KR101985441B1

KR101985441B1 - 세포 전처리칩 및 이를 이용한 세포 전처리 방법

Info

Publication number: KR101985441B1
Application number: KR1020180010633A
Authority: KR
Inventors: 김세일
Original assignee: 주식회사 페라메드
Priority date: 2018-01-29
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2019-06-03

Abstract

본 발명은 세포가 포함된 용액에서 세포를 분리하여 회수하는 작업과 세포가 분리되어 멤브레인의 미세 구멍 사이즈에 맞춰서 세포가 걸러진 용액을 포집하여 회수하는 작업을 선택적으로 수행할 수 있는 세포 전처리칩 및 이를 이용한 세포 전처리 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 세포 전처리칩은, 세포가 포함된 용액에서 세포는 걸러내고 용액을 통과시키는 복수의 미세 구멍이 상하로 관통되게 형성되어 있는 멤브레인; 상기 멤브레인이 놓여지는 멤브레인 안착부, 상기 멤브레인 안착부의 하부에 하측으로 돌출되게 형성되며 멤브레인을 통과하면서 세포가 분리된 용액이 하측으로 유동하도록 안내하는 복수의 배출공이 형성되어 있는 용액가이드를 포함하는 멤브레인 서포터; 및, 상기 용액가이드의 하측에 배치되어 용액가이드로부터 낙하하는 용액을 흡수하여 포집하는 흡수재;를 포함한다.

Description

세포 전처리칩 및 이를 이용한 세포 전처리 방법{CELL PRE-PROCESSING SEPARATION CHIP AND ITS SEPARAION METHOD OF CELL}

본 발명은 세포 전처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 별도의 외부 전압을 인가 및 유지할 필요 없이 세포가 포함된 용액에서 세포를 분리하여 회수하는 작업과 특정 세포가 멤브레인의 미세 구멍 사이즈에 맞춰서 걸러진 용액을 포집하여 회수하는 작업을 선택적으로 수행할 수 있는 세포 전처리칩 및 이를 이용한 세포 전처리 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 세포 전처리칩 및 이를 이용한 세포 전처리 방법은 세포의 분리와 회수, 멤브레인의 미세 구멍 사이즈에 맞춰서 걸러진 용액의 분리와 회수를 통해 질병, 오염, 감염에 대한 의료 진단이나 현장 진단, 분석이 가능한 집적화된 랩온어칩(Lap-on-a-chip)에 응용할 수 있다.

일반적으로, 생화학 시료는 이종 이상의 물질이 혼재되어 존재하기 때문에 원하는 성분만을 분석하거나, 혼합물에서 특정 성분만을 정제하기 위한 분리 기술은 시료의 전처리 과정에서 매우 중요하다.

특히, 미세 유로, 혼합기, 펌프, 밸브 등을 단일 칩에 집적화하여 소량의 시료를 고속, 고효율로 처리하고자 하는 개념인 랩온어칩(Lab-on-a-chip)에서도 정제 및 분리와 같은 시료 준비 과정은 하위 분석 과정에 앞서 선행되어야 할 핵심 기술이다.

또한, 생물학 또는 의학적 분석에 있어 중요한 세포에 기반한 임상 진단(Cell-based diagnostics)은 혈액 분석, 세포 연구, 미생물 분석, 그리고 조직 이식으로 이루어진다. 최근 세포 연구 및 세포 분석, 그리고 단백질과 DNA 분석 기술 발전에 의하여 이러한 임상 진단 절차를 미세유체소자(Micro fluidic Device)의 형태로 단일화 및 집적화하려는 연구가 선행되고 있다.

여기서, 임상 진단을 위한 미세유체소자는 분석의 대상인 세포의 분리, 관찰, 그리고 분리된 세포의 용해 과정을 거쳐 추출한 단백질 및 DNA를 분석하는 일련의 절차가 통합된 단일 소자를 의미한다. 이종 이상의 세포가 혼재된 시료에서 분석하고자 하는 세포의 분리 과정은 정확한 임상정보를 얻기 위하여 필수적이다. 이를 위해 세포 고유의 물리적 특성과 화학적 특성의 차이를 이용하는 미세유체역학(Micro fluidics)에 기반한 세포 분리 방법이 제시되었다.

이를 위한 유전 영동(dielectrophoresis) 분리법은 불균일한 전기장에 세포를 노출시켜 전기적 특성에 따라 나타나는 유전 영동력의 차이를 이용하는데, 미국 특허 제6,641,708호에서 속도 프로파일을 형성하는 박막형 챔버(Chamber)로 백혈구를 분리하는 방법을 제시하고 있으며, 또한 유전 영동력을 증폭시킬 수 있는 마커 입자를 세포에 특이적으로 접합시킴으로써 희귀 세포를 고효율적으로 분리할 수 있는 방법(PNAS 102; 15757, 2005)이 발표된 바 있다.

그러나, 유전 영동은 비극성 분자 및 세포를 전처리 과정없이 분리할 수 있지만, 세포 배지와 같은 전해질 용액 내에서 전기 분해를 일으킬 수 있기 때문에 세포 친화적인 용액을 분리 용액으로 사용할 수 없고, 세포가 함유된 생물학 시료의 경우에는 인가된 전압에 의하여 세포의 활성도가 좌우되기 때문에 분리 수확물을 세포 치료용의 목적으로 사용할 수 없는 문제점이 있다.

한편, 수동적 분리 방법은 외부 전기장을 이용하는 유전 영동과 다르게 세포의 밀도 및 크기의 차이를 이용하여 시료 공급을 위한 유동 에너지로 세포를 분리한다. 이와 같은 수동적 분리 방법에서의 세포 분리칩의 구조는 복잡하지 않아 제조가 용이하면서도, 세포를 효율적으로 분리할 수 있어야 한다.

따라서, 별도의 외부 전압을 인가 및 유지할 필요 없이 세포가 포함된 용액을 흡수함으로써 용액 중 세포만을 효율적으로 수집/분리할 수 있는 세포 전처리칩이 요구되고 있다.

또한 기존의 세포 분리 기술은 세포의 분리만 고려하여 제작되기 때문에 세포가 분리된 용액을 회수하여 분석하기가 곤란한 문제가 있다.

등록특허 제10-0912530호(2009.08.10. 등록) 공개특허 제10-2016-0092036호(2016.08.03. 공개) 일본 공개특허 제2011-95164호(2011.05.12. 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 별도의 외부 전압을 인가 및 유지할 필요 없이 세포가 포함된 용액에서 세포를 효율적으로 분리할 수 있는 세포 전처리칩 및 이를 이용한 세포 전처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 세포가 포함된 용액에서 세포를 분리하는 작업과 멤브레인의 미세 구멍 크기에 맞춰서 세포가 걸러진 용액을 포집하여 회수하는 작업을 선택적으로 수행할 수 있는 세포 전처리칩 및 이를 이용한 세포 전처리 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 세포 전처리칩은, 세포가 포함된 용액에서 세포는 걸러내고 용액을 통과시키는 복수의 미세 구멍이 상하로 관통되게 형성되어 있는 한 개 이상의 멤브레인; 상기 멤브레인이 놓여지는 멤브레인 안착부, 상기 멤브레인 안착부의 하부에 하측으로 돌출되게 형성되며 멤브레인을 통과하면서 세포가 분리된 용액이 하측으로 유동하도록 안내하는 복수의 배출공이 형성되어 있는 용액가이드를 포함하는 멤브레인 서포터; 및, 상기 용액가이드의 하측에 배치되어 용액가이드로부터 낙하하는 용액을 흡수하여 포집하는 흡수재;를 포함할 수 있다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 본 발명의 세포 전처리칩은, 상기 멤브레인 서포터의 상부에 분리 가능하게 적층되는 펌프커버와, 상기 멤브레인의 상측에서 상기 펌프커버에 상측으로 볼록하게 형성되며 유연한 수지 재질로 되어 외력에 의해 하측으로 눌려지면서 멤브레인에 압력을 가하는 펌핑부를 포함하는 펌프부재를 더 포함할 수 있다.

상기 펌프커버와 펌핑부는 개별체로 되어 펌핑부의 하단부가 펌프커버에 형성되어 있는 구멍의 내주연부에 끼워져 고정될 수 있다.

상기 멤브레인 서포터의 테두리를 따라 단턱이 상측으로 돌출되게 형성되고, 상기 펌프커버는 상기 단턱 내측으로 삽입되면서 단턱의 내측면에 연접할 수 있다.

본 발명의 다른 한 형태에 따른 세포 전처리칩은, 상기 멤브레인 서포터의 하부에 분리 가능하게 적층되며, 상기 흡수재가 놓여져 지지되는 흡수재 서포터를 더 포함할 수 있다.

상기 흡수재 서포터에는 상기 흡수재가 놓여지는 수용홈이 하측으로 오목하게 형성되고, 상기 멤브레인 서포터의 용액가이드는 상기 수용홈 내측으로 삽입될 수 있다.

상기 멤브레인 서포터의 용액가이드는 하측으로 뾰족한 원추형으로 된 것이 바람직하다.

그리고 상기 멤브레인은 소정의 직경을 갖는 복수의 미세 구멍이 형성되어 있는 제1멤브레인과, 상기 제1멤브레인의 직경보다 작은 직경을 갖는 복수의 미세 구멍이 형성되어 있는 제2멤브레인을 포함할 수 있다.

상술한 것과 같은 본 발명에 따른 세포 전처리칩을 이용하여 세포를 멤브레인에 분리하는 세포 전처리 방법은,

멤브레인 서포터의 멤브레인 안착부에 멤브레인을 안착시키고, 멤브레인 서포터의 하측에 흡수재를 적층하는 단계;

상기 멤브레인에 세포가 포함된 용액을 투여하는 단계;

멤브레인의 미세 구멍 크기에 따라 멤브레인에 세포 및 파티클이 걸러져서 분리되고, 멤브레인의 미세 구멍 크기보다 작은 크기의 파티클이 포함된 용액이 용액가이드를 따라 낙하하여 흡수재에 포집되는 단계; 및

상기 멤브레인을 회수하는 단계;

를 포함한다.

본 발명의 다른 한 형태에 따른 전처리 방법은,

멤브레인 서포터의 하측에서 흡수재를 제거하고 멤브레인 서포터의 하측에 용액회수부재를 배치하는 단계;

멤브레인 서포터에 멤브레인을 안착시키고 멤브레인 위에 세포가 포함된 용액을 투여하는 단계;

멤브레인 서포터의 상부에 펌프부재를 적층하는 단계;

펌프부재를 작동시켜 하측으로 공기압을 가하여 멤브레인에 공기압을 가하는 단계;

멤브레인의 미세 구멍 크기에 따라 멤브레인에 세포 및 파티클이 걸러져서 분리되고, 멤브레인의 미세 구멍 크기보다 작은 크기의 파티클이 포함된 용액이 용액가이드를 따라 낙하하여 용액회수부재에 포집되는 단계; 및,

상기 용액회수부재의 용액을 진단 및 분석하거나, 진단 및 분석을 위한 다른 용기로 전달하는 단계;

를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 별도의 외부 전압을 인가 및 유지할 필요 없이 세포가 포함된 용액에서 세포 또는 멤브레인의 미세 구멍 사이즈에 맞춰서 걸러진 용액을 단시간 내에 분리 진단이 가능하게 되는 효과가 있다.

또한, 세포 연구에 편의성과 연구 대상의 기계적인 손실을 억제하고 다양한 질병 진단을 위한 바이오 컨텐츠 개발에서의 시료 전처리 부분을 보완할 수 있는 효과가 있다.

특히 세포 전처리칩을 이용하여 세포가 포함된 용액에서 세포를 분리하여 회수하거나, 세포가 포함된 용액에서 멤브레인의 미세 구멍 사이즈에 맞춰서 세포가 걸러진 용액을 분리하여 회수할 때 펌프부재를 멤브레인 서포트의 상측에 적층하여 사용할 경우, 점도가 높거나 세포 밀도가 높은 용액에서 세포를 분리할 때에도 원활하고 신속하게 세포 분리 작업을 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 세포 전처리칩 및 이를 이용한 세포 전처리 방법은 세포의 분리와 회수, 멤브레인의 미세 구멍 사이즈에 맞춰서 세포가 걸러진 용액의 분리와 회수를 통해 질병, 오염, 감염에 대한 의료 진단이나 현장 진단, 분석이 가능한 집적화된 랩온어칩(Lap-on-a-chip)에 응용할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 전처리칩의 구성을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 세포 전처리칩의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 세포 전처리칩을 구성하고 있는 멤브레인 서포터 및 제1멤브레인과 제2멤브레인을 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제1멤브레인과 제2멤브레인의 일부분에 대한 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 세포 전처리칩을 이용하여 세포 전처리 방법을 수행하는 일 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 6는 본 발명의 세포 전처리칩을 이용하여 세포 전처리 방법을 수행하는 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 펌프부재를 갖는 세포 전처리칩의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펌프부재를 갖는 세포 전처리칩의 단면도이다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 세포 전처리칩 및 이를 이용한 세포 전처리 방법을 후술된 실시예들에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 전처리칩의 구성을 나타낸다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 세포 전처리칩은 한 개 이상의 멤브레인과, 상기 멤브레인이 놓여져 지지되는 멤브레인 서포터(20), 멤브레인 서포터(20)의 하측에서 세포가 분리된 용액을 흡수하는 흡수재(30), 흡수재(30)를 지지하는 흡수재 서포터(40), 멤브레인 서포터(20)의 상부에 적층되게 설치되는 펌프부재(50)를 포함한다.

멤브레인은 세포가 포함된 용액에서 일정 크기 이상의 세포 및 파티클은 걸러내고 그 이하 크기의 파티클이 포함된 용액을 하측으로 분리하여 배출할 수 있도록 다수의 미세 구멍이 형성되어 있는 얇은 다공성 필름(film) 또는 메쉬(mesh)로 이루어진다. 이 실시예에서는 3개의 멤브레인(11, 12, 13)이 적층되어 사용되는 것으로 예시하고 있으나, 이와 다르게 단 하나의 멤브레인만 사용하거나, 2개의 멤브레인만 적층하여 사용할 수도 있을 것이다. 이해를 돕기 위해 가장 하측에 적층되는 멤브레인부터 순차적으로 제1멤브레인(11), 제2멤브레인(12), 제3멤브레인(13)으로 명하여 설명한다.

이 실시예와 같이 복수의 멤브레인(11, 12, 13)을 겹쳐서 사용하는 경우 각각의 멤브레인에 형성되는 미세 구멍의 크기는 모두 다른 것을 사용하거나, 1개 이상을 서로 동일한 종류의 멤브레인으로 사용할 수 있다.

도 4에 도시한 것과 같이 제1멤브레인(11)은 제2멤브레인(12) 및 제3멤브레인(13)에서 걸러내지 못한 세포를 걸러낼 수 있도록 제2멤브레인(12) 및 제3멤브레인(13)보다 작은 직경을 갖는 복수의 미세 구멍이 형성되어 있다. 좀 더 구체적으로 제1멤브레인(11)은 상부 영역과 하부 영역으로 분리하여 정의할 수 있다. 세포가 포함된 용액이 제1멤브레인(11)의 상부 영역과 접촉하게 되면 세포가 포함된 용액 중 일정 크기 이상의 세포 및 파티클은 제1멤브레인(11)의 상부 영역의 미세 구멍을 통과하지 못하여 제1멤브레인(11)의 상면에 남게 되고, 제1멤브레인(11) 상부 영역의 미세 구멍 사이즈에 맞춰서 세포 및 파티클이 걸러진 용액은 제1멤브레인(11)의 하부 영역의 미세구멍을 통과하게 된다.

제1멤브레인(11)의 상부 영역은 대략 5㎛ 이하의 직경, 예를 들어 2~3㎛을 갖는 미세 구멍을 포함할 수 있으며, 제1멤브레인(11)의 하부 영역은 대략 5㎛ 이상의 직경을 갖는 미세 구멍을 포함할 수 있다. 다만, 제1멤브레인(11)의 상부 영역과 하부 영역이 포함하는 구멍의 직경은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 당업자가 용이하게 도출할 수 있는 범위 내에서 어느 정도의 변경은 가능한 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한, 실시예에 따라 상기 멤브레인은 Vivid^TM Plasma Separation Membrane일 수 있다.

제2멤브레인(12) 및 제3멤브레인(13)에는 대략 10㎛ 이상의 크기(직경)를 갖는 복수의 미세 구멍이 상하로 관통되게 형성되어 있다. 제2멤브레인(12)과 제3멤브레인(13)은 동일한 종류를 사용할 수도 있으나, 제3멤브레인(13)의 미세 구멍의 직경이 제2멤브레인(12)의 미세 구멍의 직경보다 큰 것을 사용할 수도 있다.

상기 제1멤브레인(11), 제2멤브레인(12), 제3멤브레인(13)은 PVdF(polyvinylidene fluoride), 나일론(nylon), 니트로셀룰로오스(nitrocellulose), PU(polyurethane), PC(polycarbonate), PS(polystyrene), PLA(polylatic acid), PAN(polyacrylonitrile), PLGA,(polylactic-co-glycolic acid), PEI(polyethyleneimine), PPI(polypropyleneimine), PMMA (Polymethyl methacrylate), PVC (polyvinylcholride), PVAc(polyvinylacetate), 및 폴리스티렌 디비닐벤젠 공중합체(Polystylene divinylbenzene copolymer)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 조합으로 만들어질 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 멤브레인 서포터(20)는 사각형 등의 다각형, 원형이나 타원형 등 다양한 형태의 평판이나 블록으로 이루어지거나, 다양한 형태를 갖는 얇은 필름(film)으로 이루어지며, 멤브레인과 마찬가지로 PVdF(polyvinylidene fluoride), 나일론(nylon), 니트로셀룰로오스(nitrocellulose), PU(polyurethane), PC(polycarbonate), PS(polystyrene), PLA(polylatic acid), PAN(polyacrylonitrile), PLGA,(polylactic-co-glycolic acid), PEI(polyethyleneimine), PPI(polypropyleneimine), PMMA (Polymethyl methacrylate), PVC (polyvinylcholride), PVAc(polyvinylacetate), 폴리스티렌 디비닐벤젠 공중합체(Polystylene divinylbenzene copolymer), PP(Polypropylene), PE(polyethylene), PET(PolyethylenEterephthalate), ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer) 등의 수지를 사용하여 만들어질 수 있다.

멤브레인 서포터(20)의 중앙부에는 제1멤브레인(11) 및 제2멤브레인(12), 제3멤브레인(13)이 순차적으로 놓여지는 멤브레인 안착부(21)가 형성되고, 멤브레인 안착부(21)의 하부에 제3멤브레인(13)과 제2멤브레인(12), 제1멤브레인(11)을 순차적으로 통과하면서 세포 및 파티클이 분리된 용액이 하측으로 유동하도록 안내하는 복수의 배출공(22a)이 형성되어 있는 용액가이드(22)가 하측으로 돌출되게 형성되어 있다.

멤브레인 서포터(20)의 양측면부에는 사용자가 손으로 용이하게 잡을 수 있도록 오목한 홈(24)이 형성될 수 있다.

용액가이드(22)는 하측으로 뾰족한 원추형으로 되어 용액을 중앙의 첨단부로 유도하여 배출한다. 용액가이드(22)의 외면은 직선형으로 이루어질 수도 있으나, 도 2에 도시한 것처럼 곡선형으로 이루어질 수 있다. 용액가이드(22)가 직선형으로 이루어질 경우 경사각은 대략 15°~ 60°인 것이 용액의 원활한 배출을 위해 바람직하다. 용액가이드(22)의 배출공(22a)은 반경방향 외측에서부터 중앙부로 연장되면서 첨단부에서 수렴하는 형태를 갖는다.

멤브레인 서포터(20)의 상부에 상기 펌프부재(50)가 적층될 때 펌프부재(50)가 멤브레인 서포터(20)에 정확하게 안착되고, 펌프부재(50)에 의해 하측으로 공기압이 가해질 때 세포가 포함된 용액이 멤브레인 서포터(20)의 외측으로 튀지 않도록 하기 위하여 멤브레인 서포터(20)의 테두리를 따라 단턱(23)이 상측으로 돌출되게 형성되고, 펌프커버(51)가 상기 단턱(23)의 내측으로 삽입되면서 단턱(23)의 내측면에 연접하게 하는 것이 바람직하다.

흡수재(30)는 흡수재 서포터(40)의 중앙부에 하측으로 오목하게 형성되어 있는 수용홈(41) 내측에 수용되어 멤브레인 서포터(20)의 용액가이드(22)를 따라 낙하하는 용액을 흡수하여 포집한다. 이를 위해 흡수재(30)는 필터 페이퍼(filter paper) 또는 유리 섬유(glass fiber), 부직포(non-woven fabric) 등으로 구성될 수 있으나, 이외에도 poly vinyl alcohol(PVA), poly ethylene oxide(PEO), poly acrylamide의 다공성 수지재나 모래의 등으로 이루어질 수도 있을 것이다.

흡수재(30)는 세포가 포함된 용액으로부터 세포를 분리하여 회수할 경우에만 사용하고, 세포가 포함된 용액에서 멤브레인의 미세 구멍 사이즈에 맞춰서 세포가 걸러진 용액을 회수할 경우에는 사용되지 않을 수 있다.

흡수재 서포터(40)는 멤브레인 서포터(20)의 하측에 분리 가능하게 적층되며, 멤브레인 서포터(20)와 마찬가지로 사각형 등의 다각형 평판 형태를 갖거나 얇은 필름(film)으로 이루어질 수 있으며, 재질 또한 멤브레인 서포터(20)와 동일한 재질로 만들어질 수 있다.

전술한 것처럼 흡수재 서포터(40)의 중앙부에는 흡수재(30)가 수용되어 지지되는 수용홈(41)이 하측으로 오목하게 형성되어 있다. 수용홈(41)의 하부면 중앙부에는 관통공(42)이 하측으로 관통되게 형성될 수 있다. 흡수재 서포터(40)가 멤브레인 서포터(20)의 하측에 적층될 때 멤브레인 서포터(20)의 용액가이드(22)는 수용홈(41)의 개방된 상부면을 통해 수용홈(41) 내측으로 삽입된다.

이 실시예에서는 흡수재(30)가 흡수재 서포터(40)의 수용홈(41) 내측에 안착되어 지지되지만, 흡수재 서포터(40)를 사용하지 않을 경우 흡수재(30)를 멤브레인 서포터(20)의 하부에 직접 결합하거나 단순히 멤브레인 서포터(20)의 용액가이드(22)의 하측에 위치시킬 수 있을 것이다.

상기 펌프커버(51)는 제1멤브레인(11) 상에 세포가 포함된 용액을 투여한 후 하측으로 공기압을 가하여 용액을 하측으로 가압하는 작용을 하여 세포 분리 과정이 더욱 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 작용을 하도록 구성된다.

이를 위한 펌프커버(51)는 멤브레인 서포터(20)의 상부에 분리 가능하게 적층되는 펌프커버(51)와, 제1멤브레인(11) 및 제2멤브레인(12)의 상측에서 펌프커버(51)에 상측으로 볼록한 돔(dome) 형태로 형성되며 유연한 수지 재질로 되어 외력에 의해 하측으로 눌려지면서 멤브레인(11, 12, 13)에 공기에 의한 압력을 가하는 펌핑부(52)를 포함한다.

펌프커버(51)는 멤브레인 서포터(20)의 단턱(23) 내측으로 삽입될 수 있도록 단턱(23)이 형성하는 공간과 대응하는 크기와 형태를 갖는 평판 또는 필름으로 이루어진다. 또한 펌프커버(51)의 재질은 멤브레인 서포터(20) 및 흡수재 서포터(40)와 동일한 재질로 이루어지거나, 혹은 실리콘이나 고무와 같은 유연한 수지 재질로 이루어질 수 있다.

펌핑부(52)는 위로 볼록한 반구형의 돔 형태를 가지며, 실리콘이나 고무와 같은 유연한 수지 재질로 이루어져 사용자가 손가락으로 누르는 등 외력을 가하면 쉽게 탄성 변형된다. 펌핑부(52)는 펌프커버(51)와 일체로 성형되어 만들어질 수 있으나, 펌프커버(51)와 펌핑부(52)가 개별체로 만들어진 후 펌핑부(52)의 하단이 펌프커버(51)의 중앙부에 형성되어 있는 구멍(53)의 내주연부에 끼워져 고정될 수도 있다.

이와 같이 펌프부재(50)는 제1멤브레인(11) 상에 세포가 포함된 용액이 투여된 후 하측으로 소정의 공기압을 가함으로써 용액의 점도가 높은 경우에도 원활하게 세포 분리 작용이 이루어질 수 있고, 세포 분리 작용의 시간도 단축시킬 수 있는 이점을 제공한다.

이러한 펌프부재(50)는 세포가 포함된 용액에서 세포를 분리하여 회수하는 경우에는 사용하지 않고 멤브레인의 미세 구멍 사이즈에 맞춰서 세포가 걸러진 용액(다양한 파티클이 포함될 수 있음)을 분리하여 회수하는 경우에만 사용할 수 있으나, 이와 달리 세포가 포함된 용액에서 세포 및 파티클을 분리하여 회수하거나 멤브레인의 미세 구멍 사이즈에 맞춰서 세포 및 파티클이 걸러지고 그 이하 크기의 파티클이 걸러진 용액을 분리하여 회수하는 경우 모두에 사용할 수도 있다.

상술한 세포 전처리칩을 이용하여 세포 전처리를 수행하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 세포 전처리칩에 의해 수행될 수 있는 세포 전처리는 세포가 포함된 용액에서 세포를 분리하여 회수하는 전처리 방법과, 세포가 포함된 용액에서 세포를 분리하고 멤브레인의 미세 구멍 사이즈에 맞춰서 걸러진 용액을 분리하여 회수하는 전처리 방법의 두가지로 이루어질 수 있다.

먼저 첫번째 방법인 세포가 포함된 용액에서 세포를 분리하여 회수하는 전처리 방법은, 도 5에 도시한 것과 같이 멤브레인 서포터(20)의 멤브레인 안착부(21)에 제1멤브레인(11) 및 제2멤브레인(12)을 안착시키고, 멤브레인 서포터(20)의 하측에 흡수재(30)가 수용된 흡수재 서포터(40)를 적층한다.

이어서 피펫(Pipette)을 사용하여 세포가 포함된 용액을 제3멤브레인(13) 위에 투여한다.

상기 제3멤브레인(13)에 투여된 세포가 포함된 용액은 제3멤브레인(13)과 제2멤브레인(12), 제1멤브레인(11)에 형성되어 있는 미세 구멍을 차례로 통과하게 되는데, 이 때 세포와 파티클 중 미세 구멍을 통과하지 못한 세포(예를 들어 백혈구와 적혈구 등)와 파티클은 각각의 멤브레인의 상부면에 걸러져서 분리되고, 그 이하 크기의 파티클인 포함된 용액은 용액가이드(22)의 배출공(22a)을 따라 낙하하여 흡수재(30)에 흡수되어 포집된다.

상기 제3멤브레인(13)과 제2멤브레인(12), 제1멤브레인(11)을 통한 세포 분리 작용이 완료되면, 제3멤브레인(13)과 제2멤브레인(12), 제1멤브레인(11)을 회수하여 세포를 회수한다.

이 때 제3멤브레인(13)과 제2멤브레인(12), 제1멤브레인(11)을 멤브레인 서포터(20)에서 분리하여 세포를 회수할 수도 있고, 이와 다르게 제3멤브레인(13)과 제2멤브레인(12), 제1멤브레인(11)을 멤브레인 서포터(20)에서 분리하지 않은 상태에서 세척을 통해 세포를 회수할 수도 있다. 회수된 세포는 생물학적으로 분석되어 질병이나 오염, 감염 등의 진단 및 분석에 이용될 수 있다.

그리고, 두번째 방법인 세포가 포함된 용액에서 멤브레인의 미세 구멍 사이즈에 맞춰서 세포 및 파티클이 걸러진 용액을 분리하여 회수하는 전처리 방법은, 도 6에 도시한 것과 같이 멤브레인 서포터(20)의 하측에 흡수재(30)를 설치하는 대신 멤브레인 서포터(20)의 하측에 용액회수부재(C)를 배치한다.

그리고 피펫(Pipette)을 사용하여 세포가 포함된 용액을 제1멤브레인(11)에 투여한다.

그런 다음 멤브레인 서포터(20)의 상부에 펌프부재(50)를 적층한다.

이 상태에서 펌핑부(52)를 누르면, 펌핑부(52)의 체적이 줄어들면서 펌핑부(52) 내측 공간의 공기 압력에 의해 제1멤브레인(11)에 투여된 세포가 포함된 용액이 가압된다. 이에 따라 제1멤브레인(11)에 투여된 세포가 포함된 용액이 제3멤브레인(13)과 제2멤브레인(12), 제1멤브레인(11)의 미세 구멍을 차례로 통과하면서 세포 및 파티클은 그 크기에 따라 제3멤브레인(13)과 제2멤브레인(12), 제1멤브레인(11)에 걸러져서 분리되고, 일정 크기 이상의 세포 및 파티클이 분리된 용액만 용액가이드(22)의 배출공(22a)을 따라 낙하하여 용액회수부재(C)에 포집된다.

용액이 모두 포집되면 용액회수부재(C)를 회수하여 바로 포집된 용액을 질병이나 오염, 감염 등의 진단 및 분석에 이용하거나, 용액회수부재(C)의 용액을 진단 및 분석을 위한 다른 용기로 전달하여 진단 및 분석에 이용할 수 있다.

이 실시예에서는 용액회수부재(C)는 편평한 판상에 오목한 홈이 형성되어 있는 구조를 갖지만, 이외에도 컵이나 박스, 병 형태 등의 용기도 포함할 수 있고, 용액의 진단 및 분석에 직접 사용하는 용기 등 임의의 용기를 용액회수부재에 포함할 수 있다.

또한 용액회수부재(C)로서 흡수재(30)를 분리한 흡수재 서포터(40)를 사용할 수도 있을 것이다.

이 실시예에서는 펌프부재(50)를 세포가 포함된 용액에서 세포를 분리하여 회수할 때는 사용하지 않고, 멤브레인의 미세 구멍 사이즈에 맞춰서 세포 및 파티클이 걸러진 용액을 분리하여 회수할 때에만 사용하는 것으로 설명하였으나, 이와 다르게 세포가 포함된 용액에서 세포를 분리하여 회수하는 첫번째 전처리 동작을 수행할 때에도 펌프부재(50)를 함께 사용할 수 있을 것이다.

이와 같이 본 발명의 세포 전처리칩을 이용하여 세포가 포함된 용액에서 세포를 분리하여 회수하거나, 세포가 포함된 용액에서 멤브레인의 미세 구멍 사이즈에 맞춰서 세포가 걸러진 용액을 분리하여 회수할 때 펌프부재(50)를 멤브레인 서포터(20)의 상측에 적층하여 사용함으로써 점도가 높거나 세포 밀도가 높은 용액에서 세포를 분리하는 작용을 할 때에도 원활하고 신속하게 세포 분리 작업을 수행할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 펌프부재를 갖는 세포 전처리칩의 단면도로, 이 실시예의 펌프부재(150)는 멤브레인 서포터(20)의 상부에 분리 가능하게 적층되는 펌프커버(151)와, 상기 펌프커버(151)의 상측으로 연장되게 형성되며 하단부 및 상단부가 개방되게 형성된 실린더부(152)와, 상기 실린더부(152) 내측에 상하로 슬라이딩하도록 설치되어 하측으로 공기압을 발생시키는 피스톤부(153)를 포함할 수 있다.

상기 피스톤부(153)의 하단부에는 실린더부(152)의 내주면과 밀착되면서 기밀을 유지하는 패킹부(154)가 마련될 수 있다.

따라서 사용자가 펌프부재(150)를 멤브레인 서포터(20)의 상부에 안착시키고 피스톤부(153)를 누르면 실린더부(152) 하측 공간의 용적이 줄어들면서 공기가 압축되어 하측으로 공기압이 가해지게 된다.

또한 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펌프부재를 갖는 세포 전처리칩의 단면도로, 이 실시예의 펌프부재(250)는 멤브레인 서포터(20)의 상부에 분리 가능하게 적층되는 펌프커버(251)와, 펌프커버(251)의 상측으로 연장되게 형성되며 하단부 및 상단부가 개방되게 형성된 스크류실린더(252)와, 스크류실린더(252)의 내주면에 형성된 암나사산(253)과, 스크류실린더(252) 내측에 삽입되며 외주면에 상기 암나사산(253)과 나선 결합되는 수나사산(255)이 형성되어 스크류실린더에 대해 회전하면서 상하로 이동하여 하측으로 공기압을 발생시키는 스크류피스톤(254)을 포함한다.

따라서 사용자가 펌프부재(250)를 멤브레인 서포터(20)의 상부에 안착시키고 스크류피스톤(254)을 회전시키면 스크류피스톤(254)이 회전하면서 하강하게 되고, 이에 따라 스크류실린더(252) 하측 공간의 용적이 줄어들면서 공기가 압축되어 하측으로 공기압이 가해지게 된다.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

11 : 제1멤브레인 12 : 제2멤브레인
13 : 제3멤브레인 20 : 멤브레인 서포터
21 : 멤브레인 안착부 22 : 용액가이드
22a : 배출공 30 : 흡수재
40 : 흡수재 서포터 41 : 수용홈
42 : 관통공 50 : 펌프부재
51 : 펌프커버 52 : 펌핑부

Claims

세포가 포함된 용액에서 세포는 걸러내고 용액을 통과시키는 복수의 미세 구멍이 상하로 관통되게 형성되어 있는 한 개 이상의 멤브레인;
상기 멤브레인이 놓여지는 멤브레인 안착부, 상기 멤브레인 안착부의 하부에 하측으로 돌출되게 형성되며 멤브레인을 통과하면서 세포가 분리된 용액이 하측으로 유동하도록 안내하는 복수의 배출공이 형성되어 있는 용액가이드를 포함하는 멤브레인 서포터; 및,
상기 용액가이드의 하측에 배치되어 용액가이드로부터 낙하하는 용액을 흡수하여 포집하는 흡수재;
를 포함하고,
상기 멤브레인 서포터의 용액가이드는 하측으로 뾰족한 원추형으로 이루어지고, 용액가이드에는 반경방향 외측에서부터 중앙부로 연장되면서 수렴하는 형태로 된 복수의 배출공이 형성된 세포 전처리칩.
제1항에 있어서, 상기 멤브레인 서포터의 상측에 분리 가능하게 적층되어 하측으로 공기압을 가하는 펌프부재를 더 포함하는 세포 전처리칩.
제2항에 있어서, 상기 펌프부재는, 상기 멤브레인 서포터의 상부에 분리 가능하게 적층되는 펌프커버와, 상기 멤브레인의 상측에서 상기 펌프커버에 상측으로 볼록한 돔 형태로 형성되며 유연한 수지 재질로 되어 외력에 의해 하측으로 눌려지면서 멤브레인에 공기압을 가하는 펌핑부를 포함하는 펌프부재를 더 포함하는 세포 전처리칩.
제3항에 있어서, 상기 펌프커버와 펌핑부는 개별체로 되어 펌핑부의 하단부가 펌프커버에 형성되어 있는 구멍의 내주연부에 끼워져 고정되는 세포 전처리칩.
제3항에 있어서, 상기 멤브레인 서포터의 테두리를 따라 단턱이 상측으로 돌출되게 형성되고, 상기 펌프커버는 상기 단턱 내측으로 삽입되면서 단턱의 내측면에 연접하는 세포 전처리칩.
제2항에 있어서, 상기 펌프부재는, 상기 멤브레인 서포터의 상부에 분리 가능하게 적층되는 펌프커버와, 상기 펌프커버의 상측으로 연장되게 형성되며 하단부 및 상단부가 개방되게 형성된 실린더부와, 상기 실린더부 내측에 상하로 슬라이딩하도록 설치되어 하측으로 공기압을 발생시키는 피스톤부를 포함하는 세포 전처리칩.
제2항에 있어서, 상기 펌프부재는, 상기 멤브레인 서포터의 상부에 분리 가능하게 적층되는 펌프커버와, 상기 펌프커버의 상측으로 연장되게 형성되며 하단부 및 상단부가 개방되게 형성된 스크류실린더와, 상기 스크류실린더의 내주면에 형성된 암나사산과, 상기 스크류실린더 내측에 삽입되며 외주면에 상기 암나사산과 나선 결합되는 수나사산이 형성되어 스크류실린더에 대해 회전하면서 상하로 이동하여 하측으로 공기압을 발생시키는 스크류피스톤을 포함하는 세포 전처리칩.
제1항에 있어서, 상기 멤브레인 서포터의 하부에 분리 가능하게 적층되며, 상기 흡수재가 놓여져 지지되는 흡수재 서포터를 더 포함하는 세포 전처리칩.
제8항에 있어서, 상기 흡수재 서포터에 상기 흡수재가 놓여지는 수용홈이 하측으로 오목하게 형성되고, 상기 멤브레인 서포터의 용액가이드는 상기 수용홈 내측으로 삽입되는 세포 전처리칩.
삭제
제1항에 있어서, 상기 멤브레인 안착부에는 서로 다른 직경의 미세 구멍을 구비한 복수의 멤브레인이 적층되는 세포 전처리칩.
제1항 내지 제9항 및 제11항 중 어느 한 항에 따른 세포 전처리칩을 이용하여 세포를 분리 및 회수하거나, 세포가 분리된 세포 미포함 용액을 분리 및 회수하는 세포 전처리 방법으로,
멤브레인 서포터의 멤브레인 안착부에 멤브레인을 안착시키고, 멤브레인 서포터의 하측에 흡수재를 적층하는 단계;
상기 멤브레인에 세포가 포함된 용액을 투여하는 단계;
멤브레인의 미세 구멍 크기에 따라 멤브레인에 세포 및 파티클이 걸러져서 분리되고, 멤브레인의 미세 구멍 크기보다 작은 크기의 파티클이 포함된 용액이 용액가이드를 따라 낙하하여 흡수재에 포집되는 단계; 및
상기 멤브레인에 분리된 세포를 회수하는 단계;
를 포함하는 세포 전처리 방법.
제12항에 있어서, 상기 멤브레인에 분리된 세포를 회수할 때, 멤브레인 서포터에서 멤브레인을 분리하여 세포를 회수하거나, 멤브레인 서포터에 멤브레인이 장착된 상태에서 세척을 통해 세포를 회수하는 세포 전처리 방법.
제12항에 있어서,
멤브레인 서포터의 하측에서 흡수재를 제거하고 멤브레인 서포터의 하측에 용액회수부재를 배치하는 단계;
멤브레인 서포터에 멤브레인을 안착시키고 멤브레인 위에 세포가 포함된 용액을 투여하는 단계;
멤브레인 서포터의 상부에 펌프부재를 적층하는 단계;
펌프부재를 작동시켜 하측으로 공기압을 가하여 멤브레인에 공기압을 가하는 단계;
멤브레인의 미세 구멍 크기에 따라 멤브레인에 세포 및 파티클이 걸러져서 분리되고, 멤브레인의 미세 구멍 크기보다 작은 크기의 파티클이 포함된 용액이 용액가이드를 따라 낙하하여 용액회수부재에 포집되는 단계; 및,
상기 용액회수부재의 용액을 진단 및 분석하거나, 진단 및 분석을 위한 다른 용기로 전달하는 단계;
를 더 포함하는 세포 전처리 방법.