의 액체의 높이 간의 차이는 h1 또는 이보다 높게 조정될 필요가 있다. 그러나, 튜브 (14)가 수직 방향으로 이동되고 높이 차이가 h1 또는 이보다 적게 되면 세포가 흡입홀 (10)로부터 방출된다.
이는, 높이가 h1으로부터 Δh 차이가 생기는 경우 세포를 트래핑하기 위한 트래핑 압력이 ρgΔhrk 되는데, 높이의 차이가 h1 또는 이보다 적게 되면 Δh가 0 보다 작아 트래핑 압력이 음의 값이 되기 때문이다.
따라서, 통상의 페트리 접시 (12)에서, 튜브 (14)를 페트리 접시 (12)로부터 떼어내면 액체가 튜브 (14)로부터 누출되며, 이로써 누출된 액체는 주변 환경을 오염시킨다.
또한, 통상적으로, 세포를 흡입홀에 트래핑한 후 여분의 세포를 제거시키기 때문에, 세포를 트래핑하고 여분의 세포가 공존하는 페트리 접시에 PBS를 연속적으로 공급하며 이로부터 배출시킨다.
도 13은 통상의 PBS 공급-배출 시스템을 설명하는 다이어그램이다. PBS 공급-배출 시스템은 페트리 접시 (20)에 제공된 세포 트래핑 칩 (21)을 갖고, 또한 세포 트래핑 칩 (21)의 흡입홀을 통해 페트리 접시 (20)로부터 액체를 배출시키기 위한 배수 채널 (22), 페트리 접시 (20)에 PBS를 공급하기 위한 PBS 공급 채널 (23), 및 페트리 접시 (20)로부터 PBS를 배출하기 위한 PBS 배출 채널 (24)를 포함한다.
PBS의 공급 및 배출은 공기 조절로 수행된다. 그러나, PBS의 공급량이 이의 배출량보다 적으면, 세포가 트래핑된 세포 트래핑 칩 (21)의 표면이 건조된다. 따라서, PBS의 공급을 이의 배출과 균형을 이루게 하는 것이 필요한데, 공기 조절로 이를 실현하기가 어렵다.
통상적으로, 세포 트래핑 칩 (30)을 포함하는 제1 웰과 세포 트래핑 칩에 트래핑되지 않은 여분의 세포를 보유하는 제2 웰 사이에 각진 경사부를 갖는 공지딘 페트리 접시가 있으며, 제1 웰의 여분의 세포는 PBS에 의해 경사부를 가로질러유동하여 제2 웰에 보유된다.
도 14는 세포 트래핑 칩 (30)이 제공된 제1 웰 (31)의 경사부 (33)을 설명하는 다이어그램이다. 도 14에 나타난 바와 같이, 페트리 접시에서, 경사부 (33)는 엑체가 제2 웰 (32)로 배출되는 제1 웰 (31)의 유체 출구에 형성된다.
그러나, 도 14에 나타난 바와 같이, 단순하게 각진 경사부를 제공하는 것으로는 표면장력의 영향으로 제1 웰 (31)의 벽면을 따라 생성되는 PBS의 연속 유동을 막기가 어렵다. 따라서, 제1 웰 (31)의 액체는 제2 웰 (32)로 유동하여, 세포 트래핑 칩 (30)의 표면을 건조시킨다.
따라서, 사용하기 쉬운 미세주입 장치를 개발할 필요가 있다. 달리 표현하면, 페트리 접시의 운반 동안에도 세포가 흡입홀에 트래핑된 상태로 유지되고, 페트리 접시를 미세주입 장치로부터 떼어낼 때 액체의 누출이 방지되며, 여분의 세포를 흘려보내 제거할 때 세포 트래핑 칩이 건조되는 것을 방지하는 방법을 검토할 필요가 있다.
발명의 요지
본 발명의 목적은 적어도 통상의 기술에서의 문제점을 해결하는 것이다.
본 발명의 하나의 양상에 따라, 다수의 흡입홀을 갖는 세포 트래핑부를 포함 하고, 생물학적 세포를 포함하는 세포-포함된 액체가 페트리 접시에 놓이며, 세포-포함된 액체가 페트리 접시의 아래쪽에서 세포보다 작은 크기의 흡입홀로부터 흡입되어 세포가 흡입홀에 트래핑되는 페트리 접시는, 흡입홀을 통해 흡입되고 세포를 포함하지 않는 흡입된 액체가 액체 보유부에 보유되게 하는 수용력이 있는 공간을 갖고, 상기 공간의 흡입된 액체와 기체 사이의 경계면이 페트리 접시의 세포-포함된 액체의 표면 수준보다 낮게 위치되도록 배열된 액체 보유부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따라, 물질 주입 장치는 세포를 트래핑할 상기한 페트리 접시, 및 물질을 트래핑된 세포에 주입할 물질 주입 유니트를 포함한다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적, 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의미는, 첨부된 도면과 연결지어 제시된 바람직한 양태에 대한 하기한 상세한 설명에 따라보다 잘 이해될 것이다.
본 발명에 따른 세포-트래핑 페트리 접시의 예시적 양태가 첨부된 도면을 참조로 하여 하기에 상세히 설명된다.
본 발명의 제1 양태에 따른 세포-트래핑 페트리 접시의 구조를 먼저 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 양태에 따른 세포-트래핑 페트리 접시 (40)의 도식도이다. 세포-트래핑 페트리 접시 (40)는 액체 공급 튜브 (41)을 통해 공급되는 PBS를 보유하기 위한 웰 (42); 흡입홀 (48)을 통해 PBS를 흡입함으로써 세포를 트래핑하기 위한 세포 트래핑 칩 (43); 웰 (42)로부터 넘칠 수 있는 PBS를 웰 (42) 내부에 보유하기 위한 보유벽 (44); 세포 트래핑 칩 (43)의 흡입홀 (48)을 통해 흡입된 액체를 보유하기 위한 액체 보유 채널 (45); 및 부압 (negative pressure) 펌프에 연결된 입구 튜브 (46)와 액체 보유 채널 (45) 사이를 연결하는 입구 (47)를 포함한다.
액체가 세포 트래핑 칩 (43)에 형성된 흡입홀 (48)을 통해 흡입되고 세포가 트래핑되면, 액체 보유 채널 (45)은 적어도 흡입된 액체가 액체 보유 채널 (45)에 보유되게 하는 수용력을 갖는다. 또한, 액체 보유 채널 (45)은, 액체 보유 채널 (45)에 보유된 액체와 기체 사이의 경계면이 세포 트래핑 칩 (43)에 트래핑되는 세포가 잠기도록 하기 위한 웰 (42)의 액체 수준보다 낮은 위치로 조정되도록 형성된다.
특히, 액체 보유 채널 (45)이 소수성 물질로 형성되는 경우, 액체 보유 채널 (45)은, 액체 보유 채널 (45)에 형성된 기체와 액체의 경계면의 높이와 웰 (42)의 액체 수준의 높이의 차이가 액체 공급 튜브 (41) 및 입구 튜브 (46)를 떼어낼 때 경계면에 생성되는 라플라스 압력을 상쇄하고, 그 높이가 적어도 세포가 트래핑되는 압력이 생성되게 조정되도록 형성된다.
보다 구체적으로, 액체 보유 채널 (45)은 높이의 차이가 Pr/ρg 보다 크도록 배치된다 (여기서, Pr은 라플라스 압력이고, ρ는 액체 밀도이며, g는 중력 가속도이다). 상기 식은 도 11을 참조하여 설명되는 바와 같이 수득될 수 있다.
세포-트래핑 페트리 접시 (40)를 상기한 방식으로 배열하고 액체 보유 채널 (45)에 흡입되는 액체를 보유함으로써, 세포 트래핑 칩 (43)에 세포를 트래핑하기 위한 트래핑 압력은, 부압 펌프를 정지하고 입구 튜브 (46)를 떼어낸 후 세포-트래핑 페트리 접시 (40)를 운반하는 경우에도 유지될 수 있다. 또한, 액체가 입구 튜브 (46)으로 유동하지 않기 때문에 액체가 바깥으로 누출되는 것이 방지될 수 있다.
이 때, 액체 보유 채널 (45)의 단면은 모세관 현상의 영향이 중력의 영향 보다 크게 하는 형태로 형성된다. 이는 액체 보유 채널 (45)에서 액체가 불연속적이게 되는 것을 방지하여 액체가 안정한 압력 상태를 유지하게 한다.
보다 구체적으로, 액체와 기체 사이의 경계면의 크기가 모세관 길이의 2 배보다 크면, 중력의 영향이 경계면 장력의 영향보다 크다. 따라서, 액체 보유 채널 (45)의 단면의 크기를 모세관 길이의 2배 이하로 조절하여, 경계면 장력의 영향이 액체 보유 채널 (45)에서 지배적이도록 한다.
본원에서 언급되는 모세관 길이는 √(γ(ρ1 - ρg)/g)으로 표현되며, 여기서 γ는 경계면 장력이고, ρ1는 액체 밀도이며, ρg는 기체 밀도이며, g는 중력 가속도이다. 본원에서, ρ1 > ρg이면, 기체 밀도는 무시할만하고, 모세관 길이는 √(γ/ρ1 /g) 으로 표현된다.
단면의 크기는 단면의 수직 방향으로 가장 긴 쪽과 수평 방향으로 가장 긴 쪽 사이에서 긴 쪽을 나타낸다. 예를 들어, 단면의 형태가 원이면, 보다 긴 쪽이 이의 직경이고, 단면의 형태가 직사각형이면, 보다 긴 쪽은 직사각형의 세로측 및 가로측 중에서 보다 긴 쪽이다. 단면의 형태가 도 1에 나타난 바와 같은 방패 형태이고 단면의 수평 방향으로 가장 긴쪽이 2 mm이고 수직 방향으로 가장 긴쪽이 3 mm이면, 수직 방향으로 가장 긴 쪽이 수평 방향으로 가장 긴쪽 보다 길기 때문에 단면의 크기는 수직 방향에서 가장 긴 3 mm이다.
액체 보유 채널 (45)은, 세포 트래핑이 끝난 후 액체와 기체 사이의 경계면이 존재하는 부분에서 액체 보유 채널 (45)의 상부 표면 위치가 세포를 트래핑하기 위한 세포 트래핑 칩 (43)의 상부 표면 높이 보다 3 mm 낮도록 형성된다. 트래핑되는 세포를 잠기게 위한 액체는 세포 트래핑 칩 (43)의 상부 표면 높이 보다 높은 수준으로 붓는다. 따라서, 액체 보유 채널 (45)을 상기한 방식으로 형성함으로써, 액체 보유 채널 (45)에서 액체와 기체 사이의 경계면은 세포를 잠기게 하기 위한 액체의 수준 보다 낮은 쪽에 확실히 위치될 수 있다.
액체 보유 채널 (45)에서 액체와 기체 사이의 경계면 및 액체 보유 채널 (45)의 표면에 의해 형성되는 접촉각이 75 °인 경우, 라플라스 압력은 -31 Pa이다. 또한, 액체 보유 채널 (45)의 중심 위치가 세포 트래핑 칩 (43)의 상부 표면 보다 4.5 mm 낮기 때문에, 액체 컬럼 압력은 액체의 압력 구배가 9.8 Pa/mm라 가정할 때 -44 Pa (= -4.5 mm X 9.8 Pa/mm)이다. 따라서, 세포를 트래핑하기 위한 트래핑 압력은 -75 Pa (= -31 - 44)이며, 이것이 음의 값이기 때문에, 액체의 흡입이 정지된 경우에서조차 세포가 트래핑된 상태를 유지할 수 있다.
액체 보유 채널 (45)은 세포 트래핑 칩 (43)을 감싸도록 세포 트래핑 칩 (43) 주위에 형성된다. 이는, 액체 보유 채널 (45)이 현미경으로 세포 트래핑 칩 (43)에 트래핑되는 세포를 관측하는 것을 방해하지 않도록 제공되어야 하기 때문이다.
또한, 액체 보유 채널 (45)은 액체가 아래로 유동하는 위치 (도 1에서 액체 유동-하강점)에서 액체 보유 채널 (45)의 높이가 변하고 이의 단면적이 점진적으로 증가하도록 형성된다. 도 2는 통상의 액체 보유 채널 (50)과 본 발명에 따른 액체 보유 채널 (45)의 투시도를 포함한다. 두 액체 보유 채널 모두의 단면적이 점진적으로 증가한다.
통상의 액체 보유 채널 (50)에서, 단면적은 액체가 아래로 유동하는 위치에서 갑자기 변화한다. 액체 보유 채널 (50)이 상기한 방식으로 형성되면, 액체 보유 채널 (50)에 물방울 및 버블이 형성되며, 압력 상태가 불안정해져 세포 트래핑 칩 (43)에 트래핑된 세포가 세포 트래핑 칩 (43)으로부터 분리되게 할 수 있다.
따라서, 액체 보유 채널 (45)은 이의 단면적이 점진적으로 증가하여 물방울 및 버블이 형성되는 것을 최소화하고 압력 상태를 안정화하며 세포가 트래핑된 상태를 유지하도록 형성된다.
상기 설명된 바와 같이, 제1 양태에서, 세포-트래핑 페트리 접시 (40)는 세포 트래핑 칩 (43)을 포함한다. 세포 트래핑 칩 (43)은 흡입홀 (48)을 포함한다. 세포는 흡입홀 (48)을 통해 세포-트래핑 페트리 접시 (40)의 액체를 흡입함으로써 흡입홀 (48)에 트래핑된다. 또한, 세포-트래핑 페트리 접시 (40)는, 액체가 흡입홀 (48)을 통해 흡입되고 세포가 트래핑될 때 흡입되는 액체가 액체 보유 채널 (45) 내부에 보유되도록 하는 수용력을 갖도록 형성되고, 또한 보유된 액체와 기체 사이의 경계면이 세포 트래핑 칩 (43)에 트래핑되는 세포를 잠기게 하기 위한 액체의 수준 보다 낮은 쪽에 위치되도록 형성되는, 액체 보유 채널 (45)를 포함한다. 따라서, 세포-트래핑 페트리 접시 (40)가 운반되는 경우에서조차, 세포가 흡입홀 (48)에 트래핑된 상태가 유지될 수 있고, 세포-트래핑 페트리 접시 (40)를 미세주입 장치로부터 떼어낼 때 액체의 누출이 방지될 수 있다.
제1 양태에서, 액체 보유 채널 (45)의 단면적에 관련된 크기는 모세관 길이보다 2배 이하이도록 조정된다. 따라서, 모세관 현상의 영향이 중력의 영향 보다 크도록 조정될 수 있다. 이는 액체가 액체 보유 채널 (45)에서 불연속적이게 되는 것을 방지하여 액체의 안정한 압력 상태를 수득하게 한다.
제1 양태에서, 액체 보유 채널 (45)에 보유된 액체와 기체 사이의 경계면의 높이와 세포 트래핑 칩 (43)에 트래핑된 세포를 잠기게 하기 위한 액체의 수준의 높이의 차이는 적어도 압력 차이 (세포 트래핑 칩 (43)에 트래핑되는 세포를 방출시키는 라플라스 압력을 상쇄)가 발생하도록 하는 높이의 차이로 조정된다. 따라서, 세포-트래핑 페트리 접시 (40)를 옮길 때 세포 트래핑 칩 (43)으로부터 세포를 방출시키도록 작용하는 라플라스 압력이 발생하는 경우에서조차, 세포가 흡입홀 (48)에 트래핑된 상태가 유지될 수 있고, 세포-트래핑 페트리 접시 (40)를 미세주입 장치로부터 떼어낼 때 액체의 누출이 방지될 수 있다.
제1 양태에서, 액체 보유 채널 (45)은 액체가 아래로 유동하는 위치에서 이의 단면적이 점진적으로 증가하도록 형성된다. 따라서, 물방울 및 버블의 형성이 최소화되고 압력 상태가 안정화되며 세포가 트래핑된 상태로 유지된다.
제1 양태에서, 액체 보유 채널 (45)은 세포 트래핑 칩 (43) 주위에 배열된다. 따라서, 액체 보유 채널 (45)은 현미경으로 세포 트래핑 칩 (43)에 트래핑되 는 세포를 관측하는 것을 방해하지 않도록 제공될 수 있다.
제1 양태에서, 액체 보유 채널은, 세포의 트래핑이 끝난 후 액체와 기체 사이에 경계면이 존재하는 부분에서 액체 보유 채널의 상부 표면 높이가 세포 트래핑 칩의 표면 보다 낮은 쪽에 있도록 형성된다. 그러나, 액체 보유 채널은, 상기한 부분에서 액체 보유 채널의 상부 표면 높이가 세포 트래핑 칩의 표면 높이와 일치하도록 형성될 수 있다.
액체 보유 채널을 이러한 방식으로 형성하면 세포-트래핑 페트리 접시의 제작이 보다 용이해져, 파트의 수를 줄인다. 본 발명의 제2 양태에서, 하기의 경우가 설명된다. 그 경우란, 세포의 트래핑이 끝난 후 액체와 기체 사이에 경계면이 존재하는 부분에서 액체 보유 채널의 상부 표면 높이가 세포 트래핑 칩의 표면 높이와 일치하도록 액체 보유 채널을 형성하는 것이다.
도 3은 제2 양태에 따른 세포-트래핑 페트리 접시 (60)의 도식도이다. 세포-트래핑 페트리 접시 (60)는 액체 공급 튜브 (61)을 통해 공급되는 PBS를 보유하기 위한 웰 (62); 흡입홀 (68)을 통해 PBS를 흡입함으로써 세포를 트래핑하기 위한 세포 트래핑 칩 (63); 웰 (62)로부터 넘칠 수 있는 PBS를 웰 (62) 내부에 보유하기 위한 보유벽 (64); 세포 트래핑 칩 (63)의 흡입홀 (48)을 통해 흡입된 액체를 보유하기 위한 액체 보유 채널 (65); 및 부압 펌프에 연결된 입구 튜브 (46)와 액체 보유 채널 (45) 사이를 연결하는 입구 (67)를 포함한다.
세포-트래핑 페트리 접시 (60)에서, 제1 양태에 따른 액체 보유 채널 (45)에서와 동일한 방식으로, 액체가 세포 트래핑 칩 (63)에 형성된 흡입홀 (68)을 통해 흡입되고 세포가 트래핑될 때, 액체 보유 채널 (65)는 적어도 흡입된 액체가 액체 보유 채널 (65)에 보유되게 하는 수용력을 갖도록 형성된다. 또한, 액체 보유 채널 (65)은, 액체 보유 채널 (65)에 보유된 액체와 기체 사이의 경계면이 세포 트래핑 칩 (63)에 트래핑된 세포를 잠기게 하기 위한 웰 (62)의 액체 수준보다 낮게 위치되도록 형성된다.
또한, 도 2에서 설명된 바와 같이, 물방울 및 버블의 형성을 억제하고, 압력 상태를 안정화시키고, 세포가 트래핑된 상태를 유지시키기 위해, 액체 보유 채널 (65)은 액체가 아래로 유동하는 위치 (도 3에서 액체 유동-하강점)에서 액체 보유 채널 (65)의 높이가 변화되고 단면적이 점진적으로 증가하도록 형성된다.
세포-트래핑 페트리 접시 (60)는, 세포의 트래핑이 끝난 후 액체와 기체 사이에 경계면이 존재하는 부분에 있는 액체 보유 채널 (65)의 상부 표면 높이가 세포 트래핑 칩 (63)의 상부 표면 높이와 일치하도록 액체 보유 채널 (65)이 형성된다는 점에서, 제1 양태에서 설명된 세포-트래핑 페트리 접시 (60)와 상이하다.
액체 보유 채널 (65)을 상기한 방식으로 형성함으로써, 세포-트래핑 페트리 접시 (60)를 제작하기 위한 파트의 수가 감소될 수 있다. 도 4는 세포-트래핑 페트리 접시 (60)를 제작하는 경우의 파트의 수를 설명하는 다이어그램이다.
도 4에서, 제1 양태에 따른 세포-트래핑 페트리 접시 (40)의 파트의 수는 제2 양태의 세포-트래핑 페트리 접시 (60)의 파트의 수와 비교된다. 세포-트래핑 페트리 접시 (40)에서, 액체와 기체 사이에 경계면이 존재하는 부분에 있는 액체 보유 채널 (45)의 상부 표면 높이는 세포 트래핑 칩 (43)의 상부 표면 높이와 다르 다. 따라서, 세포-트래핑 페트리 접시 (40)를 제작하기 위해서는 3개의 파트 (파트 1, 파트 2 및 파트 3)를 만들고 3개의 파트를 조합해야 한다.
보다 구체적으로, 웰 (42), 세포 트래핑 칩 (43), 및 액체 보유 채널 (45)을 재료의 표면을 틀에 맞게 생산하여 형성할 때, 액체와 기체 사이에 경계면이 존재하는 부분에 있는 액체 보유 채널 (45)이 세포 트래핑 칩 (43)의 상부 표면 높이와 다른 경우, 3개의 파트를 별도로 형성해야 한다.
다른 한편으로, 세포-트래핑 페트리 접시 (60)에서, 세포의 트래핑이 끝난 후 액체와 기체 사이에 경계면이 존재하는 부분에 있는 액체 보유 채널 (65)의 상부 표면 높이는 세포 트래핑 칩 (63)의 상부 표면 높이와 같다. 따라서, 한가지 유형의 재료를 틀에 맞게 생산함으로써, 세포 트래핑 칩 (63) 및 액체 보유 채널 (65)이 형성될 수 있으며, 2개의 파트 (파트 1, 파트 2)을 단순 조합함으로써 세포-트래핑 페트리 접시 (60)가 제작될 수 있어, 제작 비용을 낮춘다.
도 3의 예에서, 액체 보유 채널 (65)의 단면 형태는 수평 방향의 최대 길이가 1 mm이고 수직 방향의 최대 길이가 4 mm인 방패 형태이다. 이러한 경우, 액체와 기체 사이의 경계면 및 액체 보유 채널 (65)의 표면에 의해 형성된 접촉각은 75 °이고, 라플라스 압력은 -46.6 Pa이다.
액체 보유 채널 (65)의 중심 위치는 세포 트래핑 칩 (63)의 세포 트래핑 표면 보다 2 mm 낮은 쪽에 있다. 따라서, 액체의 압력 구배가 9.8 Pa/mm인 경우, 액체 컬럼 압력은 -19.6 Pa (= -2 mm X 9.8 Pa/mm)가 된다. 따라서, 세포를 트래핑하기 위한 트래핑 압력은 -66.2 Pa (= -46.6 - 19.6)이며, 이 압력이 음의 값이기 때문에 세포가 트래핑된 상태가 액체의 흡입이 정지되는 경우에도 유지될 수 있다.
제2 양태에서, 상기 설명된 바와 같이, 액체 보유 채널 (65)은 액체 보유 채널 (65)의 상부 표면 높이가 세포 트래핑 칩 (63)의 상부 표면 높이와 일치하도록 형성된다. 따라서, 세포-트래핑 페트리 접시 (60) 제작 시 파트의 수가 감소될 수 있어, 세포-트래핑 페트리 접시 (60)의 제작이 용이하다.
제1 및 제2 양태에서는, 액체 보유 채널 (45) 및 (65)를 형성하기 위해 재료를 틀에 맞게 생산하나, 액체 보유 채널은 그루브 (groove)를 형성하기 위해 재료를 틀에 맞게 생산하고 그루브를 따라 유연하게 굽힐 수 있는 튜브를 피팅함으로써 형성될 수 있다.
유연하게 굽힐 수 있는 튜브가 액체 보유 채널의 형성에 사용되는 경우, 튜브의 높이는, 세포를 트래핑하기 위한 트래핑 압력이 너무 크거나 너무 작지 않을 경우, 트래핑 압력을 적합한 압력으로 용이하게 조절할 수 있도록 변화된다. 따라서, 본 발명의 제3 양태에서, 재료에 그루브를 형성하고 그루브를 따라 유연하게 굽힐 수 있는 튜브를 피팅시킴으로써 액체 보유 채널을 형성하는 경우가 하기에 설명된다.
도 5는 제3 양태에 따른 액체 보유 채널 (70)의 도식도이다. 세포-트래핑 페트리 접시 (70)는 액체 공급 튜브 (71)을 통해 공급되는 PBS를 보유하기 위한 웰 (72); 흡입홀 (79)을 통해 PBS를 흡입함으로써 세포를 트래핑하기 위한 세포 트래핑 칩 (73); 웰 (72)로부터 넘칠 수 있는 PBS를 웰 (72) 내부에 보유하기 위한 보유벽 (74); 세포 트래핑 칩 (73)의 흡입홀 (79)을 통해 흡입된 액체를 보유하기 위 한 액체 보유 채널 (75); 액체 보유 튜브 (75)를 세포-트래핑 페트리 접시 (70)에 피팅시키기 위한 액체 보유 튜브 피팅 그루브 (76); 및 부압 펌프에 연결된 입구 튜브 (77)와 액체 보유 채널 (75) 사이를 연결하는 입구 (78)를 포함한다.
세포-트래핑 페트리 접시 (70)는 유연하게 굽힐 수 있는 액체 보유 튜브 (75)를 피팅하기 위해 액체 보유 튜브 피팅 그루브 (76)가 형성되고, 액체 보유 튜브 (75)가 액체 보유 튜브 피팅 그루브 (76)에 피팅된다는 점에서, 제1 양태 또는 제2 양태에서 설명된 세포-트래핑 페트리 접시 (40) 또는 (60)와 상이하다.
액체 보유 튜브 (75)는 적어도 액체가 세포 트래핑 칩 (73)에 형성된 흡입홀 (79)을 통해 흡입되고 세포가 트래핑될 때 액체가 액체 보유 튜브 (75)에 보유되게 하는 수용력을 갖는다. 액체 보유 튜브 피팅 그루브 (76)는, 액체 보유 튜브 (75)가 액체 보유 튜브 피팅 그루브 (76)에 피팅되는 경우 액체 보유 튜브 (75)에 보유된 액체와 기체 사이의 경계면이 웰 (72)에 있는 액체의 수준 보다 낮은 쪽에 위치하여 세포 트래핑 칩 (73)에 트래핑되는 세포를 적시도록 형성된다.
액체 보유 튜브 (75)는 액체 보유 튜브 피팅 그루브 (76)에서 수직으로 움직일 수 있다. 따라서, 세포를 트래핑하기 위한 트래핑 압력이 너무 크거나 작지 않은 경우, 트래핑 압력은 액체 보유 튜브 (75)의 높이를 변화시킴으로써 적합한 정도로 용이하게 조절될 수 있다.
도 5의 예에서, 액체 보유 튜브 (75)의 단면 형태는 원이다. 액체 보유 튜브 (75)가 소수성이고 액체와 기체 사이의 경계면 및 액체 보유 튜브 (75)의 표면에 의해 형성된 각이 110 °이면, 라플라스 압력은 33 Pa이다.
액체 보유 튜브 (75)의 중심 위치가 세포 트래핑 칩 (73)의 상부 표면 높이보다 7.8 mm 낮고 액체의 압력 구배가 9.8 Pa/mm인 경우, 액체 컬럼 압력은 -76 Pa (= -7.8 mm X 9.8 Pa/mm)가 된다. 따라서, 세포를 트래핑하기 위한 트래핑 압력은 -43 Pa (= 33 - 76)이며, 이것이 음의 값이기 때문에, 액체의 흡입이 정지되는 경우에서조차 세포가 트래핑된 상태를 유지할 수 있다.
제3 양태에서, 상기 설명된 바와 같이, 세포가 세포 트래핑 칩 (73)에 트래핑되는 경우 흡입된 액체는 유연하게 굽힐 수 있는 액체 보유 튜브 (75)에 보유된다. 따라서, 세포를 트래핑하기 위한 트래핑 압력이 너무 크거나 작은 경우에서조차, , 트래핑 압력은 액체 보유 튜브 (75)의 높이를 변화시킴으로써 적합한 정도로 용이하게 조절될 수 있다.
제1 내지 제3 양태에서는, 세포가 세포 트래핑 칩에 트래핑되어 있는 상태로 옮길 수 있는 세포-트래핑 페트리 접시가 설명되었으나, 세포가 트래핑된 세포 트래핑 칩의 표면이, 세포가 세포 트래핑 칩에 트래핑된 후 여분의 세포가 제거될 때, 건조되는 것이 방지되도록 세포-트래핑 페트리 접시가 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 제4 양태에서, 세포가 트래핑된 세포-트래핑 페트리 접시의 표면이 건조되는 것이 방지되도록 세포-트래핑 페트리 접시가 형성된 경우가 하기에서 설명된다.
제4 양태에 따른 세포-트래핑 페트리 접시의 구조가 하기에서 설명된다. 도 6은 제4 양태에 따른 세포-트래핑 페트리 접시 (80)의 투시도이다.
세포-트래핑 페트리 접시 (80)는 PBS가 공급되는 공급 포트 (81); 공급 포트 (81)를 통해 공급된 PBS가 제1 웰 (83)로 유동하는 공급 채널 (82); PBS를 보유하기 위한 제1 웰 (83); 제1 웰 (83)의 바닥에 제공되고 흡입홀 (92)을 통해 PBS를 흡입함으로써 세포를 트래핑하기 위한 세포 트래핑 칩 (84); PBS가 제1 웰 (83)에 공급되고 세포 트래핑 칩 (84)에 트래핑되지 않은 여분의 세포가 제1 웰 (83)로부터 유동될 때 여분의 세포를 포함하는 PBS를 보유하기 위한 제2 웰; 제2 웰 (85)로부터 여분의 세포를 제거하기 위한 피펫 (86); 제2 웰 (85)로부터 여분의 세포를 포함하는 PBS를 흡입하기 위한 흡입 채널 (87); 흡입 채널 (87)을 통해 여분의 세포를 포함하는 PBS를 흡입하기 위한 부압 펌프에 연결된 배출 포트 (88); 제1 웰 (83) 또는 제2 웰 (85)로부터 넘칠 수 있는 PBS를 보유하기 위한 보유벽 (89); 세포를 트래핑하기 위해 흡입되는 PBS를 보유하기 위한 액체 보유 채널 (90); 및 PBS를 흡입하는 부압 펌프에 연결된 입구 (91)를 포함한다.
제1 내지 제3 양태에서 설명된 경우에서와 동일한 방식으로, 액체 보유 채널 (90)은, 액체가 세포 트래핑 칩 (84)에 형성되는 흡입홀 (92)을 통해 흡입되고 세포가 트래핑되는 경우, 흡입되는 액체가 액체 보유 채널 (90)에 보유되게 하는 수용력을 갖고, 액체 보유 채널 (90)에 보유된 액체와 기체 사이의 경계면이 세포 트래핑 칩 (84)에 트래핑된 세포를 잠기게 하기 위한 제1 웰 (83)의 액체 수준 보다 낮게 위치되게 형성된다.
액체 보유 채널 (90)은, 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이, 액체 보유 채널 (90)의 높이가 변화되고 이의 단면적이 액체가 아래로 유동하는 위치에서 점진적으로 변화하여 물방울 및 버블의 형성을 최소화하고 압력 상태를 안정화시키며 액체 가 트래핑된 상태를 유지하도록 형성된다.
세포가 흡입홀에 트래핑된 후, 제1 웰 (83)에 존재하는 여분의 세포는 PBS를 공급함으로써 제2 웰 (85)로 세척된다. 그러나, 도 14에서 설명된 바와 같이, 통상의 페트리 접시에서, 표면 장력의 영향으로 제1 웰 (31)의 벽면을 따라 생성되는 PBS의 연속 유동이 표면 장력의 영향으로 발생하여 제1 웰 (31)의 PBS 양이 감소되며, 이는 세포가 트래핑되는 세포 트래핑 칩 (30)의 표면을 건조시킨다. 따라서, 제4 양태에서, 하기에서 설명되는 바와 같이, 제1 웰 (83)은 PBS의 연속 유동을 차단하도록 형성된다.
도 7은 제1 웰 (83)의 형태를 설명하는 다이어그램이다. 도 7에 나타난 바와 같이, 제1 웰 (83)은 여분의 세포가 제2 웰 (85)로 유동하는 세포 출구 (100)의 양쪽 말단에 제공된 건조 방지 위어 (101) 및 (102)를 갖는다.
건조 방지 위어 (101) 및 (102)는 제1 웰 (83)의 측벽과 바닥면 사이가, 도 14에서 나타난 바와 같은 경사부 (73)과는 다르게, 만곡면으로 연결되게 형성된다. 또한, 만곡면의 높이는 세포 출구 (100)의 방향을 향해 높아진다.
만곡면의 곡률 반경이 1 mm 이상으로 조정되는 것이 효과적인 것으로 실험적으로 입증된다. 만곡면의 곡률 반경을 1 mm 이상으로 조정함으로써, 표면장력에 의해 제1 웰 (83)의 벽면을 따라 생성되는 제1 웰 (83)의 연속 유동이 차단될 수 있으며, 이로써 세포가 트래핑되는 세포 트래핑 칩 (84)의 표면이 건조되는 것을 효과적으로 방지한다.
도 6에 나타난 바와 같은 세포-트래핑 페트리 접시 (80)을 사용함으로써, 도 13을 참조로 하여 설명된 통상의 기술과 달리, PBS의 공급과 배출 사이의 균형을 조절할 필요가 없는 이점이 있다. 이러한 이점은 도 8 및 9를 참조하여 하기에서 상세히 설명된다. 도 8은 제4 양태에 따른 PBS 공급-배출 시스템을 설명하기 위한 다이어그램이다. 도 9는 유전자 또는 약물을 세포에 주입하는데 필요한 예비과정을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 8에 나타난 바와 같이, PBS 공급-배출 시스템은 도 6을 참조하여 설명된 세포-트래핑 페트리 접시 (80)의 공급 포트 (81)에 연결된 주사기 펌프 (110), 및 주사기 펌프 (110)의 플런저를 구동하는 모터 (111)를 포함한다. 공기 조절을 수행하기 위한 흡입 펌프 (나타내지 않음)는 배출 포트 (88) 및 세포-트래핑 페트리 접시 (80)의 입구 (91)에 각각 연결된다.
이들 구성 성분들이, 바늘의 내부에 보유된 유전자 또는 약물을 세포에 주입하기 위해 세포 트래핑 칩 (84)에 트래핑된 세포에 삽입되는 모세관 니들 및 세포를 관측하기 위한 현미경과 함께, 유전자 또는 약물을 세포에 주입하는 미세주입 장치를 구성한다. PBS 공급-배출 시스템은, 유전자 또는 약물을 세포에 주입할 때, 도 9에 나타난 바와 같이 예비과정을 순서대로 수행하는데 사용된다.
도 9에 나타난 바와 같이, PBS가 주사기 펌프를 사용하여 제1 웰 (83)에 공급되고, 이러한 공급은 PBS가 표면장력에 의해 돔-형태가 될 때까지 계속된다 (도 9 (1)). 보다 구체적으로, PBS는 제1 웰 (83)의 수용력에 적합한 양으로 공급된다. 예를 들어, 제1 웰 (83)이 도 7에 나타난 바와 같은 크기를 갖는 경우, PBS의 공급 양은 약 113 μl (= 5 ml X 3 ml X 7.5 ml)이다.
이어서, 흡입 펌프가 액체 보유 채널 (90)에 연결되어 예비-흡입을 수행한다 (도 9 (2)). 이를 위해, 흡입 펌프의 세트 압력은 -30 kPa 내지 -70 kPa의 범위이다. 그러나, 세트 압력 P는 PBS가 흡입되게 하는 표면장력을 극복하도록 하기 수학식으로 조정되어 PBS의 흡입을 가능하게 한다:
P < -4T(sinθ)/d
상기 식에서, T는 물의 표면장력 (0.072 N/m, 20 ℃)이고, θ는 접촉각이며, d는 세포 트래핑 칩 (84)에 형성되는 흡입홀의 직경이다.
예를 들어, θ가 30 °이고 d가 3 ㎛이면 P < -48 kPa 이다. 이로부터, 흡입 펌프는 압력이 약 -48 kPa 보다 작은 부압이 되도록 조정되어야 한다. 예비-흡입은 약 1.5 초 동안 수행된다.
이어서, 세포는 제1 웰 (83)에 공급되며, 세포 트래핑 칩 (84)에 세포를 트래핑하는 과정이 수행된다 (도 9 (3)). 여기서, 공급될 세포를 포함하는 PBS의 세포 밀도는 세포수가 흡입홀이 형성된 세포 트래핑 칩 (84)의 면적에 있는 흡입홀의 수의 약 1.5배로 존재하도록 조절된다.
예를 들어, 도 7에 나타난 바와 같이 세포 트래핑 칩 (84)에 있는 흡입홀의 수가 1,000 피스이면, 약 1,500개의 세포가 이 면적에 공급된다. 이러한 경우에서, 흡입홀이 형성되는 세포 트래핑 칩 (84)의 면적은 1.6 mm X 1.6 mm이고, 제1 웰 (83)의 면적은 7.5 mm X 5 mm이다. 따라서, 공급되는 세포의 수는 제2 웰 (83)의 전체 바닥면의 측면에서 하기와 같이 된다:
2.2 X 104 피스 (= 1500 X 7.5 X 5/1.6/1.6)
이러한 수에 상응하는 세포가 피펫 (86)의 한방울로 공급된다면, 세포를 포함하는 PBS의 세포 밀도는 약 4 X 105 피스/ml (= 2.2 X 104/50 X 1000) 이다.
세포를 제1 웰 (83)에 공급한 후, 흡입 펌프의 흡입 압력을 조정하여 작은 부압이 되게 스위치를 켜고, 세포를 세포 트래핑 칩 (84)에 트래핑한다. 예를 들어, 세트 압력이 -400 Pa이면, 직경이 3 ㎛인 흡입홀이 세포를 흡입하는 흡입력은 2.8 nN이다. 세포가 1000개 흡입홀에 트래핑될 때까지 약 3분 동안 세포를 방치한다.
이어서, 흡입홀에 트래핑되지 않은 여분의 세포를 제거하기 위해, PBS를 제1 웰 (83)에 추가로 공급하고 여분을 세포를 제2 웰 (85)로 유동시킨다 (도 9 (4)). 이때, 흡입홀에 트래핑된 세포가 방출되는 것을 방지하기 위해, PBS를 낮은 유속으로 공급한다. 보다 구체적으로, PBS 1 ml를 약 15 ml/min의 유속으로 제1 웰 (83)에 공급한다.
이어서, 제2 웰 (85)에 있는 여분의 세포를 포함하는 PBS를 피펫 (86) 또는 흡입 채널 (87)에 연결된 흡입 펌프를 사용하여 흡입시킨다 (도 9 (5)). 여분의 세포를 포함하는 PBS를 흡입하기 위한 유속은 세포가 트래핑된 상태를 깨뜨리지 않는 속도로 조정된다 (예: 5 ml/min).
여기서, 내부 직경 d (m) 및 길이 L (m)을 갖는 둥근 튜브를 이용하여 예정된 유속 Q (m3/s)로 점도 η (Paㆍs)를 갖는 액체를 흡입하는데 필요한 흡입 압력 Pb는 다음 수학식의 하겐-보아즈이유 (Hagen-poiseuille) 법칙을 이용하여 계산된다:
Pb = -128QLη/πd4
예를 들어, 하기와 같이 액체를 흡입하면, 직경 (d) 0.76 (mm), 길이 (L) 500 (mm)의 테플론 (TM) 튜브를 사용하고 유속 (Q)이 5 (ml/min)이고 점도 (η)가 1.05 X 10-3 (Paㆍs)인 액체는 흡입 압력 (Pb)이 -5.3 kPa가 된다.
여분의 세포를 포함하는 PBS를 제2 웰 (85)로부터 제거시킨 후 제1 웰 (83)의 액체 수준을 안정화시키기 위해, 예정량의 PBS (예: 1 ml)를 낮은 유속을 다시 공급한다 (도 9 (6)).
이어서, 모세관 니들을 세포 트래핑 칩 (84)에 트래핑된 세포에 삽입하여 니들에 보유된 유전자 또는 약물을 세포에 주입한다. 세포-트래핑 페트리 접시 (80)을 미세주입 장치로부터 떼어내고, 세포 배양을 위해 인큐베이터 (나타내지 않음)에 놓는다.
유전자 또는 약물을 세포에 주입한 후, 세포를 제4 양태에서 설명된 세포-트래핑 페트리 접시 (80)를 사용하여 수집할 수 있다. 보다 구체적으로, 여분의 세포를 포함하는 PBS를 제2 웰 (85)로부터 흡입함으로써 제2 웰 (85)가 비게 되며 세척된다.
이어서, 세포가 트래핑된 세포 트래핑 칩 (84)에 있는 흡입홀에 정압 (positive pressure)을 적용시킴으로써, 유전자 또는 약물이 주입된 세포가 흡입홀로부터 방출되며, 제1 웰 (83)에 PBS를 추가로 공급하고, 흡입홀로부터 방출된 세포를 제2 웰 (85)로 유동시킨다.
이어서, 세포를 포함하는 PBS를 제2 웰 (85)로부터 흡입시켜 세포를 수집한다. 이러한 경우에, PBS는 세포에 대한 손상을 줄이기 위해 피펫 (86)으로 흡입하는 것이 바람직하다.
제4 양태에서, 상기 설명된 바와 같이, 세포-트래핑 페트리 접시 (80)는 세포 트래핑 칩에 트래핑될 세포를 포함하는 액체를 보유하기 위한 제1 웰 (83), 및 제1 웰 (83)로부터 유동되는 액체를 보유하기 위한 제2 웰 (85)를 추가로 포함한다. 제1 웰은 건조 방지 위어 (101) 및 (102)를 포함하며, 각각의 위어는 제1 웰 (83)의 측벽과 바닥면 사이를 연결하는 만곡면을 가지며 이의 높이는 액체가 유동하는 세포 출구 (100)의 방향쪽으로 높아진다. 따라서, 액체는 표면장력에 의해 제1 웰 (83)로부터 제2 웰 (85)로 유동하여, 세포가 트래핑되는 제1 웰 (83)에 있는 세포 트래핑 칩 (84)의 표면이 건조되는 것을 방지한다.
제4 양태에서, 만곡면의 곡률 반경은 1 mm 이상이다. 따라서, 액체는 표면장력에 의해 제1 웰 (83)로부터 제2 웰 (85)로 유동하며, 세포가 트래핑되는 제1 웰 (83)에 있는 세포 트래핑 칩 (84)의 표면이 건조되는 것을 보다 효과적으로 방지한다.
제4 양태에서, 배출 포트 (88)가 또한 제공된다. 배출 포트 (88)는 제2 웰 (85)에 보유된 액체를 배출하기 위한 흡입 펌프에 연결된다. 따라서, 세포 트래핑 칩 (84)에 트래핑되지 않은 세포를 포함하는 액체가 효과적으로 배출될 수 있다.
제4 양태에서, 미세주입 장치는 세포-트래핑 페트리 접시 (80), 및 세포-트래핑 페트리 접시 (80)에 제공된 세포 트래핑 칩 (84)에 트래핑된 세포에 물질을 주입하기 위한 니들을 포함한다. 니들은 하기 경우에서와 같이 세포 트래핑 칩 (84)에 트래핑된 세포에 물질을 주입하는데 사용된다. 즉, 액체 및 세포를 세포-트래핑 페트리 접시 (80)에 제공된 제1 웰 (83)에 공급하고, 세포 트래핑 칩 (84)의 흡입홀을 통해 액체를 흡입함으로써 세포를 세포 트래핑 칩 (84)에 트래핑하며, 액체를 제1 웰 (83)에 공급함으로써 세포 트래핑 칩 (84)에 트래핑되지 않은 세포를 제2 웰 (85)로 유동시키고 세포를 제거시킨다. 따라서, 세포 제거 시 액체의 공급과 배출 사이의 균형을 조절할 필요가 없다. 또한, 제1 웰 (83)에 있는 세포가 트래핑된 세포 트래핑 칩 (84)의 표면의 건조 (표면장력에 의해 액체가 제2 웰 (85)로 유동함에 따라 발생됨)를 방지하면서, 물질을 세포에 주입할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 양태가 설명되었지만, 본 발명은 설명된 양태 이외에도 청구범위에 기술된 기술 범위 내에서 다양한 양태로 수행될 수 있다.
상기 양태에서 설명된 공정 중에서, 자동으로 수행될 수 있는 것으로 설명된 공정의 전부 또는 일부는 수동으로 수행될 수 있으며, 수동으로 수행되는 것으로 설명된 공정의 전부 또는 일부는 공지된 방법을 이용하여 자동으로 수행될 수 있다.
이외에도, 달리 언급이 없는 한, 명세서 및 도면에 나타낸 공정 절차, 조절 절차, 특정 이름, 및 다양한 데이타 및 변수도 임의로 변화될 수 있다.
본 발명에 따라, 세포가 흡입홀에 트래핑되는 상태는 세포-트래핑 페트리 접시의 운반 동안에도 유지될 수 있으며, 세포-트래핑 페트리 접시를 장치로부터 떼어낼 때도 액체의 누출이 방지될 수 있다.
본 발명에 따라, 모세관 현상의 영향이 중력의 영향보다 크게 조정될 수 있으며, 액체 보유부에 있는 액체의 불연속이 방지될 수 있어 액체가 안정한 압력 상태를 유지할 수 있다.
본 발명에 따라, 세포-트래핑 페트리 접시를 옮길 때 세포 트래핑 부분으로부터 세포를 방출시키도록 작용하는 라플라스 압력이 상승하는 경우에도, 세포가 흡입홀에 트래핑된 상태가 유지될 수 있으며, 세포-트래핑 페트리 접시를 장치로부터 떼어낼 때도 액체의 누출이 방지될 수 있다.
본 발명에 따라, 세포-트래핑 페트리 접시를 제작하는데 사용되는 파트의 수가 감소될 수 있어, 세포-트래핑 페트리 접시를 용이하게 제작할 수 있다.
본 발명에 따라, 세포를 트래핑하기 위한 트래핑 압력이 너무 크거나 너무 작은 경우, 트래핑 압력은 튜브의 높이를 변화시킴으로써 적합한 크기로 쉽게 조절될 수 있다.
본 발명에 따라, 물방울 또는 버블의 형성이 억제될 수 있으며, 압력 상태가 안정화되어 세포가 트래핑된 상태로 유지될 수 있다.
본 발명에 따라, 액체 보유부는 현미경으로 세포 트래핑부에 트래핑된 세포 의 관측을 방해하지 않도록 제공될 수 있다.
본 발명에 따라, 액체가 표면장력에 의해 제1 보유부로부터 제2 보유부로 유동하며, 세포가 트래핑되는 제1 보유부에 있는 세포 트래핑부의 표면의 건조가 방지될 수 있다.
본 발명에 따라, 액체가 표면장력에 의해 제1 보유부로부터 제2 보유부로 유동하며, 세포가 트래핑되는 제1 보유부에 있는 세포 트래핑부의 표면의 건조가 효과적으로 방지될 수 있다.
본 발명에 따라, 세포 트래핑부에 트래핑되지 않은 세포를 포함하는 액체가 효과적으로 배출될 수 있다.
본 발명에 따라. 세포가 제거되어야 할 때 액체의 공급과 배출 사이의 균형을 조절할 필요가 없으며, 세포가 제1 보유부에 트래핑되었을 때 세포 트래핑부의 표면이 건조되는 것 (표면장력에 의해 액체가 제2 보유부로 유동하는 것에 의함)을 방지하면서 물질을 주입할 수 있다.
본 발명은 완벽하고 분명한 기술을 위해 특정 양태를 참조하여 설명되었지만, 첨부된 특허청구범위가 이에 제한되지 않으며, 본 발명의 기본 교시에 속하는 것으로 당업자에 의해 고려될 수 있는 모든 변형 및 대체적 변화가 본 발명에 속하는 것으로 간주되어야 한다.

Claims (11)

  1. 다수의 흡입홀(48, 68, 79)을 갖는 세포 트래핑부(43, 63, 73); 및 액체 보유부(45, 65, 75)를 포함하여, 생물학적 세포를 포함하는 세포-포함된 액체가 놓이는 페트리 접시(40, 60, 70)이며,
    상기 세포-포함된 액체는 상기 페트리 접시의 아래쪽에서 세포보다 작은 크기의 상기 흡입홀로부터 흡입되어, 세포가 상기 흡입홀에 트래핑되며,
    상기 액체 보유부는 상기 흡입홀을 통해 흡입되고 세포를 포함하지 않는 액체를 보유하는 수용력이 있는 공간을 갖고, 상기 공간에 흡입된 액체와 기체 사이의 경계면이 상기 세포-포함된 액체의 표면 수준보다 낮게 위치되도록 배열되고, 상기 경계면과 상기 세포-포함된 액체의 표면 수준의 위치 차이로 인해 압력 차이가 발생하고, 그 압력 차이가 상기 경계면에서 상승하고 상기 흡입홀에 트래핑된 세포를 방출시키는 라플라스 (Laplace) 압력을 상쇄하는 것인
    페트리 접시(40, 60, 70).
  2. 제1항에 있어서, 액체 보유부의 단면의 크기가 모세관 길이의 2배 이하이고, 여기서 모세관 길이는 √(γ(ρl - ρg)/g) [여기서 γ는 경계면 장력이고, ρl는 액체 밀도이며, ρg는 기체 밀도이며, g는 중력 가속도임]으로 표현되는 것인 페트리 접시.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 액체 보유부의 상부 표면 높이가 세포 트래핑부의 상부 표면 높이와 일치하도록 액체 보유부가 형성되는 페트리 접시.
  5. 제1항에 있어서, 액체 보유부가 유연성 튜브를 포함하는 페트리 접시.
  6. 제1항에 있어서, 액체가 액체 보유부로부터 아래쪽으로 유동하는 위치에서 액체 보유부의 단면적이 점진적으로 증가하도록 액체 보유부가 배열되는 페트리 접시.
  7. 제1항에 있어서, 액체 보유부가 세포 트래핑부의 주위에 배치되는 페트리 접시.
  8. 제1항에 있어서,
    세포-포함 액체를 보유하는 제1 보유부; 및 제1 보유부 밖으로 유동하는 액체를 보유하는 제2 보유부를 추가로 포함하고,
    제1 보유부는 만곡면을 갖는 위어 (weir)를 포함하고, 각각의 위어는 제1 보유부의 각각의 측면과 바닥면 사이를 연결하며 액체가 유동하는 출구의 방향으로 높아지는 페트리 접시.
  9. 제8항에 있어서, 만곡면의 곡률 반경이 1 mm 이상인 페트리 접시.
  10. 제8항에 있어서, 제2 보유부에 보유되는 액체를 배출하기 위한 배출 유니트 에 연결된 출구를 추가로 포함하는 페트리 접시.
  11. 제8항에 따른 페트리 접시 (80); 및 세포 트래핑부 (84)의 흡입홀에 트래핑된 세포에 물질을 주입하기 위한 물질 주입 유니트 (110, 111)를 포함하며,
    세포-포함된 액체가 제1 보유부 (83)에 공급되고, 흡입홀로부터 세포-포함된 액체를 흡입함으로써 세포가 흡입홀에 트래핑될 때, 및 흡입홀에 트래핑되지 않은 세포를 씻어내기 위한 액체인 세척 액체가 트래핑되지 않은 세포를 씻어내기 위해 제1 보유부에 공급될 때, 물질 주입 유니트가 흡입홀에 트래핑된 세포에 물질을 주입하는, 물질 주입 장치.
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