KR101286655B1 - 입자 분사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생화학적 분자로 코팅된 마이크로 입자를 타켓 샘플에 저압으로 가속하여 핵산을 세포에 주입하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입자 분사 장치에 있어서, 가스를 수용 및 공급하는 가스 실린더; 상기 가스 실린더로부터 공급되는 가스의 통과 및 차단을 제어하는 가스 제어부; 상기 가스 제어부와 연통되며, 가스와 함께 분사되기 위한 입자를 수용하는 홀더; 상기 홀더와 연통되며, 홀더를 통해 공급되는 가스 및 입자가 분사되도록 하는 적어도 하나의 분사노즐; 및 상기 가스 제어부를 제어하는 전원부;를 포함하여 구성되는 입자 분사 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 복수의 분사 노즐을 이용한 복수의 입자 분사에 적합하도록 홀더를 회동가능하게 함으로써 각 형질 주입 과정간에 입자를 재장전할 필요가 없으며, 연속적인 작동이 가능하다. 또한, 분사되는 가스압이 매우 낮기 때문에 고가의 고강도 분사 노즐을 사용할 필요없으며, 따라서 분사 노즐을 필요에 따라 용이하게 교체할 수 있다.

Description

입자 분사 장치{Particle shooting device}

본 발명은 생화학적 분자로 코팅된 마이크로 입자를 타켓 샘플에 저압으로 가속하여 핵산을 세포에 주입하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입자 분사 장치에 있어서, 가스를 수용 및 공급하는 가스 실린더; 상기 가스 실린더로부터 공급되는 가스의 통과 및 차단을 제어하는 가스 제어부; 상기 가스 제어부와 연통되며, 가스와 함께 분사되기 위한 입자를 수용하는 홀더; 상기 홀더와 연통되며, 홀더를 통해 공급되는 가스 및 입자가 분사되도록 하는 적어도 하나의 분사노즐; 및 상기 가스 제어부를 제어하는 전원부;를 포함하여 구성되는 입자 분사 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 복수의 분사 노즐을 이용한 복수의 입자 분사에 적합하도록 홀더를 회동가능하게 함으로써 각 형질 주입 과정간에 입자를 재장전할 필요가 없으며, 연속적인 작동이 가능하다. 또한, 분사되는 가스압이 매우 낮기 때문에 고가의 고강도 분사 노즐을 사용할 필요없으며, 따라서 분사 노즐을 필요에 따라 용이하게 교체할 수 있다.

입자 가속에 의한 유전자 전달 시스템은 유전적 형질전환과 타겟 유기체의 일과성 발현에 관한 연구분야에서 광범위하게 적용되고 있다. 구체적으로, 이는 생물학적 분자를 포함하는 물질을 이용하여 캐리어 입자를 코팅하고, 이를 형질전환하고자 하는 타켓 세포에 고속으로 분사하여 주입하는 기술을 의미한다. 이와 같이 입자가 매개된 기술은 핵산을 생물체의 조직으로 주입하는데 처음 적용되었다(Klein et al.). 이 때, 분사 대상인 매우 작은 크기의 입자는 장치내 폭발과정에 의해 가속되고, 이와 같이 가속된 입자 전달 발사체에 의해 고속으로 분사된다.

또 다른 방법으로, 고압의 가스 펄스에 의해 캐리어를 가속하는 기술이 개발된 바 있다. 이 때, 입자는 가스압에 의해 수백 ~ 약 2000psi까지 기체를 가압함으로써 디스크를 파열함에 기인하는 충격파에 의해 가속된다. 이 때, 마이크로 크기의 입자는 타겟 세포를 향하게 되는데, 이러한 과정은 캐리어에 가해지는 공기와의 마찰력을 줄이기 위하여 부분적으로 진공상태로 유지되는 챔버안에서 이루어지게 된다. 본 시스템의 가장 큰 단점은 진공을 유지하여야 한다는 점, 그리고 높은 가스압을 사용하므로 타겟의 유형, 크기에 제한이 있고, 따라서 사용상의 융통성이 떨어지는 문제점이 있다.

또 다른 기술이 개발된 바 있는데, 이는 파지할 수 있는 입자 가속기에 관한 것으로, Bio-Rad사의 Helios Gene Gun 시스템으로 알려져 있다. 본 장치는 상대적으로 낮은 압력의 헬륨을 사용하며, 진공 챔버를 사용하지 않아도 된다. 그러나, 카트리지의 제조에 시간이 오래 걸리며, 복수의 샘플에 형질 주입 등 공정을 수행하는 것이 용이하지 않다.

그러나, 이러한 문제점들은 형질 주입능을 향상시킬 수 있도록 가속채널을 재구성함으로써 극복가능하다. Lin et al.(US6436709)은 저압의 유전자 분사 장치를 고안하여 소음의 문제, 충격파에 의한 타겟 세포 괴사문제, 고가의 헬륨가스를 입자가속에 사용하여야 하는 문제 등을 해결하였다. 위 기술은 공기역학이론을 적용한 것으로서, 이에 따르면, 노즐의 내외 압력차가 충분히 크면 스프레이 노즐의 출구에서의 유속은 초음속까지 도달할 수 있다고 하고 있다. 가스의 흐름이 고속을 유지할 때, 가스는 마이크로입자를 전자기적으로 제어된 재료 전달 시스템의 가압챔버로 전달할 수 있다. 그러나 상기 기술의 단점은 입자 로딩 스테이션의 디자인이 복잡하다는 점이다. 게다가 각 형질 주입 과정을 지체시키는 샘플의 오염을 방지하기 위하여 각 입자 가속 과정마다 해체하여 장치를 청소하여야 한다는 점이다.

모든 존재하는 입자 가속장치의 공통된 단점은 생물학적 재료가 코팅된 캐리어 입자가 장치 카트리지에 로딩되기 위하여 수회의 준비과정을 거쳐야한다는 것이다. 이는 2차 오염을 유발할 수 있으며, 중간 샘플 홀더의 벽에서 샘플의 손실을 야기할 수 있다. 예를 들면, 피펫 단부에서의 오염 등을 의미하는데, 결과적으로 형질 주입과정에 있어서 부정확성을 야기한다.

이러한 다종의 샘플의 통상적인 형질 주입 과정을 위하여 중요한 제반의 문제점을 극복하기 위하여, 사용하기 쉽고, 견고하며, 비용면에서 효과적이고, 오염이 방지되며, 샘플의 손실을 최소화하고, 빠른 캐리어 로딩을 가능하게 하며, 낮은 압력에서도 높은 주입능을 갖는 동시에 조직의 손상을 예방할 수 있는 시스템의 필요성이 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 공급되는 가스압을 매우 낮게 유지하여도 분사 노즐의 테이퍼 형상의 특징상 분사되는 분사압은 높게 구동될 수 있으므로, 고가의 고강도 분사 노즐을 사용할 필요 없으며, 장비의 부하를 경감할 수 있고, 고압의 운용장치를 사용하지 않아도 무방하므로 장비가 단순화 될 수 있도록 하는 입자 분사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 복수의 분사 노즐을 이용한 복수의 입자 분사에 적합하도록 홀더를 회동가능하게 함으로써 각 형질 주입 과정간에 입자를 재장전할 필요가 없으며, 연속적인 작동이 가능하도록 하는 입사 분사 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 오염에 취약한 분사 노즐의 교체에 비용상, 교체 공정상 부담을 제거하도록 함으로써, 타켓 세포의 오염을 방지하고 경제적 운용이 가능하도록 하는 입자 분사 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 분사 노즐을 각 공정을 시작하기 전 새로이 교체함으로써 분사 대상 입자를 순도면에서나 정량적인 면에서 보다 정확하게 로딩하도록 하는 입자 분사 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 분사 노즐을 입자가 미리 수용된 카트리지로 동시에 사용하도록 함으로써, 이종의 분사 대상 입자를 단일의 노즐을 사용하여 분사함에 의한 오염의 문제를 방지하도록 하는 입자 분사 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 입자 분사 장치에 있어서, 가스를 수용 및 공급하는 가스 실린더; 상기 가스 실린더로부터 공급되는 가스의 통과 및 차단을 제어하는 가스 제어부; 상기 가스 제어부와 연통되며, 가스와 함께 분사되기 위한 입자를 수용하는 홀더; 상기 홀더와 연통되며, 홀더를 통해 공급되는 가스 및 입자가 분사되도록 하는 적어도 하나의 분사노즐; 및 상기 가스 제어부를 제어하는 전원부;를 포함하되, 를 포함하며, 상기 분사 노즐은 홀더와 연통되는 방향으로부터 입자 분사 방향을 향하여 직경이 좁아지는 형상인 입자 분사 장치를 제공한다.

상기 입사 분사 장치는 일단과 타단이 상기 가스 실린더 및 가스 제어부와 각각 연통되며, 상기 가스 실린더로부터 공급되는 가스의 가스압 또는 상기 분사 노즐로 전달되는 가스의 분사압을 조절하여 가스 제어부로 가스를 공급하는 가스 조절부;를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 가스 조절부는 가스압 또는 분사압을 측정하는 가스압 게이지 또는 분사압 게이지가 더 마련되는 것이 바람직하다.

상기 가스 제어부는 내부에 솔레노이드 밸브를 구비하여 상기 솔레노이드 밸브의 개폐에 의해 가스의 통과 및 차단을 수행하며, 상기 솔레노이드 밸브는 상기 전원부의 온오프에 연동하여 개방 및 폐쇄되는 것이 바람직하다.

상기 분사 노즐은 홀더와 연통되는 방향으로부터 입자 분사 방향을 향하여 직경이 좁아지는 형상인 것이 바람직하다.

상기 분사 노즐이 두 개 이상인 경우, 상기 분사 노즐이 연통되는 홀더는 그 내부가 상기 각 분사 노즐에 독립적으로 연통되도록 복수의 실린더로 구획되는 것이 바람직하다.

상기 홀더는 그 중심부를 축으로 회동하여, 소정의 위치에서 복수의 분사 노즐이 각각 균등하게 구동되도록 하는 것이 바람직하다.

입자와 함께 분사되는 가스의 분사 노즐에서의 분사압은 0.2 ~ 1.0MPa의 범위인 것이 바람직하다.

상기 분사 노즐은 분사 대상 입자가 수용된 1회용 카트리지인 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 공급되는 가스압을 매우 낮게 유지하여도 분사 노즐의 테이퍼 형상의 특징상 분사되는 분사압은 높게 구동될 수 있으므로, 고가의 고강도 분사 노즐을 사용할 필요 없으며, 장비의 부하를 경감할 수 있고, 고압의 운용장치를 사용하지 않아도 무방하므로 장비가 단순화 될 수 있다.

또한, 복수의 분사 노즐을 이용한 복수의 입자 분사에 적합하도록 홀더를 회동가능하게 함으로써 각 형질 주입 과정간에 입자를 재장전할 필요가 없으며, 연속적인 작동이 가능한 작용효과가 있다.

또한, 오염에 취약한 분사 노즐의 교체에 비용상, 교체 공정상 부담을 제거하도록 함으로써, 타켓 세포의 오염을 방지하고 입자 분사 장치의 경제적 운용이 가능하도록 하는 작용효과가 있다. 즉, 본 발명에 의한 분사 노즐은 1회용으로 제작하는 것이 가능하며, 이에 적합하도록 저렴한 플라스틱, 유리 등을 재질로 제작될 수 있고, 따라서 오염 방지 측면, 유지 관리 측면에서 매우 유리한 효과를 갖는다.

또한, 분사 노즐을 각 공정을 시작하기 전 새로이 교체함으로써 분사 대상 입자를 순도면에서나 정량적인 면에서 보다 정확하게 로딩하여 형질 주입 과정 등 세포에 물질을 전달하는 과정을 고도로 정확하게 수행할 수 있다.

또한, 분사 노즐을 입자를 수용하는 카트리지로 활용되도록 함으로써 이종의 입자를 단일의 노즐을 사용함으로부터 오는 오염의 문제를 방지하도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 입자 분사 장치의 모식도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 입자 분사 장치의 모식도,
도 3은 도 2의 분사 노즐 및 홀더 부분의 정면도,
도 4는 도 3의 분사 노즐 및 홀더 부분의 측면 결합도,
도 5는 도 4의 분사 노즐 및 홀더 부분의 측면 분해도,
도 6은 본 발명에 의한 입자 분사 장치를 사용하여 마이크로 크기의 금 입자를 여과지에 분사한 패턴을 나타내는 사진,
도 7은 본 발명에 의한 입자 분사 장치를 사용하여 1마이크로미터 크기의 금 입자를 배양된 HEK293 세포에 주입한 EYFP의 샘플을 나타내는 사진,
도 8은 본 발명에 의한 입자 분사 장치를 사용하여 1마이크로미터 크기의 금 입자를 뇌 조직에 주입한 EYFP의 샘플을 나타내는 사진이다.

이하, 본 발명을 첨부되는 도면 및 실시예를 기초로 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 세포에 형질 주입 과정을 수행하는 장치로 설명되었으나, 세포에 소정의 입자를 주입함으로써 세포를 개질하거나 변경하도록 하는 모든 공정에 사용될 수 있으므로, 형질 주입 과정이라는 표현에 한정하여 해석되어서는 아니된다.

본 발명에 의한 입자 분사 장치는 일 실시예에 의하여 수개의 분사 노즐을 홀딩하는 리볼빙 실린더로 구성되며, 따라서 각 형질 주입 과정간에 시스템을 재장전할 필요가 없고, 저압을 사용하므로 분사 노즐을 고가의 고강도 재료로 구성할 필요가 없으며, 따라서 분사 노즐은 소비재 또는 대체재로서 편리하게 교체가 가능하며, 이와 같이 분사 노즐을 간편하게 교체함으로써 효율적이고, 신뢰성 있으며, 사용하기 쉬운 장점이 있다. 본 장치는 배양된 세포와 뇌세포의 형질주입과정에 최적으로 적용될 수 있다. 본 발명은 실험실 수준에서 뿐만 아니라 동물임상실험에 있어서도 세포배양, 조직, 장기 등을 포함하는 광범위한 타겟에 대해 유전자 이식을 용이하게 하도록 할 수 있다.

또한, 가스 흐름 방향으로 점점 직경이 좁아지는 콘 형태의 분사 노즐을 적용하였기 때문에, 집중 분사가 용이하다. 따라서 내압과 외압의 차이에 의해서 마이크로 입자가 초음속으로 노즐의 입구까지 도달하도록 하는 것이 가능하다. 이러한 가속은 가스를 최초에 저압으로 유지하도록 할 수 있으며, 그럼에도 불구하고 높은 형질 주입능을 나타내게 하되, 조직에는 아무런 손상을 입히지 않는다. 게다가 상업적으로 유용하며, 교체가능한 팁을 사용함으로써 각 형질 주입용 타겟 샘플을 빠르고 효율적으로 처리할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 입자 분사 장치의 모식도이며, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 입자 분사 장치의 모식도이고, 도 3은 도 2의 분사 노즐 및 홀더 부분의 정면도이며, 도 4는 본 발명에 의한 입자 분사 장치를 사용하여 마이크로 크기의 금 입자를 여과지에 분사한 패턴을 나타내는 사진이고(스케일 바는 10mm를 나타내며, 타겟 표면으로부터 분사거리는 60mm이다.), 도 5는 본 발명에 의한 입자 분사 장치를 사용하여 1마이크로미터 크기의 금 입자를 배양된 HEK293 세포에서 EYFP의 샘플을 표현한 사진이며(분사압은 145psi(1MPa)), 도 6은 본 발명에 의한 입자 분사 장치를 사용하여 1마이크로미터 크기의 금 입자를 뇌 조직에서 EYFP의 샘플을 표현한 사진이다(분사압은 29psi(0.2MPa)).

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 입사 분사 장치는 다음과 같이 구분된다.

분사 노즐(101)과, 가스와 함께 분사되기 위한 입자를 수용하는 홀더(102), 일 실시예로서 솔레노이드 밸브가 마련되는 가스 제어부(103), 가스의 분사압을 조절하여 가스 제어부(103)로 가스를 공급하는 가스 조절부(104), 고압의 가스를 수용 및 공급하는 가스 실린더(105), 가스 제어부(103)의 가스의 통과 및 차단을 개폐하기 위한 전원부(109)로 크게 구성된다.

여기서, 상기 분사 노즐(101)은 유전자 물질 등이 코팅된 입자를 타겟 세포(타겟 샘플, 미도시)에 분사하여 주입하기 위한 장치로서, 타겟 세포와 필요한 만큼 일정 거리 이격되어 있다.

상기 분사 노즐(101)은 플라스틱 재질 또는 유리재질로 제작될 수 있으며, 이는 종래의 노즐이 복잡형상이면서도 금속 또는 화합물 재질로 이루어져 있어, 상대적으로 경제적으로 분사 노즐(101)의 제작이 가능하다.

또한, 상기 가스 조절부(104)에는 상기 가스 실린더(105)로부터 공급되는 가스로부터 분사 노즐까지 전달되는 분사압을 측정하는 분사압 게이지(106) 및 상기 가스 실린더(105)로부터 공급되는 가스압을 측정하는 가스압 게이지(107)가 더 마련될 수 있다.

상기 가스 조절부(104)에서는 타겟 샘플의 종류, 입자의 크기 및 종류 등에 따라서 가스압 및 분사압을 조절하게 된다. 이 때, 압력은 압력 조절 탭(미도시)에 의해 미리 설정되도록 한다.

또한, 상기 가스 제어부(103)는 전원부(109)의 온오프에 의하여 내부에 마련된 솔레노이드 밸브를 개폐하게 되며, 이러한 개폐 동작은 상기 가스 제어부(103)의 일측에 마련되고, 상기 전원부(109)에 연결된 릴레이(108)에 의해 일정시간(예를 들어 50ms) 구동된다.

따라서, 평상시에는 솔레노이드 밸브가 폐쇠되어 가스의 공급이 중단된다.

또한, 상기 홀더(102)는 분사 노즐(101)을 통해 분사되는 마이크로 입자를 수용하며, 가스 제어부(103)로부터 공급되는 가스와 함께 분사 노즐(101)로 마이크로 입자를 공급하기 위한 장치이다. 이 때, 홀더(102)는 프로펠러가 수용되어 있어 입자 및 가스를 타겟 샘플로 이동시킨다.

입자 및 가스를 타겟 샘플로 이동시키는 것은 분사 노즐(101)의 형상과도 관련이 있다. 즉, 분사 노즐(101)이 홀더 방향으로부터 단부에 이르기까지 그 직경이 점점 좁아지는 테이퍼 형상이므로, 전원부(109)가 온모드가 되면 가압에 의해 분사 노즐(101)로 이동되는 헬륨가스의 압력과 이동속도가 분사 노즐(101)의 단부에 가까워질 정도로 크고 빠르게 되는데, 그럼으로써 분사 노즐(101)로부터 모든 입자가 용이하게 분사될 수 있다. 이는 가스 실린더(105)로부터 공급되는 가스의 압력을 높게 유지하지 아니하여도 노즐의 형상적 특징으로 인해 노즐의 단부에서 비교적 고압의 가스를 분사할 수 있으므로, 전체적으로 장치의 부하를 경감할 수 있는 특징이 있다.

본 발명에 의한 분사 노즐(101)은 전술한 테이퍼 형상의 특징 이외에도 1회용으로 사용될 수 있으며, 다수의 분사 노즐(101)의 거치대(미도시)를 마련하여 동종의 입자를 수용하는 분사 노즐(101)을 하나의 거치대에 수용한 후, 필요할 때마다 하나씩 꺼내어 쓸 수 있다. 즉, 분사 대상 입자를 수용하고 있는 1회용의 카트리지 개념이 되는 것이다. 이를 감안하여, 상기 분사 노즐(101)을 폐기 및 재활용이 용이하며 제작단가가 매우 저렴한 플라스틱으로 제조되도록 한 것이다. 상기 분사 노즐(101)은 물론, 또한 저렴하게 제조 가능한 유리 등 재질로 제작될 수도 있다. 따라서, 분사노즐이 1회용으로 사용되는 한, 이종의 입자를 하나의 분사 노즐을 사용함으로써 야기될 수 있는 성분의 오염의 문제를 해결할 수 있고, 아울러 분사 노즐의 세정, 청소에 소요되는 부담을 제거할 수 있다.

또한, 본 발명은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 다른 형태로 구현될 수 있는 바, 상기 도시된 입자 분사 장치는 작동 과정중에서 분사 대상 입자가 모두 소진되었음에도 불구하고, 분사 대상 입자를 일일이 재장전할 필요없이 세포의 형질 주입 과정을 반복할 수 있다. 즉, 형질 주입 과정을 연속적으로 수행할 수 있도록 도와준다.

도시된 입자 분사 장치는 단일의 홀더(102)가 복수의 챔버(102-1~102-6)를 포함하며, 상기 복수의 챔버(102-1~102-6) 각각에 복수의 분사 노즐(101)이 각각 연통된다. 상기 분사 노즐(101)은 착탈이 용이하도록 구성되며, 이는 도 4 및 도 5를 통해 설명된 바와 같다.

여기서, 전원부(109)가 온(on) 모드가 되면, 상기 홀더(102)는 축(111)을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회동되는데, 이 때 통상의 기계적 시스템(미도시) 또는 전동 모터(110)가 사용되어 분사 노즐(101)이 홀더(102) 및 홀더(102)와 연통되는 솔레노이드 밸브(미도시)의 출력 오리피스(orifice)에 정렬된다. 이후, 솔레노이드 밸브가 릴레이(108)에 의해 미리 정해진 시간동안 열리며, 가스가 공급되어 가스와 함께 마이크로 입자가 분사 노즐(101)로부터 분사된다.

본 발명에 의하면, 유전자 물질이 코팅된 입자를 함유하는 200마이크로 리터의 용량을 갖는 분사 노즐(101)이 착탈이 용이한 홀더에 연결되어 솔레노이드 밸브를 통한 가스의 공급이 용이하다. 상기 솔레노이드 밸브의 아웃겟은 홀더에, 인렛은 가스 조절부(104)를 통해 가스 실린더(105)에 연결된다.

가스는 바람직하게는 헬륨가스이며, 질소가스 또는 다른 타입의 가스를 사용할 수 있다. 다만, 헬륨가스가 바람직한 것은 헬륨가스의 중량이 작아서 가스압을 적용하는 경우라도 타겟 세포에 보다 적은 손상을 줄 수 있기 때문이다.

이 때, 바람직한 가스 분사압의 범위는 0.2 ~ 1.0MPa이다. 이와 같은 가스압을 유지하기 위해서는 가스 실린더(105)로부터 공급되는 가스압은 이보다 더 작을 수 있다.

도 4는 도 3의 분사 노즐 및 홀더 부분의 측면 결합도, 도 5는 도 4의 분사 노즐 및 홀더 부분의 측면 분해도를 각각 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명이 분사 노즐(101)을 용이하게 교체 가능하도록 하고, 아울러 분사 노즐(101)과 홀더(102)의 분리 결합이 용이하도록 하는 것이다.

상기 분사 노즐(101)을 홀더(102)에 결합하는 과정은, 먼저 홀더(102)를 가스 제어부(103)로부터 분리하고, 분사 노즐(101)을 홀더(102)의 후면으로부터 삽입하여 장착한 후, 홀더(102)를 가스 제어부(103)에 결합함으로써 이루어진다.

일 실시예에 의거하면, 홀더(102)는 가스 제어부(103)에 나사산에 의하여 결합 및 분리하도록 할 수 있다. 필요에 따라서는 와셔(112)를 홀더(102)와 가스 제어부(103) 사이에 더 결합하여 홀더(102)와 가스 제어부(103)의 결합관계를 보다 안정되고 견고하게 할 수 있다.

홀더(102)의 내주면은 분사 노즐(101)이 테이퍼 형상인 것을 감안하여 이에 대응되도록 구성한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 입자 분사 장치에 코팅된 마이크로 입자를 로딩하는 것은 분사 노즐(101)을 로딩함으로써 수행되며, 상기 분사 노즐(101)은 마이크로 입자의 서스펜젼(suspension)을 수용하고 있고, 로딩된 분사 노즐(101)을 직접 홀더의 구획된 챔버에 각각 위치시키고 결합한다. 위 분사노즐(101)은 홀더(102)에 쉽게 착탈되도록 하는 구조이며, 홀더(102) 또한 가스 제어부(103)와 쉽게 착탈된다. 이러한 분사 노즐(101)은 마이크로 입자를 평상시에 수용하고 있는 카트리지로 사용될 수 있음은 물로, 처분가능한 재질로 제작되므로, 종래에서와 같이 유전자 물질이 코팅된 마이크로 입자를 예를 들어 유리병 등 마이크로 입자 수용용기로부터 입자 분사 장치의 카트리지로 이동하는 등의 중간 준비 단계가 모두 생략되어 있는 형태이므로 동일 노즐을 사용하여 다른 입자를 취급하는 과정에서 발생될 수 있는 교차오염의 문제를 제거할 수 있다.

장치의 구동은 도 6에서 도시된 바와 같이, 여과지에 놓인 1마이크로미터 크기의 금 마이크로 입자와 1%의 에어로겔을 분사하는 것으로 정의된다. 마이크로 입자의 확산영역은 15mm의 직경을 갖는 타겟으로부터 60mm 이격된 곳에 위치하는 분사 노즐(101)에 의해 생성된다. 1% 에어로겔에서 소성된 입자의 투과 깊이는 0.1MPa에서 대략 600마이크론 정도다.

세포와 조직의 샘플 형질 주입 과정은 다음과 같다.

pEYFP-N1 벡터를 일과성 발현 검정에서 리포트 유전자(세포내에서 위치나 발현정도를 측정하는 유전자)로 사용하였다. 이를 위하여 HEK 293 세포를 10%의 소태아혈청을 함유하는 DMEM에서 배양하되, 5%의 CO2와 95% 공기로 분위기를 유지하였고, 온도는 37℃로 유지하였다. 세포는 피브로넥틴이 코팅된 35mm 유리바닥 접시에서 성장시켰다. 기관형 배양을 위한 슬라이스 배양균을 공지의 방법에 의해 제조하였다. 본 공정을 요약하건대, 생후 7일된 C57BL/6N 쥐로부터 조직 슬라이서를 이용하여 뇌세포를 채취하고, Millicell 필터에서 37℃의 온도에서 인큐베이팅한 후, 95%의 산소와 5%의 이산화탄소가 혼합된 공기에 노출시켜 슬라이스된 뇌세포(brain slice, 400마이크론)를 제조하였다.

한편, 금 마이크로 입자는 오브라이언 및 루미스(O'Brien and Lummis)의 방식을 적용하여 DNA로 코팅하였다. 1 마이크론의 직경을 갖는 금 마이크로 입자 25mg을 50 마이크로 리터의 스페르미딘(spermidine, NH2(CH2)3NH(CH2)4NH2)과 50 마이크로 리터의 DNA(1mg/ml)에 혼합하여 서스펜션(suspension)을 제조하였다. 상기와 같이 제조된 서스펜션을 교반하면서 50마이크로리터의 CaCl2(1M)를 가하되, 10~15 마이크로 리터 액적으로 적하하였고, 30초당 짧게(1~2초간) 교반하여 5분간 교반함으로써 DNA를 침전시켰다. 혼합물을 짧게 원심분리하였고 상층 부유물을 분리하여 폐기하였다. 최종적으로 금-DNA 혼합물을 100마이크로리터의 100% 에탄올에서 다시 서스펜션화하고 2초간 초음파 혼합하였다. 이후, 5마이크로리터의 DNA가 코팅된 금입자의 에탄올 서스펜션을 200마이크로리터의 용량을 갖는 분사 노즐(101)에 로딩하였고, 상기 분사 노즐(101)을 본 발명에 의한 입자 분사 장치에 장착하였다.

형질 주입은 다음의 과정에 의하여 수행하였다.

도 7에 도시된 HEK293 세포를 분사 노즐(101)로부터 6cm의 거리에 두고 1MPa 압력을 가하여 형질 주입하였으며, 도 8에 도시된 뇌 세포를 6cm의 거리에 두고 0.2MPa의 압력을 가하여 형질 주입하였다. 이후, 셀과 조직 슬라이스를 24 ~ 48시간동안 방치하였다. 도시된 바와 같이, 형질 주입이 소기의 목적에 의하여 원활하게 이루어졌음을 알 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 공급되는 가스압을 낮게 유지함에도 불구하고 분사 노즐의 단부에서는 높은 분사압을 나타내도록 하는 테이퍼 형상을 구현하였고, 또한, 소모품으로 교체가능한 분사 노즐을 사용하였으며, 또한 상기 노즐을 마이크로 입자가 서스펜션 형태 등으로 수용되는 1회용 입자 수용 카트리지로도 사용하므로 하나의 노즐을 이용하여 다종의 마이크로 입자를 취급하는 종래의 입자 분사장치에 비하여 오염의 염려가 없도록 하는 우수한 기술이다.

이상과 같은 본 발명은 그 실시예에 의해 한정해석되어서는 아니되며, 그 범위는 특허청구범위의 해석에 의하여야 함은 자명하다고 할 것이다.

101 : 분사 노즐 102 : 홀더
103 : 가스 제어부 104 : 가스 조절부
105 : 분사압 게이지 106 : 가스압 게이지
107 : 가스 실린더 108 : 릴레이
109 : 전원부 110 : 전동 모터
111 : 축 112 : 와셔

Claims (8)

1. 입자 분사 장치에 있어서,
   가스를 수용 및 공급하는 가스 실린더;
   상기 가스 실린더로부터 공급되는 가스의 통과 및 차단을 제어하는 가스 제어부;
   상기 가스 제어부와 연통되며, 가스와 함께 분사되기 위한 입자를 수용하는 홀더;
   상기 홀더와 연통되며, 홀더를 통해 공급되는 가스 및 입자가 분사되도록 하고, 분사 대상 입자가 수용된 1회용 카트리지인, 적어도 하나의 분사노즐; 및
   상기 가스 제어부를 제어하는 전원부;
   를 포함하며, 상기 분사 노즐은 홀더와 연통되는 방향으로부터 입자 분사 방향을 향하여 직경이 좁아지는 형상인 것을 특징으로 하는 입자 분사 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   일단과 타단이 상기 가스 실린더 및 가스 제어부와 각각 연통되며, 상기 가스 실린더로부터 공급되는 가스의 가스압 또는 상기 분사 노즐로 전달되는 가스의 분사압을 조절하여 가스 제어부로 가스를 공급하는 가스 조절부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 입자 분사 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 가스 조절부는 가스압 또는 분사압을 측정하는 가스압 게이지 또는 분사압 게이지가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 입자 분사 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 가스 제어부는 내부에 솔레노이드 밸브를 구비하여 상기 솔레노이드 밸브의 개폐에 의해 가스의 통과 및 차단을 수행하며, 상기 솔레노이드 밸브는 상기 전원부의 온오프에 연동하여 개방 및 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 입자 분사 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 분사 노즐이 두 개 이상인 경우, 상기 분사 노즐이 연통되는 홀더는 그 내부가 상기 각 분사 노즐에 독립적으로 연통되도록 복수의 실린더로 구획되는 것을 특징으로 하는 입자 분사 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 홀더는 그 중심부를 축으로 회동하여, 소정의 위치에서 복수의 분사 노즐이 각각 균등하게 구동되도록 하는 것을 특징으로 하는 입자 분사 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   입자와 함께 분사되는 가스의 분사 노즐에서의 분사압은 0.2 ~ 1.0MPa의 범위인 것을 특징으로 하는 입자 분사 장치.
8. 삭제

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