KR102243812B1 - 체외수정 자동화 장치 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

체외수정 자동화 장치 및 그것의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미세유체장치를 이용한 체외수정 자동화 장치 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 체외수정 자동화 장치는 외부에서 주입된 난모세포가 포획되는 난자포획유닛을 포함하는 제1 미세유체장치; 및 상기 제1 미세유체장치의 상부에 적층되며, 상기 난자포획유닛에 대응되는 위치에 형성되어 상기 난모세포에 정자를 주입하는 정자 주입부를 포함하는 제2 미세유체장치를 포함할 수 있다.

Description

체외수정 자동화 장치 및 그것의 동작 방법{Automated in vitro fertilization device and method for operating thereof}
본 발명은 체외수정 자동화 장치 및 그것의 동작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세유체장치를 이용한 체외수정 자동화 장치 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.
인간의 불임 및 난임을 극복하기 위한 체외수정(in vitro fertilization; IVF) 및 배아이식술은 1978년 세계 최초로 성공한 기술로, 불임 및 난임 커플의 증가로 인해 세계 체외수정 관련 시장 또한 꾸준히 증가할 것으로 예상되는 기술 분야이다.
특히, 국내의 경우 저출산과 고령화가 세계에서 가장 빠르게 진행되어 심각한 사회적, 경제적 문제를 야기하고 있다. 결혼 연령이 늦어지고 첫 출산을 경험하는 여성의 나이가 노령화됨에 따라 불임 및 난임 부부 수가 증가하고 있다. 이에 따라 국내에서도 체외수정 시술에 대한 필요성이 높아지고 있다.
국내에서는 1986년 처음으로 체외수정 시술이 보고된 이래, 정부는 난임부부 시술지원사업에 많은 예산을 투입하였으며 정부지원 난임 시술 건수는 최근 크게 증가하였다.
그러나 보건복지부 조사에 따르면 최근 국내 체외수정 시술 건수는 증가하였으나 체외수정 시술을 통한 임신 성공률은 오히려 감소하였다. 그 이유는, 난자 채취 및 난구세포 제거, 정자 채취, 난포 세포질 내 정자 주입, 수정란 배양, 배아 유리화의 다섯가지 체외수정 핵심 과정이 대부분 사람의 수작업에 의해 수행되고, 결과적으로 그들의 숙련도에 매우 민감하게 의존하기 때문인 것으로 파악된다. 또한, 각각의 과정이 개별적으로 진행되고 장시간의 작업 시간에 의해 외부 환경 변화에 의한 오염이 누적되어 성공률을 저하시킬 수 있다.
따라서, 수작업에 의한 오류와 비용을 최소화하고, 체외수정의 효율성 및 성공률 향상을 위해 체외수정 핵심 과정의 연속적 구현을 위한 자동화 시스템 개발이 요구되고 있다.
KR 10-2019-0050360 A
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하고자 한 것으로, 체외수정 핵심 과정의 연속적 구현을 위한 체외수정 자동화 장치 및 그것의 동작 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 체외수정의 효율성, 정확성 및 성공률의 향상을 위한 체외수정 자동화 장치 및 그것의 동작 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 체외수정 자동화 장치는 외부에서 주입된 난모세포가 포획되는 난자포획유닛을 포함하는 제1 미세유체장치; 및 상기 제1 미세유체장치의 상부에 적층되며, 상기 난자포획유닛에 대응되는 위치에 형성되어 상기 난모세포에 정자를 주입하는 정자 주입부를 포함하는 제2 미세유체장치를 포함할 수 있다.
상기 정자 주입부는, 정자를 상기 난자포획유닛에 포획된 난모세포에 주입시키기 위한 적어도 하나의 마이크로 니들을 포함할 수 있다.
상기 제2 미세유체장치는, 수직으로 상하방향 이동 가능하다.
상기 제2 미세유체장치가 하방으로 이동되는 경우, 상기 마이크로 니들이 상기 난모세포를 관통할 수 있다.
상기 난자포획유닛은, 상기 난모세포가 포획되는 적어도 하나의 포획구; 및 상기 포획구의 상부 및 하부에 마련되어, 내부에 유체가 유동하는 복수의 채널들;을 포함할 수 있다.
상기 복수의 채널들 중 상기 포획구의 상부에 마련된 채널은 상기 난모세포가 포함된 유체, 배지 또는 냉동보존액 중 적어도 하나가 유동하는 채널일 수 있다.
상기 복수의 채널들 내부의 유체 유동 속도는 각 채널마다 상이하고, 상기 포획구의 상부에 마련된 채널과 상기 포획구의 하부에 마련된 채널은 상기 포획구 내부에 형성된 연통로를 통해 서로 연결될 수 있다.
상기 연통로의 하부 방향으로 광을 조사하는 광원을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 체외수정 자동화 장치의 동작 방법은 제1 미세유체장치에 포함된 난자포획유닛에 난모세포가 포획되었는지를 판단하는 제1 판단단계; 제1 미세유체장치의 상부에 적층된 제2 미세유체장치에 포함된 정자 주입부 내에 정자가 위치하는지를 판단하는 제2 판단단계; 및 상기 제1 판단단계 및 제2 판단단계에서 상기 난모세포가 포획되고, 상기 정자가 상기 정자 주입부 내에 위치하는 것으로 판단되면, 상기 제2 미세유체장치를 상기 제1 미세유체장치 방향으로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 미세유체장치에 포함된 정자 주입부는, 상기 난자포획유닛에 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 제1 판단단계 이전에, 외부로부터 상기 제1 미세유체장치에 적어도 하나의 난모세포가 포함된 유체를 주입받는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 판단단계 이전에, 외부로부터 상기 제2 미세유체장치에 복수의 정자들이 포함된 유체를 주입받는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 난모세포가 포함된 유체를 주입받는 단계 이후에, 상기 난모세포 주위의 난구세포를 삭박하는 단계; 및 상기 삭박된 난모세포를 상기 난자포획유닛에 포획하는 단계를 더 포함하고, 상기 복수의 정자들이 포함된 유체를 주입받는 단계 이후에, 상기 주입받은 복수의 정자들이 포함된 유체에서, 상기 복수의 정자들 중 기설정된 기준을 만족하는 정자들을 선정하는 단계; 및 상기 선정된 정자들을 상기 정자 주입부 내로 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 미세유체장치를 상기 제1 미세유체장치 방향으로 이동시키는 단계 이후에, 외부로부터 상기 제1 미세유체장치에 배지를 주입받아 배아를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 생성하는 단계 이후에, 광원에서 상기 난자포획유닛의 하부 방향으로 광을 조사하여 배아를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분리하는 단계 이후에, 외부로부터 상기 제1 미세유체장치에 냉동보존액을 주입받아 배아를 유리화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 체외수정 자동화 장치는, 자동화된 시스템으로 체외수정 핵심 과정의 연속적 구현이 가능하므로 인간의 수작업에 따른 오류를 최소화할 수 있고 이에 따라 체외수정의 효율성, 정확성 및 성공률이 증가하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 체외수정 자동화 장치는, 여러 개의 난모세포에 정자를 동시에 주입할 수 있다는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 체외수정 자동화 장치를 도시한 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 체외수정 자동화 장치의 일부를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 체외수정 자동화 장치에서 정자가 난모세포 내부로 주입되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 체외수정 자동화 장치에서 난모세포가 포획구에 포획되는 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 체외수정 자동화 장치에서 배아가 포획구로부터 분리되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 체외수정 자동화 장치의 동작 방법의 흐름도를 나타내는 도면이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 즉, 구성요소들을 상기 용어들에 의해 한정하고자 함이 아니다.
본 명세서에서 '포함하다' 라는 표현으로 언급되는 구성요소, 특징, 및 단계는 해당 구성요소, 특징 및 단계가 존재함을 의미하며, 하나 이상의 다른 구성요소, 특징, 단계 및 이와 동등한 것을 배제하고자 함이 아니다.
본 명세서에서 단수형으로 특정되어 언급되지 아니하는 한, 복수의 형태를 포함한다. 즉, 본 명세서에서 언급된 구성요소 등은 하나 이상의 다른 구성요소 등의 존재나 추가를 의미할 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(통상의 기술자)에 의하여 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다.
즉, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 체외수정 자동화 장치를 도시한 사시도이며, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 체외수정 자동화 장치의 일부를 도시한 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 체외수정 자동화 장치에서 정자가 난모세포 내부로 주입되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 1a 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 체외수정 자동화 장치는 제1 미세유체장치(100) 및 제1 미세유체장치(100)의 상부에 적층된 제2 미세유체장치(200)를 포함할 수 있다. 제1 미세유체장치(100)는 난자포획유닛(110), 포획구(111) 및 연통로(112)를 포함할 수 있다. 제2 미세유체장치(200)는 정자 주입부(210) 및 마이크로 니들(211)을 포함할 수 있다.
제1 미세유체장치(100)는 체외수정을 위해 정자를 주입받을 난모세포를 처리하는 장치이다. 제1 미세유체장치(100)는 외부로부터 적어도 하나의 난모세포가 포함된 유체를 주입받을 수 있다. 제1 미세유체장치(100)는 난모세포가 포획되는 난자포획유닛(110)을 포함할 수 있다.
제2 미세유체장치(200)는 제1 미세유체장치(100)에 포획된 난모세포에 주입할 정자를 처리하는 장치이다. 제2 미세유체장치(200)는 복수의 정자들이 포함된 유체를 주입받을 수 있다. 제2 미세유체장치(200)는 정자를 난모세포로 주입하기 위한 정자 주입부(210)를 포함할 수 있다. 주입받은 유체에 포함된 정자들 중 활동성, 형태, 크기 등을 포함하는 기설정된 기준을 만족하여 선정된 정자들이 정자 주입부(210)로 이동할 수 있다.
도면에 도시되진 않았지만, 촬영 카메라는 미세유체장치 내부를 촬영할 수 있고, 촬영 카메라를 통해 촬영된 영상을 제어부가 제공받을 수 있다. 제어부는 촬영된 영상을 기반으로 particle tracking 기술을 통해 정자들의 활동성, 형태, 크기 등을 분석하여 정자가 기설정된 기준을 만족하는지 여부를 판단하여 이를 선정할 수 있다. 제어부는 정자 선정 과정 전에 기설정된 기준에 대한 알고리즘을 입력받을 수 있다.
제어부(미도시)에 의해 기설정된 기준을 만족하는 것으로 판단된 정자들은 광학 핀셋(optical tweezer)을 통해 포획되어 정자 주입부(210)로 이동할 수 있다. 광학 핀셋은 미세 입자를 이동시킬 수 있는 광학 기기를 의미한다.
제1 미세유체장치(100)와 제2 미세유체장치(200)는 마이크로/나노 리소그래피(lithography) 공정을 통해 제조될 수 있다. 제1 미세유체장치(100)는 난모세포가 포함된 유체가 흐를 수 있는 채널을 포함하며, 제2 미세유체장치(200) 또한 정자가 포함된 유체가 흐를 수 있는 채널을 포함할 수 있다.
제2 미세유체장치(200)는 제1 미세유체장치(100)의 상부에 적층될 수 있다. 적층 구조를 통해 제2 미세유체장치(200)에 포획되어 있는 복수 개의 정자가 동시에 제1 미세유체장치(100)에 포획되어 있는 복수 개의 난모세포로 주입될 수 있다.
난자포획유닛(110)은 난모세포가 포획되는 적어도 하나의 포획구(111)를 포함할 수 있다. 포획구(111)의 상부 및 하부에는 그 내부에 유체가 유동할 수 있는 채널이 각각 마련될 수 있다.
포획구(111)는 그 상부에 마련된 채널의 바닥면에 대해 하방으로 소정 깊이 인입되며, 반구형으로 형성될 수 있다. 포획구(111)가 복수 개 마련되는 경우 포획구(111)들은 상호 이격되게 형성되며, 난모세포가 각 포획구(111)마다 하나씩 포획될 수 있도록 난모세포의 반경에 대응되는 반경을 갖도록 형성될 수 있다.
포획구(111)의 상부에 마련된 채널과 포획구(111)의 하부에 마련된 채널은 포획구(111)의 내부에 형성된 연통로(112)를 통해 서로 연결될 수 있다. 연통로(112)에 가해지는 압력을 통해, 포획구(111)의 상부에 마련된 채널에 흐르는 유체에 포함된 난모세포가 순차적으로 포획구(111)에 포획될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
정자 주입부(210)는 정자를 난자포획유닛(110)의 포획구(111)에 포획된 난모세포에 주입하기 위한 적어도 하나의 마이크로 니들(211)을 포함할 수 있다. 마이크로 니들(211)은 정자 주입부(210)에 마련된 유체가 유동할 수 있는 채널의 바닥면에 대해 하방으로 돌출되게 형성될 수 있다. 마이크로 니들(211)이 복수 개 마련되는 경우 마이크로 니들(211)은 정자 주입부(210)에 마련된 채널의 길이방향으로 상호 이격되게 형성될 수 있다. 마이크로 니들(211)은 내부에 정자가 유입되는 내부 유로가 형성되고, 하단부에는 정자가 배출되는 배출구가 형성될 수 있다.
외부로부터 정자 주입부(210)에 마련된 채널에 복수 개의 정자들이 포함된 유체가 주입되고, 정자는 각각의 마이크로 니들(211) 내부로 하나씩 이동할 수 있다. 상술한 바와 같이, 촬영 카메라(미도시)를 통해 촬영된 영상을 기반으로 제어부(미도시)가 정자들을 분석하고 기설정된 기준을 만족하는 정자들은 광학 핀셋에 의해 포획되어 각각의 마이크로 니들(211) 내부로 하나씩 이동할 수 있다.
마이크로 니들(211)은 난자포획유닛(110)의 포획구(111)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 즉, 마이크로 니들(211)의 하단부가 포획구(111)에 포획된 난모세포와 대응되도록 형성될 수 있다. 이러한 구조로 인해 하나의 난모세포에 하나의 정자가 주입될 수 있다.
정자 주입부(210)를 포함하고 있는 제2 미세유체장치(200)는 수직방향인 상하 방향으로 이동할 수 있다. 제2 미세유체장치(200)가 하방으로 이동하는 경우, 마이크로 니들(211)이 포획구(111)에 포획된 난모세포를 관통할 수 있다. 정자 주입부(210)의 마이크로 니들(211)이 포획구(111)를 포함하는 난자포획유닛(110)에 대응되는 위치에 형성되어 있는 바, 제2 미세유체장치(200)를 하방으로 이동시킴으로써 마이크로 니들(211)이 난모세포를 관통할 수 있고 마이크로 니들(211) 내부에 위치한 정자가 난모세포 내부로 주입될 수 있다.
예컨대, 제어부(미도시)는 정자 주입부(210)의 마이크로 니들(211)에 정자가 위치해있고, 난자포획유닛(110)의 포획구(111)에 난모세포가 포획된 것을 확인한 경우, 제2 미세유체장치(200)를 하방으로 이동시켜 마이크로 니들(211)이 난모세포를 관통하도록 하여 마이크로 니들(211) 내부에 위치한 정자를 난모세포 내부로 주입할 수 있다.
정자 주입부(210)와 난자포획유닛(110)이 대응된 위치에 형성되어 있고, 제2 미세유체장치(200)가 수직방향인 상하 방향으로 이동이 가능한 바, 제어된 힘과 균일한 깊이로써 일괄적으로 난모세포에 정자를 주입할 수 있으며 동시에 다수의 수정란을 생성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 체외수정 자동화 장치에서 난모세포가 포획구에 포획되는 것을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 포획구(111)의 상부 및 하부에 마련된 채널에 유동하는 유체의 속도에 의한 압력 차이로 난모세포가 포획구(111)에 포획되는 것을 확인할 수 있다.
포획구(111)의 하부에 마련된 채널은 포획구(111)에 형성된 연통로(112)에 가해지는 압력을 조절하여 난모세포를 포획구(111)에 포획하기 위한 것으로 그 내부에는 작동유체가 흐를 수 있다.
포획구(111)의 상부에 마련된 채널 내의 압력보다 포획구(111)의 하부에 마련된 채널 내에 낮은 압력을 작용시키기 위해 작동유체가 소정의 속도로 유동되도록 작동유체를 주입할 수 있다. 도면에 도시되진 않았지만, 작동유체는 공급펌프 내부에 수용되고, 공급관을 통해 포획구(111)의 하부에 마련된 채널로 유동할 수 있다. 제어부는 작동유체가 포획구(111)의 상부에 마련된 채널에 흐르는 유체의 속도보다 높은 속도로 유동되도록 공급펌프를 제어할 수 있다. 제어부에 의해 포획구(111)의 하부에 마련된 채널은 포획구(111)의 상부에 마련된 채널보다 낮은 압력이 작용해 포획구(111) 내부에 형성된 연통로(112)에는 흡입력이 발생하여 난모세포가 포획구(111)에 포획될 수 있다. 즉, 복수의 채널들 내부의 유체 유동 속도를 상이하게 조절하여 난모세포를 포획구(111)에 포획할 수 있다.
포획구(111)의 상부에 마련된 채널에는 난모세포가 포함된 유체, 배지 또는 냉동보존액이 주입되어 유동할 수 있다. 난모세포가 포함된 유체가 유동하면서 포획구(111)에 형성된 연통로(112)에 가해지는 압력으로 인해 난모세포가 포획구(111)로 포획될 수 있다.
제2 미세유체장치(200)가 하방으로 이동하여 마이크로 니들(211) 내부에 위치한 정자가 난모세포 내부로 주입되는 경우, 포획구(111)에 포획된 상태로 수정란이 생성될 수 있다. 수정란이 생성된 후, 이를 배양하여 배아를 생성하기 위해 배지를 포획구(111)의 상부에 마련된 채널로 주입할 수 있다.
생성된 배아는 포획구(111)에 포획된 상태로 유리화하여 보관할 수 있다. 배아의 유리화(vitrification)란 배아의 동결 방법 중 하나로, 배아를 동결하여 그 생명활동을 일시적으로 중지시키고 필요시 해동하여 다시 사용할 수 있도록 하는 것을 말한다. 냉동보존액을 포획구(111)의 상부에 마련된 채널로 주입하여 배아를 급속도로 냉각하여 유리화할 수 있다. 예컨대, 액체질소가 포함된 냉동보존액을 포획구(111)의 상부에 마련된 채널로 주입하여 배아를 유리화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 체외수정 자동화 장치에서 배아가 포획구로부터 분리되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 광 복사 압력을 통해 포획구(111)에 포획되어 있는 배아가 포획구(111)로부터 분리되는 것을 확인할 수 있다.
수정란이 생성된 후, 이를 배양하여 배아를 생성할 수 있다. 촬영 카메라(미도시)를 통해 미세유체장치 내부를 촬영한 영상을 기반으로 비정상적으로 배양된 배아 또는 자궁에 착상시키기 충분할 정도로 성장한 배아를 확인할 수 있다. 비정상적인 배아 또는 자궁에 착상시키기 충분할 정도로 성장한 배아를 광원(미도시)으로부터 광을 조사하여, 포획구(111)로부터 선택적으로 분리할 수 있다.
광원(미도시)으로부터 배아가 포획되어 있는 포획구(111)에 형성된 연통로(112)의 하부 방향으로 국부적으로 광을 조사하여 배아를 분리할 수 있다. 예컨대, 광원은 레이저일 수 있고, 레이저 빔을 연통로(112)의 하부 방향으로 조사하여 레이저의 복사 압력(
Figure 112019082973610-pat00001
)을 통해 선택적으로 배아를 분리할 수 있다. 포획구(111)에 형성된 연통로(112)를 통해 가해지는 유체에 의한 압력(
Figure 112019082973610-pat00002
)이 레이저의 복사 압력(
Figure 112019082973610-pat00003
)보다 약한 경우 배아는 분리될 수 있다. 분리되지 않은 배아는 상술한 바와 같이, 냉동보존액을 통해 포획구(111)에 포획된 상태로 유리화하여 보관할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 체외수정 자동화 장치의 동작 방법의 흐름도를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 체외수정 자동화 장치의 동작 방법은 난모세포가 포획되었는지를 판단하는 제1 판단단계(S504), 정자가 위치하는지를 판단하는 제2 판단단계(S508) 및 제2 미세유체장치를 제1 미세유체장치 방향으로 이동시키는 단계(S509)를 포함할 수 있다. 또한, 외부로부터 난모세포가 포함된 유체를 주입받는 단계(S501), 난모세포 주위의 난구세포를 삭박하는 단계(S502), 난모세포를 포획하는 단계(S503), 외부로부터 정자가 포함된 유체를 주입받는 단계(S505), 정자를 선정하는 단계(S506) 및 정자를 이동시키는 단계(S507)를 더 포함할 수 있다. 또한, 외부로부터 배지를 주입받아 배아를 생성하는 단계(S510), 제1 미세유체장치의 하부 방향으로 광을 조사하여 배아를 분리하는 단계(S511) 및 외부로부터 냉동보존액을 주입받아 배아를 유리화하는 단계(S512)를 더 포함할 수 있다.
난모세포가 포함된 유체를 주입받는 단계(S501)는 외부로부터 제1 미세유체장치(100)에 적어도 하나의 난모세포가 포함된 유체를 주입받는 단계이다.
도면에 도시되진 않았지만, 난모세포가 포함된 유체를 주입하기 위한 주입부가 제1 미세유체장치(100)에 형성될 수 있다. 난모세포가 포함된 유체를 주입하기 위한 주입부를 통해 난모세포가 포함된 유체가 제1 미세유체장치(100)로 주입되고 제1 미세유체장치(100)에서 체외수정을 위해 난모세포를 처리하는 일련의 과정이 진행될 수 있다.
난모세포 주위의 난구세포를 삭박하는 단계(S502)는 제1 미세유체장치(100)의 난자삭박부(미도시)를 통해 난모세포 주위의 난구세포를 삭박하는 단계이다.
예컨대, 난자삭박부(미도시)에는 유체가 유동할 수 있는 채널이 형성되고, 채널의 좌우측 벽면에 돌기가 형성될 수 있다. 난모세포가 포함된 유체가 제1 미세유체장치(100)로 주입된 후, 난자삭박부(미도시)의 채널을 유동하면서 난모세포가 채널의 돌기에 접촉하여 난모세포 주위의 난구세포가 삭박될 수 있다.
난모세포를 포획하는 단계(S503)는 삭박된 난모세포가 유체를 통해 난자포획유닛(110)에 포함된 포획구(111)의 상부에 마련된 채널로 이동하고, 포획구(111)에 형성된 연통로(112)에 가해지는 압력에 의해 난모세포가 난자포획유닛(110)의 포획구(111)로 포획되는 단계이다.
포획구(111)의 상부에 마련된 채널 내의 압력보다 포획구(111)의 하부에 마련된 채널 내에 낮은 압력을 작용시키기 위해 작동유체가 포획구(111)의 하부에 마련된 채널에서 소정의 속도로 유동되도록 작동유체를 주입할 수 있다. 제어부(미도시)는 작동유체가 포획구(111)의 상부에 마련된 채널에 흐르는 유체의 속도보다 높은 속도로 유동되도록 공급펌프를 제어할 수 있다. 유체의 속도 차이로 인해 포획구(111)의 하부에 마련된 채널은 포획구(111)의 상부에 마련된 채널보다 낮은 압력이 작용하고 포획구(111)의 내부에 형성된 연통로(112)에 흡입력이 발생하여 난모세포가 포획구(111)에 포획될 수 있다.
제1 판단단계(S504)는 제1 미세유체장치(100)에 포함된 난자포획유닛(110)에 난모세포가 포획되었는지를 판단하는 단계이다.
촬영 카메라(미도시)는 미세유체장치 내부를 촬영할 수 있고, 제어부(미도시)는 촬영 카메라(미도시)를 통해 촬영된 영상을 제공받아 이를 기반으로 난모세포가 난자포획유닛(110)의 포획구(111)에 포획되었는지를 판단할 수 있다. 난모세포가 포획된 것으로 판단되지 않은 경우, 제어부(미도시)는 제2 미세유체장치(200)를 이동시키지 않는다.
정자가 포함된 유체를 주입받는 단계(S505)는 외부로부터 제2 미세유체장치(200)에 복수의 정자들이 포함된 유체를 주입받는 단계이다.
도면에 도시되진 않았지만, 복수의 정자들이 포함된 유체를 주입하기 위한 주입부가 제2 미세유체장치(200)에 형성될 수 있다. 복수의 정자들이 포함된 유체를 주입하기 위한 주입부를 통해 복수의 정자들이 포함된 유체가 제2 미세유체장치(200)로 주입되어 제2 미세유체장치(200)에서 체외수정을 위해 정자를 처리하는 일련의 과정이 진행될 수 있다.
정자를 선정하는 단계(S506)는 체외수정에 적합한 정자를 선정하는 단계로 기설정된 기준을 만족하는 정자를 선정하는 단계이다.
제어부(미도시)는 촬영된 영상을 기반으로 particle tracking 기술을 통해 정자들의 활동성, 형태, 크기 등을 분석하여 정자가 기설정된 기준을 만족하는지 여부를 판단하여 이를 선정할 수 있다. 제어부(미도시)는 정자 선정 과정 전에 기설정된 기준에 대한 알고리즘을 입력받을 수 있다.
정자를 정자 주입부로 이동시키는 단계(S507)는 기설정된 기준을 만족하는 정자를 정자 주입부(210) 내로 이동시키는 단계이다.
제어부(미도시)는 기설정된 기준을 만족하는 정자를 선정하고, 광학 핀셋을 통해 선정된 정자를 포획하여 정자 주입부(210)의 마이크로 니들(211) 내부로 하나씩 이동시킬 수 있다.
제2 판단단계(S508)는 제2 미세유체장치(200)에 포함된 정자 주입부(210)에 정자가 위치하는지를 판단하는 단계이다.
제어부(미도시)는 촬영 카메라(미도시)를 통해 촬영된 영상을 제공받아 이를 기반으로 정자가 정자 주입부(210)의 마이크로 니들(211) 내부에 위치하는지를 판단할 수 있다. 정자가 마이크로 니들(211) 내부에 위치한 것으로 판단되지 않은 경우, 제어부(미도시)는 제2 미세유체장치(200)를 이동시키지 않는다.
제2 미세유체장치를 이동시키는 단계(S509)는 제1 판단단계(S504), 제2 판단단계(S508)를 통해 난모세포가 난자포획유닛(110)에 포획되고, 마이크로 니들(211)에 정자가 위치된 것으로 판단된 경우, 제2 미세유체장치(200)를 제1 미세유체장치(100) 방향으로 이동시키는 단계이다.
제어부(미도시)는 제1 판단단계(S504), 제2 판단단계(S508)를 통해 난모세포의 포획 여부, 정자의 마이크로 니들(211) 내 위치 여부를 판단할 수 있다. 제어부는 난모세포가 난자포획유닛(110)에 포획되어 있고, 정자가 마이크로 니들(211) 내에 위치해 있는 경우 제2 미세유체장치(200)를 제1 미세유체장치(100) 방향인 하방으로 이동시킴으로써 마이크로 니들(211)을 난모세포에 관통시켜 정자를 주입할 수 있다. 정자 주입부(210)는 난자포획유닛(110)에 대응되는 위치에 형성되는 바, 제2 미세유체장치(200)를 하방으로 이동시키는 하나의 과정에서 동시에 복수 개의 수정란을 생성할 수 있다.
배지를 주입받아 배아를 생성하는 단계(S510)는 외부로부터 제1 미세유체장치(100)에 배지를 주입받아 수정란을 배양하여 배아를 생성하는 단계이다.
제2 미세유체장치(200)가 제1 미세유체장치(100)를 향하여 하방으로 이동하여 마이크로 니들(211) 내부에 위치한 정자가 난모세포 내부로 주입되는 경우, 포획구(111)에 포획된 상태로 수정란이 생성될 수 있다. 수정란이 생성된 후, 배지가 제1 미세유체장치(100)의 포획구(111)의 상부에 마련된 채널로 주입됨으로써 배양이 진행되고 배아가 생성될 수 있다. 배아를 생성하는 과정은 촬영 카메라(미도시)를 통해 실시간으로 모니터링할 수 있다.
광원으로부터 광을 조사하여 배아를 분리하는 단계(S511)는 광원으로부터 제1 미세유체장치(100)에 포함된 난자포획유닛(110)의 하부 방향으로 광을 조사하여 포획구(111)로부터 배아를 분리하는 단계이다.
촬영 카메라(미도시)를 통해 미세유체장치 내부를 촬영한 영상을 기반으로 비정상적으로 배양된 배아 또는 자궁에 착상시키기 충분할 정도로 성장한 배아를 확인할 수 있다. 생성된 배아가 비정상적이거나 자궁에 착상시킬 수 있을 정도로 충분히 배양된 배아는 광 조사를 통해 선택적으로 분리될 수 있다. 예컨대, 레이저의 레이저 빔을 난자포획유닛(110)의 하부 방향, 즉, 포획구(111)에 마련된 연통로(112)의 하부 방향으로 국부적으로 조사하여, 레이저의 복사 압력을 통해 배아를 분리할 수 있다. 레이저의 복사 압력이 연통로(112)에 가해지는 압력보다 큰 경우 배아가 분리될 수 있다.
냉동보존액을 주입받아 배아를 유리화하는 단계(S512)는 외부로부터 제1 미세유체장치(100)에 냉동보존액을 주입받아 분리되지 않은 배아를 유리화하는 단계이다.
냉동보존액이 제1 미세유체장치(100)의 포획구(111)의 상부에 마련된 채널로 주입됨으로써, 분리되지 않은 배아는 유리화될 수 있다. 유리화는 배아 동결 방법의 하나로서 배아를 동결하여 생명활동을 중지시킨 후, 필요 시 해동하여 사용할 수 있게 하는 처리 방법을 의미한다.
외부로부터 포획구(111)의 상부에 마련된 채널에 액체질소와 같은 냉동보존액을 주입받음으로써 배아를 급속도로 냉각하여 유리화할 수 있다. 미세유체장치의 내부에서 유리화 과정이 진행되므로 별도의 용기가 필요하지 않다는 장점이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 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 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 제1 미세유체장치
110 : 난자포획유닛
111 : 포획구
112 : 연통로
200 : 제2 미세유체장치
210 : 정자 주입부
211 : 마이크로 니들

Claims (15)

  1. 외부에서 주입된 난모세포가 포획되는 난자포획유닛을 포함하는 제1 미세유체장치; 및
    상기 제1 미세유체장치의 상부에 적층되며, 상기 난자포획유닛에 대응되는 위치에 형성되어 상기 난모세포를 관통하여 정자를 주입하기 위한 적어도 하나의 마이크로 니들을 포함하는 정자 주입부를 포함하는 제2 미세유체장치를 포함하는,
    체외수정 자동화 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 미세유체장치는,
    수직으로 상하방향 이동 가능한,
    체외수정 자동화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 미세유체장치가 하방으로 이동되는 경우,
    상기 마이크로 니들이 상기 난모세포를 관통하는,
    체외수정 자동화 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 난자포획유닛은,
    상기 난모세포가 포획되는 적어도 하나의 포획구; 및
    상기 포획구의 상부 및 하부에 마련되어, 내부에 유체가 유동하는 복수의 채널들;
    을 포함하는,
    체외수정 자동화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 채널들 중 상기 포획구의 상부에 마련된 채널은 상기 난모세포가 포함된 유체, 배지 또는 냉동보존액 중 적어도 하나가 유동하는 채널인,
    체외수정 자동화 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 채널들 내부의 유체 유동 속도는 각 채널마다 상이하고,
    상기 포획구의 상부에 마련된 채널과 상기 포획구의 하부에 마련된 채널은 상기 포획구 내부에 형성된 연통로를 통해 서로 연결되는,
    체외수정 자동화 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연통로의 하부 방향으로 광을 조사하는 광원을 더 포함하는,
    체외수정 자동화 장치.
  9. 제1 미세유체장치에 포함된 난자포획유닛에 난모세포가 포획되었는지를 판단하는 제1 판단단계;
    제1 미세유체장치의 상부에 적층되고, 상기 난모세포를 관통하여 정자를 주입하기 위한 적어도 하나의 마이크로 니들을 포함하는 정자 주입부를 포함하는 제2 미세유체장치의 정자 주입부 내에 정자가 위치하는지를 판단하는 제2 판단단계; 및
    상기 제1 판단단계 및 제2 판단단계에서 상기 난모세포가 포획되고, 상기 정자가 상기 정자 주입부 내에 위치하는 것으로 판단되면, 상기 제2 미세유체장치를 상기 제1 미세유체장치 방향으로 이동시키는 단계를 포함하는,
    체외수정 자동화 장치의 동작 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 미세유체장치에 포함된 정자 주입부는, 상기 난자포획유닛에 대응되는 위치에 형성된,
    체외수정 자동화 장치의 동작 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 판단단계 이전에,
    외부로부터 상기 제1 미세유체장치에 적어도 하나의 난모세포가 포함된 유체를 주입받는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2 판단단계 이전에,
    외부로부터 상기 제2 미세유체장치에 복수의 정자들이 포함된 유체를 주입받는 단계를 더 포함하는,
    체외수정 자동화 장치의 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 난모세포가 포함된 유체를 주입받는 단계 이후에,
    상기 난모세포 주위의 난구세포를 삭박하는 단계; 및
    상기 삭박된 난모세포를 상기 난자포획유닛에 포획하는 단계를 더 포함하고,
    상기 복수의 정자들이 포함된 유체를 주입받는 단계 이후에,
    상기 주입받은 복수의 정자들이 포함된 유체에서, 상기 복수의 정자들 중 기설정된 기준을 만족하는 정자들을 선정하는 단계; 및
    상기 선정된 정자들을 상기 정자 주입부 내로 이동시키는 단계를 더 포함하는,
    체외수정 자동화 장치의 동작 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 미세유체장치를 상기 제1 미세유체장치 방향으로 이동시키는 단계 이후에,
    외부로부터 상기 제1 미세유체장치에 배지를 주입받아 배아를 생성하는 단계를 더 포함하는,
    체외수정 자동화 장치의 동작 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 생성하는 단계 이후에,
    광원에서 상기 난자포획유닛의 하부 방향으로 광을 조사하여 배아를 분리하는 단계를 더 포함하는,
    체외수정 자동화 장치의 동작 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 분리하는 단계 이후에,
    외부로부터 상기 제1 미세유체장치에 냉동보존액을 주입받아 배아를 유리화하는 단계를 더 포함하는,
    체외수정 자동화 장치의 동작 방법.
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