KR102057788B1 - Continuously sedimentation-based microfluidic separation and cell culture system and method using hydraulic jump phenomenon - Google Patents
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Abstract
Description
아래의 설명은 마이크로스케일의 입자(이하, 입자는 세포를 포함함)를 분리 및 배양하는 기술로서, 보다 상세하게 수력학적 도약 현상(hydraulic jump phenomenon)을 이용하여 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 분리하여 포획하고, 분리 및 포획된 적어도 하나의 타겟 입자를 배양함으로써 분리와 배양을 연속적으로 수행할 수 있는 시스템 및 그 방법에 대한 것이다.The description below is a technique for separating and culturing microscale particles (hereinafter, the particles include cells), and more specifically, selectively separating at least one target particle using a hydraulic jump phenomenon. The present invention relates to a system and a method for continuously separating and culturing by culturing at least one target particle separated and captured.
수력학적 도약 현상을 이용하여 타겟 입자를 분리하는 기술에 대해서는 참고문헌(Appl. Phys. Lett. 97, 154101 (2010); doi: 10.1063/1.3479052, Biomicrofluidics 8, 064108 (2014); doi: 10.1063/1.4902906, Hamidreza Shirinkami et al lab on a chip, 2018 (submitted) Large-scale microchip for size-selective particle and cell sorting based on hydraulic jump phenomenon)에 개시되어 있다.Techniques for separating target particles using hydraulic leap phenomena (Appl. Phys. Lett. 97, 154101 (2010); doi: 10.1063 / 1.3479052, Biomicrofluidics 8, 064108 (2014); doi: 10.1063 / 1.4902906 , Hamidreza Shirinkami et al lab on a chip, 2018 (submitted) Large-scale microchip for size-selective particle and cell sorting based on hydraulic jump phenomenon.
일 실시예들은 수력학적 도약 현상을 이용하여, 시료에 포함되는 복수의 입자들 중 원하는 물리적 특성(크기 및 밀도)의 적어도 하나의 입자(이하, 적어도 하나의 타겟 입자로 기재함)를 선택적으로 분리 및 포획하는 시스템 및 방법을 제공한다.One embodiment utilizes a hydraulic jump phenomenon to selectively separate at least one particle (hereinafter referred to as at least one target particle) of desired physical properties (size and density) among a plurality of particles included in a sample. And systems and methods for capturing.
보다 상세하게, 일 실시예들은 적어도 하나의 타겟 입자의 침강 속도를 고려하여 적어도 하나의 타겟 입자의 낙하 지점에 적어도 하나의 포획 배지를 배치함으로써, 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 포획하는 시스템 및 방법을 제공한다.More specifically, one embodiment provides a system and method for selectively capturing at least one target particle by placing at least one capture medium at the dropping point of the at least one target particle in view of the settling velocity of the at least one target particle. To provide.
이 때, 일 실시예들은 적어도 하나의 포획 배지를 이용하여, 포획된 적어도 하나의 타겟 입자를 배양함으로써, 분리와 배양을 연속적으로 수행하는 시스템 및 방법을 제공한다.At this time, one embodiment provides a system and method for continuously separating and culturing by culturing at least one target particle captured using at least one capture medium.
또한, 일 실시예들은 적어도 하나의 타겟 입자의 침강 속도에 기초하여 포획 공간부의 길이를 결정 및 조절함으로써, 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 분리 및 포획하는 시스템 및 방법을 제공한다.In addition, one embodiment provides a system and method for selectively separating and capturing at least one target particle by determining and adjusting the length of the capture space based on the settling velocity of the at least one target particle.
또한, 일 실시예들은 포획 공간부의 폭을 결정 및 조절함으로써, 적어도 하나의 타겟 입자를 포획하는 처리량을 극대화하는 시스템 및 방법을 제공한다.In addition, one embodiment provides a system and method for maximizing throughput for capturing at least one target particle by determining and adjusting the width of the capture space.
일 실시예에 따르면, 수력학적 도약 현상을 이용한 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템은, 시료가 유입되는 유입구; 상기 시료가 배출되는 배출구; 및 상기 유입구 및 상기 배출구 사이에 배치된 채 상기 유입구 및 상기 배출구보다 높은 높이를 갖도록 형성되어, 상기 유입구로부터 상기 배출구를 향해 흐르는 상기 시료에 포함되는 적어도 하나의 타겟 입자를 수력학적 도약 현상을 이용하여 포획하는 포획 공간부를 포함한다.According to one embodiment, a continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system using a hydraulic leap phenomenon, the sample inlet; An outlet through which the sample is discharged; And at least one target particle included in the sample disposed between the inlet and the outlet so as to have a height higher than that of the inlet and the outlet, and flowing from the inlet toward the outlet. And a capture space portion for capturing.
일 측면에 따르면, 상기 포획 공간부는, 상기 포획 공간부의 높이가 상기 유입구의 높이보다 급격히 높아져 상기 시료의 이동 속도가 상기 포획 공간부에서 저하됨에 따라 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 침강시켜 포획할 수 있다.According to one aspect, the capture space portion, the height of the capture space portion is sharply higher than the height of the inlet port can be captured by seizing the at least one target particles as the movement speed of the sample is lowered in the capture space portion. .
다른 측면에 따르면, 상기 포획 공간부는, 상기 시료에 포함되는 입자들 각각의 크기 또는 밀도에 기초하여 상기 입자들이 서로 다른 낙하 지점과 침강 속도를 갖게 됨에 따라, 상기 입자들 중 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 포획할 수 있다.According to another aspect, the capture space portion, as the particles have different falling points and settling speed based on the size or density of each of the particles included in the sample, the at least one target particle of the particles Can be selectively captured.
또 다른 측면에 따르면, 상기 포획 공간부는, 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 침강 속도를 고려하여 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 낙하 지점에 배치된 채 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 포획하여 배양하는 적어도 하나의 포획 배지를 포함할 수 있다.According to another aspect, the capture space portion, at least one of capturing and culturing the at least one target particle while being disposed at the dropping point of the at least one target particle in consideration of the settling velocity of the at least one target particle Capture media.
또 다른 측면에 따르면, 상기 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템은, 상기 적어도 하나의 포획 배치에서 배양된 적어도 하나의 타겟 입자를 관찰하는 광학 센서를 더 포함할 수 있다.According to another aspect, the continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system may further include an optical sensor for observing at least one target particle cultured in the at least one capture batch.
또 다른 측면에 따르면, 상기 포획 공간부의 길이는, 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 침강 속도에 기초하여 결정될 수 있다.According to another aspect, the length of the capture space portion may be determined based on the sedimentation velocity of the at least one target particle.
또 다른 측면에 따르면, 상기 포획 공간부의 폭은, 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 포획하는 처리량에 기초하여 결정될 수 있다.According to another aspect, the width of the capture space portion may be determined based on the throughput of capturing the at least one target particle.
일 실시예에 따르면, 수력학적 도약 현상을 이용한 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 방법은, 유입구를 통해 시료를 유입시키는 단계; 상기 유입구와 상기 시료가 배출되는 배출구 사이에 배치된 채 상기 유입구 및 상기 배출구보다 높은 높이를 갖도록 형성되는 포획 공간부를 통해, 상기 유입구로부터 상기 배출구를 향해 흐르는 상기 시료에 포함되는 적어도 하나의 타겟 입자를 수력학적 도약 현상을 이용하여 포획하는 단계; 및 상기 배출구를 통해 상기 적어도 하나의 타겟 입자가 포획되고 난 시료를 배출시키는 단계를 포함한다.According to one embodiment, the continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture method using a hydraulic leap phenomenon, the step of introducing a sample through the inlet; At least one target particle included in the sample flowing from the inlet toward the outlet through a capture space formed between the inlet and the outlet through which the sample is discharged, and having a height higher than that of the inlet and the outlet. Capturing using a hydraulic jump phenomenon; And discharging the sample from which the at least one target particle is captured through the discharge port.
일 측면에 따르면, 상기 포획하는 단계는, 상기 포획 공간부의 높이가 상기 유입구의 높이보다 급격히 높아져 상기 시료의 이동 속도가 상기 포획 공간부에서 저하됨에 따라 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 침강시켜 포획하는 단계일 수 있다.According to one aspect, the step of capturing, by seizing and capturing the at least one target particle as the height of the capture space is sharply higher than the height of the inlet port so that the moving speed of the sample is lowered in the capture space portion Can be.
다른 측면에 따르면, 상기 포획하는 단계는, 상기 시료에 포함되는 입자들 각각의 크기 또는 밀도에 기초하여 상기 입자들이 서로 다른 낙하 지점과 침강 속도를 갖게 됨에 따라, 상기 입자들 중 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 포획하는 단계일 수 있다.According to another aspect, the capturing may include the at least one target of the particles as the particles have different drop points and settling speeds based on the size or density of each of the particles included in the sample. Selectively capturing the particles.
또 다른 측면에 따르면, 상기 포획하는 단계는, 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 침강 속도를 고려하여 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 낙하 지점에 배치된 적어도 하나의 포획 배지를 통해, 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 포획하여 배양하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect, the capturing may include at least one target particle through at least one capture medium disposed at a dropping point of the at least one target particle in consideration of the settling velocity of the at least one target particle. It may include the step of capturing the culture.
일 실시예에 따르면, 수력학적 도약 현상을 이용한 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템은, 시료가 유입되는 유입구; 상기 시료가 배출되는 배출구; 및 상기 유입구 및 상기 배출구 사이에 직렬 또는 병렬로 배치되는 복수의 포획 공간부들-상기 복수의 포획 공간부들 각각은, 상기 유입구 및 상기 배출구보다 높은 높이를 갖도록 형성되어 상기 유입구로부터 상기 배출구를 향해 흐르는 상기 시료에 포함되는 서로 다른 타겟 입자를 수력학적 도약 현상을 이용하여 포획함-을 포함한다.According to one embodiment, a continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system using a hydraulic leap phenomenon, the sample inlet; An outlet through which the sample is discharged; And a plurality of capture space portions disposed in series or in parallel between the inlet and the outlet, wherein each of the plurality of capture spaces is formed to have a height higher than that of the inlet and the outlet, and flows from the inlet to the outlet. Different target particles contained in the sample are captured using a hydraulic jump phenomenon.
일 측면에 따르면, 상기 복수의 포획 공간부들 각각은, 상기 복수의 포획 공간부들 각각의 높이가 상기 유입구의 높이보다 급격히 높아져 상기 시료의 이동 속도가 상기 복수의 포획 공간부들 각각에서 저하됨에 따라 상기 서로 다른 타겟 입자를 침강시켜 포획할 수 있다.According to one aspect, each of the plurality of capture spaces, the height of each of the plurality of capture spaces is sharply higher than the height of the inlet port so that the movement speed of the sample is lowered in each of the plurality of capture spaces Other target particles can be sedimented and captured.
다른 측면에 따르면, 상기 복수의 포획 공간부들 각각은, 상기 시료에 포함되는 입자들 각각의 크기 또는 밀도에 기초하여 상기 입자들이 서로 다른 낙하 지점과 침강 속도를 갖게 됨에 따라, 상기 입자들 중 상기 서로 다른 타겟 입자를 선택적으로 포획할 수 있다.According to another aspect, each of the plurality of capture spaces, the particles having a different drop point and the settling speed based on the size or density of each of the particles included in the sample, the said one of the particles Other target particles can be selectively captured.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 포획 공간부들 각각은, 상기 서로 다른 타겟 입자의 침강 속도를 고려하여 상기 서로 다른 타겟 입자의 낙하 지점에 배치된 채 상기 서로 다른 타겟 입자를 포획하여 배양하는 포획 배지를 포함할 수 있다.According to another aspect, each of the plurality of capture spaces, capture medium for capturing and incubating the different target particles while being disposed at the falling point of the different target particles in consideration of the settling speed of the different target particles It may include.
또 다른 측면에 따르면, 상기 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템은, 상기 포획 배치에서 배양된 타겟 입자를 관찰하도록 상기 복수의 포획 공간부들 각각에 대응하여 구비되는 복수의 광학 센서들을 더 포함할 수 있다.According to another aspect, the continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system may further include a plurality of optical sensors provided corresponding to each of the plurality of capture spaces to observe the target particles cultured in the capture batch. have.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 포획 공간부들 각각은, 상기 서로 다른 타겟 입자의 침강 속도에 기초하여 서로 다른 길이로 형성될 수 있다.According to another aspect, each of the plurality of capture spaces may be formed in different lengths based on the settling velocity of the different target particles.
일 실시예에 따르면, 수력학적 도약 현상을 이용한 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템은, 제1 시료가 유입되는 제1 유입구; 상기 제1 시료가 배출되는 제1 배출구; 제2 시료가 유입되는 제2 유입구; 상기 제2 시료가 배출되는 제2 배출구; 및 상기 제1 유입구 및 상기 제1 배출구 사이와 상기 제2 유입구 및 상기 제2 배출구 사이에 배치된 채 상기 제1 유입구, 상기 제2 유입구, 상기 제1 배출구 및 상기 제2 배출구보다 높은 높이를 갖도록 형성되어, 수력학적 도약 현상에 기초하여 상기 제1 유입구로부터 상기 제1 배출구를 향해 흐르는 상기 제1 시료에 포함되는 적어도 하나의 제1 타겟 입자 및 상기 2 유입구로부터 상기 제2 배출구를 향해 흐르는 상기 제2 시료에 포함되는 적어도 하나의 제2 타겟 입자 각각을 포획하는 포획 공간부를 포함한다.According to one embodiment, the continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system using a hydraulic leap phenomenon, the first inlet for the first sample is introduced; A first outlet through which the first sample is discharged; A second inlet through which a second sample is introduced; A second outlet through which the second sample is discharged; And a height higher than that of the first inlet, the second inlet, the first outlet, and the second outlet, disposed between the first inlet and the first outlet and between the second inlet and the second outlet. And at least one first target particle included in the first sample and flowing from the second inlet toward the second outlet based on a hydraulic leap phenomenon. A capture space portion for capturing each of the at least one second target particle included in the second sample is included.
일 실시예들은 수력학적 도약 현상을 이용하여, 시료에 포함되는 복수의 입자들 중 원하는 물리적 특성(크기 및 밀도)의 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 분리 및 포획하는 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.One embodiment can provide a system and method for using hydrodynamic leap to selectively separate and capture at least one target particle of desired physical properties (size and density) among a plurality of particles included in a sample. .
보다 상세하게, 일 실시예들은 적어도 하나의 타겟 입자의 침강 속도를 고려하여 적어도 하나의 타겟 입자의 낙하 지점에 적어도 하나의 포획 배지를 배치함으로써, 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 포획하는 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.More specifically, one embodiment provides a system and method for selectively capturing at least one target particle by placing at least one capture medium at the dropping point of the at least one target particle in view of the settling velocity of the at least one target particle. Can be provided.
이 때, 일 실시예들은 적어도 하나의 포획 배지를 이용하여, 포획된 적어도 하나의 타겟 입자를 배양함으로써, 분리와 배양을 연속적으로 수행하는 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.At this time, one embodiment may provide a system and method for continuously separating and culturing by culturing the captured at least one target particle using at least one capture medium.
또한, 일 실시예들은 적어도 하나의 타겟 입자의 침강 속도에 기초하여 포획 공간부의 길이를 결정 및 조절함으로써, 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 분리 및 포획하는 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.In addition, one embodiment may provide a system and method for selectively separating and capturing at least one target particle by determining and adjusting the length of the capture space based on the settling velocity of the at least one target particle.
또한, 일 실시예들은 포획 공간부의 폭을 결정 및 조절함으로써, 적어도 하나의 타겟 입자를 포획하는 처리량을 극대화하는 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.In addition, one embodiment may provide a system and method for maximizing throughput for capturing at least one target particle by determining and adjusting the width of the capture space.
도 1a 내지 1c는 일 실시예에 따른 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 2b는 일 실시예에 따라 적어도 하나의 포획 배지가 추가된 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 4는 일 실시예에 따라 복수 개의 포획 공간부들이 직렬로 연결되는 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템을 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따라 복수 개의 포획 공간부들이 병렬로 연결되는 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템을 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 6b는 다른 일 실시예에 따른 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템을 나타낸 도면이다.1A-1C illustrate a continuous sedimentation based microfluidic separation and culture system according to one embodiment.
2A-2B illustrate a continuous sedimentation based microfluidic separation and culture system with at least one capture medium added in accordance with one embodiment.
3 is a flow chart illustrating a method of continuous sedimentation based microfluidic separation and culture according to one embodiment.
4 is a diagram illustrating a continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system in which a plurality of capture spaces are connected in series, according to one embodiment.
5 is a diagram illustrating a continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system in which a plurality of capture spaces are connected in parallel, according to one embodiment.
6A-6B illustrate a continuous sedimentation based microfluidic separation and culture system according to another embodiment.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the embodiments. Also, like reference numerals in the drawings denote like elements.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(Terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 시청자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 예컨대, 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Also, terms used in the present specification are terms used to properly express preferred embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of a viewer, an operator, or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of the terms should be made based on the contents throughout the specification. For example, in this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the text. Also, as used herein, “comprises” and / or “comprising” refers to one or more other components, steps, operations and / or elements. It does not exclude the presence or addition of devices.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 제시된 각각의 실시예 범주에서 개별 구성요소의 위치, 배치, 또는 구성은 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.In addition, it should be understood that various embodiments of the present invention are different from one another, but need not be mutually exclusive. For example, specific shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention with respect to one embodiment. In addition, it should be understood that the position, arrangement, or configuration of individual components in each of the exemplary embodiments presented may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention.
이하에서 기재되는 타겟 입자는 시료에 포함되는 복수의 입자들 중 원하는 물리적 특성(크기 및 밀도)를 갖는 입자로서, 분리 및 포획하고자 하는 입자를 의미한다.The target particles described below are particles having desired physical properties (size and density) among the plurality of particles included in the sample, and mean particles to be separated and captured.
도 1a 내지 1c는 일 실시예에 따른 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템을 나타낸 도면이다. 보다 상세하게, 도 1a는 일 실시예에 따른 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템을 나타낸 상면도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템을 나타낸 단면도이며, 도 1c는 일 실시예에 따른 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템이 이용하는 수력학적 도약 현상을 설명하기 위한 도면이다.1A-1C illustrate a continuous sedimentation based microfluidic separation and culture system according to one embodiment. In more detail, Figure 1a is a top view showing a continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system according to an embodiment, Figure 1b is a cross-sectional view showing a continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system shown in Figure 1a, Figure 1c is a view for explaining a hydraulic leap phenomenon used by the continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system according to an embodiment.
도 1a 내지 1c를 참조하면, 일 실시예에 따른 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템(이하, 시스템으로 기재함)(100)은, 시료가 유입되는 유입구(110), 시료가 배출되는 배출구(120) 및 유입구(110) 및 배출구(120) 사이에 배치되는 포획 공간부(130)를 포함한다.1A to 1C, a continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system (hereinafter, referred to as a system) 100 according to an embodiment includes an
포획 공간부(130)는, 유입구(110) 및 배출구(120)보다 높은 높이를 갖도록 형성되어, 유입구(110)로부터 배출구(120)를 향해 흐르는 시료에 포함되는 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 수력학적 도약 현상을 이용하여 포획한다.The
구체적으로, 도 1c에서 나타나듯이 유입구(110)로부터 매우 빠른 속도로 유입되는 시료는 포획 공간부(130)에 진입할 때 급격한 높이 변화(H=h/h0)로 인해 이동 속도가 급격하게 저하되게 된다(여기서, h는 포획 공간부(1300의 높이를 나타내고, h0는 유입구(110) 및 배출구(120)의 높이를 나타냄). 즉, 시료에 포함되는 입자들(140, 150)에 대해, 유입구(110)에서는 배출구(120)를 향한 항력(drag force)이 중력보다 더 크게 작용하며, 포획 공간부(130)에서는 배출구(120)를 향한 항력보다 중력이 더 크게 작용하게 된다. 따라서, 시료에 포함되는 입자들(140, 150)은 포획 공간부(130) 내에서 침강하는 바, 일 실시예에 따른 시스템(100)은 포획 공간부(130)의 높이가 유입구(110)의 높이보다 급격히 높아져 시료의 속도 VT(종방향의 속도인 Traveling velocity)가 포획 공간부(130)에서 저하됨에 따른 적어도 하나의 타겟 입자(140)의 수력학적 도약 현상 에 의한 침강을 이용하여 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 시료로부터 분리하고 포획 공간부(130) 내에 포획할 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 1C, the sample flowing at a very high speed from the
이 때, 시료가 유입구(110)로 유입되는 초기 속도가 V0일 때 평균 이동 속도는 V0*H-1로 계산되며, 침강 속도 VS는 시료에 포함되는 입자들(140, 150) 각각의 크기 및 밀도에 비례하고 시료의 점성에 반비례하는 관계식을 갖는다. 이에, 입자들(140, 150) 각각의 크기 및 밀도가 다름에 따라, 입자들(140, 150) 각각의 침강 속도 및 낙하 지점 역시 서로 다르게 된다. 일례로, 크기 및 밀도가 큰 입자(140)의 침강 속도는 크기 및 밀도가 작은 입자(150)의 침강 속도보다 빠를 수 있으며, 크기 및 밀도가 큰 입자(140)의 낙하 지점은 크기 및 밀도가 작은 입자(150)의 낙하 지점보다 포획 공간부(130) 상 유입구(110)로부터 더 가까울 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 시스템(100)은 시료에 포함되는 입자들(140, 150) 각각의 침강 속도 및 낙하 지점을 고려함으로써, 복수의 입자들(140, 150) 중 적어도 하나의 타겟 입자(140)만을 선택적으로 포획 및 분리할 수 있다.At this time, when the initial velocity of the sample flowing into the
보다 상세하게, 시료에 포함되는 입자들(140, 150) 각각이 침강하는 침강 시간 tS은 아래의 식 1과 같이 계산될 수 있으며, 시료에 포함되는 입자들(140, 150) 각각의 포획 공간부(130) 통과 시간 tT는 식 2와 같이 계산될 수 있다.More specifically, the settling time t S at which each of the
<식 1><Equation 1>
tS h/2*VS t S h / 2 * V S
<식 2><Equation 2>
tT l*H/V0 t T l * H / V 0
이에, 일 실시예에 따른 시스템(100)은, 입자들(140, 150) 중 분리 및 포획하고자 하는 적어도 하나의 타겟 입자(140)의 침강 속도를 고려하여 포획 공간부(130)의 길이 l를 결정 및 조절함으로써, 적어도 하나의 타겟 입자(140)만을 선택적으로 포획 및 분리할 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 적어도 하나의 타겟 입자(140)의 침강 속도에 따른 침강 시간이 적어도 하나의 타겟 입자의 통과 시간보다 적은 조건(tS<tT)을 만족시키도록 포획 공간부(130)의 길이를 결정 및 조절하여 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 포획 공간부(130) 내에 분리 및 포획할 수 있다.Accordingly, the
이 때, 시스템(100)은 적어도 하나의 타겟 입자(140)의 침강 속도를 고려하여 포획 공간부(130)의 길이를 결정 및 조절하는 동시에, 시료에 포함되는 입자들(140, 150) 중 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 제외한 나머지 입자들(150)의 침강 속도를 고려할 수도 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 적어도 하나의 타겟 입자(140)의 침강 속도에 따른 침강 시간이 통과 시간보다 작은 조건(tS<tT)을 만족시키는 동시에, 나머지 입자들(150) 각각의 침강 속도에 따른 침강 시간이 통과 시간보다 큰 조건(tS>tT)을 만족시키도록 포획 공간부(130)의 길이를 결정 및 조절하여, 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 포획 공간부(130) 내에 분리 및 포획하는 동시에 나머지 입자들(150)은 배출구(120)를 통해 배출시킬 수 있다.At this time, the
또한, 일 실시예에 따른 시스템(100)은, 입자들(140, 150) 중 분리 및 포획하고자 하는 적어도 하나의 타겟 입자(140)의 낙하 지점을 포함하는 길이로 포획 공간부(130)의 길이 l를 결정 및 조절함으로써, 적어도 하나의 타겟 입자(140)만을 선택적으로 포획 및 분리할 수 있다. 특히, 시스템(100)은 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 선택적으로 포획하기 위한 적어도 하나의 포획 배지(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 2a 내지 2b를 참조하여 기재하기로 한다.In addition, the
도면에는 도시되지 않았지만, 입자들 중 복수의 타겟 입자들을 분리 및 포획하고자 한다면, 시스템(100)은 복수의 타겟 입자들 각각의 침강 속도 및 낙하 지점을 고려하여 포획 공간부(130)의 길이를 결정 및 조절할 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 복수의 타겟 입자들 각각의 침강 속도에 따른 침강 시간이 복수의 타겟 입자들 각각의 통과 시간보다 적은 조건을 만족시키며, 복수의 타겟 입자들 각각의 낙하 지점을 포함하는 길이로 포획 공간부(130)의 길이를 결정 및 조절할 수 있다.Although not shown in the drawings, if the plurality of target particles are to be separated and captured, the
만약, 복수의 타겟 입자들의 침강 속도 및 낙하 지점을 고려할 때, 포획 공간부(130)의 길이가 조절되는 것만으로 복수의 타겟 입자들의 포획 및 분리가 불가능하다면, 시스템(100)은 하나의 포획 공간부(130)가 아닌 복수 개의 포획 공간부들을 포함하도록 구현될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 4 내지 5를 참조하여 기재하기로 한다.In consideration of the settling velocity and the falling point of the plurality of target particles, if the
여기서, 시료의 평균 이동 속도가 증가되면 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 포획하는 처리량은 향상될 수 있으며, 포획 공간부(130)에서의 시료의 속도가 감소되면 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 포획하는 포획율이 향상될 수 있는 바, 일 실시예에 따른 시스템(100)은 유입구(110)에서의 시료의 속도를 증가시켜 시료의 평균 이동 속도를 증가시키는 동시에 포획 공간부(130)에서의 시료의 속도가 감소시켜 처리량 및 포획율 모두를 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 일 실시예에 따른 시스템(100)은 시료의 평균 이동 속도와 관련된 포획 공간부(130)의 부피, 유입구(110)의 부피를 적응적으로 결정 및 조절함으로써, 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 포획하는 처리량과 포획율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 유입구(110)의 부피를 줄여 유입구(110)에서의 시료의 속도를 증가시키고, 포획 공간부(130)의 부피를 크게 하여 포획 공간부(130)에서의 시료의 속도를 감소시킴으로써, 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 포획하는 처리량과 포획율을 향상시킬 수 있다. 이 때, 포획 공간부(130)의 부피 및 유입구(110)의 부피 각각은 포획 공간부(130)의 폭 및 유입구(110)의 폭과 관련되므로, 시스템(100)은 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 포획하는 처리량 및 포획율에 기초하여 포획 공간부(130)의 폭 및 유입구(110)의 폭을 결정 및 조절할 수 있다.Here, the throughput of capturing at least one
일 실시예에 따른 시스템(100)은 이처럼 포획 공간부(130)의 폭을 넓게 결정 및 조절함으로써, 적어도 하나의 타겟 입자(140)를 포획하는 처리량의 향상을 도모할 뿐만 아니라, 혈소판 시료를 사용하는 혈소판 기능성 검사에 활용될 경우 포획 공간부(130)에 전단응력이 낮게 작용되기 때문에 혈소판의 활성화 없이 혈장을 포획할 수 있는 효과를 도모할 수 있다.The
이처럼 분리 및 포획된 적어도 하나의 타겟 입자(140)는 시스템(100)에 더 포함되는 광학 센서(미도시)에 의해 관찰될 수 있다. 이하, 분리 및 포획된 적어도 하나의 타겟 입자(140)가 광학적 방식에 기반하는 광학 센서에 의해 관찰되는 것으로 기재되나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 전기적 방식 또는 화학적 방식을 통해 관찰 및 모니터링하는 다양한 센서가 광학 센서를 대체해 사용될 수 있다.The at least one
도 2a 내지 2b는 일 실시예에 따라 적어도 하나의 포획 배지가 추가된 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템을 나타낸 도면이다. 보다 상세하게, 도 2a는 적어도 하나의 포획 배지가 추가된 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템에서 포획된 적어도 하나의 타겟 입자가 배양되기 이전의 상태를 나타낸 단면도이고, 도 2b는 적어도 하나의 포획 배지가 추가된 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템에서 포획된 적어도 하나의 타겟 입자가 배양된 이후의 상태를 나타낸 단면도이다.2A-2B illustrate a continuous sedimentation based microfluidic separation and culture system with at least one capture medium added in accordance with one embodiment. More specifically, FIG. 2A is a cross-sectional view showing a state prior to culture of at least one target particle captured in a continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system to which at least one capture medium is added, and FIG. 2B shows at least one capture A cross-sectional view showing the state after at least one target particle captured in the continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system to which the medium is added is cultured.
도 2a 내지 2b를 참조하면, 일 실시예에 따른 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템(이하, 시스템으로 기재함)(200)은, 적어도 하나의 타겟 입자(220)의 침강 속도를 고려하여 적어도 하나의 타겟 입자(220)의 낙하 지점에 배치되는 적어도 하나의 포획 배지(210)를 더 포함함으로써, 적어도 하나의 타겟 입자(220)를 선택적으로 포획할 수 있다.2A to 2B, a continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system (hereinafter referred to as a system) 200 according to one embodiment may include at least one of the settling speeds of at least one
특히, 시스템(200)은 적어도 하나의 포획 배지(210)를 더 포함함으로써, 도 1a 내지 1c를 참조하여 상술된 바와 같이 포획된 적어도 하나의 타겟 입자(220)를 배양하여 분리와 배양을 연속적으로 수행할 수 있다. 이러한 경우, 포획 공간부(230)에는 적어도 하나의 포획 배지(210)에서 적어도 하나의 타겟 입자(220)를 배양하는데 필요한 광원(240)이 더 구비될 수 있다.In particular, the
예를 들어 lung cancer CTC의 입자 같은 경우 그 크기가 12.5um 내지 30.6um으로, 10um 크기인 백혈구 및 5um 크기인 적혈구보다 매우 크지만, 혈액 내 아주 낮은 농도로 존재하기 때문에, 기존의 크기 기반 분리 방법은 관찰할 만큼의 CTC를 분리하기 매우 어려운 한계를 갖는다. 이에, 기존의 크기 기반 분리 방법을 활용하는 시스템은 한계를 극복하기 위해, 유입되는 시료의 양 자체를 늘려 포획하는 CTC의 숫자를 증가시키는 방식 또는 고성능의 광학 센서를 구비하여 소수의 CTC에 대한 관찰을 지원하는 방식을 적용하도록 개선되었으나, 해당 방식들 모두 추가적인 비용이 소모되는 단점을 갖는다.For example, the size of particles of lung cancer CTC is 12.5um to 30.6um, which is much larger than 10um white blood cells and 5um red blood cells, but is present in very low concentrations in the blood. Has very difficult limitations to separate the CTCs to be observed. Therefore, in order to overcome the limitation, the system utilizing the existing size-based separation method increases the number of incoming CTCs to increase the number of captured CTCs or observes a small number of CTCs with a high performance optical sensor. It has been improved to apply a method to support the, but all of the methods have the disadvantage that additional costs are consumed.
반면에, 일 실시예에 따른 시스템(200)은 적어도 하나의 포획 배지(210)에 소수의 CTC를 분리한 뒤 소수의 CTC를 적어도 하나의 포획 배지(210) 상에서 배양액만을 바꾸어 그대로 배양하여 그 숫자를 늘림으로써, 추가적인 시료의 후처리(예컨대, 형광 염색법, 항체 표지 등)없이 보급화된 성능의 광학 센서(미도시)를 통한 관찰을 지원할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 포획 배지(210)를 포함하는 시스템(200)은 포획된 입자의 손상 및 손실과, 입자 관찰에 소모되는 비용을 최소화할 수 있다. 또한, 시료의 종류에 따라 다양한 환경적 요구 조건이 필요로 되는데(예컨대, 혈관 내피세포와 같은 입자의 경우 배양 시 전단응력을 필요로 하는 미세환경을 요구함), 일 실시예에 따른 시스템(200)은 적어도 하나의 포획 배지(210)가 배치되는 포획 공간부(230)의 부피 및 폭을 적절하게 결정 및 조절함으로써, 미세환경을 적응적으로 제어할 수 있어 시료에 따른 환경적 요구 조건을 쉽게 충족시킬 수 있는 효과를 갖는다.On the other hand, the
이상, 시스템(200)이 하나의 포획 배지(210)를 포함하는 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 입자들 중 복수의 타겟 입자들을 분리 및 포획하고자 한다면 복수의 타겟 입자들에 대응하도록 구비되는 복수의 포획 배지들을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 복수의 포획 배지들은 포획하고자 하는 복수의 타겟 입자들 각각의 낙하 지점을 고려하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 포획 배지는 제1 타겟 입자의 낙하 지점에 배치되며, 제2 포획 배지는 제2 타겟 입자의 낙하 지점에 배치될 수 있다.Although the
도 3은 일 실시예에 따른 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 방법을 나타낸 플로우 차트이다. 이하, 일 실시예에 따른 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 방법은 도 1a 내지 2b를 참조하여 상술된 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템(이하, 시스템으로 기재함)에 의해 수행된다.3 is a flow chart illustrating a method of continuous sedimentation based microfluidic separation and culture according to one embodiment. Hereinafter, the continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture method according to one embodiment is performed by the continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system described below with reference to FIGS. 1A to 2B.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 시스템은 단계(S310)에서 유입구를 통해 시료를 유입시킨다.Referring to FIG. 3, the system according to an embodiment introduces a sample through an inlet at step S310.
이어서, 시스템은 단계(S320)에서 유입구와 시료가 배출되는 배출구 사이에 배치된 채 유입구 및 배출구보다 높은 높이를 갖도록 형성되는 포획 공간부를 통해, 유입구로부터 배출구를 향해 흐르는 시료에 포함되는 적어도 하나의 타겟 입자를 수력학적 도약 현상을 이용하여 포획한다. 단계(S320)에서 시스템이 수력학적 도약 현상을 이용하여 적어도 하나의 타겟 입자를 포획하는 것은, 포획 공간부의 높이가 유입구의 높이보다 급격히 높아져 시료의 속도가 포획 공간부에서 저하됨에 따라 적어도 하나의 타겟 입자를 침강시켜 포획하는 것을 의미한다.Subsequently, the system includes at least one target included in the sample flowing from the inlet to the outlet through a capture space formed to have a height higher than the inlet and the outlet while being disposed between the inlet and the outlet through which the sample is discharged in step S320. Particles are captured using a hydraulic jump phenomenon. In step S320, the system captures the at least one target particle by using the hydraulic leap phenomenon, wherein the height of the capture space is drastically higher than the height of the inlet so that the velocity of the sample is lowered in the capture space. By sedimentation and capture of particles.
보다 상세하게, 시스템은 시료에 포함되는 입자들 각각의 크기 또는 밀도에 기초하여 입자들이 서로 다른 낙하 지점과 침강 속도를 갖게 되는 특성을 이용하여, 단계(S320)에서 입자들 중 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 포획할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 포획 공간부의 길이를 포획하고자 하는 적어도 하나의 타겟 입자의 침강 속도 및 낙하 지점에 기초하여 결정 및 조절하여 설계함으로써, 적어도 하나의 타겟 입자만을 선택적으로 포획할 수 있다.More specifically, the system utilizes the property that the particles have different drop points and settling rates based on the size or density of each of the particles included in the sample, so that at least one target particle of the particles in step S320 is used. Can be selectively captured. For example, the system can selectively capture only at least one target particle by determining and adjusting the design based on the sedimentation velocity and the dropping point of the at least one target particle to capture the length of the capture space.
특히, 시스템은 단계(S320)에서 적어도 하나의 타겟 입자의 침강 속도를 고려하여 적어도 하나의 타겟 입자의 낙하 지점에 배치된 적어도 하나의 포획 배지를 통해 적어도 하나의 타겟 입자를 포획하여 배양할 수 있다.In particular, the system may capture and incubate at least one target particle through at least one capture medium disposed at the dropping point of the at least one target particle in consideration of the settling velocity of the at least one target particle in step S320. .
그 후, 시스템은 단계(S330)에서 배출구를 통해 적어도 하나의 타겟 입자가 포획되고 난 시료를 배출시킨다.The system then discharges the sample from which the at least one target particle has been captured through the outlet in step S330.
이처럼 시스템은 단계들(S310 내지 S330)를 통해 포획 공간부에 적어도 하나의 타겟 입자를 포획함으로써, 광학 센서를 이용한 적어도 하나의 타겟 입자의 관찰을 지원할 수 있다. 특히, 단계(S320)에서 포획된 적어도 하나의 타겟 입자의 배양을 수행함으로써, 시스템은 배양된 적어도 하나의 타겟 입자의 관찰을 지원할 수도 있다.As such, the system may support observation of at least one target particle using the optical sensor by capturing at least one target particle in the capture space through steps S310 to S330. In particular, by performing culturing of at least one target particle captured in step S320, the system may support observation of the at least one target particle that has been cultured.
도 4는 일 실시예에 따라 복수 개의 포획 공간부들이 직렬로 연결되는 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system in which a plurality of capture spaces are connected in series, according to one embodiment.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템(이하, 시스템으로 기재함)(400)은, 직렬로 연결된 복수의 포획 공간부들(410, 420)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, a continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system (hereinafter, referred to as a system) 400 according to an embodiment may include a plurality of
이러한 경우, 복수의 포획 공간부들(410, 420) 각각의 길이는 시스템(400)이 포획하고자 하는 복수의 타겟 입자들 각각의 침강 속도 및 낙하 지점에 기초하여 결정 및 조절될 수 있다. 예를 들어, 제1 포획 공간부(410)는 시료에 포함되는 입자들(430, 440) 중 분리 및 포획하고자 하는 제1 타겟 입자(430)의 침강 속도 및 통과시키고자 하는 제2 타겟 입자(440)의 침강 속도를 고려하여 길이가 결정 및 조절됨으로써, 제1 타겟 입자(430)만을 선택적으로 포획 및 분리할 수 있고, 제2 포획 공간부(420)는 시료에 포함되는 입자들(430, 440) 중 분리 및 포획하고자 하는 제2 타겟 입자(440)의 침강 속도를 고려하여 길이가 결정 및 조절됨으로써, 제2 타겟 입자(440)만을 선택적으로 포획 및 분리할 수 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 제1 포획 공간부(410)의 길이는, 제1 타겟 입자(430)의 침강 속도에 따른 침강 시간 t1S이 통과 시간 t1T보다 작은 조건(t1S<t1T)과 제2 타겟 입자(440)의 침강 속도에 따른 침강 시간 t2S이 통과 시간 t2T보다 큰 조건(t2S>t2T)을 만족시키도록 결정 및 조절되고, 제2 포획 공간부(420)의 길이는 제2 타겟 입자(440)의 침강 속도에 따른 침강 시간 t2S이 통과 시간 t2T보다 작은 조건(t2S<t2T)을 만족시키도록 결정 및 조절됨으로써, 제1 타겟 입자(430)는 제1 포획 공간부(410)에 분리 및 포획되고 제2 타겟 입자(440)는 제2 포획 공간부(420)에 분리 및 포획될 수 있다.In this case, the length of each of the plurality of
이 때, 복수의 포획 공간부들(410, 420) 각각은 도 2a 내지 2b를 참조하여 상술된 포획 배지(미도시)를 더 포함함으로써, 타겟 입자의 포획 및 배양을 연속적으로 수행할 수 있다. 또한, 복수의 포획 공간부들(410, 420) 각각에는 포획 및 배양된 타겟 입자를 관찰하도록 구비되는 광학 센서가 더 구비될 수 있다.In this case, each of the plurality of
또한, 시스템(400)은 도면에 도시된 바와 같이 직렬로 연결된 복수의 포획 공간부들(410, 420)에 복수의 타겟 입자들(430, 440)을 포획 및 분리하는 대신에, 병렬로 연결된 복수의 포획 공간부들에 복수의 타겟 입자들을 포획 및 분리할 수도 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 5를 참조하여 기재하기로 한다.In addition, the
도 5는 일 실시예에 따라 복수 개의 포획 공간부들이 병렬로 연결되는 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템을 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating a continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system in which a plurality of capture spaces are connected in parallel, according to one embodiment.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템(이하, 시스템으로 기재함)(500)은, 병렬로 연결된 복수의 포획 공간부들(510, 520, 530)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, a continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system (hereinafter referred to as a system) 500 according to one embodiment includes a plurality of
이러한 경우, 복수의 포획 공간부들(510, 520, 530) 각각의 길이는 시스템(500)이 포획하고자 하는 복수의 타겟 입자들 각각의 침강 속도 및 낙하 지점에 기초하여 결정 및 조절될 수 있다. 예를 들어, 제1 포획 공간부(510)는 시료에 포함되는 입자들 중 분리 및 포획하고자 하는 제1 타겟 입자의 침강 속도 및 통과시키고자 하는 제2 타겟 입자와 제3 타겟 입자 각각의 침강 속도를 고려하여 길이가 결정 및 조절됨으로써, 제1 타겟 입자만을 선택적으로 포획 및 분리할 수 있고, 제2 포획 공간부(520)는 시료에 포함되는 입자들 중 분리 및 포획하고자 하는 제2 타겟 입자의 침강 속도 및 통과시키고자 하는 제1 타겟 입자와 제3 타겟 입자 각각의 침강 속도를 고려하여 길이가 결정 및 조절됨으로써, 제2 타겟 입자만을 선택적으로 포획 및 분리할 수 있으며, 제3 포획 공간부(530)는 시료에 포함되는 입자들 중 분리 및 포획하고자 하는 제3 타겟 입자의 침강 속도 및 통과시키고자 하는 제1 타겟 입자와 제2 타겟 입자 각각의 침강 속도를 고려하여 길이가 결정 및 조절됨으로써, 제3 타겟 입자만을 선택적으로 포획 및 분리할 수 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 제1 포획 공간부(510)의 길이는, 제1 타겟 입자의 침강 속도에 따른 침강 시간 t1S이 통과 시간 t1T보다 작은 조건(t1S<t1T), 제2 타겟 입자의 침강 속도에 따른 침강 시간 t2S이 통과 시간 t2T보다 큰 조건(t2S>t2T)과 제3 타겟 입자의 침강 속도에 따른 침강 시간 t3S이 통과 시간 t3T보다 큰 조건(t3S>t3T)을 만족시키도록 결정 및 조절되고, 제2 포획 공간부(520)의 길이는 제2 타겟 입자의 침강 속도에 따른 침강 시간 t2S이 통과 시간 t2T보다 작은 조건(t2S<t2T), 제1 타겟 입자의 침강 속도에 따른 침강 시간 t1S이 통과 시간 t1T보다 큰 조건(t1S>t1T)과 제3 타겟 입자의 침강 속도에 따른 침강 시간 t3S이 통과 시간 t3T보다 큰 조건(t3S>t3T)을 만족시키도록 결정 및 조절되며, 제3 포획 공간부(530)의 길이는 제3 타겟 입자의 침강 속도에 따른 침강 시간 t3S이 통과 시간 t3T보다 작은 조건(t3S<t3T), 제1 타겟 입자의 침강 속도에 따른 침강 시간 t1S이 통과 시간 t1T보다 큰 조건(t1S>t1T)과 제3 타겟 입자의 침강 속도에 따른 침강 시간 t3S이 통과 시간 t3T보다 큰 조건(t3S>t3T)을 만족시키도록 결정 및 조절될 수 있다.In this case, the length of each of the plurality of
이 때, 복수의 포획 공간부들(510, 520, 530) 각각은 도 2a 내지 2b를 참조하여 상술된 포획 배지(미도시)를 더 포함함으로써, 타겟 입자의 포획 및 배양을 연속적으로 수행할 수 있다. 또한, 복수의 포획 공간부들(510, 520, 530) 각각에는 포획 및 배양된 타겟 입자를 관찰하도록 구비되는 광학 센서가 더 구비될 수 있다.In this case, each of the plurality of
이상, 복수의 포획 공간부들(510, 520, 530) 각각이 서로 다른 타겟 입자를 포획 및 분리하는 경우가 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 시스템(500)은 복수의 포획 공간부들(510, 520, 530) 각각이 동일한 타겟 입자를 포획하도록 구현될 수 있다. 이는 타겟 입자를 포획하는 처리량의 향상을 도모하기 위한 것으로, 이러한 경우 복수의 포획 공간부들(510, 520, 530) 각각의 길이는 모두 동일하게 결정 및 조절될 수 있다.As described above, a case in which each of the plurality of
도 4 내지 5를 참조하여, 복수의 포획 공간부들(410, 420, 510, 520, 530) 각각의 길이가 분리 및 포획하고자 하는 타겟 입자들(430, 440) 각각의 침강 속도에 기초하여 결정되는 것으로 설명되었으나, 도 1a 내지 1c를 참조하여 상술된 바와 같이 분리 및 포획하고자 하는 타겟 입자들(430, 440) 각각의 낙하 지점에 기초하여 결정될 수도 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 1a 내지 1c를 참조하여 상술되었으므로 생략하기로 한다.4 to 5, the length of each of the plurality of
도 6a 내지 6b는 다른 일 실시예에 따른 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템을 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 6a는 제1 유입구 및 제1 배출구가 열렸을 때의 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템을 나타낸 상면도이고, 도 6b는 제2 유입구 및 제2 배출구가 열렸을 때의 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템을 나타낸 상면도이다.6A-6B illustrate a continuous sedimentation based microfluidic separation and culture system according to another embodiment. Specifically, FIG. 6A is a top view showing a continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system when the first inlet and the first outlet are opened, and FIG. 6B is a continuous settling-based microstructure when the second inlet and the second outlet are opened. Top view showing a fluid separation and culture system.
도 6a 내지 6b를 참조하면, 다른 일 실시예에 따른 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템(이하, 시스템으로 기재함)(600)은, 도 2a 내지 2b에 도시된 시스템(200)과 같이 하나의 포획 공간부(610)를 포함하나, 유입구 및 배출구가 각각 두 개씩 구비된다는 점에서 차이가 있다.6A-6B, a continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system (hereinafter referred to as a system) 600 according to another embodiment is one such as the
보다 상세하게, 시스템(600)이 제1 방향으로 배치되어 제1 방향으로 흐르는 제1 시료가 유입되는 제1 유입구(620) 및 제1 시료가 배출되는 제1 배출구(621)와, 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 배치되어 제2 방향으로 흐르는 제2 시료가 유입되는 제2 유입구(630) 및 제2 시료가 배출되는 제2 배출구(631)를 포함함으로써, 포획 공간부(610)는 제1 유입구(620) 및 제1 배출구(621) 사이와 제2 유입구(630) 및 제2 배출구(631) 사이에 배치된 채 제1 유입구(620), 제2 유입구(630), 제1 배출구(621) 및 제2 배출구(631)보다 높은 높이를 갖도록 형성되어, 수력학적 도약 현상에 기초하여 제1 유입구(620)로부터 제1 배출구(621)를 향해 흐르는 제1 시료에 포함되는 적어도 하나의 제1 타겟 입자 및 2 유입구(630)로부터 제2 배출구(631)를 향해 흐르는 제2 시료에 포함되는 적어도 하나의 제2 타겟 입자 각각을 포획할 수 있다.More specifically, the
예를 들어, 제1 시료에 포함되는 적어도 하나의 제1 타겟 입자를 포획할 때 시스템(600)은, 도 6a와 같이 제1 유입구(620) 및 제1 배출구(621)를 열린 상태로 유지하고 제2 유입구(630) 및 제2 배출구(631)를 닫힌 상태로 유지하여 제1 시료를 포획 공간부(610)로 유입시켜 도 1a 내지 1c를 참조하여 상술된 수력학적 도약 현상을 이용하여 제1 시료에 포함되는 제1 타겟 입자들을 제1 포획 배지들(622, 623)에 포획 및 배양할 수 있다. 이 때, 제1 포획 배지들(622, 623) 중 제1-1 포획 배지(622)는 제1 타겟 입자들 중 침강 속도가 빠르고 낙하 지점이 가까운 타겟 입자를 포획 및 배양하고, 제1-2 포획 배지(623)는 제1 타겟 입자들 중 침강 속도가 느리고 낙하 지점이 먼 타겟 입자를 포획 및 배양할 수 있다.For example, when capturing at least one first target particle included in the first sample, the
다른 예를 들면, 제2 시료에 포함되는 적어도 하나의 제2 타겟 입자를 포획할 때 시스템(600)은, 도 6b와 같이 제2 유입구(630) 및 제2 배출구(631)를 열린 상태로 유지하고 제1 유입구(620) 및 제1 배출구(621)를 닫힌 상태로 유지하여 제2 시료를 포획 공간부(610)로 유입시켜 도 1a 내지 1c를 참조하여 상술된 수력학적 도약 현상을 이용하여 제2 시료에 포함되는 제2 타겟 입자들을 제2 포획 배지들(632, 633)에 포획 및 배양할 수 있다. 이 때, 제2 포획 배지들(632, 633) 중 제2-1 포획 배지(632)는 제2 타겟 입자들 중 침강 속도가 빠르고 낙하 지점이 가까운 타겟 입자를 포획 및 배양하고, 제2-2 포획 배지(633)는 제2 타겟 입자들 중 침강 속도가 느리고 낙하 지점이 먼 타겟 입자를 포획 및 배양할 수 있다.For another example, when capturing at least one second target particle included in the second sample, the
따라서, 포획 공간부(610)의 제1 방향으로의 길이(611)는 제1 시료에 포함되는 적어도 하나의 제1 타겟 입자의 침강 속도 및 낙하 지점에 기초하여 결정 및 조절될 수 있고, 포획 공간부(610)의 제2 방향으로의 길이(612)는 제2 시료에 포함되는 적어도 하나의 제2 타겟 입자의 침강 속도 및 낙하 지점에 기초하여 결정 및 조절될 수 있다.Accordingly, the length 611 of the
이러한 구조의 시스템(600)은 복수의 포획 공간부들을 포함하는 시스템보다 소형화가 가능한 이점을 가질 수 있다.The
이상, 시스템(600)이 포획 배지들(622, 623, 632, 633)을 포함하는 구조가 설명되었으나. 실시예에 따라 포획 배지들(622, 623, 632, 633)은 생략될 수 있다.In the foregoing, a structure in which the
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different manner than the described method, or other components. Or, even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.
Claims (18)
시료가 유입되는 유입구;
상기 시료가 배출되는 배출구; 및
상기 유입구 및 상기 배출구 사이에 배치된 채 상기 유입구 및 상기 배출구보다 높은 높이를 갖도록 형성되어, 상기 유입구로부터 상기 배출구를 향해 흐르는 상기 시료에 포함되는 적어도 하나의 타겟 입자를 수력학적 도약 현상을 이용하여 포획하는 포획 공간부
를 포함하고,
상기 유입구의 폭은,
상기 적어도 하나의 타겟 입자를 포획하는 처리량을 향상시키기 위하여 상기 유입구에서의 시료의 속도를 증가시키는 값으로 결정되며,
상기 포획 공간부의 폭은,
상기 적어도 하나의 타겟 입자를 포획하는 포획율을 향상시키기 위하여 상기 포획 공간부에서의 시료의 속도를 감소시키는 값으로 결정되고,
상기 수력학적 도약 현상은,
상기 유입구를 통해 유입되는 시료가 상기 포획 공간부로 진입할 때 상기 유입구와 상기 포획 공간부 사이의 급격한 높이 변화로 인해 상기 적어도 하나의 타겟 입자가 상승했다가 침강하는 현상을 포함하며,
상기 포획 공간부는,
상기 적어도 하나의 타겟 입자의 침강 속도를 고려하여 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 낙하 지점에 배치된 채 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 포획하여 배양하는 적어도 하나의 포획 배지를 포함하고,
상기 포획 공간부의 부피 및 폭은,
상기 적어도 하나의 포획 배지에서 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 배양하는 미세환경 요구 조건에 기초하여 결정되는 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템.In the continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system using a hydraulic leap phenomenon,
An inlet through which a sample is introduced;
An outlet through which the sample is discharged; And
It is disposed between the inlet and the outlet and has a height higher than that of the inlet and the outlet, and captures at least one target particle included in the sample flowing from the inlet toward the outlet using a hydraulic jump phenomenon. Capture space part to say
Including,
The width of the inlet,
Determined to increase the rate of sample at the inlet to improve throughput of capturing the at least one target particle,
The width of the capture space portion,
Determined to reduce the velocity of the sample in the capture space to improve the capture rate for capturing the at least one target particle,
The hydraulic leap phenomenon,
When the sample flowing through the inlet enters the capture space portion includes the phenomenon that the at least one target particles rise and settle due to the rapid height change between the inlet and the capture space portion,
The capture space portion,
At least one capture medium for capturing and culturing the at least one target particle while being disposed at a dropping point of the at least one target particle in consideration of the settling velocity of the at least one target particle,
The volume and width of the capture space portion,
A continuous sedimentation based microfluidic separation and culture system determined based on microenvironmental requirements for culturing the at least one target particle in the at least one capture medium.
상기 포획 공간부는,
상기 포획 공간부의 높이가 상기 유입구의 높이보다 급격히 높아져 상기 시료의 이동 속도가 상기 포획 공간부에서 저하됨에 따라 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 침강시켜 포획하는, 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템.The method of claim 1,
The capture space portion,
The sedimentation-based microfluidic separation and culture system of seizing the at least one target particles as the height of the capture space is sharply higher than the height of the inlet, the moving speed of the sample is lowered in the capture space.
상기 포획 공간부는,
상기 시료에 포함되는 입자들 각각의 크기 또는 밀도에 기초하여 상기 입자들이 서로 다른 낙하 지점과 침강 속도를 갖게 됨에 따라, 상기 입자들 중 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 포획하는, 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템.The method of claim 2,
The capture space portion,
Continuous sedimentation-based microparticles, which selectively capture the at least one target particle of the particles as the particles have different drop points and sedimentation rates based on the size or density of each of the particles included in the sample Fluid Separation and Culture System.
상기 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템은,
상기 적어도 하나의 포획 배지에서 배양된 적어도 하나의 타겟 입자를 관찰하는 광학 센서를 더 포함하는, 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템.The method of claim 1,
The continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system,
And further comprising an optical sensor for observing at least one target particle incubated in said at least one capture medium.
상기 포획 공간부의 길이는,
상기 적어도 하나의 타겟 입자의 침강 속도에 기초하여 결정되는, 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템.The method of claim 3,
The length of the capture space portion,
And a sedimentation based microfluidic separation and culture system based on the sedimentation rate of the at least one target particle.
유입구를 통해 시료를 유입시키는 단계;
상기 유입구와 상기 시료가 배출되는 배출구 사이에 배치된 채 상기 유입구 및 상기 배출구보다 높은 높이를 갖도록 형성되는 포획 공간부를 통해, 상기 유입구로부터 상기 배출구를 향해 흐르는 상기 시료에 포함되는 적어도 하나의 타겟 입자를 수력학적 도약 현상을 이용하여 포획하는 단계; 및
상기 배출구를 통해 상기 적어도 하나의 타겟 입자가 포획되고 난 시료를 배출시키는 단계
를 포함하고,
상기 유입시키는 단계는,
상기 적어도 하나의 타겟 입자를 포획하는 처리량을 향상시키기 위하여 상기 유입구에서의 시료의 속도를 증가시키는 값으로 폭이 결정된 유입구를 통해 상기 시료를 유입시키는 단계이며,
상기 포획하는 단계는,
상기 적어도 하나의 타겟 입자를 포획하는 포획율을 향상시키기 위하여 상기 포획 공간부에서의 시료의 속도를 감소시키는 값으로 폭이 결정된 포획 공간부를 통해 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 포획하는 단계이고,
상기 수력학적 도약 현상은,
상기 유입구를 통해 유입되는 시료가 상기 포획 공간부로 진입할 때 상기 유입구와 상기 포획 공간부 사이의 급격한 높이 변화로 인해 상기 적어도 하나의 타겟 입자가 상승했다가 침강하는 현상을 포함하며,
상기 포획하는 단계는,
상기 적어도 하나의 타겟 입자의 침강 속도를 고려하여 상기 적어도 하나의 타겟 입자의 낙하 지점에 배치된 적어도 하나의 포획 배지를 통해, 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 포획하여 배양하는 단계
를 포함하고,
상기 포획 공간부의 부피 및 폭은,
상기 적어도 하나의 포획 배지에서 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 배양하는 미세환경 요구 조건에 기초하여 결정되는 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 방법.In the sedimentation-based microfluidic separation and cultivation method using a hydraulic leap phenomenon,
Introducing a sample through an inlet;
At least one target particle included in the sample flowing from the inlet toward the outlet through a capture space formed between the inlet and the outlet through which the sample is discharged to have a height higher than that of the inlet and the outlet. Capturing using a hydraulic jump phenomenon; And
Discharging the sample captured by the at least one target particle through the outlet;
Including,
The introducing step is
Introducing the sample through an inlet whose width is determined to increase the speed of the sample at the inlet in order to improve the throughput of capturing the at least one target particle,
The capturing step,
Capturing the at least one target particle through the capture space portion whose width is determined to reduce the velocity of the sample in the capture space portion to improve the capture rate for capturing the at least one target particle,
The hydraulic leap phenomenon,
When the sample flowing through the inlet enters the capture space portion includes the phenomenon that the at least one target particles rise and settle due to the rapid height change between the inlet and the capture space portion,
The capturing step,
Capturing and incubating the at least one target particle through at least one capture medium disposed at a dropping point of the at least one target particle in consideration of the settling velocity of the at least one target particle
Including,
The volume and width of the capture space portion,
And a method for continuous sedimentation based microfluidic separation and culturing determined on the basis of microenvironmental requirements for culturing the at least one target particle in the at least one capture medium.
상기 포획하는 단계는,
상기 포획 공간부의 높이가 상기 유입구의 높이보다 급격히 높아져 상기 시료의 이동 속도가 상기 포획 공간부에서 저하됨에 따라 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 침강시켜 포획하는 단계인, 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 방법.The method of claim 8,
The capturing step,
Continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture method of the step of seizing the at least one target particles as the height of the capture space is sharply higher than the height of the inlet, the moving speed of the sample is lowered in the capture space. .
상기 포획하는 단계는,
상기 시료에 포함되는 입자들 각각의 크기 또는 밀도에 기초하여 상기 입자들이 서로 다른 낙하 지점과 침강 속도를 갖게 됨에 따라, 상기 입자들 중 상기 적어도 하나의 타겟 입자를 선택적으로 포획하는 단계인, 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 방법.The method of claim 9,
The capturing step,
Continuous sedimentation, which selectively captures the at least one target particle of the particles as the particles have different drop points and settling rates based on the size or density of each of the particles included in the sample Based microfluidic separation and culture methods.
시료가 유입되는 유입구;
상기 시료가 배출되는 배출구; 및
상기 유입구 및 상기 배출구 사이에 직렬 또는 병렬로 배치되는 복수의 포획 공간부들-상기 복수의 포획 공간부들 각각은, 상기 유입구 및 상기 배출구보다 높은 높이를 갖도록 형성되어 상기 유입구로부터 상기 배출구를 향해 흐르는 상기 시료에 포함되는 서로 다른 타겟 입자를 수력학적 도약 현상을 이용하여 포획함-
을 포함하고,
상기 유입구의 폭은,
상기 서로 다른 타겟 입자를 포획하는 처리량을 향상시키기 위하여 상기 유입구에서의 시료의 속도를 증가시키는 값으로 결정되며,
상기 복수의 포획 공간부들 각각의 폭은,
상기 서로 다른 타겟 입자를 포획하는 포획율을 향상시키기 위하여 상기 복수의 포획 공간부들 각각에서의 시료의 속도를 감소시키는 값으로 결정되고,
상기 수력학적 도약 현상은,
상기 유입구를 통해 유입되는 시료가 상기 복수의 포획 공간부들 각각으로 진입할 때 상기 유입구와 상기 복수의 포획 공간부들 각각 사이의 급격한 높이 변화로 인해 상기 서로 다른 타겟 입자가 상승했다가 침강하는 현상을 포함하며,
상기 복수의 포획 공간부들 각각은,
상기 서로 다른 타겟 입자의 침강 속도를 고려하여 상기 서로 다른 타겟 입자의 낙하 지점에 배치된 채 상기 서로 다른 타겟 입자를 포획하여 배양하는 포획 배지를 포함하고,
상기 복수의 포획 공간부들 각각의 부피 및 폭은,
상기 포획 배지에서 상기 서로 다른 타겟 입자를 배양하는 미세환경 요구 조건에 기초하여 결정되는 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템.In the continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system using a hydraulic leap phenomenon,
An inlet through which a sample is introduced;
An outlet through which the sample is discharged; And
A plurality of capture spaces disposed in series or in parallel between the inlet and the outlet, each of the plurality of capture spaces being formed to have a height higher than that of the inlet and the outlet and flowing toward the outlet from the inlet; Capture different target particles included in the ship using hydraulic leap
Including,
The width of the inlet,
Determined to increase the rate of sample at the inlet to improve throughput of capturing the different target particles,
The width of each of the plurality of capture spaces,
And to reduce the velocity of the sample in each of the plurality of capture spaces in order to improve the capture rate for capturing the different target particles,
The hydraulic leap phenomenon,
And when the sample flowing through the inlet enters each of the plurality of capture spaces, the different target particles rise and settle due to a sudden height change between the inlet and each of the plurality of capture spaces. ,
Each of the plurality of capture spaces,
A capture medium for capturing and culturing the different target particles while being disposed at falling points of the different target particles in consideration of the settling speeds of the different target particles;
The volume and width of each of the plurality of capture spaces,
Continuous sedimentation based microfluidic separation and culture system determined based on microenvironmental requirements for culturing the different target particles in the capture medium.
상기 복수의 포획 공간부들 각각은,
상기 복수의 포획 공간부들 각각의 높이가 상기 유입구의 높이보다 급격히 높아져 상기 시료의 이동 속도가 상기 복수의 포획 공간부들 각각에서 저하됨에 따라 상기 서로 다른 타겟 입자를 침강시켜 포획하는, 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템.The method of claim 12,
Each of the plurality of capture spaces,
A continuous sedimentation-based microfluid fluid that seizes and captures different target particles as the height of each of the plurality of capture spaces is sharply higher than the height of the inlet so that the moving speed of the sample decreases in each of the plurality of capture spaces. Separation and Culture System.
상기 복수의 포획 공간부들 각각은,
상기 시료에 포함되는 입자들 각각의 크기 또는 밀도에 기초하여 상기 입자들이 서로 다른 낙하 지점과 침강 속도를 갖게 됨에 따라, 상기 입자들 중 상기 서로 다른 타겟 입자를 선택적으로 포획하는, 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템.The method of claim 13,
Each of the plurality of capture spaces,
Continuous sedimentation-based microfluid, which selectively captures the different target particles among the particles as the particles have different drop points and sedimentation rates based on the size or density of each of the particles included in the sample. Separation and Culture System.
상기 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템은,
상기 포획 배지에서 배양된 타겟 입자를 관찰하도록 상기 복수의 포획 공간부들 각각에 대응하여 구비되는 복수의 광학 센서들을 더 포함하는, 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템.The method of claim 12,
The continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system,
And a plurality of optical sensors provided in correspondence with each of the plurality of capture spaces to observe the target particles incubated in the capture medium.
상기 복수의 포획 공간부들 각각은,
상기 서로 다른 타겟 입자의 침강 속도에 기초하여 서로 다른 길이로 형성되는, 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템.The method of claim 14,
Each of the plurality of capture spaces,
Continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system is formed of different lengths based on the sedimentation rate of the different target particles.
제1 시료가 유입되는 제1 유입구;
상기 제1 시료가 배출되는 제1 배출구;
제2 시료가 유입되는 제2 유입구;
상기 제2 시료가 배출되는 제2 배출구; 및
상기 제1 유입구 및 상기 제1 배출구 사이와 상기 제2 유입구 및 상기 제2 배출구 사이에 배치된 채 상기 제1 유입구, 상기 제2 유입구, 상기 제1 배출구 및 상기 제2 배출구보다 높은 높이를 갖도록 형성되어, 수력학적 도약 현상에 기초하여 상기 제1 유입구로부터 상기 제1 배출구를 향해 흐르는 상기 제1 시료에 포함되는 적어도 하나의 제1 타겟 입자 및 상기 제2 유입구로부터 상기 제2 배출구를 향해 흐르는 상기 제2 시료에 포함되는 적어도 하나의 제2 타겟 입자 각각을 포획하는 포획 공간부
를 포함하고,
상기 제1 유입구의 폭은,
상기 적어도 하나의 제1 타겟 입자를 포획하는 처리량을 향상시키기 위하여 상기 제1 유입구에서의 제1 시료의 속도를 증가시키는 값으로 결정되며,
상기 제2 유입구의 폭은,
상기 적어도 하나의 제2 타겟 입자를 포획하는 처리량을 향상시키기 위하여 상기 제2 유입구에서의 제2 시료의 속도를 증가시키는 값으로 결정되고,
상기 포획 공간부의 폭은,
상기 적어도 하나의 제1 타겟 입자 및 상기 적어도 하나의 제2 타겟 입자 각각을 포획하는 포획율을 향상시키기 위하여 상기 포획 공간부에서의 제1 시료 및 제2 시료 각각의 속도를 감소시키는 값으로 결정되고,
상기 수력학적 도약 현상은,
상기 제1 유입구를 통해 유입되는 시료가 상기 포획 공간부로 진입할 때 상기 제1 유입구와 상기 포획 공간부 사이의 급격한 높이 변화로 인해 상기 적어도 하나의 제1 타겟 입자가 상승했다가 침강하는 현상과, 상기 제2 유입구를 통해 유입되는 시료가 상기 포획 공간부로 진입할 때 상기 제2 유입구와 상기 포획 공간부 사이의 급격한 높이 변화로 인해 상기 적어도 하나의 제2 타겟 입자가 상승했다가 침강하는 현상을 포함하며,
상기 포획 공간부는,
상기 적어도 하나의 제1 타겟 입자의 침강 속도를 고려하여 상기 적어도 하나의 제1 타겟 입자의 낙하 지점에 배치된 채 상기 적어도 하나의 제1 타겟 입자를 포획하여 배양하는 적어도 하나의 제1 포획 배지 및 상기 적어도 하나의 제2 타겟 입자의 침강 속도를 고려하여 상기 적어도 하나의 제2 타겟 입자의 낙하 지점에 배치된 채 상기 적어도 하나의 제2 타겟 입자를 포획하여 배양하는 적어도 하나의 제2 포획 배지를 포함하고,
상기 포획 공간부의 부피 및 폭은,
상기 적어도 하나의 제1 포획 배지에서 상기 적어도 하나의 제1 타겟 입자를 배양하는 미세환경 요구 조건 및 상기 적어도 하나의 제2 포획 배지에서 상기 적어도 하나의 제2 타겟 입자를 배양하는 미세환경 요구 조건에 기초하여 결정되는 연속적 침강 기반 미세유체 분리 및 배양 시스템.In the continuous sedimentation-based microfluidic separation and culture system using a hydraulic leap phenomenon,
A first inlet through which the first sample is introduced;
A first outlet through which the first sample is discharged;
A second inlet through which a second sample is introduced;
A second outlet through which the second sample is discharged; And
It is formed to have a height higher than the first inlet, the second inlet, the first outlet and the second outlet while being disposed between the first inlet and the first outlet and between the second inlet and the second outlet. And at least one first target particle included in the first sample flowing from the first inlet toward the first outlet and the second flow from the second inlet toward the second outlet based on a hydraulic jump phenomenon. Capture space portion for capturing each of the at least one second target particles contained in the second sample
Including,
The width of the first inlet,
A value that increases the speed of the first sample at the first inlet to improve throughput of capturing the at least one first target particle,
The width of the second inlet,
Determined to increase the speed of the second sample at the second inlet to improve throughput of capturing the at least one second target particle,
The width of the capture space portion,
And to decrease the speed of each of the first sample and the second sample in the capture space to improve the rate of capture of each of the at least one first target particle and the at least one second target particle. ,
The hydraulic leap phenomenon,
When the sample flowing through the first inlet enters the capture space, the at least one first target particle rises and sinks due to a sudden height change between the first inlet and the capture space; And when the sample flowing through the second inlet enters the capture space, the at least one second target particle rises and sinks due to a sudden height change between the second inlet and the capture space. ,
The capture space portion,
At least one first capture medium for capturing and culturing the at least one first target particle while being disposed at a dropping point of the at least one first target particle in consideration of the settling velocity of the at least one first target particle; At least one second capture medium for capturing and culturing the at least one second target particle while being disposed at a dropping point of the at least one second target particle in consideration of the settling velocity of the at least one second target particle Including,
The volume and width of the capture space portion,
Microenvironmental requirements for culturing the at least one first target particle in the at least one first capture medium and microenvironmental requirements for culturing the at least one second target particle in the at least one second capture medium. Continuous sedimentation based microfluidic separation and culture system determined on the basis of.
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