KR101768123B1 - 수력학 필터, 이를 구비한 필터링 장치 및 이에 의한 필터링 방법 - Google Patents

수력학 필터, 이를 구비한 필터링 장치 및 이에 의한 필터링 방법 Download PDF

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Abstract

개시된 수력학 필터는 제1측 방향으로 돌출된 복수 개의 돌출부를 구비하는 제1부분과 제1부분과 마주보고 이격되어 배치되며, 제1부분을 향하여 돌출된 복수 개의 돌출부를 구비하는 제2부분을 포함할 수 있다. 그리고, 개시된 필터링 장치는 상기 수력학 필터를 복수 개 구비하고, 유입된 표적 분자를 포함하는 유체를 필터링하는 몸체, 유입부 및 유출부를 포함할 수 있다.

Description

수력학 필터, 이를 구비한 필터링 장치 및 이에 의한 필터링 방법{Hydrodynamic filter, filtering apparatus including the same and filtering method by the same}
수력학 필터, 이를 구비한 필터링 장치 및 이에 의한 필터링 방법에 관한 것이다.
표적 분자를 검출할 수 있는 방법에는 표적 분자의 자체의 특성 예를 들어, 그 크기나 질량을 이용하는 방법이 있다. 그리고, 표적 분자를 라벨링하여, 라벨링된 표적 분자를 프로브를 이용하여 검출할 수 있다. 또는, 표적 분자를 염색하여, 그 염색된 색을 검출하는 방법 등이 있다. 표적 분자의 크기를 이용하여 표적 분자를 검출하는 방법으로는 필터를 사용하는 방법이 있는데, 그 중에서도 수력학 필터를 사용하여 표적 분자를 검출할 수 있다. 수력학 필터는 유체의 흐름을 이용하여, 유체에 포함된 표적 분자를 필터에서 포획할 수 있는 시스템이다.
수력학 필터, 이를 구비한 필터링 장치 및 이에 의한 필터링 방법을 제공한다.
개시된 수력학 필터는
제1측 방향으로 돌출되어 마련된 복수 개의 돌출부를 구비하는 제1부분; 및
상기 제1부분과 마주보고 이격되어 배치되며, 상기 제1부분을 향하여 돌출되고 상기 제1부분의 상기 복수 개의 돌출부와 서로 대응하도록 마련된 복수 개의 돌출부를 구비하는 제2부분;을 포함할 수 있다.
상기 제1부분의 돌출부는 서로 이격되어 마련된 제1돌출부와 제2돌출부를 포함하고, 상기 제2부분의 돌출부는 서로 이격되어 마련되고, 상기 제1돌출부와 마주보는 제3돌출부와 상기 제2돌출부와 마주보는 제4돌출부를 포함할 수 있다.
상기 제1부분의 돌출부와 상기 제2부분의 돌출부는 끝단으로 갈수록 그 폭이 작아지도록 마련될 수 있다.
상기 제1부분의 복수 개의 돌출부 사이와 상기 제2부분의 복수 개의 돌출부 사이는 각각 곡면으로 마련될 수 있다.
상기 제1돌출부 및 상기 제3돌출부 사이의 제1거리는 5 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다.
상기 제2돌출부 및 상기 제4돌출부 사이의 제2거리는 5 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다.
상기 제1돌출부 및 상기 제3돌출부 사이의 제1거리는 상기 제2돌출부 및 상기 제4돌출부 사이의 제2거리보다 크거나 같을 수 있다.
상기 제1돌출부와 상기 제3돌출부는 플렉서블하고, 유체와 표적 분자의 유입이 용이한 구조를 형성할 수 있다.
상기 제1부분의 돌출부는 상기 제1 및 제2돌출부와 이격되어 마련된 제5돌출부를 더 포함하고, 상기 제2부분의 돌출부는 상기 제3 및 제4돌출부와 이격되어 마련되고, 상기 제5돌출부와 마주보는 제6돌출부를 더 포함할 수 있다.
상기 제5돌출부 및 상기 제6돌출부 사이의 제3거리는 상기 제2돌출부 및 상기 제4돌출부 사이의 제2거리보다 작거나 같을 수 있다.
개시된 필터링 장치는
상기 수력학 필터를 복수 개 구비하고, 유입된 표적 분자를 포함하는 유체를 필터링하는 몸체;
상기 몸체와 연결되어, 상기 몸체에 상기 유체를 유입시키는 유입부; 및
상기 몸체에 연결되어, 필터링된 유체를 상기 몸체로부터 유출시키는 유출부;를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 수력학 필터는 일렬로 배치되어 수력학 필터 열(sequence)을 형성할 수 있다.
상기 복수 개의 수력학 필터는 어레이 형태로 마련될 수 있다.
상기 수력학 필터 열을 복수 개 포함하고, 상기 복수 개의 수력학 필터 열은 상기 유입부로부터 상기 유출부 방향으로 서로 이격되어 나란하게 마련될 수 있다.
상기 수력학 필터 열에 포함된 상기 수력학 필터의 크기는 상기 유입부로부터 상기 유출부 방향으로 갈수록 점점 작아질 수 있다.
상기 수력학 필터 열은 상기 몸체의 한 측벽으로부터 다른 측벽까지 연장되어 마련될 수 있다.
상기 수력학 필터 열은 상기 몸체의 상기 한 측벽으로부터 연장되어 마련되며,상기 다른 측벽과는 이격되어 배치될 수 있다.
상기 수력학 필터 열은 상기 한 측벽으로부터 연장되어 마련되며, 상기 다른 측벽과는 이격되어 배치되는 제1수력학 필터 열과 상기 다른 측벽으로부터 연장되어 마련되고, 상기 한 측벽과 이격되어 배치되는 제2수력학 필터 열을 포함하고, 상기 제1 및 제2수력학 필터 열은 서로 교대로 엇갈리게 마련될 수 있다.
개시된 필터링 방법은
상기 수력학 필터에 표적 분자가 포함된 유체를 유입시키는 단계;
상기 수력학 필터에서 상기 표적 분자를 포획하는 단계; 및
상기 표적 분자가 포획된 나머지 유체를 상기 수력학 필터의 외부로 유출시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 유체를 상기 수력학 필터에 유입시키기 전에, 상기 표적 분자에 비드를 붙이는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 개시된 필터링 방법은
상기 필터링 장치의 상기 몸체에 상기 유입부를 통해서 상기 표적 분자가 포함된 상기 유체를 유입시키는 단계;
상기 몸체에 포함된 상기 수력학 필터에서 상기 표적 분자를 포획하는 단계; 및
상기 표적 분자가 포획된 나머지 유체를 상기 유출부를 통해서 상기 필터링 장치의 외부로 유출시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 유체를 상기 필터링 장치에 유입시키기 전에, 상기 표적 분자에 비드를 붙이는 단계를 더 포함할 수 있다.
개시된 수력학 필터는 복수 개의 돌출부에 의해서 형성된, 복수 개의 장애물 구조를 구비하여, 필터링하고자 하는 표적 분자를 포획할 가능성을 더 높일 수 있다. 개시된 수력학 필터를 구비한 필터링 장치는 다양한 수력학 필터 크기를 구비할 수 있어서, 하나의 장치로 다양한 크기의 표적 분자를 필터링할 수 있다. 그리고, 개시된 필터링 장치는 필터가 막히더라도 바이패스 구조를 통해서 유체가 계속 흐를 수 있기 때문에, 표적 분자의 필터링을 계속 수행할 수 있다. 또한, 개시된 수력학 필터를 사용하는 필터링 방법은 표적 분자에 비드를 붙여서 그 크기를 크게하여, 표적 분자의 포획이 더 용이할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 개시된 수력학 필터의 개략적인 평면도이다.
도 2a 내지 도 4는 개시된 수력학 필터의 다양한 실시예이다.
도 5a는 개시된 수력학 필터를 구비한 필터링 장치의 사시도이며, 도 5b는 개시된 수력학 필터를 구비한 필터링 장치의 개략적인 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 개시된 필터링 장치에 구비된 수력학 필터 열(sequence)을 확대하여 도시한 것이다.
도 7a 내지 도 7b는 개시된 필터링 장치에서의 유체의 흐름을 도시한 것이다.
도 8은 개시된 필터링 장치의 변형예의 개략적인 평면도이다.
도 9a 및 도 9b는 개시된 필터링 방법을 설명하기 위한 수력학 필터의 개략적인 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 개시된 수력학 필터, 이를 구비한 필터링 장치 및 이에 의한 필터링 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서, 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성 요소의 크기는 설명의 명료성과 편의성을 위해서 과장되어 있을 수 있다.
도 1a은 개시된 수력학 필터(100)의 개략적인 평면도이며, 도 1b는 개시된 수력학 필터(100)에 표적 분자가 포획된 경우를 도시한 것이다.
도 1a를 참조하면, 개시된 수력학 필터(100)는 제1부분(10) 및 제1부분(10)과 마주보고 이격되어 배치된 제2부분(10)을 포함할 수 있다. 제1부분(10)은 제1측 방향으로 돌출되어 마련된 복수 개의 돌출부(30, 40)를 구비할 수 있으며, 상기 제1측 방향은 제2부분(20)과 마주하는 방향일 수 있다. 그리고, 제2부분(20)은 제1부분(10)을 향하여 돌출되어 마련된 복수 개의 돌출부(35, 45)를 구비할 수 있으며, 제2부분(20)의 돌출부(35, 45)는 제1부분(10)의 돌출부(30, 40)와 서로 대응하도록 마련될 수 있다. 그리고, 제1부분(10)과 제2부분(20)은 실리콘 기반의 폴리머 재료 또는 폴리머 재료로 형성될 수 있으며, 예를 들어, PDMS(Polydimethylsiloxane), 파릴렌(parylene) 등으로 형성될 수 있다. 또한, 제1부분(10)과 제2부분(20)은 실리콘 웨이퍼로 형성될 수 있는데, 실리콘 웨이퍼를 식각하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1부분(10)과 제2부분(20)은 실리콘-온-글래스(silicon-on-glass, SOG) 웨이퍼를 식각하여 형성될 수 있다.
제1부분(10)의 돌출부(30, 40)는 서로 이격되어 마련된 제1돌출부(30)와 제2돌출부(40)를 포함할 수 있다. 그리고, 제2부분(20)의 돌출부(35, 45)는 서로 이격되어 마련된 제3돌출부(35)와 제4돌출부(45)를 포함할 수 있다. 여기에서, 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35)는 서로 이격되어 마주보며 마련될 수 있으며, 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35) 사이의 제1거리(d1)는 필터링(filtering)하려는 표적 분자(target molecules)의 크기에 따라서 조절될 수 있다. 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35) 사이의 제1거리(d1)는 수 ㎛ 내지 수백 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 제1거리(d1)는 1 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있으며, 또한 제1거리(d1)는 5 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다.
그리고, 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45)도 서로 이격되어 마주보도록 마련될 수 있다. 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45) 사이의 제2거리(d2)도 포획하려는 표적 분자(target molecules)의 크기에 따라서 조절될 수 있다. 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45) 사이의 제2거리(d2)는 수 ㎛ 내지 수백 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 제2거리(d2)는 1 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있으며, 또한 제2거리(d2)는 5 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다. 한편, 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35) 사이의 제1거리(d1)는 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45) 사이의 제2거리(d2)보다 크거나 같을 수 있다. 수력학 필터(100)의 크기는 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35) 사이의 제1거리(d1) 또는 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45) 사이의 제2거리(d2)를 지칭하는 것일 수 있다.
개시된 수력학 필터(100)는 제1포획부(60)와 제2포획부(65)를 포함할 수 있다. 표적 분자를 포함하는 유체는 수력학 필터(100)에 도 1a의 상부에 도시된 화살표 방향으로 유입되고, 하부에 도시된 화살표 방향으로 유출될 수 있다. 상기 표적 분자는 제1포획부(60) 및 제2포획부(65) 중에서 적어도 하나의 포획부에서 포획될 수 있다. 따라서, 개시된 수력학 필터(100)는 종래의 필터보다 표적 분자가 포획될 수 있는 구조를 더 많이 구비하므로, 종래보다 필터에서 표적 분자가 포획될 가능성이 향상될 수 있다.
제1포획부(60)는 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35)에 의해서 형성되며, 표적 분자를 포획할 수 있다. 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35)는 끝단으로 갈수록 그 폭이 좁아지게 마련되어, 상기 표적 분자가 제1포획부(60)에 의해서 잘 걸러지도록 할 수 있다. 즉, 유체에 포함된 표적 분자가 제1포획부(60)에 의해서 지지되어, 유체와 함께 수력학 필터(100)를 빠져나가지 않게 할 수 있다. 또한, 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35)의 끝단은 뾰족한 형태로 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35)의 끝단은 도 2b에 도시된 바와 같이, 뭉툭하게 마련될 수 있다. 이 경우, 표적 분자가 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35)의 뭉툭한 끝단 사이를 지나면서, 마찰력에 의해서 그 이동 속도가 늦춰질 수 있다.
그리고, 제2포획부(65)는 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45)에 의해서 형성되며, 역시 표적 분자를 포획할 수 있다. 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45)는 끝단으로 갈수록 그 폭이 좁아지게 마련되어, 상기 표적 분자가 제2포획부(65)에 의해서 잘 걸러지도록 할 수 있다. 즉, 유체에 포함된 표적 분자가 제2포획부(65)에 의해서 지지되어, 유체와 함께 수력학 필터(100)를 빠져나가지 않게 할 수 있다. 또한, 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45)의 끝단은 뾰족한 형태로 마련될 수 있다. 제1돌출부(30)와 제2돌출부(40) 사이와 제3돌출부(35)와 제4돌출부(45) 사이는 각각 곡면(50, 55)으로 마련될 수 있으며, 따라서 제2포획부(65)의 공간이 넓어지고, 포획될 표적 분자의 접촉에 의한 손상을 방지할 수 있다.
또한, 제2포획부(65)는 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45)뿐만 아니라, 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35)에 의해서도 형성될 수 있으므로, 제2포획부(65)는 표적 분자를 더 잘 포획할 수 있다. 즉, 개시된 수력학 필터(100)에서 유출된 유체가 다시 역류하여 수력학 필터(100)로 들어오더라도, 포획된 표적 분자를 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35)가 지지해 줄 수 있다. 따라서, 포획된 표적 분자가 유체와 함께 수력학 필터(100)를 빠져나가지 않게 할 수 있다. 또한, 제2포획부(65)는 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45) 사이의 제2거리(d2)가 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35) 사이의 제1거리(d1)보다 작은 경우, 표적 분자가 포획될 가능성이 더 높아질 수 있으며, 수력학 필터(100)로부터 유체만 빠져나갈 확률이 더 높아질 수 있다. 또한, 각각의 포획부(60, 65)에서 다른 크기의 표적 분자가 포획될 수도 있다. 한편, 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35)로 형성된 제1포획부(60)와 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45)로 형성된 제2포획부(65)는 각각 장애물 구조라고 지칭될 수 있다. 따라서, 개시된 수력학 필터(100)는 복수 개의 장애물 구조(multi-obstacle structure)를 구비할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 개시된 수력학 필터(100)의 제1포획부(60)와 제2포획부(65)가 각각 표적 분자(70, 75)를 포획한 경우가 도시되어 있다. 수력학 필터(100)로 필터링하고자 하는 표적 분자는 다양한 생물 분자일 수 있다. 생물 분자는 예를 들어, 암세포, 적혈구, 백혈구, 식세포, 동물 세포, 식물 세포 등과 같은 다양한 세포를 포함할 수 있다. 또한, 생물 분자는 단백질, 지질, DNA, RNA 등과 같은 생물을 구성하는 다양한 생체 분자들을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 표적 분자가 생물 분자인 경우, 상기 생물 분자의 크기는 수 내지 수백 ㎚이므로, 수력학 필터(100)의 크기가 수 내지 수백 ㎚로 마련될 수 있다. 여기에서는 표적 분자(70, 75)로 혈액에 포함된 순환 종양 세포(circulating tumor cells, 이하 CTCs라고 칭함)를 예로 들어 도시하였다. CTCs는 약 109 개의 세포 중에서 1 개가 발견될 정도로, 그 양이 매우 적다. 예를 들어, 유방암의 경우 혈액 약 7.5 ㎖ 중에 약 5개 미만의 CTCs가 발견되며, 대장암의 경우, 혈액 약 7.5 ㎖ 중에 약 3개 미만의 CTCs가 발견될 수 있다. 따라서, 희소한 CTCs를 소실없이 포획하는 것이 매우 중요하다. 또한, CTCs는 쉽게 사멸되기 때문에, CTCs를 파괴할 수 있는 외부 환경 요소를 최소화해야 한다.
개시된 수력학 필터(100)는 제1포획부(60)와 제2포획부(65)에서 각각 CTCs(70, 75)를 포획할 수 있으므로, 표적 분자의 포획 가능성을 높일 수 있다. 즉, CTCs는 플렉서블한 세포막으로 둘러싸여 있어서, 그 형태가 어느 정도 변형될 수 있다. 형태가 변형되지 않은 CTCs(60)는 제1포획부(60)에서 포획될 수 있다. 반면에, 그 형태가 변형된 CTCs(65)는 제1포획부(60)를 통과하지만, 제2포획부(65)에서 포획될 수 있어서, 필터에서 걸러지지 않고 소실되는 CTCs를 줄일 수 있다. 또한, 개시된 수력학 필터(100)는 원하는 표적 분자만을 필터링할 수 있으므로, 표적 분자의 분석에 소요되는 시간을 단축할 수 있으며 다른 분자들과 재분리할 필요가 없어서 효율적이고 편리할 수 있다.
도 2a 내지 도 4는 개시된 수력학 필터(110, 115, 120, 130)의 다양한 변형예들을 도시한 개략적인 평면도이다. 도 1에 도시된 수력학 필터(100)와의 차이점을 위주로 상세하게 설명하기로 한다.
도 2a를 참조하면, 개시된 수력학 필터(110)에서 제1부분(11)의 제2돌출부(41)와 제2부분(21)의 제4돌출부(47)는 그 끝단이 뾰족한 형태가 아니라 평면으로서, 표적 분자의 크기보다 폭이 작은 통로를 형성할 수 있다. 따라서, 제2포획부(65)에서 포획된 표적 분자가 유입되는 유체의 압력을 이기지 못하고, 유체와 함께 수력학 필터(110)를 통과하는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 표적 분자가 제거된 유체만 상기 통로를 통해서 유출될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 개시된 수력학 필터(115)의 제2돌출부(41)와 제4돌출부(47)는 도 2a의 수력학 필터(110)의 제2돌출부(41)와 제4돌출부(47)의 형태와 같을 수 있다. 다만, 개시된 수력학 필터(115)의 제1돌출부(32)와 제3돌출부(38)의 끝단은 도 2a에 도시된 바와 달리 뾰족하지 않고, 뭉툭하게 마련될 수 있다. 이 경우, 표적 분자가 제1돌출부(32)와 제3돌출부(38)의 뭉툭한 끝단 사이를 지나면서, 마찰력에 의해서 그 이동 속도가 늦춰질 수 있다. 또한, 제2포획부(65)에서 포획된 표적 분자가 유체가 역류할 때, 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.
도 3을 참조하면, 개시된 수력학 필터(120)의 제1부분(13)은 제1돌출부(30) 및 제2돌출부(40)와 이격되어 마련된 제5돌출부(80)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 제2부분(23)은 제3돌출부(35) 및 제4돌출부(45)와 이격되어 마련되고, 제5돌출부(80)와 마주보는 제6돌출부(85)를 더 포함할 수 있다. 여기에서, 제5돌출부(80)와 제6돌출부(85)는 서로 이격되어 마주보며 마련될 수 있으며, 제5돌출부(80)와 제6돌출부(85) 사이의 제3거리(d3)는 필터링(filtering)하려는 표적 분자(target molecules)의 크기에 따라서 조절될 수 있다. 제5돌출부(80)와 제6돌출부(85) 사이의 제3거리(d3)는 수 ㎛ 내지 수백 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 제3거리(d3)는 1 ㎛ 내지 500 ㎛일수 있으며, 또한 제3거리(d3)는 5 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다. 한편, 제3거리(d3)는 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35) 사이의 제1거리(d1) 및 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45) 사이의 제2거리(d2) 중에서 적어도 하나의 거리보다 작거나 같을 수 있다. 예를 들어, 제1거리(d1), 제2거리(d2) 및 제3거리(d3)는 모두 같을 수 있다. 한편, 제1거리(d1), 제2거리(d2) 및 제3거리(d3)는 순차적으로 작아질 수 있다. 이 경우, 표적 분자가 개시된 수력학 필터(120)에서 포획될 가능성이 더 높아질 수 있으며, 각각의 포획부(60, 65, 67)에서 다른 크기의 표적 분자를 포획할 수도 있다.
그리고, 제3포획부(67)는 제5돌출부(80)와 제6돌출부(85)에 의해서 형성되며, 역시 표적 분자를 포획할 수 있다. 제5돌출부(80)와 제6돌출부(85)는 끝단으로 갈수록 그 폭이 좁아지게 마련되어, 상기 표적 분자가 제3포획부(67)에 의해서 잘 걸러지도록 할 수 있다. 즉, 유체에 포함된 표적 분자가 제3포획부(65)에 의해서 지지되어, 유체와 함께 수력학 필터(120)를 빠져나가지 않게 할 수 있다. 또한, 제5돌출부(80)와 제6돌출부(85)의 끝단은 뾰족한 형태로 마련될 수 있다. 제2돌출부(40)와 제5돌출부(80) 사이와 제4돌출부(45)와 제6돌출부(85) 사이는 각각 곡면으로 마련될 수 있으며, 따라서 제3포획부(67)의 공간이 넓어지고, 포획될 표적 분자의 접촉에 의한 손상을 방지할 수 있다. 한편, 제5돌출부(80)와 제6돌출부(85)로 형성된 제3포획부(67)도 장애물 구조로 지칭될 수 있다. 따라서, 개시된 수력학 필터(120)는 복수 개의 장애물 구조(multi-obstacle structure)를 구비할 수 있다.
도 4를 참조하면, 개시된 수력학 필터(130)의 제1부분(15)은 플렉서블(flexible)한 제1돌출부(31)를 포함하고, 제2부분(25)는 플렉서블한 제3돌출부(37)를 포함할 수 있다. 제1돌출부(31)와 제3돌출부(37)는 길게 연장되어 마련되어, 제1포획부(61)를 형성할 수 있다. 또한, 제1돌출부(31)와 제3돌출부(37)는 길게 연장되며, 서로 이격되어 배치되어, 유체 및 표적 분자의 유입이 용이한 구조 즉, 제2포획부(69)를 형성할 수 있다. 제2포획부(69)는 예를 들어, 심장의 판막과 같이 제2포획부(69)로 표적 분자의 유입은 용이하나, 포획된 표적 분자가 역류하여 제2포획부(69)로부터 다시 빠져나가는 것은 어려울 수 있다. 따라서, 제2포획부(69)에서 표적 분자를 포획한 뒤, 다른 유체를 더 흐르게 하는 추가 과정을 수행하는데 유용할 수 있다. 예를 들어, 제2포획부(69)에서 CTCs를 포획한 뒤, 다른 여러 유체를 더 흐르게 하는 염색(staining) 과정을 수행하는데 유용할 수 있다.
도 5a는 개시된 수력학 필터를 구비한 필터링 장치(200)의 사시도이며, 도 5b는 개시된 수력학 필터를 구비한 필터링 장치(200)의 개략적인 평면도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 개시된 수력학 필터를 구비한 필터링 장치(200)는 몸체(210)와 이와 각각 연결된 유입부(220) 및 유출부(230)를 포함할 수 있다. 유입부(220)와 유출부(230)는 몸체(210)를 사이에 두고, 서로 마주하도록 마련될 수 있다. 유입부(220)는 외부 소스(미도시)와 호스와 같은 관으로 연결되어, 표적 분자 및 유체를 몸체(210)로 유입시킬 수 있다. 그리고, 유입부(220)를 통해서 소정의 압력이 가해져서 유체가 필터링 장치(200)를 통해서 흐르도록 할 수 있다. 유입부(220)는 관 형태로서 몸체(210)와 연결되는 부분은 몸체(210)방향으로 넓어지는 테이퍼(taper) 구조일 수 있다. 한편, 유출부(230)는 필터링 장치(200)를 통과하여 걸러진 유체를 외부로 유출할 수 있으며, 상기 걸러진 유체는 다시 유입부(220)로 유입되어 필터링 장치(200)에 의한 필터링이 반복될 수 있다. 유출부(230) 역시 관 형태일 수 있으며, 몸체(210)와 연결되는 부분은 몸체(210)방향으로 넓어지는 테이퍼(taper) 구조일 수 있다.
몸체(210)는 상부 기판(미도시), 하부 기판 및 양 측벽(240, 245)을 포함할 수 있으며, 몸체(210)은 한쪽은 유입부(220)와 연결되며, 다른 한쪽은 유출부(230)와 연결될 수 있다. 그리고, 몸체(210)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 수력학 필터(100)를 복수 개 구비할 수 있다. 수력학 필터(100)는 몸체(210)에 유입된 표적 분자와 유체 중에서, 표적 분자를 필터링 할 수 있다. 복수 개의 수력학 필터(100)는 일렬로 배치되어 수력학 필터 열(sequence)을 형성할 수 있다.
그리고, 몸체(210)는 복수 개의 수력학 필터 열(250, 255)을 포함할 수 있으며, 복수 개의 수력학 필터 열(250, 255)은 유입부(220)로부터 유출부(230) 방향으로 서로 이격되어 나란하게 마련될 수 있다. 수력학 필터 열(250, 255)은 제1측벽(240)으로부터 제2측벽(245)까지 연장되어 마련될 수 있다. 한편, 수력학 필터 열(250, 255)은 제1측벽(240)으로부터 연장되어 마련되며, 제2측벽(245)과는 이격되어 배치되는 제1수력학 필터 열(250)과 제2측벽(245)으로부터 연장되어 마련되며, 제1측벽(240)과는 이격되어 배치되는 제2수력학 필터 열(255)을 포함할 수 있다. 그리고, 복수 개의 제1수력학 필터 열(250)과 복수 개의 제2수력학 필터 열(255)은 서로 교대로 엇갈리게 마련될 수 있다. 따라서, 제1측벽(240)과 제2수력학 필터 열(255) 사이 및 제2측벽(245)과 제1수력학 필터 열(250) 사이에는 바이패스(bypass)(260) 즉, 우회로가 마련될 수 있다. 또한, 몸체(210)는 바이패스(260)가 마련되지 않은 수력학 필터 열과 바이패스(260)가 마련된 수력학 필터 열을 모두 포함할 수 있다. 즉, 몸체(210)에 포함된 수력학 필터 열 중에서 일부는 제1측벽(240)으로부터 제2측벽(245)까지 연장되어 마련되어, 바이패스(260)를 구비하지 않은 수력학 필터 열일 수 있다. 그리고, 몸체(210)에 포함된 수력학 필터 열 중에서 나머지는 제1측벽(240)으로부터 연장되어 마련되며, 제2측벽(245)과는 이격되어 배치되는 제1수력학 필터 열(250)과 제2측벽(245)으로부터 연장되어 마련되며, 제1측벽(240)과는 이격되어 배치되는 제2수력학 필터 열(255)일 수 있다. 이 경우, 제1수력학 필터 열(250)과 제2수력학 필터 열(255)은 바이패스(260)를 구비할 수 있다. 바이패스(bypass) 구조(260)에 대해서는 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 또한, 복수 개의 수력학 필터(100)는 어레이 형태로 몸체(210)에 구비될 수 있다. 한편, 몸체(210)는 도 2 내지 도 4에 도시된 수력학 필터(110, 120, 130) 중에서 선택된 적어도 하나의 형태의 필터를 구비할 수도 있다.
도 6a 및 도 6b는 개시된 필터링 장치(200)에 구비된 수력학 필터 열(250, 255)을 확대하여 도시한 것이다.
도 6a를 참조하면, 제1수력학 필터 열(250)은 제1측벽(240)으로부터 제2측벽(245) 방향으로 연장되어 마련되며, 복수 개의 수력학 필터(100)를 포함할 수 있다. 즉, 제1수력학 필터 열(250)은 서로 이격되어 마련된 복수 개의 수력학 필터(100)를 포함할 수 있다. 유체는 수력학 필터(100)를 통해서, 그리고 복수 개의 수력학 필터(100)들 사이로 흐를 수 있다. 제1수력학 필터 열(250)은 제1측벽(240)으로부터 제2측벽(245)까지 연장되어 마련될 수 있다. 한편, 제1수력학 필터 열(250)은 도 6a에 도시된 바와 같이, 제1측벽(240)으로부터 연장되어 마련되데, 제2측벽(245)과 이격되어 배치될 수 있다. 이 경우에, 제1수력학 필터 열(250)과 제2측벽(245) 사이에는 통로가 마련될 수 있는데, 이를 바이패스(260)라고 할 수 있다. 제1수력학 필터 열(250)에 포함된 수력학 필터(100)가 모두 표적 분자를 포획하거나, 다른 분자들에 의해서 막히게 되면, 유체는 바이패스(260)를 통해서 다음에 배치된 수력학 필터 열 또는 유출부(도 5b의 230)를 향해서 흐를 수 있다.
도 6b를 참조하면, 제2수력학 필터 열(255)은 제2측벽(245)으로부터 제1측벽(240) 방향으로 연장되어 마련되며, 복수 개의 수력학 필터(100)를 포함할 수 있다. 즉, 제2수력학 필터 열(255)은 서로 이격되지 않고, 붙어서 배치된 복수 개의 수력학 필터(100)를 포함할 수 있다. 유체는 복수 개의 수력학 필터(100)를 통해서 흐를 수 있다. 제2수력학 필터 열(255)은 제2측벽(245)으로부터 제1측벽(240)까지 연장되어 마련될 수 있다. 한편, 제2수력학 필터 열(255)은 도 6b에 도시된 바와 같이, 제2측벽(245)으로부터 연장되어 마련되데, 제1측벽(240)과 이격되어 배치될 수 있다. 따라서, 제2수력학 필터 열(255)과 제1측벽(240) 사이에는 통로가 마련될 수 있는데, 이를 바이패스(260)라고 할 수 있다. 제2수력학 필터 열(255)에 포함된 수력학 필터(100)가 모두 표적 분자를 포획하거나, 다른 분자들에 의해서 막히게 되면, 표적 분자를 포함하는 유체는 바이패스(260)를 통해서 다음에 배치된 수력학 필터 열 내지 유출부(도 5b의 230)를 향해서 흐를 수 있다.
도 7a 내지 도 7b는 개시된 필터링 장치(200)에서의 유체의 흐름을 도시한 것이다.
도 7a를 참조하면, 수력학 필터 열(250, 255)에 포함된 수력학 필터(100)들이 표적 분자와 그 이외의 분자들을 포획하지 않은 경우의 유체의 흐름이 도시되어 있다. 표적 분자를 포획하지 않은 수력학 필터(100)들을 유체가 쉽게 통과할 수 있으므로, 전체적인 유체의 흐림이 원할한 것을 볼 수 있다.
도 7b를 참조하면, 수력학 필터 열(250, 255) 중에서 어느 하나의 수력학 필터 열(257)에 포함된 수력학 필터(100)들이 표적 분자와 그 이외의 분자들을 포획한 경우의 유체의 흐름이 도시되어 있다. 표적 분자와 그 이외의 분자들로 막혀버린 수력학 필터 열(257)은 하나의 벽을 형성하여, 유체의 흐름을 방해할 수 있다. 이때 유체는 수력학 필터 열(257)과 제1측벽(240) 또는 제2측벽(245) 사이에 마련된 바이패스(260)를 통해서 흐를 수 있으며, 계속하여 수력학 필터 열(250, 255)에 포함된 수력학 필터(100)들은 표적 분자를 포획할 수 있다. 바이패스(260)가 마련되지 않은 경우에는 수력학 필터 열(250, 255) 중에서 어느 하나의 수력학 필터 열(257)가 막히면, 유체가 필터링 장치(200)를 흐를 수 없어서 더 이상 필터로서 작용할 수 없다. 하지만, 개시된 필터링 장치(200)는 수력학 필터 열(250, 255)과 제1측벽(240) 또는 제2측벽(245) 사이에 마련된 바이패스(260)를 구비하여 이런 문제점을 방지할 수 있다.
도 7c를 참조하면, 수력학 필터 열(257)에 포함된 모든 수력학 필터(100)들이 표적 분자와 그 이외의 분자들을 포획한 경우의 유체의 흐름이 도시되어 있다. 모든 수력학 필터 열(257)이 표적 분자와 그 이외의 분자들로 막혀버려서, 유체는 수력학 필터 열(257)과 바이패스(260)를 따라서 흐르게 된다.
도 8은 개시된 필터링 장치(300)의 변형예를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 필터링 장치(200)와의 차이점을 위주로 상세하게 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 개시된 필터링 장치(300)는 복수 개의 영역을 포함하는 몸체(210)를 구비할 수 있으며, 복수 개의 영역에 포함된 수력학 필터(100)의 크기는 서로 다를 수 있다. 여기에서, 수력학 필터(100)의 크기는 제1돌출부(30)와 제3돌출부(35) 사이의 제1거리(d1) 또는 제2돌출부(40)와 제4돌출부(45) 사이의 제2거리(d2)일 수 있다. 예를 들어, 유입부(220) 근처의 영역에 마련된 수력학 필터(100)의 크기는 유출부(230) 근처의 영역에 마련된 수력학 필터(100)의 크기보다 크거나 작을 수 있다. 예를 들어, 도 8에서는 몸체(210)가 제1영역(211), 제2영역(213) 및 제3영역(215)을 포함하고 있으며, 제1영역(211), 제2영역(213) 및 제3영역(215)에 포함된 수력학 필터(100)의 크기는 순차적으로 크거나 작을 수 있다. 즉, 제1영역(211)에 포함된 수력학 필터(100)의 크기는 수백 ㎛일 수 있으며, 제2영역(213)에 포함된 수력학 필터(100)의 크기는 수십 ㎛일 수 있고, 제3영역(215)에 포함된 수력학 필터(100)의 크기는 수 ㎛일 수 있다. 따라서, 개시된 필터링 장치(300)는 몸체(210)에 포함된 각 영역마다 다른 크기의 표적 분자를 포획할 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 개시된 수력학 필터에 의한 필터링 방법을 설명하기 위한 수력학 필터(100)의 개략적인 평면도이다.
개시된 필터링 방법은 도 1a 내지 도 4에 도시된 수력학 필터(100, 110, 120, 130)에 표적 분자가 포함된 유체를 유입시키는 단계, 수력학 필터(100, 110, 120, 130)에서 상기 표적 분자를 포획하는 단계 및 상기 표적 분자가 포획된 나머지 유체를 수력학 필터(100, 110, 120, 130)의 외부로 유출시키는 단계를 포함할 수 있다. 그리고, 도 9a를 참조하면 개시된 필터링 방법은 상기 유체를 수력학 필터(100)에 유입시키기 전에, 표적 분자(70)에 적어도 하나의 비드(90)를 붙이는 단계를 더 포함할 수 있다. 비드(90)는 표적 분자(70)에만 선택적으로 또는 특이적으로 부착될 수 있다. 비드(90)가 붙은 표적 분자(70)는 크기가 더 커져서 제1포획부(60) 또는 제2포획부(65)에서 포획될 가능성이 더 높아질 수 있다. 그리고, 표적 분자(70)가 CTCs인 경우, 복수 개의 비드(90)들에 의해서 CTCs의 세포막의 탄성 변형이 어렵기 때문에, 포획된 비드(90)가 부착된 CTCs는 제2포획부(65)로부터 빠져나오기 더 어려울 수 있다.
반면에, 도 9b를 참조하면, 혈액에 포함된 다른 세포들 예를 들어, 백혈구(white blood cell, WBC) 또는 적혈구(red blood cell, RBC)들에는 비드(90)가 비특이적이기 때문에 부착되지 않는다. 따라서, 세포의 크기가 수력학 필터(100)의 크기보다 작은 백혈구 또는 적혈구는 수력학 필터(100)에 걸리지 않고 그대로 통과할 수 있다. 다만, 그 크기가 수력학 필터(100)의 크기보다 큰 백혈구는 제1포획부(60) 또는 제2포획부(65)에 일시적으로 포획될 수 있다. 그러나, 백혈구는 플렉서블한 세포막으로 둘러싸여 있어서 탄성 변형되기 용이하다. 따라서, 수력학 필터(100)에 유입되는 유체의 압력이 높아지면 수력학 필터(100)의 크기보다 큰 백혈구는 변형되어 제1포획부(60) 또는 제2포획부(65)로부터 쉽게 빠져나갈 수 있다.
다른 개시된 필터링 방법은 도 7a 및 도 7b에 도시된 필터링 장치(200)의 몸체(210)에 유입부(220)를 통해서 표적 분자가 포함된 유체를 유입시키는 단계, 몸체(210)에 포함된 수력학 필터(도 1의 100)에서 상기 표적 분자를 포획하는 단계 및 상기 표적 분자가 포획된 나머지 유체를 유출부(230)를 통해서 필터링 장치(200)의 외부로 유출시키는 단계를 포함할 수 있다. 여기에서, 개시된 필터링 방법은 도 7a 및 도 7b에 도시된 필터링 장치(200) 대신에 도 8에 도시된 필터링 장치(300)를 사용할 수 있다.
그리고, 도 9a를 참조하면 개시된 필터링 방법은 상기 유체를 필터링 장치(200)에 유입시키기 전에, 표적 분자(70)에 적어도 하나의 비드(90)를 붙이는 단계를 더 포함할 수 있다. 비드(90)는 표적 분자(70)에만 선택적으로 또는 특이적으로 부착될 수 있다. 비드(90)가 붙은 표적 분자(70)는 크기가 더 커져서 제1포획부(60) 또는 제2포획부(65)에서 포획될 가능성이 더 높아질 수 있다. 그리고, 표적 분자(70)가 CTCs인 경우, 복수 개의 비드(90)들에 의해서 CTCs의 세포막의 탄성 변형이 어렵기 때문에, 포획된 비드(90)가 부착된 CTCs는 제2포획부(65)로부터 빠져나오기 더 어려울 수 있다. 반면에, 도 9b를 참조하면, 혈액에 포함된 다른 세포들 예를 들어, 백혈구(white blood cell, WBC) 또는 적혈구(red blood cell, RBC)들에는 비드(90)가 비특이적이기 때문에 부착되지 않는다. 따라서, 세포의 크기가 수력학 필터(100)의 크기보다 작은 백혈구 또는 적혈구는 수력학 필터(100)에 걸리지 않고 그대로 통과할 수 있다.
이러한 본 발명인 수력학 필터, 이를 구비한 필터링 장치 및 이에 의한 필터링 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10, 11, 13, 15: 제1부분 20, 21, 23, 25: 제2부분
30, 31: 제1돌출부 40, 41: 제2돌출부
35, 37: 제3돌출부 45, 47: 제4돌출부
80: 제5돌출부 85: 제6돌출부
70, 75: 표적 분자 90: 비드
100, 110, 120, 130: 수력학 필터 200, 300: 필터링 장치
210: 몸체 220: 유입부
230: 유출부 240, 245:제1 및 제2측벽
250, 255: 제1 및 제2수력학 필터 열 260: 바이패스

Claims (22)

  1. 제1측 방향으로 돌출되어 마련된 제1 돌출부와 제2 돌출부를 포함하는 제1부분; 및
    상기 제1부분과 마주보고 이격되어 배치되며, 상기 제1부분을 향하여 돌출되고 상기 제1부분의 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부 각각에 서로 대응하도록 마련된 제3 돌출부와 제4 돌출부를 포함하는 제2부분;
    상기 제1 돌출부와 상기 제3 돌출부에 의해 형성되며, 표적 분자를 포획하는 제1 포획부; 및
    상기 제1 내지 제4 돌출부에 의해 형성되며, 표적 분자를 포획하는 제2 포획부;를 포함하는 수력학 필터.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 돌출부는 끝단으로 갈수록 그 폭이 작아지는 수력학 필터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1부분의 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부 사이 및 상기 제2부분의 상기 제3 돌출부와 상기 제4 돌출부 사이는 각각 곡면으로 마련되는 수력학 필터.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1돌출부 및 상기 제3돌출부 사이의 제1거리는 5 ㎛ 내지 100 ㎛인 수력학 필터.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제2돌출부 및 상기 제4돌출부 사이의 제2거리는 5 ㎛ 내지 100 ㎛인 수력학 필터.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1돌출부 및 상기 제3돌출부 사이의 제1거리는 상기 제2돌출부 및 상기 제4돌출부 사이의 제2거리보다 크거나 같은 수력학 필터.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1돌출부와 상기 제3돌출부는 플렉서블하고, 유체와 표적 분자의 유입이 용이한 구조를 형성하는 수력학 필터.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1부분은 상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부와 이격되어 마련된 제5돌출부를 더 포함하고, 상기 제2부분은 상기 제3 돌출부 및 제4 돌출부와 이격되어 마련되고, 상기 제5 돌출부와 마주보는 제6돌출부를 더 포함하는 수력학 필터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제5돌출부 및 상기 제6돌출부 사이의 제3거리는 상기 제2돌출부 및 상기 제4돌출부 사이의 제2거리보다 작거나 같은 수력학 필터.
  11. 제 1 항, 제 3항 내지 제 10 항 중에서 어느 한 항에 따른 수력학 필터를 복수 개 구비하고, 유입된 표적 분자를 포함하는 유체를 필터링하는 몸체;
    상기 몸체와 연결되어, 상기 몸체에 상기 유체를 유입시키는 유입부; 및
    상기 몸체에 연결되어, 필터링된 유체를 상기 몸체로부터 유출시키는 유출부;를 포함하는 필터링 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수 개의 수력학 필터는 일렬로 배치되어 수력학 필터 열(sequence)을 형성하는 필터링 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수 개의 수력학 필터는 어레이 형태로 마련된 필터링 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 수력학 필터 열을 복수 개 포함하고, 상기 복수 개의 수력학 필터 열은 상기 유입부로부터 상기 유출부 방향으로 서로 이격되어 나란하게 마련된 필터링 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 수력학 필터 열에 포함된 상기 수력학 필터의 크기는 상기 유입부로부터 상기 유출부 방향으로 갈수록 점점 작아지는 필터링 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 수력학 필터 열은 상기 몸체의 한 측벽으로부터 다른 측벽까지 연장되어 마련된 필터링 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 수력학 필터 열은 상기 몸체의 상기 한 측벽으로부터 연장되어 마련되며,상기 다른 측벽과는 이격되어 배치되는 필터링 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 수력학 필터 열은 상기 한 측벽으로부터 연장되어 마련되며, 상기 다른 측벽과는 이격되어 배치되는 제1수력학 필터 열과 상기 다른 측벽으로부터 연장되어 마련되고, 상기 한 측벽과 이격되어 배치되는 제2수력학 필터 열을 포함하고, 상기 제1 및 제2수력학 필터 열은 서로 교대로 엇갈리게 마련된 필터링 장치.
  19. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 10 항 중에서 어느 한 항에 따른 수력학 필터에 표적 분자가 포함된 유체를 유입시키는 단계;
    상기 수력학 필터에서 상기 표적 분자를 포획하는 단계; 및
    상기 표적 분자가 포획된 나머지 유체를 상기 수력학 필터의 외부로 유출시키는 단계;를 포함하는 필터링 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 유체를 상기 수력학 필터에 유입시키기 전에, 상기 표적 분자에 비드를 붙이는 단계를 더 포함하는 필터링 방법.
  21. 제 11 항에 따른 필터링 장치의 상기 몸체에 상기 유입부를 통해서 상기 표적 분자가 포함된 상기 유체를 유입시키는 단계;
    상기 몸체에 포함된 상기 수력학 필터에서 상기 표적 분자를 포획하는 단계; 및
    상기 표적 분자가 포획된 나머지 유체를 상기 유출부를 통해서 상기 필터링 장치의 외부로 유출시키는 단계;를 포함하는 필터링 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 유체를 상기 필터링 장치에 유입시키기 전에, 상기 표적 분자에 비드를 붙이는 단계를 더 포함하는 필터링 방법.
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