KR101649348B1 - Device for single cell trapping - Google Patents

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KR101649348B1
KR101649348B1 KR1020140152405A KR20140152405A KR101649348B1 KR 101649348 B1 KR101649348 B1 KR 101649348B1 KR 1020140152405 A KR1020140152405 A KR 1020140152405A KR 20140152405 A KR20140152405 A KR 20140152405A KR 101649348 B1 KR101649348 B1 KR 101649348B1
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 세포 포획 장치는 세포가 주입되는 주입구와 배출되는 배출구를 가지는 세포 포획 장치에서, 상기 주입구와 연결되어 있는 필터, 필터와 상기 배출구 사이를 연결하는 주 채널, 주 채널과 양단이 연결되어 있는 복수의 우회 채널, 주 채널과 양단이 연결되어 있으며 복수의 포획 공간을 가지는 포획 채널을 포함한다.A cell trapping apparatus according to an embodiment of the present invention includes a cell trapping apparatus having an inlet for discharging cells and an outlet for discharging cells. The cell trapping apparatus includes a filter connected to the inlet, a main channel connecting between the filter and the outlet, A plurality of bypass channels to which both ends are connected, and a capture channel having a main channel and both ends connected and having a plurality of capture spaces.

Description

단일 세포 포획 장치{DEVICE FOR SINGLE CELL TRAPPING}[0001] DEVICE FOR SINGLE CELL TRAPPING [0002]

본 발명은 세포 포획에 관한 것으로, 생물학적 세포(biological cell)를 단일 세포(single cell) 수준으로 분리하고 배열(arraying)할 수 있는 세포 포획 장치에 관한 것이다.The present invention relates to cell trapping, and relates to a cell trapping apparatus capable of isolating and arraying biological cells at a single cell level.

최근 동형 세포 집단(isogenic cell population) 내에서도 개별적 세포들 간의 이질성(heterogeneity)이 존재함이 드러나고, 다양한 질병의 근원이라는 주장이 관련 커뮤니티에서부터 거론되기 시작하면서, 기존의 집단 측정(bulk measurement) 대신 단일 세포 수준에서의 분석의 필요성이 대두하기 시작하였다.In recent years, heterogeneity among individual cells has emerged in the isogenic cell population, and the claim that the origin of various diseases has begun to be discussed from the relevant community, The need for analysis at the level has begun to emerge.

미세 유체 공학(microfluidics)은 미세 채널 내 유체의 거동을 연구하는 학문으로, 피코/나노 리터 수준의 소량의 액체를 정밀하게 제어할 수 있다는 장점을 앞세워 단일 수준에서 세포의 분리 및 배열 기술을 효과적으로 미세 유체 칩 상에 구현함으로써 단일 세포 분석을 위한 차세대 기술로 많은 각광을 받고 있다.Microfluidics is a study of the behavior of fluids in microchannels. It has the advantage of precisely controlling a small amount of liquid at the pico / nanoliter level, effectively separating and sequencing cells at a single level. It is widely recognized as a next generation technology for single cell analysis by implementing it on a fluid chip.

이러한 기술들은, 그 작동 메커니즘에 따라 동유체력(hydrodynamic)을 이용하는 수동적(passive) 방식과 전기학(electric), 광학(optic)적 힘 등을 근간으로 하는 능동적(active) 방식으로 나뉜다. 이중에서도, 수동적 방식은 간단한 시스템 구성으로 작동이 가능하여 많이 개발되어 사용되고 있다. 생물학적 세포를 입자로 고려하고 미세 채널 내 특정한 크기의 입자를 포획할 수 있는 덫을 제작함으로써 원하는 위치에 세포를 배열할 수 있는 기술이다. 하지만, 동형 세포 내에서도 크기 차이가 존재하는 생물학적 세포의 특성 때문에 단일 수준에서의 배열 효율이 낮다.These techniques are divided into a passive method using hydrodynamic and an active method based on electrical and optical power depending on the operation mechanism. Among them, the passive method can be operated with a simple system configuration, and many have been developed and used. It is a technology that can arrange cells at a desired position by considering biological cells as particles and by making traps capable of capturing particles of a certain size in the microchannel. However, the efficiency of arraying at a single level is low due to the nature of the biological cells in which there is a size difference in the homozygous cells.

따라서, 본 발명은 동형 세포내의 크기 차이가 발생하더라도 용이하게 특정 크기의 세포를 단일 수준으로 분리할 수 있는 세포 포획 장치를 제공하는 것이다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a cell trapping apparatus capable of easily separating cells of a specific size into a single level even if there is a difference in size within isomorphous cells.

따라서 본 발명의 한 실시예에 따른 세포 포획 장치는 세포가 주입되는 주입구와 배출되는 배출구를 가지는 세포 포획 장치에서, 주입구와 연결되어 있는 필터, 필터와 배출구 사이를 연결하는 주 채널, 주 채널과 양단이 연결되어 있는 복수의 우회 채널, 주 채널과 양단이 연결되어 있으며 복수의 포획 공간을 가지는 포획 채널을 포함한다.Therefore, a cell trapping apparatus according to an embodiment of the present invention is a cell trapping apparatus having an inlet for injecting cells and an outlet for discharging cells. The cell trapping apparatus includes a filter connected to the inlet, a main channel connecting between the filter and the outlet, A plurality of detour channels connected to the main channel, and a capturing channel having a plurality of capturing spaces connected to both ends of the main channel.

상기 필터는 복수의 기둥을 포함할 수 있다.The filter may include a plurality of pillars.

상기 주 채널은 필터와 포획 채널을 연결하는 제1 채널, 포획 채널과 배출구를 연결하는 제2 채널을 포함할 수 있다.The main channel may include a first channel connecting the filter and the capture channel, and a second channel connecting the capture channel and the outlet.

상기 우회 채널의 일단은 제1 채널과 연결되어 있고, 우회 채널의 타단은 제2 채널과 연결되어 있을 수 있다.One end of the bypass channel may be coupled to the first channel and the other end of the bypass channel may be coupled to the second channel.

상기 우회 채널은 포획 채널을 둘러싸도록 배치되어 있을 수 있다.The bypass channel may be arranged to surround the capture channel.

상기 포획 채널은 서로 마주하며 평행한 유입 채널과 배출 채널, 유입 채널과 배출 채널의 일단을 연결하는 연결 채널로 각각 이루어지는 복수의 굽은 채널, 유입 채널에 위치하는 세포 포획 공간을 포함할 수 있다.The catch channels may include a plurality of curved channels each of which is parallel to and opposite to the inlet channel and the outlet channel, a connecting channel connecting one end of the inlet channel and the outlet channel, and a cell trapping space located in the inlet channel.

상기 굽은 채널은 이웃하는 굽은 채널의 일단과 타단이 연결되어 굽은 채널이 사행(蛇行)을 이룰 수 있다.The curved channel is connected to one end of the adjacent curved channel so that the curved channel meanders.

상기 포획 공간은 유입 채널로부터 배출 채널 방향으로 오목한 형상일 수 있다.The trapping space may be concave in the direction from the inlet channel to the outlet channel.

상기 굽은 채널은 포획 공간과 배출 채널을 연결하는 배수 채널을 더 포함할 수 있다.The curved channel may further include a drain channel connecting the capture space and the drain channel.

상기 포획 채널은 주 채널에 위치하며 일정한 간격으로 배치되어 있는 포획 공간, 포획 공간을 둘러싸도록 상기 주 채널과 연결되어 있는 굽은 채널을 포함할 수 있다.The capturing channel may include a capturing space located in the main channel and arranged at regular intervals, and a curved channel connected to the main channel so as to surround the capturing space.

상기 배출구와 연결되어 상기 주 채널에 일정 압력을 유지시키는 펌프를 더 포함할 수 있다.And a pump connected to the discharge port to maintain a predetermined pressure on the main channel.

본 발명에서와 같은 세포 포획 장치를 이용하면 용이하게 특정 크기의 세포를 분리할 수 있다. By using the cell trapping apparatus as in the present invention, cells of a certain size can be easily separated.

도 1은 발명에 따른 세포 포획 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 온칩 프리 필터의 일부분을 확대한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 세포 포획부의 평면도이다.
도 4는 도 3의 A 부분을 확대 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 굽은 채널을 확대 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포획 채널의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 세포 크기에 따른 여과율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 세포 포획 장치의 여과율을 평가한 사진이다.
도 9a는 본 발명의 한 실시예에 따른 포획 채널 내에서 입자의 이동을 촬영한 사진이다.
도 9b는 본 발명의 한 실시예에 따른 포획 채널 내에 입자가 정렬된 상태를 촬영한 사진이다.
도 10은 3T3-J2와 MC3T3-E1의 세포 크기를 측정한 그래프이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 한 실시예에 따른 세포 포획 장치를 이용하여 3T3-J2 세포를 포획한 후 포획 채널을 촬영한 사진이다.
도 12는 종래 기술에 따른 세포 포획 장치와 본 발명에 따른 세포 포획 장치의 3T3-J2 세포 포획율을 측정한 그래프이다.
도 13은 본 발명에 따른 세포 포획 장치내 포획된 3T3-J2 세포의 크기를 측정한 그래프이다.
도14는 본 발명의 한 실시예에 따른 세포 포획 장치를 이용하여 효소 반응을 실시한 후의 시간에 따른 형광 강도를 측정한 그래프이다.
도15는 종래 기술에 따른 세포 포획 장치와 본 발명에 따른 세포 포획 장치의 MC3T3-E1 세포 포획율을 측정한 그래프이다.1 is a schematic configuration diagram of a cell trapping apparatus according to the present invention.
2 is an enlarged plan view of a portion of an on-chip prefilter according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view of a cell trapping portion according to an embodiment of the present invention.
4 is an enlarged plan view of a portion A in Fig.
5 is an enlarged plan view of a curved channel according to an embodiment of the present invention.
6 is a plan view of a capture channel according to another embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the filtration rate according to cell size according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a photograph showing the filtration rate of the cell trapping apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.
Figure 9A is a photograph of the movement of particles within a capture channel according to one embodiment of the present invention.
FIG. 9B is a photograph of a state in which particles are aligned in a capture channel according to an embodiment of the present invention. FIG.
10 is a graph showing cell sizes of 3T3-J2 and MC3T3-E1.
11A and 11B are photographs of captured channels after capturing 3T3-J2 cells using a cell trapping apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a graph showing the capture rate of 3T3-J2 cells in the cell trapping apparatus according to the present invention and the cell trapping apparatus according to the present invention.
FIG. 13 is a graph showing the size of the captured 3T3-J2 cells in the cell trapping apparatus according to the present invention.
FIG. 14 is a graph showing fluorescence intensity measured with time after enzyme reaction using a cell trapping apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 15 is a graph showing the capture rate of MC3T3-E1 cells in the cell trapping apparatus according to the prior art and the cell trapping apparatus according to the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "indirectly connected" between other parts. Also, when a part is referred to as "including " an element, it does not exclude other elements unless specifically stated otherwise.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 세포 포획 장치의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic block diagram of a cell trapping apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 세포 분리 장치는 세포 주입구(100), 온칩프리필터(on chip free filter)(200), 세포 포획부(300) 및 세포 배출구(400)를 포함한다.1, the cell separator according to an embodiment of the present invention includes a cell inlet 100, an on-chip free filter 200, a cell trap 300, and a cell outlet 400 ).

세포 주입구(100) 및 세포 배출구(400)는 세포를 포함하는 현탁액을 주입하고 배출하기 위한 것으로, 세포 배출구(400)에는 세포 포획 장치에 일정 압력을 인가하기 위한 펌프(도시하지 않음)가 연결되어 있다.The cell inlet 100 and the cell outlet 400 are for injecting and discharging a suspension containing cells, and a pump (not shown) for applying a constant pressure to the cell capturing device is connected to the cell outlet 400 have.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 온칩 프리 필터의 일부분을 확대한 평면도이다. 2 is an enlarged plan view of a portion of an on-chip prefilter according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 온칩 프리 필터(200)는 일정한 간격(WL)으로 정렬된 복수의 사각 기둥(20)으로 이루어진다. As shown in FIG. 2, the on-chip prefilter 200 is made up of a plurality of rectangular columns 20 arranged at a constant interval W L.

세포는 기둥(20) 사이를 통과하며, 기둥(20) 사이의 간격(WL)에 따라서 세포의 통과 여부가 결정된다. The cells pass between the pillars 20, and the passage of cells is determined according to the interval W L between the pillars 20.

즉, 기둥 간격(WL)보다 큰 지름의 세포들은 기둥(20) 사이를 지나지 못하고 걸리게 되고, 기둥 간격(WL)보다 작은 지름의 세포만 통과하게 된다. 이때, 기둥 간격(WL)을 세포 포획부(300)의 채널 폭보다 작게 설계하여 유입되는 세포에 의해서 채널이 막히는 현상을 방지할 수 있다. That is, cells having a diameter larger than the column spacing W L are caught without passing between the columns 20, and only cells having a diameter smaller than the column spacing W L pass through. At this time, the column spacing W L is designed to be smaller than the channel width of the cell trapping unit 300, thereby preventing the channel from being clogged by the inflowing cells.

이처럼, 본 발명의 한 실시예에 따른 온칩 프리 필터(200)는 기둥 사이의 간격(WL)보다 작은 크기의 세포만을 통과시키는 로우패스 필터(lowpass filter)로 작동한다. As described above, the on-chip pre-filter 200 according to an embodiment of the present invention operates as a low-pass filter that passes only cells smaller than the interval W L between the columns.

한편, 세포는 유체 흐름에 따른 전단 응력에 따라서 세포 형상이 변형될 수 있으며, 변형된 세포의 크기(또는 직경)가 기둥 간격(WL)보다 작아질 수 있다. 따라서, 세포 형상의 변형 전 크기가 기둥 사이의 간격(WL)보다 크더라도, 전단 응력에 의해서 변형된 세포는 기둥 사이를 통과할 수 있으므로, 이러한 전단 응력에 의한 영향을 최소화하기 위해서 세포를 포함하는 현탁액은 느린 속도로 흘려주는 것이 바람직하다.On the other hand, the cell can be deformed according to the shear stress according to the fluid flow, and the size (or diameter) of the deformed cell can be smaller than the column spacing (W L ). Therefore, even if the pre-deformation size of the cell shape is larger than the interval (W L ) between the columns, the cells deformed by the shear stress can pass between the columns. Therefore, in order to minimize the influence of such shear stress, It is preferable to let the suspension flow at a slow rate.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 세포 포획부의 평면도이고, 도 4는 도 3의 A 부분을 확대 도시한 평면도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 굽은 채널을 확대 도시한 평면도이다.FIG. 3 is a plan view of a cell capturing unit according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is an enlarged plan view of part A of FIG. 3, and FIG. 5 is a plan view showing an enlarged view of a curved channel according to an embodiment of the present invention. to be.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 세포 포획부(300)는 온칩 프리 필터(200)와 배출구(400)를 연결하는 주 채널(3), 주 채널(3)과 연결되어 있는 우회 채널(31) 및 포획 채널(33)을 가지는 포획부(30a, 30b)를 포함한다.3, the cell trapping unit 300 according to an embodiment of the present invention includes a main channel 3 connecting the on-chip prefilter 200 and the discharge port 400, (30a, 30b) having a detour channel (31) and a catch channel (33).

도 3에서는 포획부(30a, 30b)가 상부 포획부(30a)와 하부 포획부(30b)로 이루어지고, 상부 포획부(30a)와 하부 포획부(30b)가 가상의 가로 중심선에 대해서 대칭이 되도록 배치하였으나, 상부 포획부(30a) 또는 하부 포획부(30b)만으로 이루어질 수 있다.  3 shows that the catching portions 30a and 30b are composed of the upper trapping portion 30a and the lower catching portion 30b and the upper catching portion 30a and the lower catching portion 30b are symmetrical with respect to the imaginary horizontal center line However, it may be composed of only the upper catching portion 30a or the lower catching portion 30b.

주 채널(3)은 온칩 프리 필터를 통과한 세포 현탁액이 이동하며, 온칩 프리 필터(200)와 포획부(30a, 30b) 사이를 연결하는 제1 채널(3a)과 포획부(30a, 30b)와 배출구(400)를 연결하는 제2 채널(3b)로 이루어질 수 있다.The main channel 3 moves the cell suspension passing through the on-chip prefilter and moves the first channel 3a connecting the on-chip prefilter 200 and the capturing portions 30a and 30b and the capturing portions 30a and 30b, And a second channel (3b) connecting the outlet (400).

도 4를 참조하면, 우회 채널(31)의 일단은 제1 채널(3a)과 연결되어 있고, 우회 채널(31)의 타단은 제2 채널(3b)과 연결되어 있으며, 우회 채널(31)은 세포 현탁액이 이동하는 방향으로 일정한 간격을 두고 제1 채널 및 제2 채널에 연결되어 있다.4, one end of the bypass channel 31 is connected to the first channel 3a, the other end of the bypass channel 31 is connected to the second channel 3b, And is connected to the first channel and the second channel at regular intervals in the direction in which the cell suspension moves.

제1 우회 채널(31a), 제2 우회 채널(31b), 제3 우회 채널(31c)의 폭과 길이는 설계된 유체저항(hydraulic resistance) 값에 근거하여 달라질 수 있다. The widths and lengths of the first bypass channel 31a, the second bypass channel 31b and the third bypass channel 31c may vary based on the designed hydraulic resistance value.

제1 우회 채널(31a)의 길이는 제2 우회 채널(31b)보다 바깥으로 우회하므로, 상대적으로 길고, 제2 우회 채널(31b)는 제3 우회 채널(31c)보다 상대적으로 길 수 있다. The length of the first bypass channel 31a is relatively long since it bypasses the second bypass channel 31b and the second bypass channel 31b may be relatively longer than the third bypass channel 31c.

하지만, 각 우회채널로 유입되는 유체 줄기의 두께(Wv)를 비슷하게 유지하기 위해서는 각 우회채널은 포획부와 가까워질수록 더 큰 유체저항 값을 가져야 한다. 이는 유체 채널 네트워크를 전기회로로 유사하여, 즉 유량을 전류로 변환하고 전류분배법칙에 근거하여 계산할 수 있다. 따라서, 포획 채널로 인접한 우회 채널은 도4에서처럼 반복적으로 굽은 영역을 형성하여, 설계된 유체저항 값을 가지도록 할 수 있다. 각 우회 채널의 길이를 유사하게 할 수 있다.However, in order to keep the thickness (Wv) of the fluid stem entering each bypass channel similar, each bypass channel should have a larger fluid resistance value as it gets closer to the trap. This is analogous to the electrical circuit of a fluidic channel network, that is to say it can be converted to current and calculated on the basis of the current distribution law. Thus, the bypass channel adjacent to the capture channel can be formed to have a curved region repeatedly as shown in FIG. 4, so as to have a designed fluid resistance value. The length of each bypass channel can be made similar.

또한, 우회 채널의 폭은 우회 채널의 길이에 따라서 결정할 수 있다. 예를 들어, 우회 채널의 길이가 포획 채널로 인접할수록 짧아질 수 있으므로, 우회 채널의 폭도 좁아져 각 우회 채널의 유체 저항을 조절할 수 있다. 도 4에서는 포획 채널에 인접할수록 우회 채널의 폭이 좁아지는 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 유체 저항에 따라서 다양하게 형성될 수 있다.The width of the bypass channel can be determined according to the length of the bypass channel. For example, since the length of the bypass channel can be made shorter as it is adjacent to the trap channel, the width of the bypass channel can be narrowed and the fluid resistance of each bypass channel can be adjusted. In FIG. 4, the width of the bypass channel is shown to be narrower in the vicinity of the trap channel. However, the width of the bypass channel is not limited thereto.

구체적으로, 주 채널(3)에 유입된 세포 현탁액 중 일부는 주 채널(3)을 따라 이동하면서 포획 채널(33)로 전달되고, 나머지 일부는 우회 채널(31)을 통해서 제2 채널(3b)을 통해서 배출구로 배출된다. Part of the cell suspension introduced into the main channel 3 is transferred to the capture channel 33 while moving along the main channel 3 and a part of the cell suspension is transferred to the second channel 3b through the bypass channel 31. [ As shown in FIG.

온칩 프리 필터(200)를 통과하는 세포의 크기는 온칩 프리 필터(200)의 기둥 간격(WL)보다 작으면 통과될 수 있으므로, 온칩 프리 필터(200)를 통과한 세포 현탁액에는 기둥 간격보다 작은 다양한 크기의 세포가 포함되어 있다. Chip prefilter 200 can pass if the size of the cells passing through the on-chip prefilter 200 is smaller than the column spacing W L of the on-chip prefilter 200, the cell suspension passing through the on- Cells of various sizes are included.

따라서, 본 발명에서와 같이 포획 채널(33)을 형성하면, 특정 범위의 세포 만을 분리할 수 있으며, WL은 최종적으로 얻고자 하는 세포의 최대 크기가 된다.Therefore, when the capture channel 33 is formed as in the present invention, only a specific range of cells can be separated, and W L is the maximum size of the cell to be ultimately obtained.

다양한 크기의 세포를 포함하는 세포 현탁액이 주 채널(3)에 유입되면, 채널의 유체 저항의 비에 따른 유동 분획 현상에 의해 우회 채널(31)로 유입되는 유체 줄기의 두께가 결정된다. 이때, 유체 줄기의 두께에 따라서 일부 세포는 우회 채널(31)로 전달된 후, 배출되고, 나머지 세포들은 포획 채널로 이동하여 포획된다.When a cell suspension containing cells of various sizes is introduced into the main channel 3, the thickness of the fluid stem introduced into the bypass channel 31 is determined by flow fractionation depending on the ratio of the fluid resistance of the channel. At this time, depending on the thickness of the fluid stem, some cells are transferred to the bypass channel (31) and then discharged, and the remaining cells are transferred to the capture channel and captured.

즉, 세포들은 주 채널을 흘러가면서 우회채널로 빠져나가는 유량에 의해 그 방향으로 주 채널의 옆면(우회 채널과 연결되는 면)으로 정렬되게 되고, 이때 우회 채널로 빠져나가는 유량의 두께보다 반지름이 작은 세포들은 우회 채널방향으로 유입된다. 반면에 유량의 두께보다 반지름이 큰 세포들은 주 채널을 따라서 포획 채널(33)로 전달된다.That is, the cells are aligned with the side of the main channel (the side connected to the bypass channel) in that direction due to the flow rate flowing out of the main channel through the bypass channel, and the radius is smaller than the thickness of the flow passing through the bypass channel The cells enter the bypass channel. On the other hand, cells with a radius larger than the thickness of the flow rate are transferred to the capture channel 33 along the main channel.

이처럼, 유량의 두께에 따라서 주 채널(3)로 유입되는 세포들은 우회 채널(31) 또는 포획 채널(33)로 분리되므로, 유량의 두께는 분리하고자 하는 특정 크기(Wv)를 결정하는 기준 크기가 된다.Since the cells flowing into the main channel 3 according to the thickness of the flow are separated into the bypass channel 31 or the catch channel 33, the thickness of the flow rate is a reference size for determining the specific size Wv to be separated do.

한편, 포획 채널(33)은 U자형으로 굽은 복수의 굽은 채널(7)이 일정한 간격을 두고 반복적으로 연결되어, 구불구불한 형상(또는 사행(蛇行))을 이룬다. On the other hand, the catch channel 33 is formed in a serpentine shape (or serpentine) by connecting a plurality of U-shaped bent channels 7 repeatedly at regular intervals.

구체적으로, 도 5를 참조하면 각각의 굽은 채널(7)은 주 채널(3)로부터 굽어진 유입 채널(7a), 유입채널(7a)과 평행하며 세포 현탁액이 빠져나가는 배출 채널(7b), 그리고 유입 채널과 배출 채널의 일단을 연결하는 연결 채널(7c)을 포함한다.5, each curved channel 7 has an inlet channel 7a curved from the main channel 3, a discharge channel 7b parallel to the inlet channel 7a and through which the cell suspension exits, and And a connection channel 7c connecting one end of the inlet channel and the outlet channel.

굽은 채널(7)은 하나의 세포를 포획하기 위한 포획 공간(9)이 형성되어 있으며, 포획 공간(9)은 유입 채널(7a)과 유출 채널(7b) 사이를 연결한다. 포획 공간(9)은 유입채널(7a)로부터 유출 채널(7b)방향으로 오목한 형상으로, 세포가 포획된 상태를 유지하도록 세포 형상과 유사한 곡률의 반원일 수 있다. 포획 공간(9)과 배출 채널(7b)은 세포 이외의 전달액이 유출 채널(7a)을 통해서 빠져나도록 배수 채널(10)로 연결되어 있다. The curved channel 7 is formed with a capturing space 9 for capturing one cell and the capturing space 9 connects between the inlet channel 7a and the outlet channel 7b. The trapping space 9 may have a concave shape in the direction from the inlet channel 7a to the outlet channel 7b and may be a semicircle of curvature similar to the cell shape so that the cells remain trapped. The trapping space 9 and the discharge channel 7b are connected to the drainage channel 10 such that the transfer liquid other than the cells is discharged through the outlet channel 7a.

우회 채널(31)을 통해서 특정 크기 이하의 세포들이 제거되고, 특정 크기보다 큰 균일한 크기의 세포를 포함하는 세포 현탁액이 유입 채널(7a)을 지나면, 세포 현탁액에 포함된 세포는 1개씩 포획 공간(9)에 포획된다. 이때, 세포 현탁액 내의 전달액은 포획 공간을 통과하여 배수 채널(10)을 이동하므로, 포획 공간에 포획된 세포가 배수 채널(10)을 이동하는 전달액의 흐름에 의해서 포획 공간(9)을 빠져 나오지 않는다. When cells below a certain size are removed through the bypass channel 31 and a cell suspension containing cells of a uniform size larger than a specific size passes through the inlet channel 7a, (9). At this time, since the transfer liquid in the cell suspension moves through the trapping space and moves through the drainage channel 10, the cells trapped in the trapping space escape from the trapping space 9 by the flow of the transferring liquid moving through the drainage channel 10 It does not come out.

그리고 포획 공간(9)에 포획되지 못한 세포들은 굽은 채널(7)을 따라서 이동하면서, 각각의 포획 공간(9)에 1개씩 포획되고, 더 이상 포획되지 못한 세포들은 제2 채널(3b)을 통해서 배출구(400)로 배출된다. Cells which have not been captured in the capturing space 9 are captured one by one in each capturing space 9 while moving along the curved channel 7 and cells that are no longer captured are passed through the second channel 3b And is discharged to the discharge port 400.

포획 공간(9)에 세포가 포획되는 것은 동적 유동변화 네트워크에 기반하는 것으로, 포획 공간(9)에 세포가 포획 되면, 그 방향으로 유체저항이 증가하게 되어 잇따라 유입되는 세포들은 굽은 채널(7)을 통해 다음 포획 공간으로 흘러가 포획된다. 이러한 방식으로 포획 공간 각각에 단일 세포들이 순차적으로 포획되어 배열된다. When the cells are trapped in the trapping space 9, the fluid resistance increases in the direction of the capture space 9, so that the following cells are introduced into the curved channel 7, To the next capturing space. In this way, single cells are sequentially captured and arranged in each of the capture spaces.

만약 Wv보다 작은 크기의 세포가 덫에 포획되게 되면 그 방향으로의 유체저항을 충분히 증가시키지 못해 추가적으로 세포가 유입될 수 있다. 그렇기 때문에, Wv는 세포 포획 공간의 설계에 따라 충분히 큰 값을 가져야 한다.If cells smaller in size than W v are trapped in the trap, the fluid resistance in that direction can not be sufficiently increased and additional cells may enter. Therefore, W v should have a sufficiently large value depending on the design of the cell trapping space.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포획 채널의 평면도이다.6 is a plan view of a capture channel according to another embodiment of the present invention.

도 6의 포획 채널은 도 5의 포획 채널과 대부분 동일하므로 다른 부분에 대해서만 구체적으로 설명한다.Since the capture channel of FIG. 6 is substantially the same as the capture channel of FIG. 5, only the other parts will be specifically described.

도 6의 포획 채널은 복수의 굽은 채널(7)과 포획 공간(9)을 포함하며, 도 5의 포획 공간(9)의 위치가 다르다. 6 includes a plurality of curved channels 7 and a catching space 9, and the position of the catching space 9 in Fig. 5 is different.

도 6의 포획 공간(9)은 주 채널(3)에 위치하며 일정한 간격으로 배치될 수 있으며, 굽은 채널(7)은 포획 공간을 둘러싸도록 주 채널(3)과 연결될 수 있다. 따라서 주 채널(3)을 통과한 세포 현탁액 중 세포는 주 채널(3)에 위치하는 포획 공간(9)에 포획되고, 나머지 세포들만 굽은 채널을 통해서 이동한다. The catching space 9 in FIG. 6 is located in the main channel 3 and can be arranged at regular intervals, and the curved channel 7 can be connected to the main channel 3 so as to surround the capturing space. Therefore, among the cell suspension that has passed through the main channel 3, the cells are captured in the capturing space 9 located in the main channel 3, and only the remaining cells move through the curved channel.

이후, 굽은 채널(7)을 통과한 세포 현탁액이 주 채널(3)을 통해서 다음 번 굽은 채널(7)로 유입되기 전 1개의 세포가 주 채널(3)과 연결된 포획 공간(9)에 포획된 후, 나머지 세포들만이 굽은 채널(7)로 이동한다. Thereafter, one cell is trapped in the trapping space 9 connected to the main channel 3 before the cell suspension passing through the curved channel 7 is introduced into the next rounded channel 7 through the main channel 3 , Only the remaining cells migrate to the curved channel (7).

즉, 세포 현탁액은 주 채널(3) 및 굽은 채널(7)을 반복적으로 지나가면서, 세포는 포획 공간(9)에 포획되고, 나머지는 굽은 채널(7)을 통해서 이동하다가 다시 주 채널로 세포 현탁액이 전달된다. 그리고 다시 주 채널(3)의 포획 공간(9)에 세포가 포획되고, 나머지는 굽은 채널(7)을 통해서 이동하게 되는 이러한 과정이 반복되면서 각각의 포획 공간에 세포가 포획된다. That is, while the cell suspension is repeatedly passed through the main channel 3 and the curved channel 7, the cells are caught in the capturing space 9 and the remainder are moved through the curved channel 7, ≪ / RTI > Cells are captured in each trapping space while repeating such a process that the cells are trapped in the trapping space 9 of the main channel 3 and the rest are moved through the curved channel 7.

이상 설명한 본 발명에 따른 세포 포획 장치를 이용하면 특정 크기의 세포를 용이하게 분리할 수 있다.The above-described cell trapping apparatus according to the present invention can easily separate cells of a specific size.

도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 세포 크기에 따른 여과율을 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the filtration rate according to cell size according to an embodiment of the present invention.

도 7에서, 온칩 프리 필터의 간격이 WL이면, 1차로 WL보다 큰 지름의 세포들이 온칩 프리 필터를 통과하지 못하고 1차로 제거된다. 따라서 WL은 세포가 세포 포획부에 유입되기 위한 컷오프(cut off) 크기가 된다.In FIG. 7, if the interval of the on-chip pre-filter is W L , the cells larger in diameter than W L are not removed from the on-chip prefilter but are removed first. Thus, W L is the cut-off size for the cells to enter the cell trapping region.

이후, 주 채널을 따라서 이동하는 세포들 중 Wv보다 작은 크기의 세포들은 우회 채널을 통해서 2차로 제거된다. 따라서 Wv보다 큰 지름의 세포들만 포획 채널에 유입되므로, Wv는 포획 채널에 유입되기 위한 컷온(cut on) 크기가 된다. Subsequently, among the cells moving along the main channel, cells smaller than Wv are removed secondarily through the bypass channel. Thus, only cells with diameters greater than Wv enter the capture channel, so that Wv is the cut-on size for entry into the capture channel.

따라서, 본 발명의 세포 포획 장치는 WL와 WV 사이에 특정한 패스 밴드(passband)를 가진다. 즉, 유입되는 세포 현탁액에서 패스 밴드 내에 포함되는 특정한 범위의 세포만 세포 포획 장치에 유입된다.Therefore, the cell trapping apparatus of the present invention has a specific passband between W L and W V. That is, only a specific range of cells contained in the pass band in the incoming cell suspension is introduced into the cell trapping device.

도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 세포 포획 장치의 여과율을 평가한 사진이다.FIG. 8 is a photograph showing the filtration rate of the cell trapping apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 8은 형광 비드(fluorescent microbead)를 세포 포획 장치 내에 흘려주고, 포획 채널을 촬영한 사진이다. 이때, 형광 비드의 평균 크기는 15㎛이고, 패스 밴드는 18㎛ 내지 30㎛로 설정된 세포 포획 장치를 사용하였다.Fig. 8 is a photograph of capturing a capture channel by flowing a fluorescent microbead into the cell trapping device. At this time, a cell trapping apparatus having an average size of fluorescent beads of 15 mu m and a pass band of 18 mu m to 30 mu m was used.

형광 비드는 펌프를 통해서 채널 양단에 유발된 2kPa의 압력 차이를 이용하여, 세포 포획 장치로 유입시키고, 초당 30프레임으로 10분 동안 촬영한 이미지를 합성하였다.The fluorescent beads were injected into the cell trapping device using a pressure difference of 2 kPa generated at both ends of the channel through the pump and synthesized images taken at 30 frames per second for 10 minutes.

도 8을 참조하면, 유입된 형광 비드가 온칩 프리 필터를 통과한 후, 우회 채널로 이동(31)하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 18㎛ 내지 30㎛의 패스 밴드 범위에 포함되지 않는 15㎛의 형광 비드는 우회 채널로 제거되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 패스 밴드 범위 내의 특정 크기의 세포 또한 효과적으로 분리할 수 있음을 알 수 있다. Referring to FIG. 8, it can be confirmed that the fluorescent beads flow into the bypass channel 31 after passing through the on-chip prefilter. That is, it can be confirmed that the 15 mu m of fluorescent beads not included in the pass band range of 18 mu m to 30 mu m are removed by the bypass channel. Thus, it can be seen that cells of a certain size within the passband range can also be effectively separated.

이하에서는 본 발명에 따른 세포 포획 장치를 이용하여 미세 비드의 포획 능력을 실험하였다. Hereinafter, the capturing ability of the micro beads was tested using the cell trapping apparatus according to the present invention.

도 9a는 본 발명의 한 실시예에 따른 포획 채널 내에서 입자의 이동을 촬영한 사진이고, 도 9b는 본 발명의 한 실시예에 따른 포획 채널 내에 입자가 배열된 상태를 촬영한 사진이다.FIG. 9A is a photograph of the movement of particles in a capture channel according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a photograph of a state in which particles are arranged in a capture channel according to an embodiment of the present invention.

포획 채널에는 서로 다른 크기를 가지는 미세 비드 혼합액을 흘려주었다. 혼합액은 평균 크기가 각각 15㎛와 25㎛인 미세 비드를 105 beads/ml 농도를 가지도록, 각 크기의 용액을 1:1 (v/v) 비율로 혼합하였다. 그리고 채널 벽면에 미세 비드의 흡착을 방지하기 위해 전체 혼합액에 0.4% (v/v) 비율로 계면활성제(tween 20)를 처리하였다. 또한, 채널 양단에는 2 kPa의 압력 차이를 유지한 상태에서 혼합액을 흘려주었다.In the capture channel, a mixture of fine beads having different sizes was flowed. The mixed solutions were mixed at a ratio of 1: 1 (v / v) so as to have a concentration of 10 5 beads / ml of fine beads having average sizes of 15 μm and 25 μm, respectively. In order to prevent the adsorption of fine beads on the channel walls, the total mixed solution was treated with a surfactant (tween 20) in a ratio of 0.4% (v / v). In addition, the mixture was flowed at both ends of the channel while maintaining a pressure difference of 2 kPa.

도 9a를 참조하면, 상대적으로 작은 15 ㎛ 크기의 비드(S1)는 우회 채널을 통해 제거되는 반면, 상대적으로 큰 25 ㎛ 크기의 비드(S3)는 포획 채널로 이동하여 포획 공간에 포획된 것을 알 수 있다. 9A, a relatively small bead S1 having a size of 15 mu m is removed through a bypass channel, while a relatively large bead S3 having a size of 25 mu m is trapped in a trapping space .

도 9a에서와 같이 혼합액을 흘려주면, 포획 공간에 순차적으로 비드가 포획되고, 도 9b에서와 같이 모든 포획 공간에 비드가 배열되는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 9A, when the mixed liquid is flowed, the beads are sequentially captured in the trapping space, and the beads are arranged in all the trapping spaces as shown in FIG. 9B.

도 9b에서는 40개의 포획 공간에 비드가 모두 포획되었으므로, 도 9b의 비드 포획율은 100%인 것을 알 수 있다.In Fig. 9B, since all of the beads are captured in the 40 trapping spaces, it can be seen that the bead capturing rate in Fig. 9B is 100%.

이하에서는 본 발명에 따른 세포 포획 장치를 이용하여 세포의 포획 능력을 실험하였다. Hereinafter, the cell trapping ability was examined using the cell trapping apparatus according to the present invention.

도 10은 3T3-J2와 MC3T3-E1의 세포 크기를 측정한 그래프이다.10 is a graph showing cell sizes of 3T3-J2 and MC3T3-E1.

도 10을 참조하면, MC3T3-E1 조골세포(osteoblast)의 경우, 601개의 세포로부터 측정결과 φ가 15.23 ㎛(SD ± 2.1) 크기 분포를 보였으며, 3T3-J2 섬유아 세포(fibroblast)의 경우, 670개의 세포로부터 측정결과 φ가 7.52 ㎛(SD ± 3.0) 크기 분포를 보였다.Referring to FIG. 10, in the case of MC3T3-E1 osteoblast, a size distribution of φ 15.23 μm (SD ± 2.1) was obtained from 601 cells. In the case of 3T3-J2 fibroblast, From the 670 cells, φ was 7.52 ㎛ (SD ± 3.0).

도 10을 참조하면, 3T3-J2와 MC3T3-E1의 크기는 모두 가우시안(Gaussian) 분포를 따른다.Referring to FIG. 10, the sizes of 3T3-J2 and MC3T3-E1 all follow a Gaussian distribution.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 한 실시예에 따른 세포 포획 장치를 이용하여 3T3-J2 세포를 포획한 후 포획 채널을 촬영한 사진으로, 도 11a는 명시야에서 촬영한 사진이고, 도 11b는 형광 촬영한 사진이다.11A and 11B are photographs of captured channels after capturing 3T3-J2 cells using a cell trapping apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 11A is a photograph taken at bright field, FIG. It is a photograph taken with fluorescence.

여기서, 포획부에는 3T3-J2 세포가 5×104 cells/ml 농도를 가지는 세포 현탁액을 2kPa의 압력 차이를 가지도록 유지한 상태에서 주입하였다. 그리고 세포 포획 공간에 세포가 모두 포획되면 세포배양액(DMEM)을 흘려주어 포획 채널 내에 남은 세포들을 씻어내었다. Here, 3T3-J2 cells were injected in the capturing section while keeping the cell suspension having a concentration of 5 x 10 4 cells / ml at a pressure difference of 2 kPa. When all the cells were trapped in the cell trapping space, the cell culture fluid (DMEM) was poured to wash away the remaining cells in the capture channel.

도 11a 및 도 11b을 참조하면, 80개의 모든 포획 공간에 3T3-J2 세포가 포획된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 11A and 11B, it can be seen that 3T3-J2 cells were captured in all 80 capturing spaces.

도 11a 및 도 11b에서와 같이 포획 공간에 세포가 모두 포획되는 과정을 3회 반복한 후, 그 결과를 도 12 내지 도 14에 도시하였다. As shown in FIGS. 11A and 11B, the process of capturing all the cells in the trapping space was repeated three times, and the results are shown in FIGS. 12 to 14. FIG.

도 12는 종래 기술에 따른 세포 포획 장치와 본 발명에 따른 세포 포획 장치의 3T3-J2 세포 포획율을 측정한 그래프이다.FIG. 12 is a graph showing the capture rate of 3T3-J2 cells in the cell trapping apparatus according to the present invention and the cell trapping apparatus according to the present invention.

도 12를 참조하면, 종래 기술에 따른 세포 포획 장치로, 패스밴드가 0 ∼ 30 ㎛인 경우 (즉, 우회 채널 및 굽은 채널 없이 포획 공간 어레이만 있는 경우)에 정렬 효율은 76.4%인 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 12, it can be seen that the sorting efficiency is 76.4% when the passband is 0 to 30 μm (ie, only the trapping space array is provided without the bypass channel and the curved channel) have.

그리고 본 발명에 따른 세포 포획 장치의 패스 밴드가 18 ∼ 30 ㎛인 경우, 99.2%으로 포획 효율이 수직 상승하는 것을 알 수 있다. 또한, 패스 밴드가 16 ∼ 30 ㎛인 경우, 효율은 91.7% 로 18 ∼ 30 ㎛에 비해서 소폭 줄어들었으나, 종래에 패스 밴드가 없는 경우에 비해서 증가한 것을 알 수 있다.When the pass band of the cell trapping apparatus according to the present invention is 18 to 30 탆, it can be seen that the trapping efficiency is vertically increased to 99.2%. In addition, when the pass band is 16 to 30 탆, the efficiency is 91.7%, which is slightly reduced compared to 18 to 30 탆. However, the pass band is increased compared to the case where the pass band is not present.

이처럼, 본 발명에 따른 세포 포획 장치를 이용하면 세포 포획율을 증가시킬 수 있다. As described above, the cell trapping apparatus according to the present invention can increase the cell trapping rate.

도 13은 본 발명에 따른 세포 포획 장치내 포획된 3T3-J2 세포의 크기를 측정한 그래프이다. 이때, 세포 포획 장치의 패스 밴드는 18㎛ ∼ 30 ㎛이다.FIG. 13 is a graph showing the size of the captured 3T3-J2 cells in the cell trapping apparatus according to the present invention. At this time, the pass band of the cell trapping apparatus is 18 탆 to 30 탆.

도 10을 참조하면, 3T3-J2 세포는 φ가 17.52 ㎛(SD ± 3.0)의 크기 분포를 가지며, 도 13을 참조하면, 포획 채널에 포획된 세포들의 크기는 대부분이 18㎛ ∼ 30 ㎛로 사이에 분포함을 보여준다. 즉, 포획된 세포의 크기가 대부분 패스 밴드의 크기인 18㎛ ∼ 30 ㎛ 범위 내에 포함된다.Referring to FIG. 10, 3T3-J2 cells have a size distribution of φ of 17.52 μm (SD ± 3.0). Referring to FIG. 13, the size of cells captured in the capture channel is mostly 18 μm to 30 μm In minutes. That is, the size of the captured cells is included in the range of 18 μm to 30 μm, which is the size of the pass band.

이처럼, 본 발명에 따른 세포 포획 장치를 이용하면 패스 밴드의 크기에 따라서 특정 크기의 세포 들을 용이하게 분리할 수 있다. As described above, by using the cell trapping apparatus according to the present invention, cells of a specific size can be easily separated according to the size of the pass band.

도 14는 본 발명의 한 실시예에 따른 세포 포획 장치를 이용하여 효소 반응을 실시한 후의 시간에 따른 형광 강도를 측정한 그래프이다.FIG. 14 is a graph showing fluorescence intensity measured with time after enzyme reaction using a cell trapping apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.

이때, 칼세인(Calcein) AM 분자를 이용하여 세포 내부 에스터레이즈 효소반응을 실시하였다. 칼세인(Calcein) AM 분자는 세포 내 에스터레이즈 효소반응에 의해 가수분해되면서 형광 물질로 변환될 수 있어, 이를 통해 세포의 상태 (즉, 세포의 생존 여부)를 실시간으로 관찰할 수 있다. 가수분해된 칼세인(Calcein)의 여기 및 방출 스펙트럼은 각각 ∼495 nm와 ∼515 nm로 초록의 형광을 띈다. At this time, intracellular esterase enzyme reaction was performed using Calcein AM molecules. The Calcein AM molecule can be converted into a fluorescent substance by hydrolysis by an intracellular esterase enzyme reaction, thereby observing the state of the cell (that is, cell viability) in real time. The excitation and emission spectra of the hydrolyzed calcine (Calcein) are green fluorescence at ~ 495 nm and ~515 nm, respectively.

따라서, 도 14에서는 D-PBS(Dulbecco's Phosphate buffer saline) 용액에 칼세인(Calcein) AM 스톡(stock) 용액을 섞어 2 μM 칼세인(Calcein) AM 작동 용액 (working solution)을 제조한다. 제조된 용액을 2 kPa의 압력 차이로 본 발명의 한 실시예에 따른 세포 포획 장치의 포획 채널 내로 40분 동안 흘려주고 3분마다 형광 신호를 측정하였다. Therefore, in FIG. 14, a 2 μM Calcein AM working solution is prepared by mixing Calcein AM stock solution with Dulbecco's phosphate buffer saline (D-PBS) solution. The prepared solution was flowed into the capture channel of the cell trapping apparatus according to one embodiment of the present invention at a pressure difference of 2 kPa for 40 minutes and the fluorescence signal was measured every 3 minutes.

도 14를 참조하면, 시간이 증가하면서 형광 신호의 크기(intensity)가 증가하는 것을 볼 수 있다. Referring to FIG. 14, it can be seen that the intensity of the fluorescence signal increases with time.

이처럼, 형광 신호의 크기가 증가하는 것은 세포가 포획된 상태에서도 살아서 활동을 하고 있음을 의미한다. 따라서 본 발명에 따른 세포 포획 장치를 이용하면, 세포의 주입, 정렬, 화학적 자극(chemical stimulus) 인가 등 일련의 과정들에 의해서도 세포가 손상되지 않으며, 세포의 활동에 크게 영향을 미치지 않음을 확인할 수 있다. As such, the increase in the size of the fluorescence signal means that the cell is alive and active even in the captured state. Therefore, it can be seen that the cell trapping apparatus according to the present invention does not damage the cells and does not significantly affect the cell activity by a series of processes such as cell injection, alignment, and chemical stimulus have.

도15는 종래 기술에 따른 세포 포획 장치와 본 발명에 따른 세포 포획 장치의 MC3T3-E1 세포 포획율을 측정한 그래프이다.FIG. 15 is a graph showing the capture rate of MC3T3-E1 cells in the cell trapping apparatus according to the prior art and the cell trapping apparatus according to the present invention.

종래 기술에 따른 세포 포획 장치로, 패스밴드가 0 ∼ 30 ㎛인 경우 (즉, 우회 채널 및 굽은 채널 없이 포획 공간 어레이만 있는 경우)에 정렬 효율은 40.6%인 것을 알 수 있다.It can be seen that with the cell trapping device according to the prior art, the sorting efficiency is 40.6% when the pass band is 0 to 30 [mu] m (i.e., only the trapping space array is provided without the bypass channel and the curved channel).

그리고 본 발명에 따른 세포 포획 장치의 패스 밴드가 18㎛ ∼ 30 ㎛인 경우, 95.8%으로 증가한 것을 알 수 있다.It can be seen that the pass band of the cell trapping apparatus according to the present invention is increased to 95.8% when the pass band is 18 탆 to 30 탆.

MC3T3-E1 세포는 평균 크기 φ가 15.23 ㎛로, 도 12의 3T3-J2 세포보다 ∼2.5 ㎛ 작기 때문에 포획 공간에 포획될 시 유체 저항을 충분히 증가시키지 못하기 때문에 패스밴드가 0 ∼ 30 ㎛인 경우 정렬 효율이 더욱 낮게 나온 것을 볼 수 있다. Since MC3T3-E1 cells have an average size of 15.23 mu m and a size of ~ 2.5 mu m smaller than the 3T3-J2 cells of Fig. 12, they can not increase the fluid resistance sufficiently when trapped in trapping space. The sorting efficiency is lowered.

그리고 본 발명에서와 같이 패스밴드가 18㎛ ∼ 30 ㎛인 세포 포획 장치를 이용하면, 효율이 95.8%로 거의 완벽하게 단일 수준으로 정렬되는 것을 알 수 있다.And, as in the present invention, when the cell trapping apparatus having a pass band of 18 to 30 탆 is used, it can be seen that the efficiency is almost perfectly aligned to a single level at 95.8%.

한편, 도 12 및 도 15를 참조하면, 같은 크기의 패스 밴드를 가지는 세포 포획 장치를 이용하여 세포 크기가 다른 3T3-J2 세포와 MC3T3-E1 세포를 각각 분리하더라도, 각각의 효율이 99.2% 및 95.8%로, 세포 크기가 다르더라도 높은 포획율을 얻었다.12 and 15, even when 3T3-J2 cells and MC3T3-E1 cells having different cell sizes were separated using a cell trapping apparatus having the same pass band, the efficiency was 99.2% and 95.8% %, A high capture rate was obtained even if the cell size was different.

따라서, 종래에는 세포의 종류에 따라 그 크기를 정량적으로 분석하고, 그에 따른 덫의 최적화 설계를 통해 효율을 극대화하였으나, 본 발명에서와 같은 세포 포획 장치를 이용하면 동일한 밴드 패스를 가지더라도 여러 종류의 세포에 적용하여 특정 크기의 세포만을 용이하게 분류할 수 있다.Therefore, in the past, the size was quantitatively analyzed according to the kind of cells, and the efficiency was maximized through the optimization of the traps accordingly. However, when the cell trapping device as in the present invention is used, It is possible to easily classify only cells of a specific size by applying to cells.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.

7: 굽은 채널 7a: 유입 채널
7b: 유출 채널 7c: 연결 채널
9: 포획 공간 10: 배수 채널
20: 기둥 30a: 상부 포획부
30b: 하부 포획부 31: 우회 채널
33: 포획 채널 100: 주입구
200: 온칩 프리 필터 300: 세포 포획부
400: 배출구7: Curved channel 7a: Inflow channel
7b: outlet channel 7c: connection channel
9: capture space 10: drainage channel
20: Column 30a: Upper capturing part
30b: Lower capturing part 31: Bypass channel
33: Capture channel 100:
200: On-chip pre-filter 300: Cell trapping part
400: outlet

Claims (11)

세포를 포함하는 현탁액이 주입되는 주입구와 배출되는 배출구를 가지는 세포 포획 장치에서,
상기 주입구와 연결되어 있으며 복수의 기둥을 포함하는 필터,
상기 필터와 상기 배출구 사이를 연결하는 주 채널,
상기 주 채널과 양단이 연결되어 있는 복수의 우회 채널,
상기 주 채널과 양단이 연결되어 있으며 복수의 포획 공간을 가지는 포획 채널
을 포함하고,
상기 포획 공간은 상기 기둥 사이의 간격보다 작은 지름을 가지고, 상기 우회 채널로 유입되는 상기 현탁액 유량 두께보다 큰 반지름을 가지는 상기 세포를 포획하는 세포 포획 장치.In a cell trapping apparatus having an inlet through which a suspension containing cells is injected and an outlet through which the cells are discharged,
A filter connected to the injection port and including a plurality of pillars,
A main channel connecting between the filter and the discharge port,
A plurality of bypass channels connected to both ends of the main channel,
And a capture channel having a plurality of capture spaces, both ends of which are connected to the main channel,
/ RTI >
Wherein the trapping space has a diameter smaller than the distance between the columns and captures the cells having a radius larger than the thickness of the suspension flow rate flowing into the bypass channel. 제1항에서,
상기 주입구와 인접하게 위치하는 상기 우회 채널의 직경은 상대적으로 상기 주입구로부터 멀리 위치하는 상기 우회 채널의 직경보다 큰 세포 포획 장치.The method of claim 1,
Wherein the diameter of the bypass channel located adjacent the injection port is greater than the diameter of the bypass channel located relatively far from the injection port. 제1항에서,
상기 주 채널은
상기 필터와 상기 포획 채널을 연결하는 제1 채널,
상기 포획 채널과 상기 배출구를 연결하는 제2 채널
을 포함하는 세포 포획 장치.The method of claim 1,
The main channel
A first channel connecting the filter and the capture channel,
And a second channel connecting said catch channel and said outlet
/ RTI > 제3항에서,
상기 우회 채널의 일단은 상기 제1 채널과 연결되어 있고, 상기 우회 채널의 타단은 상기 제2 채널과 연결되어 있는 세포 포획 장치.4. The method of claim 3,
Wherein one end of the bypass channel is connected to the first channel and the other end of the bypass channel is connected to the second channel. 제4항에서,
상기 우회 채널은 상기 포획 채널을 둘러싸도록 배치되어 있는 세포 포획 장치.5. The method of claim 4,
And the bypass channel is arranged so as to surround the capturing channel. 제1항에서,
상기 포획 채널은
서로 마주하며 평행한 유입 채널과 배출 채널, 상기 유입 채널과 배출 채널의 일단을 연결하는 연결 채널로 각각 이루어지는 복수의 굽은 채널,
상기 유입 채널에 위치하는 세포 포획 공간
을 포함하는 세포 포획 장치.The method of claim 1,
The capture channel
A plurality of curved channels each of which is made up of a parallel inlet channel and an outlet channel facing each other and a connection channel connecting one end of the inlet channel and one end of the outlet channel,
The cell trapping space located in the entry channel
/ RTI > 제6항에서,
상기 굽은 채널은 이웃하는 굽은 채널의 일단과 타단이 연결되어 상기 굽은 채널이 사행(蛇行)을 이루는 세포 포획 장치.The method of claim 6,
Wherein the curved channel is connected to one end of the adjacent curved channel so that the curved channel meanders. 제6항에서,
상기 포획 공간은 상기 유입 채널로부터 상기 배출 채널 방향으로 오목한 형상인 세포 포획 장치.The method of claim 6,
Wherein the trapping space is concave in shape from the inlet channel toward the outlet channel. 제8항에서,
상기 굽은 채널은 상기 포획 공간과 상기 배출 채널을 연결하는 배수 채널을 더 포함하는 세포 포획 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the curved channel further comprises a drain channel connecting the capture space and the drain channel. 제1항에서,
상기 포획 채널은
상기 주 채널에 위치하며 일정한 간격으로 배치되어 있는 포획 공간,
상기 포획 공간을 둘러싸도록 상기 주 채널과 연결되어 있는 굽은 채널
을 포함하는 세포 포획 장치.The method of claim 1,
The capture channel
A capturing space located in the main channel and arranged at regular intervals,
A curved channel connected to the main channel so as to surround the capturing space;
/ RTI > 제1항에서,
상기 배출구와 연결되어 상기 주 채널에 일정 압력을 유지시키는 펌프를 더 포함하는 세포 포획 장치.The method of claim 1,
And a pump connected to the discharge port to maintain a predetermined pressure on the main channel.
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