KR102050685B1 - 분리 가능한 복수의 패널을 포함하는 미세 입자 분리 장치 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미세 입자 분리 장치 어셈블리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미세 입자에 자기영동력을 인가하는 자성체 미세 구조물을 포함하는 제 1 패널과 상기 제 1 패널과는 분리된 미세 입자를 포함하는 시료가 통과하는 제 2 패널을 포함하여, 상기 자성체 미세 구조물을 포함하는 제 1 패널의 재활용이 가능한 새로운 구조의 미세 입자 분리 장치 어셈블리에 관한 것이다.

Description

분리 가능한 복수의 패널을 포함하는 미세 입자 분리 장치 어셈블리{APPARATUS FOR SEPARATING PARTICLE COMPRISING DIVISIBLE MULTIPLE PANELS}
본 발명은 분리 가능한 복수의 패널을 포함하는 미세 입자 분리 장치 어셈블리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분리하고자 하는 미세 입자에 자기영동력을 인가하기 위한 자성체 미세 구조물을 포함하는 제 1 패널과 미세 입자를 포함하는 시료가 통과하는 제 2 패널이 상호 분리된 형태로 제조되어,상기 자성체 미세 구조물을 포함하는 제 1 패널이 여러 차례 재활용이 가능한 새로운 구조의 분리된 복수의 패널을 포함하는 미세 입자 분리 장치 어셈블리에 관한 것이다.
최근 미세 가공 기술의 발전에 따라 미세 입자의 농축, 조립 및 분리를 위한 미세 전자 소자를 제작하여 생물, 화학, 신소재 분야에 응용하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
이러한 미세 전자 소자에서는 미소 입자나 단백질, 세포, 박테리아 등을 정밀하게 구동하거나 분리하기 위해 전기영동(electrophoresis), 유전영동(dielectrophoresis), 전기삼투(electro-osmosis) 등의 다양한 전기동역학적 원리(electrokinetics)를 주로 이용할 수 있다.
고구배자장(HGMS: high gradient magnetic separation)을이용하는자기영동(magnetophoresis) 분리기술은 간단한 구조와 함께 효율이 높고, 사용이 간편하며, 유전영동(dielectrophoresis)에 비해 가수분해 특성이 없는 장점이 있어 오랫동안 꾸준히 연구되고 있는 분야이다.
종래 자기영동방법은 분리하고자 하는 자성을 가진 시료의 자기영동분리를 위해 자기장을 인가하는 자기에너지원과 상기 외부 자기에너지원에 의해 인가된 자기장 구배를 증폭하기 위한 자성체 마이크로 구조물 영역을 두고, 분리하고자 하는자성을 가진 시료에 대해 자기 에너지원에서 자기장을 인가하여 자기밀도 구배에 따라 분리하는 방식을 사용하고 있다.
일예로서 한국등록특허 10-0791036 에서는 미세유체 채널의 옆에 강자성체 구조물을 배치하고, 시료의 흐름에 수직 방향으로 외부 자기장을 인가하여 원하는 입자를 분리하는 방법에 대해 개시하고 있다. 이러한 기존의 미세입자를 분리 및 포획하는 장치에서는 자성체 미세 구조물을 포함하는 하부 패널(bottom)과 유체와 미세입자를 포함하는 시료가 이동하는 채널(channel)이 일체형으로 구성되어 있는 구조이다. 이에 따라 미세 입자에 자성영동력을 인가하는 자성체 미세 구조물을 포함하는 하부 패널(bottom)의 경우 시료에 의해 오염되지 않지만 1회 사용후 다시 사용할수 없어 결과적으로 하부 패널과 상부 패널 전체를 제조하여야 하기 때문에 미세입자 장치 제조시 비용이 증가되는 문제점이 있었다.
KR10-2012-0155968(2012.12.28)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 미세 입자에 자기영동력을 인가하는 자성체 미세 구조물을 포함하는 제 1 패널과 미세 입자를 포함하는 시료가 통과하는 제 2 패널이 분리된 형태로 제조되어, 상기 자성체 미세 구조물을 포함하여 분리하고자 하는 미세 입자의 경로를 조절하는 제 1 패널을 반복적으로 사용할 수 있는 새로운 구조의 미세 입자 분리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여
자성체 미세 구조물을 포함하는 제 1 패널; 및상기 제 1 패널과 분리가능하고 시료가 통과하는 미세 구조를 포함하는 제 2 패널; 을 포함하는 미세 입자 분리 장치 어셈블리를 제공한다.
도 1 및 도 2 에 본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치의 단면도 및 분리도를 나타내었다.
도 1 에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치는 자성체 미세 구조물을 포함하는 제 1 패널(200) 및 상기 제 1 패널과 분리되고, 시료가 통과하는 미세 구조를 포함하는 제 2 패널(100) 및 상기 제 1 패널(100)과 제 2 패널(200)이 접하는 부분에 형성되는 박막부(410)을 포함한다.
본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치 어셈블리에 있어서, 상기 제 1 패널에 포함되는 자성체 미세 구조물은 자기장을 형성할 수 있는 재료라면, 특별히 제한되지 않는다.
본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치에 있어서, 상기 제 1 패널에 포함된 자성체 미세 구조물은 상기 미세 입자를 분리하기 위해 발생하는 자기장의 방향을 조절하기 위하여 상기 제 2 패널에서의 세포의 흐름 방향에 대해 소정 각도로 경사지는 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치에 있어서, 상기 제 1 패널에 포함된 자성체 미세 구조물은 상기 제 2 패널에 형성되는 미세 채널로 시료가 유입되어 유동되는 방향과 수직 방향으로 형성되는 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1 및 도 2 에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 제 2 패널(100)은 미세 입자를 포함하는 시료를 상기 미세 채널 내로 주입하기 위한 주입구(800) 및 분리된 미세 입자를 상기 미세 채널로부터 유출하기 위한 유출구(900)를 더 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2 에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치의 상기 제 2 패널에 있어서 상기 제 1 패널과 제 2 패널이 접하는 부분은 두께가 50 um 이하의 박막부(410)로 형성되는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치는 상기 제 1 패널(200)과 제 2 패널(100)이 분리된 상태로 형성되지만, 상기 제 1 패널의 자성체 미세 구조물에 의하여 유도되는 자기영동력이 제 2 패널을 통과하는 시료에도 전달될 수 있도록 상기 제 2 패널과 상기 제 1 패널 사이에는 두께가 50 um 이하의 박막부(410)로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치에 있어서, 상기 박막부(410)는 도 1 에서 보는 바와 같이 제 2 패널과는 별도로 분리되어 제조되거나, 도 2 에서 보는 바와 같이 상기 제 2 패널에 일체형으로 제조되는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치에 있어서, 상기와 같은 박막부를 형성하기 위한 재료로는 특별히 한정되지 않으며, PET, PI, PE, PP, PMMA 등 플라스틱재료, 또는 유리등이 사용될 수 있다.
도 3에 본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치의 시료가 통과하는 미세 채널을 포함하는 제 2 패널을 개략적으로 나타내었고, 상기 도 3의 시료 분리 부분과 시료 캡쳐 부분에 캡쳐 부분에서의 자성체 미세 구조물의 다양한 실시예 구조를 도 4 및 도 5에 각각 나타내었다.
본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치는, 상기 제 1 패널과 제 2 패널 사이에는 상기 분리된 제 1 패널과 제 2 패널을 결합시키기 위한 결합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치에 있어서, 상기 결합부는 특별히 제한되지 않으며, 진공인가부, 자석을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치에 있어서, 제 1 패널 및 제 2 패널에 상호 대응하여 결합될 수 있도록 형성되는 요철부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 6에 본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치에 있어서 다양한 결합부를 나타내었다. 도 6의 (a), (b) 및 (c)에서 보는 바와 같이 결합부는 진공인가부(500)이거나, 도 6의 (d) 에서 보는 바와 같이 자석(600)일 수 있다. 도 6의 (a), (b) 및 (c)에서 보는 바와 같이 진공인가부(500)는 제 1 패널 또는 제 2 패널의 어느 한 쪽에만 형성되거나, 제 1 패널과 제 2 패널의 양쪽에 형성되는 것이 가능하다.
또한, 상기 결합부는 도 6의 (e), (f) 에서 보는 바와 같이 제 1 패널이 중앙부가 함몰되어 제 2 패널을 수용하기 위한 수용부를 포함하거나, 제 1 패널 및 제 2 패널에 상호 대응하여 형성되는 요철부(700) 형태일 수 있으며, 기타 당업자가 상기 제 1 패널과 제 2 패널을 고정시키기 위해 선택할 수 있는 결합부를 포함한다.
본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치는, 또한, 상기 분리된 복수개의 제 1 패널과 제 2 패널이 연결되는 것이 가능하다. 즉, 도 11에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치에 있어서, 상기 제 1 패널은 분리된 제 1-1 패널, 제 1-2 패널, …, 제 1-n(n 은 1 이상의 정수) 패널이 수평 방향으로 연결되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치에 있어서, 상기 분리된 복수개의 제 2-1 패널, 제 2-2 패널, … , 제 2-n 패널이 수평 방향으로 연속적으로 연결되는 것을 특징으로 한다. 수평으로 연결되는 제 1 패널 사이의 연결 수단은 특별히 제한되지 않으며, 미세 입자를 포함하는 시료를 상기 미세 채널로 주입하기 위한 주입구를 연결부(810)로 연결하는 것이 가능하다.
본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치에 있어서, 상기 제 1-n 패널은 상기 제 2-n 패널과 수직 방향으로 연결되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치에 있어서, 상기 제 1-n 패널은 상기 제 2-n 패널과 상기 박막부에서 접하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치에 있어서, 상기 제 1 패널은 상기 제 2 패널 상부에 위치하거나, 또는 상기 제 2 패널은 상기 제 1 패널 상부에 위치하는 것이 가능하다.
본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치에 있어서, 상기 자성체 미세 구조물에 포함된 패턴은 복수개로 연결된 패널간 서로 상이한 형태로 형성될 수 있으며, 세포 분리를 위한 부분과 세포 캡쳐를 위한 부분이 다른 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
도 4에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치에 있어서, 상기 제 1 패널에 포함된 자성체 미세 구조물은 시료가 유입되는 방향과 수직 방향으로 형성되는 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치에 있어서, 상기 제 1-n 패널에 포함된 자성체 미세 구조물은 시료 흐름 방향에 대해 수직 방향인 것을 특징으로 한다.
시료가 유입되는 방향과 수직 방향으로 복수개 형성되는 자성체 패턴에 의해 세포가 더 이상 흐르지 못하고 캡쳐되므로, 시료가 유입되는 방향과 수직 방향으로 형성되는 패턴을 포함하는 패널은 가장 마지막에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치는, 또한, 재사용이 가능한 자성체 미세 구조물을 포함하는 상기 제 1 패널과 세로가 통과하므로 1회용으로 제조되는 제 2 패널은 상기 자성체 미세 구조물과 상기 시료 통과 유체 채널의 얼라인을 맞추기 위한 조정부를 추가적으로 더 포함할 수 있다. 조정부의 형태는 특별히 제한되지 않는다.
본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치는 자성체 미세 구조물을 포함하는 제 1 패널이 시료가 통과하는 미세 구조를 포함하는 제 2 패널과 분리되어 시료가 통과하는 제 2 패널은 시료에 따라 1회만 사용가능하지만, 자성체 미세 구조물을 포함하는 제 1 패널은 반복하여 여러번 사용될 수 있으므로 경제적이다.
도 1 및 도 2 는 본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치 어셈블리를 나타낸다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 미세 입자 분리 장치의 제 1 패널 및 제 2 패널의 자성체 미세 구조물 패턴을 나타낸다.
도 6은 본 발명에 의한 미세 입자 분리 장치의 결합부의 다양한 실시예를 나타낸다.
도 7 내지 도 9 는 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 미세 입자 분리 장치를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 미세 입자 분리 장치를 이용하여 세포가 분리된 상태를 나타낸다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의하여 제조된 미세 입자 분리 장치를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 미세 입자 분리 장치를 이용하여 세포가 분리된 상태를 나타낸다.
이하에서는 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이하의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1>
도 7에 분리 제조된 제 1 패널과 제 2 패널을 나타내었다. 상기와 같이 분리 제조된 제 1 패널, 제 2 패널을 진공 펌프에 연결시켜 진공을 인가하여 접합시킨 상태를 도 8 에, 상기 제 2 패널 위에 자석을 배치하여 제 1 패널과 제 2 패널을 상기 박막부에서 접합시킨 상태를 도 9 에 나타내었다.
도 7에서 보는 바와 같이 제 1 패널(200)에는 자성체 미세 구조물(300)이 포함되고, 자성체 미세 구조물 주변부로 진공이 인가될수 있는 진공 인가부(510)를 포함한다. 제 2 패널(100) 은 상기 제 1 패널과 분리되고, 시료가 통과하면서 분리되어캡쳐될 수 있는 미세 채널 구조(110)를 포함한다.
도 9 에 상기와 같이 분리 제조된 제 1 패널, 제 2 패널을 강자성체 위에 올려놓고, 상기 제 2 패널 위에 자석(600)을 배치하여 제 1 패널과 제 2 패널을 상기 박막부에서 접합시킨 상태를 나타내었다.
<실험예 1>
상기 제조예 1 에서 제조된 본 발명에 의한 분리된 미세 입자 분리 장치 어셈블리를 이용하여 세포를 분리 및 캡쳐하고, 캡쳐부에 캡쳐된 세포의 형광 사진을 도 10 에 나타내었다.
<제조예 2>
도 11 에 모식도로 나타낸 바와 같이 분리된 패널을 복수개 연결시킨 미세 입자 분리 장치 어셈블리를 제조하였다.
시료 분리를 위한 자성체 미세 구조물(310)이 포함되는 제 1-1 패널(210), 상기 제 1-1 패널과 분리되고, 시료 캡쳐를 위해 시료 유입 방향과 수직 방향으로 형성되는 자성체 미세 구조물(320)이 포함되는 제 1-2 패널(220)을 제조하였다.
또한, 상기 제 1-1 패널(210)과 연결되어 시료의 분리를 위한 채널을 포함하는 제 2-1 패널(110), 상기 제 1-2 패널과 연결되어 분리된 시료 내의 세포를 캡쳐하기 위한 챔버를 포함하는 제 2-2 패널(120)을 각각 제조하였다.
박막부를 제조한 후, 박막부를 사이에 두고 상기 1-1 패널, 2-1 패널이 접하는 제 1 어셈블리(10)과 상기 1-2 패널, 2-2 패널이 연결된 제 2 어셈블리(10-1)를 적층 제조한 후, 상기 제 1 어셈블리(10)와 제 2 어셈블리(10-1) 사이를 연결부(810)로 연결하여 상기 2-1 패널에 분리된 시료를 상기 2-2 패널에서 캡쳐할 수 있도록 연결하였으며, 이와 같이 연결된 상태를 도 12 에 나타내었다.
상기 제조예에서 제조된 미세 입자 분리 장치 어셈블리를 이용하여 세포를 분리 및 캡쳐하고, 캡쳐부에 캡쳐된 세포의 형광 사진을 도 13 에 나타내었다.

Claims (12)

  1. 반복적으로 사용가능한 제1패널과 상기 제1패널과 선택적으로 체결된 뒤 일회용으로 사용되는 제2패널을 포함하고, 상기 제1패널과 상기 제2패널을 선택적으로 결합하기 위한 결합부를 포함하는 미세 입자 분리 장치 어셈블리에 있어서,
    자성체 미세 구조물을 포함하는 상기 제1패널;
    상기 제1패널과 분리되고, 상기 제1패널의 일면과 대응하는 면에 배치되는 상기 제2패널;
    상기 제1패널의 일면과 대응하는 상기 제2패널의 일면 사이에 두께가 50 um 이하로 배치되는 박막부; 및
    상기 제1패널과 상기 제2패널을 결합시키기 위해, 상기 제1패널 및 상기 제 2 패널에 상호 대응하여 형성되는 요철부를 포함하여 이루어지는 결합부;를 포함하고,
    상기 제2패널은 내부에 시료가 통과하면서 분리되어 캡쳐될 수 있는 미세 채널 구조;를 포함하여 이루어지며, 상기 박막부는, 상기 미세 채널구조를 통해 통과하는 시료가 상기 제1패널의 일면에 유입됨에 따라, 상기 자성체 미세 구조물에 의하여 유도되는 자기영동력이 상기 제2패널의 일면을 통과하는 시료에 전달시키는 것을 특징으로 하고,
    상기 결합부는, 진공인가부 또는 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세 입자 분리 장치 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 패널에 포함된 자성체 미세 구조물은 상기 제 2 패널에서의 세포의 흐름 방향에 대해 소정 각도로 경사지는 것인 미세 입자 분리 장치 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 패널에 포함된 자성체 미세 구조물은 시료가 유입되는 방향과 수직 방향으로 형성되는 패턴을 포함하는 것인 미세 입자 분리 장치 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막부는 PET, PI, PE, PP, PMMA 또는 유리를 이용하여 제조되는 것인 미세 입자 분리 장치 어셈블리.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 패널은 분리된 n개의 제 1-1 패널, 제 1-2 패널, …,및 제 1-n 패널이 연결되는 것인 미세 입자 분리 장치 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 패널은 분리된 n 개의 제 2-1 패널, 제 2-2 패널, … , 및 제 2-n 패널이 연결되는 것인 미세 입자 분리 장치 어셈블리.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1-n 패널은 상기 제 2-n 패널과 상기 박막부에서 접하는 것인 미세 입자 분리 장치 어셈블리.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1-n 패널에 포함된 자성체 미세 구조물은 시료 흐름 방향에 대해 수직 방향인 것인 미세 입자 분리 장치 어셈블리.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 패널은 상기 제 2 패널의 상부에 위치하는 것인 미세 입자 분리 장치 어셈블리.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 패널은 상기 제 2 패널의 하부에 위치하는 것인 미세 입자 분리 장치 어셈블리.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 패널과 제 2 패널은 상기 자성체 미세 구조물과 상기 미세 채널구조의 얼라인을 맞추기 위한 조정부를 더 포함하는 것인 미세 입자 분리 장치 어셈블리.
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