KR102378325B1 - 곡선 형태의 미세유체칩, 이의 제조방법 및 이를 이용한 정자를 선별하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 여성생식기관을 모방하여 정자 분리하는 미세유체칩, 이의 제조방법 및 이를 이용한 정자를 선별하는 방법에 관한 것으로, 상기 미세유체칩은 별도의 펌프와 화학유도물질 없이도 체내와 유사한 조건에서 우수한 정자를 선별할 수 있고, 이에 따라 난임부부의 임신 가능성을 높일 수 있다.
Description
본 발명은 여성생식기관을 모방하여 정자 분리하는 미세유체칩, 이의 제조방법 및 이를 이용한 정자를 선별하는 방법에 관한 것이다.
전세계적으로 난임부부가 점점 늘어나는 추세로, 우리나라의 경우도 결혼한 10쌍 중 1~2쌍의 부부는 난임부부인 것으로 보고되고 있다. 난임부부는 난임을 극복하기 위해서 체외수정(in vitro fertilization; IVF), 정자 미세주입술(Intra Cytoplasmic Sperm Injection ICSI)과 자궁강내 인공수정(intrauterine insemination; IUI)같은 생식보조기술들을 이용하여, 아이를 얻기 위한 노력을 하고 있다. 전세계적으로 오백만명의 아기들이 생식보조기술을 통해 태어나고 있으며, 이 기술을 통해 태어난 아기의 수는 점진적으로 증가할 예정이다.
모든 난임에 남성이 차지하는 비율을 30~50%이고, 남성 난임의 40~88%는 정자수가 적거나 정자의 움직임(Sperm motility) 감소, 정자의 비정상적인 형태(abnormal morphology)와 정자의 DNA 손상이 원인이다. 상기 원인으로 인해 난자와 수정이 저해되거나 수정이 되더라도 낮은 배아발달과 임신율에 영향을 미쳐 난임의 원인이 되고, 난임 남성으로부터 임신가능성을 높이기 위해서는 좋은 정자를 분리해내는 것이 매우 중요하다.
그러나, 대부분의 난임클리닉에서 좋은 정자를 형태(morphology)와 운동성으로 분리하기 위해, 밀도구배 원심분리법(density gradient centrifugation;DGC)과 swim-up method들을 사용하고 있지만 이런 방법들은 시간이 오래 걸리고 좋은 정자들을 분리하는데 한계를 가지고 있다. 상기와 같은 정자를 분리하는 기존 방법들은 여성의 생식기관을 모방한 환경들을 전혀 고려하지 않았고, 생식보조기술은 해마다 발전함에도 불구하고 난임부부의 임신율은 여전히 답보 상태이다.
따라서, 여성의 체내 생식기관을 모방하여 좋은 정자를 분리할 수 있는 칩에 대한 연구 및 개발이 필요한 상황이다.
본 발명의 목적은 곡선 형태의 미세 채널과 미세 채널 내에 점도를 가지는 수용성 고분자를 포함하는 미세유체칩, 이의 제조방법 및 이를 이용한 정자를 선별하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 정자를 제공하기 위한 주입구;
주입구로부터 제공되는 정자가 이동하는 채널로서, 주입구로부터 곡선 형태로 형성된 미세 채널; 및
상기 미세 채널을 이동한 정자가 수집되는 분리구를 포함하고,
미세 채널은 1% 내지 5%의 수용성 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유체칩을 제공한다.
또한, 본 발명은 상판 및 하판을 이루는 고분자 기재에 주입구, 미세 채널 및 분리구를 형성하는 단계;
상기 제조한 상판 및 하판을 합지하는 단계; 및
상기 미세 채널의 배지에 1% 내지 5%의 수용성 고분자를 첨가하는 단계를 포함하는 미세유체칩의 제조방법을 제공한다.
아울러, 본 발명은 상기 서술한 미세유체칩을 이용하여 정자를 선별하는 방법을 제공한다.
본 발명은 여성의 생식기관을 모방한 미세유체칩으로 별도의 펌프와 화학유도물질 없이도 체내와 유사한 조건에서 우수한 정자를 선별할 수 있고, 이에 따라 난임부부의 임신 가능성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 미세유체칩을 도식화학 이미지 및 실제 미세유체칩의 이미지이다.
도 2는 본 발명에 따른 미세유체칩을 이용하여 미세 채널의 고분자 농도에 따른 정자의 운동성을 위상차 현미경으로 촬영한 이미지이다.
도 3은 본 발명에 따른 미세유체칩을 이용하여 미세 채널의 고분자 농도별 시간에 따른 정자의 운동성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 미세유체칩을 이용하여 미세 채널의 고분자 농도별 시간에 따른 정자를 위상차 현미경으로 촬영한 이미지이다.
도 5는 본 발명에 따른 미세유체칩을 이용하여 미세 채널의 고분자 농도에 따른 액포의 수 분포를 나타낸 이미지와 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 미세유체칩을 이용하여 미세 채널의 고분자 농도에 따른 정자의 운동성을 위상차 현미경으로 촬영한 이미지이다.
도 3은 본 발명에 따른 미세유체칩을 이용하여 미세 채널의 고분자 농도별 시간에 따른 정자의 운동성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 미세유체칩을 이용하여 미세 채널의 고분자 농도별 시간에 따른 정자를 위상차 현미경으로 촬영한 이미지이다.
도 5는 본 발명에 따른 미세유체칩을 이용하여 미세 채널의 고분자 농도에 따른 액포의 수 분포를 나타낸 이미지와 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
기존의 정자 분류칩은 운동성이 우수한 정자를 선별하기 위해서 정자 분류칩 내에 별도의 펌프를 이용하여 정자 운동과 반대되는 흐름을 형성하고, 정자가 도달하는 포집구에 화학유도물질을 첨가하여 정자를 유도하는 반면, 본 발명에 따른 미세유체칩은 별도의 펌프 및 화학유도물질 없이도 우수한 정자를 선별할 수 있어 저비용으로 우수한 정자를 얻을 수 있다.
본 발명은 정자를 제공하기 위한 주입구;
주입구로부터 제공되는 정자가 이동하는 채널로서, 주입구로부터 곡선 형태로 형성된 미세 채널; 및
상기 미세 채널을 이동한 정자가 수집되는 분리구를 포함하고,
미세 채널은 1% 내지 5%의 수용성 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유체칩을 제공한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 미세유체칩은 여성 생식기관을 모방하여 제조하였다. 구체적으로, 고분자 플라스틱 기재에 주입구, 미세 채널 및 분리구가 형성되고, 상기 미세 채널은 곡선 형태를 가지고 일정 함량의 수용성 고분자를 포함하여 여성의 생식 기관과 유사한 물리적인 점성 환경을 구현한 것이다. 또한, 상기 미세 채널은 분리구로 가까워질수록 직경이 좁아져 정자 분리가 수월할 수 있다.
예를 들어, 주입구, 미세 채널 및 분리구가 연속적으로 연결되어 있고, 주입구와 분리구는 직선으로 xy 평면을 기준으로 x축 또는 y축 선상에 동일하게 위치할 수 있다. 또한, 주입구 및 분리구를 연결하는 미세 채널은 곡선의 형태를 가질 수 있다. 상기와 같은 구조를 가짐으로써, 여성의 생식기관과 유사한 조건에서 운동성이 우수한 정자를 선별할 수 있다.
구체적으로 미세유체칩은 상판과 하판이 합지된 구조일 수 있다. 상판과 하판에 각각 주입구, 미세 패널 및 분리구가 형성되어 합지된 구조로 미세 채널을 밀봉된 형태일 수 있다.
예를 들어, 상판과 하판은 독립적으로 폴리아크릴레이트, 폴리디메틸실록산 및 폴리스티렌 고분자로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 고분자 기재일 수 있다. 구체적으로, 상판과 하판은 독립적으로 폴리아크릴레이트, 폴리디메틸실록산 또는 폴리스티렌 고분자를 포함하는 고분자 기재일 수 있다. 상기와 같은 고분자 기재를 포함함으로써 미세유체칩은 시료가 움직이는 것을 육안으로 볼 수 있고, 필요시 정자를 현미경으로 관찰할 수 있다.
하나의 예로서, 미세 채널은 1% 내지 5%의 수용성 고분자를 포함할 수 있다. 구체적으로, 미세 채널은 1% 내지 4%, 1% 내지 3%, 2% 내지 5%, 2% 내지 4%, 2% 내지 3% 또는 2.5% 내지 3.5%의 수용성 고분자를 포함할 수 있다. 상기와 같은 함량으로 수용성 고분자를 포함함으로써, 본 발명에 따른 미세유체칩은 여성의 생식기관과 유사한 점성 환경을 구현하여 운동성이 우수한 정자를 선별할 수 있다. 상기 수용성 고분자의 함량은 부피%일 수 있다.
상기 수용성 고분자는 미세 채널에 점성 환경을 형성할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 폴리비닐피롤 리돈(PVP), 폴리비닐알코올 및 폴리에틸렌옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 수용성 고분자는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알코올 또는 폴리에틸렌옥사이드일 수 있다.
또한, 미세 채널은 평균 1000㎛ 미만의 직경을 가질 수 있다. 구체적으로, 미세 채널의 직경은 평균 900㎛ 미만, 800㎛ 미만, 600㎛ 내지 1000㎛, 600㎛ 내지 900㎛, 600㎛ 내지 800㎛, 700㎛ 내지 1000㎛, 700㎛ 내지 900㎛, 700㎛ 내지 800㎛ 또는 700㎛ 내지 900㎛일 수 있다.
예를 들어, 미세 채널은 주입구에서 분리구로 갈수록 미세 채널의 직경이 줄어들 수 있다. 구체적으로, 분리구에 연결된 미세 채널의 직경은 100㎛ 내지 600㎛일 수 있다. 보다 구체적으로, 분리구로부터 0.5mm 내지 5mm, 0.5mm 내지 3mm 또는 1mm 내지 2mm 떨어진 영역의 미세 채널의 직경은 100㎛ 내지 600㎛, 100㎛ 내지 500㎛, 100㎛ 내지 400㎛, 200㎛ 내지 600㎛, 200㎛ 내지 500㎛, 200㎛ 내지 400㎛, 300㎛ 내지 600㎛, 300㎛ 내지 500㎛ 또는 300㎛ 내지 400㎛일 수 있다. 상기와 같이 좁은 직경을 가짐으로써, 본 발명에 따른 미세유체칩은 별도의 펌프 없이도 유동적으로 정자가 이동할 수 있고, 효율적으로 정자를 분리해낼 수 있다.
또한, 상판 및 하판을 이루는 고분자 기재에 독립적으로 주입구, 미세 채널 및 분리구를 형성하는 단계;
상기 제조한 상판 및 하판을 합지하는 단계; 및
상기 미세 채널의 배지에 1% 내지 5%의 수용성 고분자를 첨가하는 단계를 포함하는 미세유체칩의 제조방법을 제공한다.
구체적으로, 상기 미세 채널의 배지에 수용성 고분자를 첨가하는 단계는 1% 내지 5%의 수용성 고분자를 첨가할 수 있다. 구체적으로, 미세 채널의 배지에 수용성 고분자를 첨가하는 단계는 1% 내지 4%, 1% 내지 3%, 2% 내지 5%, 2% 내지 4%, 2% 내지 3% 또는 2.5% 내지 3.5%의 수용성 고분자를 첨가할 수 있다. 상기와 같은 함량으로 수용성 고분자를 첨가함으로써, 본 발명에 따른 미세유체칩은 여성의 생식기관과 유사한 점성 환경을 구현하여 운동성이 우수한 정자를 선별할 수 있다. 상기 수용성 고분자의 첨가량은 부피%일 수 있다.
상기 수용성 고분자는 미세 채널에 점성 환경을 형성할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알코올 및 폴리에틸렌옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 수용성 고분자는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알코올 또는 폴리에틸렌옥사이드일 수 있다.
하나의 예로서, 상판 및 하판을 이루는 고분자 기재에 주입구, 미세 채널 및 분리구를 형성하는 단계는 레이저를 이용하여 고분자 기재의 상판 및 하판에 각각 주입구, 미세 채널 및 분리구를 순차로 형성할 수 있다. 구체적으로, 상판 및 하판을 형성하는 고분자 기재는 레이저를 이용하여 정자를 포함하는 용액을 주입하는 주입구와 미세 채 널을 거쳐 분리된 분리구를 형성하되, 상판과 하판에 미세 채널을 형성할 때 레이저로 홈을 형성하여 제조할 수 있다.
또한, 미세 채널의 직경은 평균 1000㎛ 이하로 형성할 수 있다. 구체적으로, 미세 채널의 직경은 평균 900㎛ 미만, 800㎛ 미만, 600㎛ 내지 1000㎛, 600㎛ 내지 900㎛, 600㎛ 내지 800㎛, 700㎛ 내지 1000㎛, 700㎛ 내지 900㎛, 700㎛ 내지 800㎛ 또는 700㎛ 내지 900㎛으로 형성할 수 있다.
또한, 상기 미세 채널은 주입구에서 분리구로 갈수록 미세 채널의 직경이 줄어들도록 형성할 수 있다. 구체적으로, 분리구에 연결된 미세 채널의 직경은 100㎛ 내지 600㎛으로 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 분리구로부터 0.5mm 내지 5mm, 0.5mm 내지 3mm 또는 1mm 내지 2mm 떨어진 영역의 미세 채널의 직경은 100㎛ 내지 600㎛, 100㎛ 내지 500㎛, 100㎛ 내지 400㎛, 200㎛ 내지 600㎛, 200㎛ 내지 500㎛, 200㎛ 내지 400㎛, 300㎛ 내지 600㎛, 300㎛ 내지 500㎛ 또는 300㎛ 내지 400㎛으로 형성할 수 있다.
상기와 같이 좁은 직경을 형성함으로써, 본 발명에 따른 미세유체칩은 별도의 펌프 없이도 유동적으로 정자가 이동할 수 있고, 효율적으로 정자를 분리해낼 수 있다.
하나의 예로서, 상판 및 하판을 합지하는 단계는 주입구, 미세 채널 및 분리구가 형성된 고분자 기재를 합지하여 밀폐된 미세 채널을 형성할 수 있다. 상기 상판과 하판의 고분자 기재는 독립적으로 폴리아크릴레이트, 폴리디메틸실록산 및 폴리스티렌 고분자로부터 선택된 1종 이상으로 형성할 수 있다. 구체적으로, 상판과 하판의 고분자 기재는 독립적으로 폴리아크릴레이트, 폴리디메틸실록산 또는 폴리스티렌 고분자를 포함하는 고분자 기재로 형성할 수 있다. 상기와 같은 고분자 기재를 사용함으로써 미세유체칩은 시료가 움직이는 것을 육안으로 볼 수 있고, 필요시 정자를 현미경으로 관찰할 수 있다.
구체적으로, 상판 및 하판을 합지하는 단계는 상판과 하판의 고분자 기재에 접착제를 상판과 하판이 접하는 부위에 도포하여 합지시킬 수 있다. 상기 접착제는 접착성을 가지는 예를 들어, 상기 접착제는 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리이미드, 폴리에스터, 폴리우레탄 또는 폴리에틸렌을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 미세유체칩의 제조방법은 상판 및 하판을 합지하는 단계 이후에 열을 가하여 접착제를 경화시키는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상판 및 하판을 합지한 후 50℃ 내지 100℃의 온도에서 1시간 내지 10시간 동안 유지하여 접착제를 경화시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 상판 및 하판을 합지한 후 50℃ 내지 90℃, 50℃ 내지 80℃, 50℃ 내지 70℃ 또는 60℃ 내지 70℃의 온도에서 1시간 내지 8시간, 2시간 내지 8시간, 3시간 내지 7시간 또는 4시간 내지 6시간 동안 유지하여 접착제를 경화시킬 수 있다.
아울러, 본 발명은 상술한 미세유체칩을 이용하여 정자를 선별하는 방법을 제공한다.
하나의 예로서, 상기 미세유체칩의 주입구에 정자 시료를 주입하는 단계; 및 분리구에 있는 정자를 수집하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 미세유체칩의 주입구에 정자 시료를 주입하는 단계에서 정자 시료는 남성으로부터 얻은 정자액(raw semen)일 수 있고, 상기 정자액은 액포를 가진 정자 및/또는 액포가 없는 정자를 포함될 수 있다. 상기 정자 시료를 주입구에 주입하면 시료 내 정자가 미세유체칩의 미세 채널을 따라 이동하는데 미세 채널의 점도에 따라 운동성이 우수한 정자만이 미체 채널을 통과할 수 있다.
본 발명에 따른 정자를 선별하는 방법은 미세유체칩에 정자 시료를 주입하고 10분 내지 60분 동안 수행할 수 있다. 구체적으로, 미세유체칩에 정자 시료를 주입하고 10분 내지 50분, 10분 내지 40분, 10분 내지 30분, 20분 내지 60분, 20분 내지 50분, 20분 내지 40분, 20분 내지 30분, 30분 내지 50분 또는 30분 내지 40분 동안 수행할 수 있다.
하나의 예로서, 분리구에 있는 정자를 수집하는 단계는 분리구에 수집된 정자를 피펫으로 흡입하여 수집할 수 있다. 상기 분리구에 있는 정자는 정자 시료에 포함된 정자 중에서 운동성이 우수하고 액포가 없는 정자일 수 있다.
또한, 분리구에 있는 정자를 수집하는 단계 이후에 수집한 정자를 현미경으로 관찰하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 수집한 정자를 현미경으로 관찰하는 단계는 수집한 정자가 운동성이 우수하고 액포가 없는 정자인지 판단하는 단계일 수 있다.
이하 본 발명에 따르는 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
본 발명에 따른 미세유체칩은 2D 오토캐드(2D Auto Cad)를 이용하였으며, 미세유체칩의 상판과 하판은 1.3mm 두께의 18 mm Х 16 mm 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA)를 레이저 커터(laser cutter, MYL-0705 Model, MYCNC company)를 이용하여 제조하였다. 구체적으로, 주입구(inlet) 및 분리구(outlet) 부분을 각각 직경 2.2mm와 1mm으로 절단하여 PMMA 상판에 구멍을 형성하였다. 그런 다음, 정자가 통과하는 미세 채널을 생성하기 위해 레이저 커터를 사용하여 PMMA 상판과 하판에 1mm 폭의 반 타원형 구조의 미세채널을 형성하였고, 분리구에 직접 연결된 미세채널의 폭은 350㎛으로 형성하였다. 폴리디메틸실록산(polydimethyl siloxane. PDMS) 접착제를 사용하여 미세채널이 형성된 PMMA 상판과 하판을 합지한 후 60mm 패트리디쉬(petri dish)에 넣은 후 65℃의 온도에서 5시간 동안 유지하여 미세유체칩을 제조하였다.
1%의 폴리비닐피롤리돈을 상기 제조한 미세유체칩의 미세 채널 내의 배양액에 주입하고, 주입구에 10㎕의 정자를 넣은 후 10분 후 분리구에 포집된 정자를 채취하였다.
실시예 2
미세 채널에 3%의 폴리비닐피롤리돈을 주입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 미세유체칩을 제조하였다.
비교예 1
미세 채널에 폴리비닐피롤리돈을 주입하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 미세유체칩을 제조하였다.
실험예 1
본 발명에 따른 미세유체칩의 정자 선별성을 확인하기 위해, 실시예 1 및 2 및 비교예 1의 미세유체칩을 대상으로 미세 채널의 고분자 점도에 따른 분리된 정자의 운동성 및 액포의 수를 관찰하였고, 그 결과를 도 2 내지 4에 나타내었다.
도 2는 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 미세유체칩을 대상으로 미세 채널의 고분자 농도에 따른 정자의 운동성을 알아보기 위해 미세 채널을 거친 정자를 위상차 현미경으로 촬영한 이미지이다. 도 2를 살펴보면, 미세패널의 폴리비닐피롤리돈의 농도가 높아질수록 미세 채널을 거쳐 최종적으로 얻어지는 정자의 수가 감소하는 반면, 정자의 활동성 및 직진 운동성이 매우 우수한 것을 확인하였다. 뿐만 아니라 정장액에 존재하는 여러 오염물질이나 혈구세포들을 완벽하게 제거되어 순수하게 운동성이 높은 정자만이 분리되었다.
도 3은 고분자 농도별 시간에 따른 정자의 운동성을 나타낸 그래프이고, 도 4는 초기 정자(raw semen)과 미세유체칩의 고분자 농도별 시간에 따른 정자를 위상차 현미경으로 촬영한 이미지다. 도 3 및 4를 살펴보면, 시간별로 정자의 운동성을 확인한 결과 동일하게 폴리비닐피롤리돈 농도가 높아질수록 미세 채널을 거친 정자의 수는 줄어들었으나, 시간이 40분 가량 지났음에도 우수한 운동성을 나타내는 것을 도식화 하여 보여주는 것이다.
도 5는 초기 정자와 미세유체칩을 이용하여 미세 채널의 고분자 농도에 따른 정자의 액포 머리(vacuole head)의 수 분포를 나타낸 이미지와 그래프이다. 도 5를 살펴보면, 폴리비닐피롤리돈을 첨가하여 정자들을 분리하는 경우, 정자의 액포 머리의 수가 감소하는 것을 확인하였다. 정자의 머리에서 액포는 난자와 수정하였을 때 배아의 발달과 임신을 방해하는 역할을 한다.
이를 통해, 본 발명에 따른 미세유체칩은 기존에 액포 머리를 가진 정자를 분리하는 방법에 비해 시간과 비용을 획기적으로 줄여주는 기술이라는 것을 입증하는 것이다.
Claims (12)
- 정자를 제공하기 위한 주입구; 주입구로부터 제공되는 정자가 이동하는 채널로서, 주입구와 연결된 반 타원형 형태의 미세 채널; 및
상기 미세 채널을 이동한 정자가 수집되고, 미세 채널과 연결된 분리구를 포함하고,
상기 미세 채널은 1% 내지 5% (v/v)의 수용성 고분자 용액을 함유하는 배지를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유체칩. - 제 1 항에 있어서,
수용성 고분자는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알코올 및 폴리에틸렌옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 미세유체칩. - 제 1 항에 있어서,
미세 채널의 직경은 평균 1000㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 미세유체칩. - 제 1 항에 있어서,
분리구에 연결된 미세 채널의 직경은 100㎛ 내지 600㎛인 것을 특징으로 하는 미세유체칩. - 제 1 항에 있어서,
미세유체칩은 상판과 하판이 합지된 구조이고,
상판과 하판은 독립적으로 폴리아크릴레이트, 폴리디메틸실록산 및 폴리스티렌 고분자로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 미세유체칩. - 제 1 항에 있어서,
미세 채널은 밀봉된 형태인 것을 특징으로 하는 미세유체칩. - 상판 및 하판을 이루는 고분자 기재에 독립적으로 주입구, 반 타원형 형태의 미세 채널 및 분리구를 순차적으로 연결된 형태로 형성하는 단계;
상기 제조한 상판 및 하판을 합지하는 단계; 및
상기 미세 채널 내에 1% 내지 5% (v/v)의 수용성 고분자 용액을 함유하는 배지를 주입하는 단계를 포함하는 미세유체칩의 제조방법. - 제 7 항에 있어서,
고분자 기재에 주입구, 미세 채널 및 분리구를 형성하는 단계는 레이저를 이용하는 미세유체칩의 제조방법. - 제 7 항에 있어서,
미세 채널의 직경은 평균 1000㎛ 이하로 형성하는 것을 미세유체칩의 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
분리구에 연결된 미세 채널의 직경은 100㎛ 내지 600㎛으로 형성하는 미세유체칩의 제조방법. - 제 7 항에 있어서,
상판과 하판의 고분자 기재는 독립적으로 폴리아크릴레이트, 폴리디메틸실록산 및 폴리스티렌 고분자로부터 선택된 1종 이상인 미세유체칩의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 미세유체칩을 이용하여 정자를 선별하는 방법.
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| KR102558990B1 (ko) | 2023-04-19 | 2023-07-21 | 이찬호 | 계수챔버를 갖는 정자 관찰용 슬라이드 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016514955A (ja) | 2013-03-14 | 2016-05-26 | イングラン， エルエルシー | 高スループット精子選別用の装置及び方法 |
| KR102041037B1 (ko) * | 2018-02-13 | 2019-11-05 | 차의과학대학교 산학협력단 | 층류 및 주화성 물질을 이용한 정자 분류 칩 |
| US10897890B2 (en) | 2017-11-03 | 2021-01-26 | Kangwon National University University-Industry Cooperation Foundation | Microchip mimicking female reproductive organs and method for fabricating the same |
Family Cites Families (2)
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|---|---|---|---|---|
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| KR102248666B1 (ko) * | 2018-02-13 | 2021-05-07 | 차의과학대학교 산학협력단 | 운동성과 주화성이 뛰어난 정자 선별을 위한 생체모방 칩 |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016514955A (ja) | 2013-03-14 | 2016-05-26 | イングラン， エルエルシー | 高スループット精子選別用の装置及び方法 |
| US10897890B2 (en) | 2017-11-03 | 2021-01-26 | Kangwon National University University-Industry Cooperation Foundation | Microchip mimicking female reproductive organs and method for fabricating the same |
| KR102041037B1 (ko) * | 2018-02-13 | 2019-11-05 | 차의과학대학교 산학협력단 | 층류 및 주화성 물질을 이용한 정자 분류 칩 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102558990B1 (ko) | 2023-04-19 | 2023-07-21 | 이찬호 | 계수챔버를 갖는 정자 관찰용 슬라이드 |
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