KR102124957B1

KR102124957B1 - 전기천공 장치

Info

Publication number: KR102124957B1
Application number: KR1020180087885A
Authority: KR
Inventors: 이다혁; 안민영; 윤재연; 이승기; 이현주; 전종진; 최민성
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2020-06-22
Also published as: KR20200012508A

Abstract

본 발명은 전기천공 장치에 관한 것으로, 세포가 수용되는 샘플 용기, 유전자가 현탁된 시료가 수용되며, 세포 전기천공이 이루어지는 공간이 형성된 챔버 및 샘플 용기와 챔버 사이에 위치되며 샘플 용기에 수용된 세포가 챔버로 이동하는 통로인 세포 주입 튜브를 포함하고, 챔버는 시료가 수용되며, 세포가 이동하는 공간이 형성된 케이스와, 공간에 세포가 수용되면 전기 펄스를 발생시키는 전극부를 포함하며, 전극부는 케이스의 외부에 케이스와 이격되어 배치될 수 있다.

Description

전기천공 장치{Electroporation Device}

본 발명은 전기천공 장치에 관한 것이다.

전기천공법(electroporation)은 세포를 DNA 용액에 넣고, 직류 고전압의 펄스를 통과시켜 세포막에 일시적인 구멍을 만들어 세포 내로 DNA를 도입시키는 유전자 도입법의 하나이다. 전기천공법은 동물, 식물, 미생물, 사람 등으로부터 추출한 세포 등 다양한 세포종에 적용이 가능하며, DNA에 뿐만 아니라 RNA, siRNA, 펩타이드, 단백질, 항체, 약물 또는 다른 물질을 도입시키는 응용이 가능하다.

종래 전기천공 장치는 전기천공이 이루어지는 챔버 내부에 전극이 배치되기 때문에 일회용으로 사용되는 챔버의 단가가 상승하고, 챔버에 세포를 일정량 가두어 전기천공 처리한 후 내보내는 stop-and-flow 방식으로 처리 속도가 느리며, 세포가 전극이 직접 접촉되기 때문에 과전류에 의한 세포의 사망률이 높은 문제가 있다.

본 발명은 전기천공시 세포의 사망률을 최소화하는 전기천공 장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 대용량의 세포를 전기천공 처리할 수 있는 전기천공 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전기천공 장치는 세포가 수용되는 샘플 용기, 유전자가 현탁된 시료가 수용되며, 세포 전기천공이 이루어지는 공간이 형성된 챔버 및 샘플 용기와 챔버 사이에 위치되며 샘플 용기에 수용된 세포가 챔버로 이동하는 통로인 세포 주입 튜브를 포함하고, 챔버는 시료가 수용되며, 세포가 이동하는 공간이 형성된 케이스와, 공간에 세포가 수용되면 전기 펄스를 발생시키는 전극부를 포함하며, 전극부는 케이스의 외부에 케이스와 이격되어 배치될 수 있다.

전극부는 양극과 음극을 포함하고, 케이스는 양극과 음극 사이에 배치되며, 양극의 크기는 음극의 크기 보다 클 수 있다.

케이스의 단면 형상은 원형이고, 양극의 단면 형상과 음극의 단면 형상은 호 형상일 수 있다.

전극부를 지지하는 전극 서포터를 더 포함하고, 전극 서포터와 케이스 사이에는 이격 공간이 형성되며, 전극부는 이격 공간에 배치될 수 있다.

전극부는 전극 서포터의 내면에 배치될 수 있다.

챔버는 케이스의 입구와 출구 중 적어도 하나에 배치되는 차폐부를 포함할 수 있다.

가스가 수용된 가스 봄베, 가스 봄베와 샘플 용기 사이에 위치되며 가스의 이동 통로인 제1 가스 튜브, 입구가 제1 가스 튜브에 연결되고 출구가 세포 주입 튜브에 연결되며 가스의 이동 통로인 제2 가스 튜브, 제1 가스 튜브와 샘플 용기 사이에 배치되는 제1 세포 주입 밸브와 샘플 용기와 상기 세포 주입 튜브 사이에 배치되는 제2 세포 주입 밸브로 구성되는 한 쌍의 세포 주입 밸브, 제1 가스 튜브와 제2 가스 튜브 사이에 배치되는 제1 세포 배출 밸브와 제2 가스 튜브와 세포 주입 튜브 사이에 배치되는 제2 세포 배출 밸브로 구성되는 한 쌍의 세포 배출 밸브, 제1 가스 튜브 상에 배치되어 가스 봄베에서 배출되는 가스를 조절하는 질량 흐름 제어기 및 한 쌍의 세포 주입 밸브, 한 쌍의 세포 배출 밸브 및 질량 흐름 제어기를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

제어부는 제1 시간 동안 세포 주입 밸브를 온 상태, 한 쌍의 세포 배출 밸브를 오프 상태로 제어하고, 제2 시간 동안 전극부에 전압을 인가하고, 제3 시간 동안 세포 주입 밸브를 오프 상태, 한 쌍의 세포 배출 밸브를 온 상태로 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 전기천공 장치는 세포가 수용되는 샘플 용기, 유전자가 현탁된 시료가 수용되며, 세포 전기천공이 이루어지는 공간이 형성된 챔버 및 샘플 용기와 상기 챔버 사이에 위치되며, 샘플 용기에 수용된 세포가 챔버로 이동하는 통로인 세포 주입 튜브를 포함하고, 챔버는 시료가 수용되며, 세포가 이동하는 공간이 형성된 케이스와, 케이스의 내면에 장착되며, 공간에 세포가 수용되면 전기 펄스를 발생시키는 전극부를 포함하며, 전극부에는 공간을 향해 돌출된 전극돌기가 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 전극부가 세포의 전기천공이 이루어지는 케이스 외부에 배치됨으로써, 세포는 전기천공 시 전극부에 접촉되지 않아 세포의 생존률이 높아지며, 전극부는 적어도 1회 이상 사용될 수 있어 제작 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 세포가 케이스 내부를 통과하는 동안 케이스 외부에서 전계를 형성하여 세포에 전기 펄스를 가하는 방식으로 전기천공 처리함으로써, 연속적인 전기천공이 가능하여 전기천공에 소요되는 시간을 절감할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 양극의 크기와 음극의 크기가 상이하게 형성된 전극부를 케이스의 외부에 배치함으로써, 전극부가 형성하는 전기 펄스를 케이스에 집중시켜, 전극부가 형성하는 전기 펄스 중 케이스를 통과하는 전기 펄스의 수를 최대화여 전기천공 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 질량 흐름 제어기를 통해 가스를 정밀 제어함으로써, 전기천공 처리공정의 오차를 줄이고 정밀도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전기천공 장치의 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전기천공 장치의 블록도이다.
도 3은 종래 챔버의 일부분이 도시된 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 및 제2 실시 예에 따른 챔버의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 챔버의 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 챔버의 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 챔버의 일부분이 도시된 횡단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 챔버의 일부분이 도시된 횡단면도이다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전기천공 장치의 블럭도이다.

제1 실시 예에 따른 전기천공 장치는 샘플 용기(10), 전극부가 배치된 챔버(20), 에어 용기(30) 및 컬렉션 용기(40)와, 샘플 용기(10)와 챔버(20) 사이에서 세포가 이동하는 통로인 세포 주입 튜브(13)와, 챔버(20)와 에어 용기(30) 사이에서 가스(gas)가 이동하는 통로인 가스 튜브(23) 와, 챔버(20)와 컬렉션 용기(40) 사이에서 세포가 이동하는 통로인 세포 배출 튜브(33)를 포함할 수 있다.

세포 주입 튜브(13)에는 인렛 밸브(15)가 배치되고, 인렛 밸브(15)는 샘플 용기(10)에서 챔버(20)로 이동하는 세포의 양을 조절할 수 있다. 마찬가지로, 세포 배출 튜브(33)에는 아웃렛 밸브(35)가 배치되고, 아웃렛 밸브(35)는 챔버(20)에서 컬렉션 용기(40)로 이동하는 세포의 양을 조절할 수 있다.

구체적으로, 인렛 밸브(15) 및/또는 아웃렛 밸브(35)가 닫힌 경우 세포의 이동은 차단되고, 인렛 밸브(15) 및/또는 아웃렛 밸브(35)가 열린 경우 세포 주입 튜브(13) 및/또는 세포 배출 튜브(33)를 통해 세포는 이동하며, 이동되는 세포의 양은 인렛 밸브(15) 및/또는 아웃렛 밸브(35)의 오픈량에 따라 달라질 수 있다.

가스 튜브(23) 사이에는 연동 펌프(25)가 배치될 수 있고, 연동 펌프(25)는 챔버(20)와 에어 용기(30) 사이에서 가스 이동을 조절할 수 있다.

다음으로, 제1 실시 예에 따른 전기천공 장치가 세포에 전기천공 처리하는 방법을 설명한다. 먼저, 샘플 용기(10)에 전기천공의 대상이 되는 세포가 수용되고, 챔버(20)에는 가스 및 DNA 등 세포 내로 주입하고자 하는 유전자 등이 현탁된 시료가 수용될 수 있다. 이후, 인렛 밸브(15)가 열림 상태, 아웃렛 밸브(25)가 닫힘 상태로 제어된 상태에서 연동 펌프(25)에 의해 챔버(20) 내 가스가 에어 용기(30)로 보내지며, 동시에 샘플 용기(10)에 수용된 세포는 챔버(20) 내부로 이동될 수 있다. 챔버(20) 내부에 세포가 수용된 후 인렛 밸브(15)는 열림 상태에서 닫힘 상태로 제어되고, 챔버(20)에 수용된 세포는 전기천공될 수 있다. 세포가 전기천공되는 방법은 후술하기로 한다. 챔버(20)에 수용된 세포가 전기천공된 후 아웃렛 밸브(25)가 열림 상태로 제어되고, 연동 펌프(25)에 의해 에어 용기(30) 내 가스가 챔버(20)로 보내지며, 동시에 챔버(20) 내 세포가 컬렉션 용기(40)로 이동될 수 있다. 컬렉션 용기(40)에는 전기천공 처리된 세포가 수용될 수 있다. 제1 실시 예에 다른 전기천공 장치는 상술한 과정을 반복 시행하여 세포에 전기천공 처리할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전기천공 장치의 블록도이다.

제2 실시 예에 따른 전기천공 장치는 샘플 용기(10), 전극부를 포함하는 챔버(20), 가스 봄베(31) 및 컬렉션 용기(40)와, 샘플 용기(10)와 가스 봄베(31) 사이에서 가스가 이동하는 통로인 제1 가스 튜브(61)와, 샘플 용기(10)와 챔버(20) 사이에서 세포가 이동하는 통로인 세포 주입 튜브(63)와, 챔버(20)와 컬렉션 용기(40) 사이에서 세포가 이동하는 통로인 세포 배출 튜브(65)와, 가스 봄베(31)와 챔버(20) 사이에서 가스가 이동하는 통로인 제2 가스 튜브(67)를 포함할 수 있다.

샘플 용기(10)에는 세포가 수용될 수 있다. 샘플 용기(10)의 입구와 출구에는 한 쌍의 세포 주입 밸브(71)(73)가 배치되고, 제1 가스 튜브(61) 및 세포 주입 튜브(63) 각각에 한 쌍의 세포 배출 밸브(75)(77)가 배치될 수 있다.

한 쌍의 세포 주입 밸브(71)(73)는 샘플 용기(10)에 수용된 세포를 챔버(20)로 이동시킬 때 작동되는 밸브로, 제1 세포 주입 밸브(71)와 제2 세포 주입 밸브(73)를 포함할 수 있다. 제1 세포 주입 밸브(71)는 제1 가스 튜브(61)와 샘플 용기(10) 사이에 배치되며, 가스 봄베(31)에서 샘플 용기(10)로 주입되는 가스를 제어할 수 있다. 제2 세포 주입 밸브(73)는 샘플 용기(10)와 세포 주입 튜브(63) 사이에 배치되며, 샘플 용기(10)에서 챔버(20)로 주입되는 세포의 이동을 제어할 수 있다. 한 쌍의 세포 주입 밸브(71)(73)가 오픈 상태일 때 가스 봄베(31)에 수용된 가스는 제1 가스 튜브(61)를 통해 샘플 용기(10)로 이동되고, 가스가 샘플 용기(10)에 수용되면서 샘플 용기(10)에 수용된 적어도 일부 세포는 세포 주입 튜브(63)로 밀려나 챔버(20)로 이동할 수 있다.

한 쌍의 세포 배출 밸브(75)(77)는 챔버(20)에서 전기천공된 세포를 컬렉션 용기(40)로 이동시킬 때 작동되는 밸브로, 제1 세포 배출 밸브(75)와 제2 세포 배출 밸프(77)를 포함할 수 있다. 제1 세포 배출 밸브(75)는 제1 가스 튜브(61)와 제2 가스 튜브(67) 사이에 배치되고, 제2 세포 배출 밸브(77)는 제2 가스 튜브(67)와 세포 주입 튜브(63) 사이에 배치되며, 가스 봄베(31)에서 챔버(20)로 이동되는 가스를 제어할 수 있다.

구체적으로, 한 쌍의 세포 주입 밸브(71)(73)가 열림 상태인 경우 가스 봄베(31)의 가스는 샘플 용기(10)로 이동되며, 동시에 샘플 용기(10)에 수용된 세포는 가스에 의해 밀려나 챔버(20)로 이동될 수 있다. 한 쌍의 세포 주입 밸브(71)(73)가 닫힘 상태인 경우 가스 봄베(31)에서 샘플 용기(10)로의 가스 이동은 차단되고, 샘플 용기(10)에서 챔버(20)로의 세포 이동은 차단될 수 있다.

한 쌍의 세포 배출 밸브(75)(77)가 열림 상태인 경우 가스 봄베(31)의 가스는 챔버(20)로 이동되며, 동시에 챔버(20)에 수용된 세포는 가스에 의해 밀려나 컬렉션 용기(40)로 이동될 수 있다.

제2 실시 예에 다른 전기천공 장치는 질량 흐름 제어기(mass flow controller, 50)를 더 포함할 수 있다. 질량 흐름 제어기(50)는 기체의 흐름을 측정하고 제어할 수 있다. 질량 흐름 제어기(50)는 제1 가스 튜브(61) 상에 배치되어, 가스 봄베(31)에서 배출되는 가스를 조절할 수 있다. 즉, 질량 흐름 제어기(50)는 제1 가스 튜브(61)를 지나는 가스의 양을 측정하고, 가스 봄베(31)에서 샘플 용기(10)로 흐르는 가스를 제어할 수 있다.

질량 흐름 제어기(50)는 정해진 범위에서 0% 에서 100%까지 설정값을 조절할 수 있어 가스의 이동량을 정밀하게 제어 가능한 이점이 있다. 특히, 제1 실시 예와 같이 연동 펌프(215)로 조절하는 경우 보다 샘플 용기(10)에서 챔버(20)로 이동하는 세포의 양을 정밀하게 제어 가능한 이점이 있다.

제1 가스 튜브(61)는 가스 봄베(31)와 샘플 용기(10) 사이에 위치하는 가스의 이동 통로일 수 있다. 구체적으로, 제1 가스 튜브(61)는 일단이 가스 봄베(31)에 연결되고, 타단이 제1 세포 주입 밸브(71)와 연결되며, 가스 봄베(31)와 제1 세포 주입 밸브(71) 사이에 질량 흐름 제어기(50)와 제1 세포 배출 밸브(75)가 순차적으로 배치될 수 있다. 질량 흐름 제어기(50)는 가스 봄베(31)와 제1 세포 주입 밸브(71) 중 가스 봄베(31)와 더 가깝게 배치되고, 제1 세포 배출 밸브(75)는 가스 봄베(31)와 제1 세포 주입 밸브(71) 중 제1 세포 주입 밸브(71)에 더 가깝게 배치될 수 있다.

제2 가스 튜브(67)는 입구가 제1 가스 튜브(61)에 연결되고, 출구가 세포 주입 튜브(63)에 연결되는 가스의 이동 통로일 수 있다.

제2 실시 예에 따른 전기천공 장치는 제어부(90)를 더 포함할 수 있고, 제어부(90)는 질량 흐름 제어기(50), 한 쌍의 세포 주입 밸브(71)(73) 및 한 쌍의 세포 배출 밸브(75)(77) 중 적어도 일부 또는 전부를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(90)는 질량 흐름 제어기(50)를 제어하여 가스 봄베(31)에서 배출되는 가스를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(90)는 한 쌍의 세포 주입 밸브(71)(73)와 한 쌍의 세포 배출 밸브(75)(77)를 열림 상태 또는 닫힘 상태로 제어할 수 있고, 열림 상태로 제어하는 경우에는 오픈량을 조절할 수 있다.

제어부(90)는 제1 시간 동안 한 쌍의 세포 주입 밸브(71)(73)를 온 상태, 한 쌍의 세포 배출 밸브(75)(77)를 오프 상태로 제어하고, 제2 시간 동안 후술하는 전극부에 전압을 인가하고, 제3 시간 동안 세포 주입 밸브(71)(73)를 오프 상태, 한 쌍의 세포 배출 밸브(75)(77)를 온 상태로 제어할 수 있다. 이 경우, 세포의 전기천공은 멈추지 않고 연속적으로 이루어지며, 전기천공에 소요되는 시간을 절감할 수 있는 이점이 있다.

제2 실시 예에 따른 전기천공 장치는 센서(80)를 더 포함할 수 있다. 센서(80)는 챔버(20) 입구에 배치될 수 있다. 센서(80)는 비접촉식이며, 센서(80)를 통과하는 기체의 양을 측정하는 Flow Detector일 수 있다. 센서(80)는 챔버(20)로 주입되는 세포의 양과 챔버(20)로 주입되는 가스의 양을 각각 측정하므로 공정 완료 유무를 판단할 수 있다.

다음으로, 제2 실시 예에 따른 전기천공 장치가 세포에 전기천공 처리하는 방법을 설명한다. 먼저, 샘플 용기(10)에 전기천공의 대상이 되는 세포가 수용되고, 가스 봄베(31)에는 가스가 수용되고, 챔버(20)에는 가스 및 DNA 등 세포 내로 도입하고자 하는 유전자 등이 현탁된 시료가 수용될 수 있다. 이후, 한 쌍의 세포 주입 밸브(71)(73)가 열림 상태, 한 쌍의 세포 배출 밸브(75)(77)가 닫힘 상태로 제어되고, 질량 흐름 제어기(50)에 의해 소정의 가스가 가스 봄베(31)에서 샘플 용기(10)로 이동할 수 있다. 샘플 용기(10)에 수용된 가스는 샘플 용기(10)에 수용되어 있던 세포 중 적어도 일부를 밀어내고, 샘플 용기(10)에 수용되어 있던 세포 중 적어도 일부는 제2 세포 주입 밸브(73)를 통해 세포 주입 튜브(63)로 이동하고, 세포 주입 튜브(63)를 통과한 세포는 챔버(20)에 수용될 수 있다.

챔버(20)에 세포가 수용된 후 한 쌍의 세포 주입 밸브(71)(73)와 한 쌍의 세포 배출 밸브(75)(77)는 닫힘 상태로 제어될 수 있다. 챔버(20)에 수용된 세포는 전기천공될 수 있고, 세포가 전기천공되는 방법은 후술하기로 한다.

챔버(20)에 수용된 세포가 전기천공된 후 한 쌍의 세포 배출 밸브(75)(77)는 열림 상태로 제어될 수 있다. 질량 흐름 제어기(50)는 가스 봄베(31)에 수용된 공기가 제1 가스 튜브(61)로 배출되도록 제어할 수 있고, 제1 가스 튜브(61)로 배출된 가스는 제2 가스 튜브(67)를 지나 챔버(20)로 이동되고, 챔버(20)로 이동된 가스가 챔버(20) 내 세포를 밀어냄으로써, 챔버(20) 내 세포는 컬렉션 용기(40)로 이동될 수 있다.

센서(80)는 챔버(20)로 주입된 가스의 양을 측정할 수 있고, 제어부(90)는 센서(80)가 측정한 가스의 양이 세포 배출 밸브(75)(77)가 열림 상태인 동안 질량 흐름 제어기(50)를 통해 배출된 가스의 양에 도달하면 한 쌍의 세포 배출 밸브(75)(77)를 닫힘 상태로 제어할 수 있다.

제2 실시 예에 따른 전기천공 장치는 상술한 과정을 반복 시행하여 세포에 전기천공 처리할 수 있다.

제2 실시 예에 따르면, 세포 및 가스 흐름을 정밀하게 제어가 가능하여 오차를 최소화할 수 있고, 세포를 대용량으로 처리할 수 있는 이점이 있다.

한편, 도 1 내지 도 2에 도시된 전기천공 장치의 챔버에는 세포에 전압을 가하기 위한 전극부가 형성될 수 있다.

도 3은 종래 챔버의 일부분이 도시된 단면도이다.

챔버(20)는 내부에 세포, 유전자 등이 현탁된 시료(5) 및 가스(미도시) 중 적어도 하나가 수용 가능한 공간(S)이 형성된 케이스(21)와, 케이스(21)의 내부에 배치된 전극부(22)를 포함할 수 있다.

여기서, 세포는 전기천공 처리되기 이전의 세포(1), 전기천공 처리되어 세포막의 일부에 구멍이 형성된 전기천공 세포(2) 및 데드 세포(3)를 포함할 수 있다.

전극부(22)는 양극(22p)과 음극(22n)을 포함할 수 있고, 양극(22p)과 음극(22n)은 공간(S)을 사이에 두고 이격되어 케이스(21)의 제1 면(21a)과, 제2 면(21b)에 배치될 수 있다. 양극(22p)과 음극(22n)은 각각 높이기 일정한 평평한(flat) 형태로 형성될 수 있다.

공간(S)에는 유전자 등이 현탁된 시료(5)가 수용되어 있고, 챔버(20)에 주입된 적어도 하나의 세포(1)는 공간(S)을 통과할 수 있다. 공간(S)을 통과하여 챔버(20)에서 배출된 세포(1)는 컬렉션 용기(40)에 수용될 수 있다.

챔버(20)에 적어도 하나의 세포(1)가 수용된 동안 전극부(22)에 전압이 인가될 수 있다. 세포(1)는 공간(S)을 통과하는 동안 전극부(22)에 접촉될 수 있고, 이 때 전극부(22)는 세포(1)에 펄스 형태의 전기를 가할 수 있다. 세포(1)에 전기가 가해지면 세포(1)의 세포막에는 일시적으로 구멍이 형성되고, 구멍을 통해 시료에 포함된 유전자 등이 세포(1)에 주입될 수 있다. 이와 같이, 세포(1)에 전기 펄스가 가해져 일시적으로 구멍이 형성된 세포를 전기천공 세포(2)라고 할 수 있고, 공간(S)에는 전기천공 세포(2)가 수용될 수 있다.

챔버(20)에 수용된 세포(1)는 공간(S)을 통과하는 동안 전극부(22)에 적어도 1회 접촉될 수 있다.

한편, 세포(1) 중 일부는 공간(S)을 통과하는 동안 죽을 수 있다. 예를 들어, 전극부(22)에 접촉된 경우 순간적으로 높은 전압이 가해져 과전류가 흐르거나, 구멍이 형성된 세포막이 다시 재생되기 이전에 다시 전극(22)에 접촉되는 등 여러가지 이유로 세포(1)는 죽을 수 있고, 이러한 세포를 데드 세포(3)라고 할 수 있다.

종래 챔버(20)에 따르면, 공간(S)을 통과하는 세포(1)는 전극부(22)에 직접 접촉되는 구조로 데드 세포(3)의 발생률이 높은 문제가 있다. 즉, 종래 챔버(20)에 따르면 세포(1)의 생존률이 낮은 문제가 있다.

다음으로, 도 4는 본 발명의 제1 및 제2 실시 예에 따른 챔버의 측면도이다.

제1 및 제2 실시 예에 따른 챔버 각각은 도 1 및 도 2에 도시된 제1 및 제2 실시 예에 따른 전기천공 장치에 모두 적용될 수 있다.

전기천공 장치는 도 4에 도시된 바와 같은 챔버(100)를 포함할 수 있다. 챔버(100)는 세포(1)가 지나가는 공간(S1)이 형성된 케이스(121)와, 케이스(121)의 외부에 배치되며 전계(electric field)를 형성하는 전극부(122)를 포함할 수 있다.

케이스(121)에 형성된 공간(S1)에는 유전자 등이 현탁된 시료(5)가 수용되며, 세포가 이동할 수 있다.

전극부(121)는 케이스(121)의 외부에 케이스(121)와 이격되어 배치될 수 있다. 전극부(121)는 전압이 인가되면 전기 펄스를 발생시킬 수 있다.

전극부(121)의 길이(L)는 케이스(121)로 주입되는 세포의 양에 따라 달라질 수 있다.

챔버(100)는 전극부(122)를 지지하는 전극 서포터(140, 도 5 내지 도 6 참고)를 더 포함할 수 있다.

전극 서포터(140)는 케이스(121)와 비접촉되어 배치되는 전극부(122)를 지지할 수 있다.

전극 서포터(140)와 케이스(121) 사이에는 이격 공간(S2)이 형성되며, 전극부(122)는 이격 공간(S2)에 배치될 수 있다. 전극부(122)는 전극 서포터(140)의 내면에 배치될 수 있다.

챔버(100)는 적어도 하나의 차폐부(131)(132)를 더 포함할 수 있다.

차폐부(131)(132)는 전극부(122)에서 형성된 전계가 챔버(100)의 외부로 전달되는 것을 차단할 수 있다.

예를 들어, 차폐부(131)(132)는 세포의 전기천공이 이루어지지 않아야 하는 영역인 컬렉션 용기(40) 등에 전계 영향이 미치는 것을 차단할 수 있다.

차폐부(131)(132)는 케이스(121)의 입구와 출구 중 적어도 하나에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 차폐부(131)(132)는 제1 차폐부(131)와 제2 차폐부(132)를 포함하고, 제1 차폐부(131)는 케이스(121)의 입구와 케이스(121)의 출구 중 케이스(121)의 입구와 가까운 영역에 배치되고, 제2 차폐부(132)는 케이스(121)의 입구와 케이스(121)의 출구 중 케이스(121)의 출구와 가까운 영역에 배치될 수 있다.

케이스(121)에 형성된 공간(S1)에는 유전자 등이 현탁된 시료(5)가 수용될 수 있고, 공간(S1)을 통과하는 세포(1)는 전극부(122)가 형성한 전계를 통과하면서 전계 내 전기 펄스가 인가되고, 세포막에 일시적으로 구멍이 형성되어 시료의 유전자가 도입되거나 도입되도록 준비된 전기천공 세포(2)가 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 전극부(122)는 케이스(121)의 외부에 배치되어 세포(1)와 직접적으로 접촉되지 않으면서, 전극부(122)가 형성한 전계에 의해 세포(1)가 전기천공되므로, 세포(1)의 생존률을 높일 수 있는 이점이 있다.

또한, 전극부(122)의 재사용이 가능하여 전기천공 장치의 제작 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

한편, 전극부(122)는 양극(122p)과 음극(122n)을 포함하며, 양극(122p)과 음극(122n) 각각은 다양한 형태로 챔버(100)에 배치될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 챔버의 종단면도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 챔버의 종단면도이다.

전극 서포터(140)는 중공 원통 형상으로, 전극 서포터(140)의 내부에 케이스(121)가 배치될 수 있다. 전극 서포터(140)와 케이스(121) 사이에는 이격 공간(S2)이 형성되고, 이격 공간(S2)에 전극부(122)가 배치될 수 있다.

예를 들어, 양극(122p)과 음극(122n)은 각각 전극 서포터(140)의 내면에 배치되며, 볼트(미도시) 등과 같은 체결부재에 의해 전극 서포터(140)에 지지될 수 있다.

케이스(121)는 양극(122p)과 음극(122n) 사이에 배치될 수 있다.

케이스(121)의 단면 형상은 원형이고, 양극(122p)의 단면 형상과 음극(122n)의 단면 형상은 호 형상일 수 있다.

케이스(121)의 곡류 반경은 양극(122p)의 곡률 반경보다 크고, 음극(122n)의 곡률 반경보다 크며, 양극(122p)의 곡률 반경과 음극(122n)의 곡률 반경은 같을 수 있다.

본 발명의 제1 실시 예에 따르면, 양극(122p)과 음극(122n)은 대칭 구조일 수 있다. 즉, 양극(122p)의 크기와 음극(122n)의 크기는 동일하며, 양극(122p)은 전극 서포터(140)의 상측 내면과 하측 내면 중 어느 하나에 배치되고, 음극(122n)은 전극 서포터(140)의 상측 내면과 하측 내면 중 다른 하나에 배치될 수 있다. 또는, 양극(122p)은 전극 서포터(140)의 좌측 내면과 우측 내면 중 어느 하나에 배치되고, 음극(122n)은 전극 서포터(140)의 좌측 내면과 우측 내면 중 다른 하나에 배치될 수 있다.

이 경우, 전극부(122)는 케이스(121)에 전계를 균일하게 형성할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 양극(122p)과 음극(122n)은 비대칭 구조일 수 있다. 구체적으로, 양극(122p)의 크기가 음극(122n)의 크기는 상이하며, 양극(122p)은 전극 서포터(140)의 상측 내면과 하측 내면 중 어느 하나에 배치되고, 음극(122n)은 전극 서포터(140)의 상측 내면과 하측 내면 중 다른 하나에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 양극(122p)의 크기가 음극(122n)의 크기 보다 크고, 양극(122p)은 전극 서포터(140)의 상측 내면과 하측 내면 중 상측 내면에 배치되고, 음극(122n)은 전극 서포터(140)의 상측 내면과 하측 내면 중 하측 내면에 배치될 수 있다.

이 경우, 전극부(122)는 전계를 케이스(121)에 집중시킬 수 있고, 케이스(121) 내 공간(S1)을 통과하는 세포(1)가 전기천공되는 횟수가 증가하는 이점이 있다.

실시 예에 따라, 양극(122p)의 크기가 음극(122n)의 크기 보다 작을 수 있고, 양극(122p)과 음극(122n)은 전극 서포터(140)의 내면 중 임의의 위치에 배치될 수 있다.

도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 챔버의 일부분이 도시된 횡단면도이고, 도 8은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 챔버의 일부분이 도시된 횡단면도이다.

제3 및 제4 실시 예에 따른 챔버(200)(300) 각각은 도 1 및 도 2에 도시된 제1 및 제2 실시 예에 따른 전기천공 장치에 모두 적용될 수 있다.

챔버(200)(300)는 내부에 세포, 유전자 등이 현탁된 시료(5) 및 가스(미도시) 중 적어도 하나가 수용 가능한 공간(S)이 형성된 케이스(221)(321)와, 케이스(221)(321)의 내부에 배치된 전극부(222)(322)를 포함할 수 있고, 전극부(222)(322)에는 전극돌기(223)(224)(323)(324)가 형성될 수 있다.

세포는 전기천공 처리되기 이전의 세포(1), 전기천공 처리되어 세포막의 일부에 구멍이 형성된 전기천공 세포(2) 및 데드 세포(3)를 포함할 수 있다. 전기천공 되기 이전의 세포(1)는 챔버(200)(300) 내부에 주입될 수 있고, 주입된 세포(1)는 유동방향을 따라 이동할 수 있다.

전극부(222)(322)는 케이스(221)(321) 내면에 배치될 수 있다. 전극부(222)(322)는 일면이 케이스(221)(321) 내면에 접촉되고, 일면의 반대면인 타면은 공간(S)을 향할 수 있다.

전극부(222)(322) 중 공간(S)을 향하는 타면에는 적어도 하나의 전극돌기 전극돌기(223)(224)(323)(324)가 형성될 수 있다. 전극돌기 전극돌기(223)(224)(323)(324)는 공간(S)을 향해 돌출될 수 있다.

제3 실시 예에 따른 챔버(200)에 형성된 전극돌기(223)(224)는 도 7에 도시된 바와 같이 끝이 뾰족한 형상일 수 있다. 제4 실시 예에 따른 챔버(300)에 형성된 전극돌기(323)(324)는 도 8에 도시된 바와 같이 끝이 둥근 형상일 수 있다. 그러나, 전극돌기의 모양은 예시적인 것에 불과하며, 모양과 관계없이 공간을 향해 돌출된 전극돌기가 형성된 전극부는 본 발명의 권리범위에 모두 포함될 수 있다.

전극돌기는 양극(222p)(322p)에 형성된 양극돌기(223)(323)와, 음극(222n)(322n)에 형성된 음극돌기(224)(324)를 포함할 수 있다.

양극돌기(223)(323)와 음극돌기(224)(324)는 서로 대향하도록 전극부(222)(322)에 배치될 수 있다.

전극돌기 사이의 이격거리는 일정하거나, 일정하지 않을 수 있다. 여기서, 전긱돌기 사이의 이격거리는 양극돌기(223)(323)간의 이격 거리와 음극돌기(224)(324)간의 이격 거리를 의미할 수 있고, 양극돌기(223)(323)간의 이격 거리와 음극돌기(224)(324)간의 이격 거리는 동일할 수 있다.

전극돌기 사이의 이격거리는 전기천공의 대상이 되는 세포의 종류에 따라 달라질 수 있다.

제3 및 제4 실시 예에 따른 챔버(300)(400)에 수용된 세포는 적어도 하나의 전극돌기(223)(224)(323)(324)와 접촉되어 전기천공될 수 있고, 전극돌기(223)(224)(323)(324)와 복수회 접촉될 수도 있다. 이 때, 전극돌기 사이의 이격거리가 너무 가까우면 1차 전극돌기에 의해 세포막의 일부에 구멍이 형성된 세포가 아직 회복되지 않은 상태에서 2차 전극돌기에 접촉될 수 있고, 이 경우 세포가 죽을 가능성이 높아진다. 또한, 전극돌기 사이의 이격거리가 너무 멀 경우 전기천공이 연속적으로 이루어지지 않을 수 있다.

바람직하게는, 전극돌기 사이의 이격거리는 10㎛ 내지 300㎛배일 수 있다.

전극부(222)(322)에 인가되는 전압은 전극부(222)(322)에 전극돌기(223)(224)(323)(324)가 형성될 경우가 전극부(222)(322)에 전극돌기(223)(224)(323)(324)가 형성되지 않은 경우 보다 낮을 수 있다. 전극부(222)(322)에 전극돌기(223)(224)(323)(324)가 형성될 경우 전극돌기의 끝단에 전계가 집중되기 때문이다. 이에 따라, 전기천공시 세포에 과전류가 흐르는 경우를 최소화할 수 있어, 세포의 생존률을 높일 수 있다.

또한, 복수개의 전극돌기(223)(224)(323)(324)에 의해 동일 세포가 복수회 전기천공 될 수 있어, 전극부(222)(322)에는 일정한 전압이 인가될 수 있다.

세포는 전극돌기(223)(224)(323)(324)를 지날 때마다 전기천공되고, 제1 전극돌기와, 제1 전극돌기와 인접하게 배치된 제2 전극돌기 사이를 지나는 동안 세포막이 자가회복될 수 있어, 연속적인 전기천공이 가능하며, 이에 따라 전기천공에 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 대용량의 세포를 전기천공할 수 있는 이점이 있다.

한편, 양극돌기(223)(323)와 음극돌기(224)(324) 사이는 세포가 이동하는 통로로, 통로 거리는 어느 하나의 양극돌기(223)(323)와 이에 대향하는 음극돌기(224)(324) 사이의 거리를 의미할 수 있다.

통로 거리가 너무 짧을 경우에는 세포가 통로에 막히는 클로깅이 발생할 수 있고, 통로 거리가 너무 길 경우에는 세포가 전극돌기에 접촉되기 어려워 전기천공이 적절하게 이루어지지 않을 수 있다.

바람직하게는, 통로 거리는 세포 직경의 3배일 수 있다. 이에 따라, 챔버 내 클로깅 발생 확률을 최소화하면서, 세포를 연속적으로 전기천공 처리할 수 있는 이점이 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 샘플 용기 20: 챔버
61, 63: 세포 주입 튜브 121: 케이스
122: 전극부

Claims

세포가 수용되는 샘플 용기;
유전자가 현탁된 시료가 수용되며, 세포 전기천공이 이루어지는 공간이 형성된 챔버; 및
상기 샘플 용기와 상기 챔버 사이에 위치되며, 상기 샘플 용기에 수용된 세포가 상기 챔버로 이동하는 통로인 세포 주입 튜브를 포함하고,
상기 챔버는
상기 시료가 수용되며, 세포가 이동하는 공간이 형성된 케이스와,
상기 공간에 세포가 수용되면 전기 펄스를 발생시키는 전극부를 포함하며,
상기 전극부는 양극과 음극을 포함하며, 상기 케이스의 외부에 상기 케이스와 이격되어 배치되고,
상기 케이스는 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 전기천공 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 양극의 크기는 상기 음극의 크기 보다 큰 전기천공 장치.
제1항에 있어서,
상기 케이스의 단면 형상은 원형이고,
상기 양극의 단면 형상과 상기 음극의 단면 형상은 호 형상인 전기천공 장치.
제1항에 있어서,
상기 전극부를 지지하는 전극 서포터를 더 포함하고,
상기 전극 서포터와 상기 케이스 사이에는 이격 공간이 형성되며,
상기 전극부는 상기 이격 공간에 배치되는 전기천공 장치.
제5항에 있어서,
상기 전극부는 상기 전극 서포터의 내면에 배치되는 전기천공 장치.
제1항에 있어서,
상기 챔버는
상기 케이스의 입구와 출구 중 적어도 하나에 배치되는 차폐부를 포함하는 전기천공 장치.
제1항에 있어서,
가스가 수용된 가스 봄베;
상기 가스 봄베와 상기 샘플 용기 사이에 위치되며, 상기 가스의 이동 통로인 제1 가스 튜브;
입구가 상기 제1 가스 튜브에 연결되고, 출구가 상기 세포 주입 튜브에 연결되며, 상기 가스의 이동 통로인 제2 가스 튜브;
상기 제1 가스 튜브와 상기 샘플 용기 사이에 배치되는 제1 세포 주입 밸브와 상기 샘플 용기와 상기 세포 주입 튜브 사이에 배치되는 제2 세포 주입 밸브로 구성되는 한 쌍의 세포 주입 밸브;
상기 제1 가스 튜브와 상기 제2 가스 튜브 사이에 배치되는 제1 세포 배출 밸브와 상기 제2 가스 튜브와 상기 세포 주입 튜브 사이에 배치되는 제2 세포 배출 밸브로 구성되는 한 쌍의 세포 배출 밸브;
상기 제1 가스 튜브 상에 배치되어 상기 가스 봄베에서 배출되는 가스를 조절하는 질량 흐름 제어기; 및
상기 한 쌍의 세포 주입 밸브, 상기 한 쌍의 세포 배출 밸브 및 상기 질량 흐름 제어기를 제어하는 제어부를 더 포함하는 전기천공 장치.
제8항에 있어서,
상기 제어부는
제1 시간 동안 상기 한 쌍의 세포 주입 밸브를 온 상태, 상기 한 쌍의 세포 배출 밸브를 오프 상태로 제어하고, 제2 시간 동안 상기 전극부에 전압을 인가하고, 제3 시간 동안 상기 세포 주입 밸브를 오프 상태, 상기 한 쌍의 세포 배출 밸브를 온 상태로 제어하는 전기천공 장치.
세포가 수용되는 샘플 용기;
유전자가 현탁된 시료가 수용되며, 세포 전기천공이 이루어지는 공간이 형성된 챔버; 및
상기 샘플 용기와 상기 챔버 사이에 위치되며, 상기 샘플 용기에 수용된 세포가 상기 챔버로 이동하는 통로인 세포 주입 튜브를 포함하고,
상기 챔버는
상기 시료가 수용되며, 세포가 이동하는 공간이 형성된 케이스와,
상기 케이스의 내면에 장착되며, 상기 공간에 세포가 수용되면 전기 펄스를 발생시키는 전극부를 포함하며,
상기 전극부에는 상기 공간을 향해 돌출된 전극돌기가 형성되며,
상기 전극돌기는 양극돌기와 음극돌기를 포함하고,
상기 양극돌기와 상기 음극돌기는 상기 세포가 이동하는 통로를 사이에 두고 이격되어 배치되는 전기천공 장치.