KR102425055B1 - Nanoparticle separation device and method of separation of nanoparticles using it - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미세유동채널을 포함하는 나노입자 분리소자로, 단일 주입구, 적어도 두 개의 출구, 주입 채널 및 복수의 병렬 채널부를 포함하고, 상기 병렬 채널부 채널의 높이 대 채널폭의 종횡비는 1초과 5이하인 것을 특징으로 하는, 나노입자 분리소자 및 이를 이용한 나노입자 분리방법에 관한 것이다.The present invention is a nanoparticle separation device including a microfluidic channel, comprising a single injection hole, at least two outlets, an injection channel and a plurality of parallel channel portions, wherein the aspect ratio of the height to the channel width of the parallel channel portion is greater than 1 5 It relates to a nanoparticle separation device and a nanoparticle separation method using the same, characterized in that below.

Description

나노입자 분리소자 및 이를 이용한 나노입자 분리방법{Nanoparticle separation device and method of separation of nanoparticles using it}Nanoparticle separation device and method of separation of nanoparticles using it

본 발명은 점탄성 비뉴턴성 유체 기반 나노입자의 분리 기술에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 미세유동채널 내에서 비뉴턴성 유체 유동특성을 이용하여 혈액샘플로부터 세포 유래 나노입자를 분리하는 소자 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a separation technology of viscoelastic non-Newtonian fluid-based nanoparticles, and more particularly, a device for separating cell-derived nanoparticles from a blood sample using the non-Newtonian fluid flow characteristics in a microfluidic channel, and the same it's about how

세포 유래 나노입자는 세포외 소포 (extracellular vesicle)의 일종으로서 세포 간의 커뮤니케이션이나 혈액 응고, 염증, 암세포의 전이 등의 생리학적 과정에서 중요한 역할을 하는 바이오 마커로 알려져 있다. 이러한 세포 유래 나노입자는 약100-1000 nm의 크기를 가지며, 세포의 활성화, 세포 자멸사 (apoptosis), 또는 외부 자극 등의 원인으로 인하여 적혈구, 백혈구, 혈소판, 내피 세포 등의 다양한 세포로부터 발생한다. 혈액 내에 포함된 세포 유래 나노입자를 분리하는 것은 생물학적 연구나 임상학적 분석을 위해서 중요하기 때문에 이를 위한 기술 개발이 요구되고 있다. 특히 혈액 내에 세포 유래 나노입자의 양이 증가될 경우, 심혈관 질환이나 염증질환, 암의 질병을 예측할 수 있는 유용한 바이오 마커로 주목받을 수 있다.Cell-derived nanoparticles are a type of extracellular vesicle and are known as biomarkers that play an important role in physiological processes such as communication between cells, blood clotting, inflammation, and metastasis of cancer cells. These cell-derived nanoparticles have a size of about 100-1000 nm, and are generated from various cells such as red blood cells, white blood cells, platelets, and endothelial cells due to causes such as cell activation, apoptosis, or external stimulation. Separation of cell-derived nanoparticles contained in blood is important for biological research or clinical analysis, so technology development for this is required. In particular, when the amount of cell-derived nanoparticles in the blood is increased, it can attract attention as a useful biomarker that can predict cardiovascular disease, inflammatory disease, or cancer.

세포 유래 나노입자의 분리를 위해 사용되는 주된 방법은 초원심분리 방식과 면역친화성 캡쳐 방법이다. 그러나 초원심분리 방식은 높은 전단력이 세포에 자극으로 가해져 인공적인 세포 유래 나노입자가 생성될 수 있고, 아직 프로토콜이 확립되지 않았으며, 원심분리 과정에서 세포 유래 나노입자의 크기 분포가 편향적이 될 수 있다는 문제점이 존재한다. 한편 면역 친화성 캡쳐 방식은 나노입자가 본연의 기능을 잃거나 입자 상태에 변화를 일으킬 수 있다는 단점이 존재한다. 따라서 이러한 한계점을 극복하기 위하여 별도의 라벨링이 필요하지 않고, 원심분리기를 사용하지 않으며 세포 유래 나노입자를 온전한 상태로 분리할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.The main methods used for isolation of cell-derived nanoparticles are ultracentrifugation and immunoaffinity capture. However, in the ultracentrifugation method, artificial cell-derived nanoparticles can be generated due to the high shear force applied to the cells as a stimulus, the protocol has not yet been established, and the size distribution of the cell-derived nanoparticles during the centrifugation process may be biased. There is a problem that there is. On the other hand, the immunoaffinity capture method has a disadvantage that the nanoparticles may lose their original function or cause a change in the particle state. Therefore, in order to overcome this limitation, it is necessary to develop a technology that does not require separate labeling, does not use a centrifuge, and can separate cell-derived nanoparticles in an intact state.

미세유체역학 기술의 개발에 따라 필터 방식, 미세유체소자 내에서의 면역친화성 캡처 방식, 관성 유체역학 기술, 결정론적 측방 이동법 (deterministic lateral displacement) 등 나노 크기의 세포 유래 나노입자를 분리하는 기술이 다양하게 개발되고 있다. 최근 점탄성 비뉴턴성 유체 기반의 미세유체역학 기술이 유체 고유의 비선형적인 탄성력 구배를 특징으로 크게 주목을 받고 있다. 일차 수직응력차 (first normal stress difference, N1)의 불균일한 분포는 유체 내에 부유된 입자 및 세포를 크기에 비례하는 탄성력(Fe)의 영향으로 측면 이동시킬 수 있다. Technology to separate nano-sized cell-derived nanoparticles such as filter method, immunoaffinity capture method in microfluidic device, inertial hydrodynamic technology, and deterministic lateral displacement according to the development of microfluidic technology These are being developed in various ways. Recently, microfluidic technology based on viscoelastic, non-Newtonian fluids has been receiving great attention due to its characteristic nonlinear elastic force gradient inherent in fluids. The non-uniform distribution of the first normal stress difference (N1) can move the particles and cells suspended in the fluid laterally under the influence of the elastic force (Fe) proportional to the size.

Figure 112020081280443-pat00001
Figure 112020081280443-pat00001

상기 식에서 a는 세포/입자의 직경, N1은 일차수직응력차, λ는 relaxation time, W는 미세유동채널의 너비, Q는 유동율을 의미한다. 해당 기술은 최근 미세유동채널 내에서 입자/세포의 포커싱 및 크기 기반 분리에 널리 활용되었다. In the above formula, a is the cell/particle diameter, N1 is the primary normal stress difference, λ is the relaxation time, W is the width of the microfluidic channel, and Q is the flow rate. This technique has recently been widely used for focusing and size-based separation of particles/cells within microfluidic channels.

채널내부를 유동하는 점탄성력이 크기에 비례하여 나노 크기를 대상으로 할 때는 영향력이 작기 때문에 점탄성 유체 기반 미세유체역학 분야에서 나노 크기의 세포외 소포 영역은 크게 다뤄지지 않았으나, 최근 점탄성 유체를 기반으로 하여 다른 세포외소포로부터 엑소좀을 분리하는 연구가 수행되었다. 세포 배양액으로부터 엑소좀을 분리한 것으로서 크기의 컷오프(cutoff)는 200nm로 설정되었다. 그러나 혈액은 적혈구, 백혈구, 혈소판 등의 다양한 세포가 부유되어 있는 생체유체로서, 헤마토크릿, 즉 혈액 내에서 적혈구가 차지하는 부피 비율이 약 50% 정도로 고농도의 적혈구를 포함하고 있으므로, 혈액 내에 존재하는 세포 유래 나노입자를 분리해내기 위해서는 많은 수의 혈액 세포를 제거할 수 있는 기술이 필요하다. 이를 위해, 종래에는 원심분리가 가장 널리 사용되어 왔으나 원심분리 과정에서 발생하는 높은 전단력에 의해 세포에 물리적 자극이 가해져, 자극에 약한 혈소판을 활성화시킴으로써 인공적인 혈소판 유래 나노입자(platelet-derived microparticle, PDMP)를 발생시키게 된다. 따라서, 원심분리 방식을 대체하기 위하여 혈액으로부터 적혈구, 백혈구, 혈소판 등의 세포를 제거하며 순도 99.99%의 혈장을 추출하는 기술이 개발되었으나, 해당 기술은 혈장 추출을 위한 수율이 50 μl/min로 낮은 수준에 불과하고, 혈장 내에 존재하는 나노 크기의 입자는 분석 대상에서 제외되는 한계점이 존재한다.Since the viscoelastic force flowing inside the channel has a small influence when targeting the nanoscale in proportion to the size, the nanoscale extracellular vesicle region has not been dealt with much in the field of viscoelastic fluid-based microfluidics. A study was conducted to isolate exosomes from other extracellular vesicles. As an exosome separated from the cell culture medium, the size cutoff was set to 200 nm. However, blood is a biological fluid in which various cells such as red blood cells, white blood cells, and platelets are suspended. In order to isolate nanoparticles, a technology capable of removing large numbers of blood cells is required. For this purpose, conventionally, centrifugation has been most widely used, but physical stimulation is applied to cells by high shear force generated during the centrifugation process, and by activating platelets that are weak to stimulation, artificial platelet-derived microparticles (PDMP) ) will occur. Therefore, in order to replace the centrifugation method, a technology for extracting 99.99% pure plasma by removing cells such as red blood cells, white blood cells, and platelets from blood has been developed, but the technology has a low yield for plasma extraction of 50 μl/min. It is only a level, and there is a limitation in that nano-sized particles present in plasma are excluded from analysis.

따라서, 도움 유체없이 많은 양의 적혈구를 포함하고 있는 고농도 혈액으로부터 세포유래 나노입자를 분리하는 연구는 여전히 해결해야 할 과제로 남아있다.Therefore, the study of isolating cell-derived nanoparticles from high concentration blood containing a large amount of red blood cells without a helper fluid remains a challenge to be solved.

NPG Asia Materials 2017, 9, e434, Rapid purification of sub-micrometer particles for enhanced drug release and microvesicles isolation NPG Asia Materials 2017, 9, e434, Rapid purification of sub-micrometer particles for enhanced drug release and microvesicles isolation Lab on a Chip 2012, 12, 5202, Microfluidic filtration system to isolate extracellular vesicles from blood Lab on a Chip 2012, 12, 5202, Microfluidic filtration system to isolate extracellular vesicles from blood Analyst 2019, 144, 5785, Multiplex isolation and profiling of extracellular vesicles using a microfluidic DICE device Analyst 2019, 144, 5785, Multiplex isolation and profiling of extracellular vesicles using a microfluidic DICE device Biomedical microdevices 2014, 16, 869, Microfluidic isolation of cancer cell -derived microvesicles from hetergeneous extracellular shed vesicle populations Biomedical microdevices 2014, 16, 869, Microfluidic isolation of cancer cell -derived microvesicles from hetergeneous extracellular shed vesicle populations ACS nano 2015, 9, 2321, Acoustic Purification of Extracellular Microvesicles ACS nano 2015, 9, 2321, Acoustic Purification of Extracellular Microvesicles Proceedings of the National Academy of Sciences 2017, 114, 10584, Isolation of exosomes from whole blood by integrating acoustics and microfluidics Proceedings of the National Academy of Sciences 2017, 114, 10584, Isolation of exosomes from whole blood by integrating acoustics and microfluidics Lab on a Chip 2016, 16, 3919, Continuous plasma extraction under viscoelastic fluid in a straight channel with asymmetrical expansion-contraction cavity arrays Lab on a Chip 2016, 16, 3919, Continuous plasma extraction under viscoelastic fluid in a straight channel with asymmetrical expansion-contraction cavity arrays ACS nano 2017, 11, 6968, Field-Free Isolation of Exosomes from Extracellular Vesicles by Microfluidic Viscoelastic Flows ACS nano 2017, 11, 6968, Field-Free Isolation of Exosomes from Extracellular Vesicles by Microfluidic Viscoelastic Flows

본 발명을 통해 복잡한 채널 설계 없이 미세유동채널 내에서 고농도의 혈액을 이용하여 혈액 내에 존재하는 세포 유래 입자를 분리할 수 있는 기술을 제공하고자 한다. 이 과정에서 세포에 가해지는 물리적 자극이 없어 혈소판 활성화에 의한 나노입자의 인공적 발생이 없음을 확인하였다. An object of the present invention is to provide a technology capable of separating cell-derived particles present in blood using a high concentration of blood in a microfluidic channel without a complicated channel design. In this process, there was no physical stimulation applied to the cells, so it was confirmed that there was no artificial generation of nanoparticles due to platelet activation.

본 발명의 목적은 미세유동채널을 포함하는 나노입자 분리소자로, 단일 주입구, 적어도 두 개의 출구, 주입 채널 및 복수의 병렬 채널부를 포함하고, 상기 채널부의 높이 대 채널폭의 종횡비는 1초과 5이하인 것을 특징으로 하는, 나노입자 분리소자를 제공하는 것이다. An object of the present invention is a nanoparticle separation device including a microfluidic channel, comprising a single injection port, at least two outlets, an injection channel and a plurality of parallel channel portions, wherein the aspect ratio of the height to the channel width of the channel portion is greater than 1 and less than 5. It is to provide a nanoparticle separation device, characterized in that.

본 발명의 다른 목적은 단일 주입구로 시료를 주입하는 단계, 주입된 시료가 채널을 통과하는 단계, 및 분리소자로부터 나노입자를 추출하는 단계를 포함하고, 상기 채널의 높이 대 채널폭의 종횡비는 1초과 5이하이고, 상기 종횡비를 갖는 채널 내부 압력구배로 인해 상기 시료 중 나노입자를 분리하는 것을 특징으로 하는, 나노입자 분리방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention comprises the steps of injecting a sample through a single inlet, passing the injected sample through a channel, and extracting nanoparticles from a separation device, wherein the aspect ratio of the channel height to the channel width is 1 It is more than 5, and to provide a nanoparticle separation method, characterized in that the nanoparticles in the sample are separated due to the pressure gradient inside the channel having the aspect ratio.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 미세유동채널을 포함하는 나노입자 분리소자로, 단일 주입구, 적어도 두 개의 출구, 주입 채널 및 복수의 병렬 채널부를 포함하고, 상기 채널부의 높이 대 채널폭의 종횡비는 1초과 5이하인 것을 특징으로 하는, 나노입자 분리소자가 제공된다. According to an embodiment of the present invention, a nanoparticle separation device including a microfluidic channel, comprising a single injection hole, at least two outlets, an injection channel, and a plurality of parallel channel portions, wherein the aspect ratio of the height of the channel portion to the channel width is It is characterized in that more than 1 and less than 5, a nanoparticle separation device is provided.

일 측에 따르면, 상기 분리소자는 상기 종횡비를 갖는 상기 병렬 채널부 내부 압력구배로 인하여 주입된 시료 중 고농도 혈액 내의 혈구세포를 제거하는 것을 특징으로 하며, 특히 세포에 가해지는 물리적 자극에 의한 혈소판 활성화 없이 혈소판까지 제거하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one side, the separation element is characterized in that it removes blood cells in high concentration blood among the injected samples due to the internal pressure gradient of the parallel channel part having the aspect ratio, and in particular, platelet activation by physical stimulation applied to the cells It can be characterized by removing even platelets without.

일 측에 따르면, 상기 분리소자는 상기 종횡비를 갖는 채널 내부의 압력구배로 인하여 주입된 시료 중 나노입자를 분리하는 것을 특징으로 할 수 있다. According to one side, the separation device may be characterized in that it separates nanoparticles from the injected sample due to a pressure gradient inside the channel having the aspect ratio.

일 측에 따르면, 상기 분리소자는, 상기 병렬 채널부의 채널 내 폐색율이 0.1 이상인 입자를 채널 중앙으로 위치시킬 수 있다.According to one side, the separation device may position the particles having an occlusion factor of 0.1 or more in the channel of the parallel channel portion in the center of the channel.

일 측에 따르면, 상기 출구는, 폐순환 시스템을 포함할 수 있다. According to one side, the outlet may include a closed circulation system.

일 측에 따르면, 상기 폐순환 시스템은, 병렬 채널부의 중앙에 집중된 세포를 튜빙펌프를 통해 주입구로 재순환시킬 수 있다. According to one side, the closed circulation system may recirculate the cells concentrated in the center of the parallel channel part to the inlet through the tubing pump.

일 측에 따르면, 상기 나노입자는, 직경이 1μm 이하인 세포 유래의 나노입자일 수 있다.According to one side, the nanoparticles may be cells-derived nanoparticles having a diameter of 1 μm or less.

일 측에 따르면, 상기 나노입자는, 혈소판 유래 미세입자((platelet-derived microparticle, PDMP)일 수 있다. According to one side, the nanoparticles may be platelet-derived microparticles (PDMP).

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 단일 주입구로 시료를 주입하는 단계, 주입된 시료가 채널을 통과하는 단계, 및 분리소자로부터 나노입자를 추출하는 단계를 포함하고, 상기 채널의 높이 대 채널폭의 종횡비는 1초과 5이하이고, 상기 종횡비를 갖는 채널 내부 압력구배로 인해 상기 시료 중 나노입자를 분리하는 것을 특징으로 하는, 나노입자 분리방법이 제공된다. According to another embodiment of the present invention, it comprises the steps of injecting a sample through a single inlet, passing the injected sample through a channel, and extracting nanoparticles from the separation device, the height of the channel versus the channel width An aspect ratio of is greater than 1 and less than 5, and a method for separating nanoparticles is provided, characterized in that the nanoparticles in the sample are separated due to a pressure gradient inside the channel having the aspect ratio.

일 측에 따르면, 상기 분리방법은, 폐순환 시스템을 포함할 수 있다. According to one side, the separation method may include a closed circulation system.

일 측에 따르면, 상기 폐순환 시스템은, 병렬 채널부의 중앙에 집중된 세포를 주입구 및 적어도 하나의 출구와 연결되는 튜빙펌프를 통해 재순환시킬 수 있다. According to one side, the closed circulation system may recirculate the cells concentrated in the center of the parallel channel part through a tubing pump connected to an inlet and at least one outlet.

본 발명을 이용하면 소량의 혈액 시료로부터 세포 유래 나노입자를 분리할 수 있다. 구체적으로 활성화에 의한 인공적인 나노입자의 발생없이 적혈구, 백혈구, 혈소판 등의 혈액 세포를 물리적 자극에 의한 활성화 없이 제거하고 혈액 내에 포함된 세포 유래 나노입자를 추출할 수 있다. 또한, 점탄성 유체의 유동특성을 이용하여 단순한 직사각 형태 단면을 갖는 채널을 이용하여 나노 크기의 미세입자의 분리가 가능하므로, 복잡한 설계나 제작 등 번거로운 과정을 생략할 수 있다. 특히, 단일 주입구, 고종횡비 단면적을 갖는 채널구조로 인해 유도된 채널 내부 압력 구배를 이용하여 고순도 나노입자 추출이 가능하다. Using the present invention, cell-derived nanoparticles can be separated from a small amount of blood sample. Specifically, it is possible to remove blood cells, such as red blood cells, white blood cells, and platelets, without activation by physical stimulation without generating artificial nanoparticles due to activation, and to extract cell-derived nanoparticles contained in blood. In addition, since it is possible to separate nano-sized fine particles using a channel having a simple rectangular cross section by using the flow characteristics of the viscoelastic fluid, cumbersome processes such as complicated design and manufacturing can be omitted. In particular, it is possible to extract high-purity nanoparticles using a single inlet and channel internal pressure gradient induced due to a channel structure with a high aspect ratio cross-sectional area.

한편, 원심분리기술을 이용하지 않고 분리가 가능하므로 입자 또는 세포의 물리적 손상을 최소화할 수 있고, 별도의 라벨링이나 도움 유체 없이 소량의 시료만으로도 단시간 내에 나노입자를 분리할 수 있는 장점이 있다. On the other hand, since separation is possible without using centrifugation technology, physical damage to particles or cells can be minimized, and nanoparticles can be separated within a short time with only a small amount of sample without separate labeling or help fluid.

본 발명의 나노입자 분리소자는, 펌프 없이 손으로 밀어서 나노입자를 추출할 수도 있으므로 사용이 간편한 이점이 있다. 추가적으로, 튜빙펌프를 이용하는 경우, 폐순환 시스템을 적용할 수도 있다. The nanoparticle separation device of the present invention has the advantage of being easy to use because the nanoparticles can be extracted by pushing by hand without a pump. Additionally, when using a tubing pump, a closed circulation system may be applied.

본 발명의 나노입자 분리소자는 액체 생검 기반 체외진단시 이용할 수 있고, 시료전처리용으로 이용될 수 있다. 또한, 상기 소자에 폐순환 형태 유체제어장치를 적용하여 고농도 세포농축기로 활용할 수 있으므로, 순환종양세포, 백혈구, 말라리아 감염 적혈구 등 생체 시료 내 희박하게 존재하는 세포의 고농도 농축 및 평가가 가능한 이점이 있다.The nanoparticle separation device of the present invention can be used for liquid biopsy-based in vitro diagnosis, and can be used for sample pretreatment. In addition, since the device can be used as a high-concentration cell concentrator by applying a pulmonary circulation type fluid control device to the device, there is an advantage in that it is possible to concentrate and evaluate the high-concentration concentration and evaluation of cells that are rarely present in biological samples, such as circulating tumor cells, leukocytes, and malaria-infected red blood cells.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 유래 나노입자 분리 소자를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 종래기술과 본 발명의 소자를 이용한 혈소판 유래 나노입자(platelet-derived microparticle, PDMP) 분리기술을 비교한 개념도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소자의 유동특성을 평가한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소자의 헤마토크릿 5% 희석된 혈액 내 PDMP 분리 효과를 확인한 것이다.
도 5는 본 발명의 소자의 나노입자 크기별 유동특성을 평가한 것이다.
도 6은 본 발명의 소자 및 종래 기술을 이용한 PDMP 회수율을 비교 평가한 것이다.
도 7은 본 발명의 소자에 루프를 추가로 적용한 고농도 농축 원리를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 소자를 이용한 재순환 루프 시스템의 농축효능을 확인한 것이다.
1 schematically shows a cell-derived nanoparticle separation device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a conceptual diagram comparing the separation technology of platelet-derived microparticles (PDMP) using the device of the present invention and the prior art.
3 is an evaluation of flow characteristics of a device according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the effect of PDMP separation in blood diluted with hematocrit 5% of the device according to an embodiment of the present invention.
5 is an evaluation of the flow characteristics of each nanoparticle size of the device of the present invention.
6 is a comparative evaluation of the PDMP recovery rate using the device of the present invention and the prior art.
7 schematically shows the principle of high concentration concentration in which a loop is additionally applied to the device of the present invention.
Figure 8 confirms the concentration effect of the recirculation loop system using the device of the present invention.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes may be made to the embodiments, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all modifications, equivalents and substitutes for the embodiments are included in the scope of the rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.Terms used in the examples are used for the purpose of description only, and should not be construed as limiting. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components are assigned the same reference numerals regardless of the reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. In the description of the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.

본 명세서에서 설명하는 시료란, 동물, 바람직하게는 포유동물, 가장 바람직하게는 인간으로부터 수득된 생체 시료를 의미한다. 한편, 이러한 생체 시료는 나노 입자가 분산된 수용액, 세포체 및 희귀 생체 입자를 포함하는 소변, 혈액, 태액, 객담일 수 있고, 특히, 혈액일 수 있다. 상기 생체 시료는 검출에 사용하기 전에 전처리할 수 있으며, 예를 들어, 여과, 증류, 추출, 농축, 방해 성분의 불활성화, 시약의 첨가 등을 포함할 수 있다. 한편, 본 발명에서 말하는 세포 유래 나노입자란, 상기 생체 시료 내의 세포로부터 유래하는 나노 사이즈의 입자를 의미하는 것으로, 적혈구, 백혈구, 혈소판, 내피 세포 등 다양한 세포로부터 발생되는 나노입자를 의미한다. 앞서 언급한 바와 같이, 세포 유래 나노입자는, 심혈관 질환, 염증 질환, 기타 질병을 예측할 수 있는 유용한 바이오 마커로서 중요한 의미가 있다.The sample described herein means a biological sample obtained from an animal, preferably a mammal, and most preferably a human. On the other hand, such a biological sample may be an aqueous solution in which nanoparticles are dispersed, urine containing cell bodies and rare biological particles, blood, fetal fluid, sputum, and in particular, blood. The biological sample may be pre-treated before being used for detection, and may include, for example, filtration, distillation, extraction, concentration, inactivation of interfering components, addition of reagents, and the like. On the other hand, the cell-derived nanoparticles as used herein means nano-sized particles derived from cells in the biological sample, and refers to nanoparticles generated from various cells such as red blood cells, white blood cells, platelets, and endothelial cells. As mentioned above, cell-derived nanoparticles have important significance as useful biomarkers for predicting cardiovascular diseases, inflammatory diseases, and other diseases.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 미세유동채널을 포함하는 나노입자 분리소자로, 단일 주입구, 적어도 두 개의 출구, 주입 채널 및 복수의 병렬 채널부를 포함하고, 상기 병렬 채널부의 높이 대 채널폭의 종횡비는 1초과 5이하인 것을 특징으로 하는, 나노입자 분리소자가 제공된다. 상기 미세유동채널은 크게 주입 채널 및 병렬채널부로 구분되며, 주입 채널은 주입구와 연결되는 채널을 의미하고, 실질적으로 입자의 유동에 관여하는 주 채널은 병렬 채널부의 일부 채널 또는 전체일 수 있다. 이후, 특별한 설명이 없다면, 용어 '채널'은 병렬채널부의 일부 또는 전체를 의미하는 것으로 이해하는 것이 바람직하다. According to an embodiment of the present invention, a nanoparticle separation device including a microfluidic channel, comprising a single injection hole, at least two outlets, an injection channel, and a plurality of parallel channel portions, and an aspect ratio of the height to the channel width of the parallel channel portion is more than 1, characterized in that 5 or less, a nanoparticle separation device is provided. The microfluidic channel is largely divided into an injection channel and a parallel channel part. The injection channel means a channel connected to the injection hole, and the main channel substantially involved in the flow of particles may be some or all of the parallel channel part. Hereinafter, unless otherwise specified, the term 'channel' is preferably understood to mean a part or all of the parallel channel unit.

채널의 높이 대 채널폭의 종횡비가 상기 범위(1 초과 5이하)인 경우, 세포 유래 나노입자의 분리에 유리하다. 즉, 낮은 종횡비 단면을 갖는 채널을 이용하는 경우, 혈소판이 채널의 측면 쪽으로 패터닝 시키도록 0.3 β < 0.7 (β는 폐색율, β이때 a는 세포의 직경, H는 채널의 높이)의 조건을 만족하기 위한 2.85 < H

Figure 112020081280443-pat00002
10 μm의 높이를 갖는 채널의 설계가 필요했으며, 해당 채널에서 백혈구 크기의 세포(10~15마이크론의 원형)들은 사용될 수가 없으므로 고순도의 나노입자를 획득하기 어려운 문제가 있었다. 그러나, 본 발명의 소자는 고종횡비를 이용하여 채널폭보다 높이가 큰 단면형상의 소자를 구현함으로써, 특정 폐색율 이상의 크기를 갖는 입자는 모두 중앙부로 집중시킬 수 있으므로, 혈소판 크기 이상의 입자는 모두 중앙부로 집중시킨 뒤 중앙 채널과 연결되는 출구(출구 A)로 제거할 수 있고, 혈소판 보다 직경이 작은 나노크기의 입자는 측면 채널과 연결된 다른 출구(출구 B)로 추출할 수 있다.When the aspect ratio of the height of the channel to the width of the channel is within the above range (more than 1 and less than or equal to 5), it is advantageous for the separation of cell-derived nanoparticles. That is, when a channel with a low aspect ratio cross section is used, the condition of 0.3 β < 0.7 (β is the occlusion rate, β is the diameter of the cell, and H is the height of the channel) so that platelets are patterned toward the side of the channel. for 2.85 < H
Figure 112020081280443-pat00002
It was necessary to design a channel with a height of 10 μm, and there was a problem in that it was difficult to obtain high-purity nanoparticles because leukocyte-sized cells (10-15 micron round cells) could not be used in the channel. However, since the device of the present invention implements a device having a cross-sectional shape having a height greater than the channel width by using a high aspect ratio, all particles having a size greater than or equal to a specific occlusion rate can be concentrated in the central portion. After concentration, it can be removed through the outlet (exit A) connected to the central channel, and nano-sized particles smaller in diameter than platelets can be extracted through the other outlet (exit B) connected to the side channel.

구체적으로는, 단일 주입구는 주입 채널과 연결되고, 주입 채널은 복수의 병렬 채널부와 연결된다. 상기 주입 채널은 폭이 30μm~60μm임이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 한편, 상기 병렬 채널부는 적어도 두 개의 출구에 연결되는 구조일 수 있으며, 이 때, 상기 주입구는 억지끼움 연결부일 수 있으며, 적어도 하나의 출구는 레저버(reservoir) 또는 억지끼움 연결부일 수 있다. 레저버는 폐순환 시스템의 구성 중 하나로, 박스의 형태로 내부에 분리 및 농축된 세포를 포함하는 시료 및 제거된 혈구세포를 포함하는 시료 등을 수용할 수 있고, 레저버 내부의 액체는 펌프로부터 유동압력을 제공받아 소정의 경로를 따라 유동할 수 있다. Specifically, a single injection port is connected to the injection channel, and the injection channel is connected to a plurality of parallel channel units. The injection channel preferably has a width of 30 μm to 60 μm, but is not limited thereto. On the other hand, the parallel channel portion may have a structure connected to at least two outlets, in this case, the inlet may be an interference-fit connection, and at least one outlet may be a reservoir or an interference-fit connection. The reservoir is one of the components of the pulmonary circulation system, and in the form of a box, it can accommodate a sample containing separated and concentrated cells and a sample containing the removed blood cells, and the liquid inside the reservoir is supplied by a flow pressure from the pump. may be provided to flow along a predetermined path.

예를 들면, 본 발명의 나노입자 분리소자는, 도 1의 구성을 포함할 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 유래 나노입자 분리 소자(100)를 개략적으로 나타낸 것으로, 도 1의 (a)는 사시도, (b)는 평면도, (c)는 측면도를 도시한 것이고, (d)는 제작된 시제품을 도시한 것이다. 도 1을 보면, 소자(100)의 주입구(110)는 분리하고자 하는 입자가 포함된 시료가 주입되는 부분으로, 억지끼움 연결부를 포함할 수 있다. 상기 주입구(110)는 하나의 주입 채널(120)에 연결되어 있으며, 주입 채널(120)은 병렬 채널부에 연결되어 있다. 이 때, 병렬 채널부는 병렬구조의 복수의 채널이 주채널로부터 분획된 형상으로, 본 발명의 소자(100)는 주입 채널(120)과 병렬 채널부(130)가 연결되는 분기점을 적어도 1 이상 포함하게 된다. 병렬 채널부의 각 채널은 출구 영역에 하나의 분기점을 포함하고, 이 중 중앙채널은 소자(100)의 상판으로 연결된 중앙출구 병합 채널부를 통해 출구 A(140)와 연결되고, 측면채널은 소자(100)의 후류에서 병합되어 출구 B(150)와 연결될 수 있다. 이러한 구조적 특징에 의해 중앙에 위치(포커싱)되는 입자는 출구 A(140)로 배출되고, 중앙에 위치되지 않는 입자는 병렬 채널부의 측면채널을 통해 출구 B(150)로 추출될 수 있다. 이 때, 출구는 특정 크기 범위의 입자를 회수할 수 있는 포집부를 더 포함할 수 있다. 도 1의 (d)는 일 실시예에 따른 본 발명의 분리소자를 시제작한 결과물을 도시한 것으로, 도 1의 (d)에 도시된 바와 같이, 출구 A가 4개로 제작되어 소자의 상판에 위치한 레저버로 연결되고, 출구 B가 1개로 제작될 수 있으나, 일 실시예에 불과하고 이에 제한되는 것은 아니다. For example, the nanoparticle separation device of the present invention may include the configuration of FIG. 1 . 1 schematically shows a cell-derived nanoparticle separation device 100 according to an embodiment of the present invention, in which (a) is a perspective view, (b) is a plan view, (c) is a side view , (d) shows the manufactured prototype. Referring to FIG. 1 , the injection port 110 of the device 100 is a portion into which a sample containing particles to be separated is injected, and may include an interference fit connection part. The injection port 110 is connected to one injection channel 120 , and the injection channel 120 is connected to a parallel channel unit. At this time, the parallel channel part has a shape in which a plurality of channels of a parallel structure are divided from the main channel, and the device 100 of the present invention includes at least one branch point at which the injection channel 120 and the parallel channel part 130 are connected. will do Each channel of the parallel channel part includes one branch point in the outlet area, of which the central channel is connected to the outlet A 140 through the central outlet merged channel part connected to the upper plate of the device 100, and the side channel is the device 100 ) may be merged in the wake of and connected to the outlet B 150 . Particles located in the center (focusing) due to these structural features are discharged to the outlet A 140, and the particles not located in the center may be extracted to the outlet B 150 through the side channels of the parallel channel unit. At this time, the outlet may further include a collecting unit capable of recovering particles of a specific size range. Figure 1 (d) shows the result of a prototype of the separation device of the present invention according to an embodiment. As shown in Figure 1 (d), four outlets A are manufactured and located on the upper plate of the device. It is connected to the reservoir and may be manufactured with one outlet B, but this is only an embodiment and is not limited thereto.

일 측에 따르면, 상기 분리소자는 상기 종횡비를 갖는 채널 내부의 압력구배로 인하여 주입된 시료 중 나노입자를 분리하는 것을 특징으로 할 수 있다. 예를 들면, 상기 분리소자는 고농도 혈액 내 혈구세포를 제거하고 혈소판 유래 나노입자를 분리하는 것일 수 있다. 여기서, 고농도 혈액이란 헤마토크릿 25% 이하의 혈액을 의미하는 것일 수 있다. According to one side, the separation device may be characterized in that it separates nanoparticles from the injected sample due to a pressure gradient inside the channel having the aspect ratio. For example, the separation element may be to remove blood cells in high concentration blood and to separate platelet-derived nanoparticles. Here, the high-concentration blood may mean blood having a hematocrit of 25% or less.

즉, 초원원심분리 방식이나 면역친화성 캡쳐 방식을 이용하지 않고도, 세포의 파괴없이 채널 내부의 압력구배로 인하여 세포 유래 나노입자의 분리가 가능하다. That is, it is possible to separate cell-derived nanoparticles due to the pressure gradient inside the channel without destroying the cells without using the ultracentrifugation method or the immunoaffinity capture method.

채널 내부의 압력구배로 인하여 세포유래의 나노입자를 분리함으로써, 도움유체나 라벨링 없이도 고순도의 나노입자의 추출이 가능하게 된다. 한편, 종래기술로는 헤마토크릿이 1% 이상인 경우 혈소판까지 제거하기 어려웠으나 본 발명의 소자를 이용하여 헤마토크릿 25% 이하의 혈액 시료를 주입하더라도 물리적 자극에 의한 활성화 없이 혈소판까지 제거하며 고순도의 나노입자를 추출할 수 있다. 아울러, 채널의 종횡비를 높이게 되면, 동일한 유동조건에서도 나노입자의 추출 수율을 높일 수 있으며, 추출하고자 하는 대상의 입자크기에 따라 채널의 높이 또는 너비는 조절될 수 있다. 구체적으로, 채널 단면의 종횡비는 1 이상임이 바람직하고, 1<종횡비

Figure 112020081280443-pat00003
5 임이 가장 바람직하다.By separating the cell-derived nanoparticles due to the pressure gradient inside the channel, it is possible to extract high-purity nanoparticles without a help fluid or labeling. On the other hand, with the prior art, it was difficult to remove even platelets when the hematocrit is 1% or more. However, even if a blood sample with a hematocrit of 25% or less is injected using the device of the present invention, even platelets are removed without activation by physical stimulation, and high-purity nanoparticles can be extracted. In addition, if the aspect ratio of the channel is increased, the extraction yield of nanoparticles can be increased even under the same flow condition, and the height or width of the channel can be adjusted according to the particle size of the target to be extracted. Specifically, the aspect ratio of the channel cross section is preferably 1 or more, and 1 < aspect ratio
Figure 112020081280443-pat00003
Figure 112020081280443-pat00003
5 is most preferred.

일 측에 따르면, 상기 분리소자는, 상기 병렬 채널부의 채널 내 폐색율이 0.1 이상인 입자를 채널의 가운데로 위치시킬 수 있다. 상기 폐색율(β; blockage ratio)은 입자의 크기와 채널의 치수비율(d/H, 여기서, d는 입자의 지름 및 수력학적인 지름(비구형성), H는 정사각이나 직사각 단면 형상 채널의 높이나 너비로, 단면 중 짧은 길이가 H임)를 의미한다. 이 때, 시료는 점탄성 유체일 수 있으며, HA(Hyaluronic acid)로 희석된 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 분리소자에 희석된 시료가 주입되어 메인 채널부를 유동하는 중에 점탄성 유체에 의한 탄성력의 영향을 받게되고, 탄성력의 영향은 세포의 크기에 비례하게 된다. 예를 들어, 시료가 혈액인 경우, 혈액 내 적혈구, 백혈구, 혈소판 등 다양한 세포는 폐색율 0.1 이상으로 채널 중앙에 포커싱 되나, 크기가 작은 나노입자인 PDMP(100~1000nm)는 가운데로 포커싱 되지 않으며, 채널 전반에 넓게 분포된다. According to one side, the separation device may position particles having an occlusion factor of 0.1 or more in the channel of the parallel channel portion in the middle of the channel. The blockage ratio (β) is the size of the particle and the dimension ratio of the channel (d/H, where d is the diameter and hydraulic diameter of the particle (aspherical shape), H is the height or By width, the shorter length of the cross-section is H). At this time, the sample may be a viscoelastic fluid, and may be diluted with HA (Hyaluronic acid), but is not limited thereto. While the diluted sample is injected into the separation element and flows through the main channel, the elastic force is affected by the viscoelastic fluid, and the effect of the elastic force is proportional to the size of the cell. For example, when the sample is blood, various cells in the blood, such as red blood cells, white blood cells, and platelets, are focused in the center of the channel with an occlusion rate of 0.1 or more, but PDMP (100~1000 nm), a small-sized nanoparticle, is not focused in the center. , widely distributed throughout the channel.

상기와 같은 원리로, 원심분리를 이용하지 않더라도 나노크기의 입자의 분리가 가능하다. 분리하고자 하는 입자가 혈소판 유래 나노입자인 경우, 원심분리를 이용하게 되면 혈소판 활성화에 의해 혈소판 유래 나노입자가 추가적으로 발생되므로 분석의 정확도가 떨어질 수 있는 반면, 본 발명의 소자를 이용하게 되면 채널 통과 전 후의 혈소판 활성화에 의한 혈소판 유래 나노입자의 추가 발생 없이 혈소판 유래 나노입자 수의 변화가 거의 없으므로 고순도로 혈소판 유래 나노입자를 분리할 수 있는 이점이 있다. According to the same principle as described above, it is possible to separate nano-sized particles without using centrifugation. When the particle to be separated is platelet-derived nanoparticles, when centrifugation is used, platelet-derived nanoparticles are additionally generated due to platelet activation, so the accuracy of analysis may be reduced. Since there is little change in the number of platelet-derived nanoparticles without additional generation of platelet-derived nanoparticles due to subsequent platelet activation, there is an advantage in that platelet-derived nanoparticles can be separated with high purity.

일 측에 따르면, 상기 출구는, 폐순환 시스템을 이용하는 것일 수 있다. According to one side, the outlet may be using a closed circulation system.

본 발명의 분리소자에 폐순환 시스템을 적용하는 경우, 분리소자의 병렬 채널부와 연결되는 적어도 하나의 출구로 배출되는 세포를 농축 및 재순환 농축할 수 있다. 구체적으로, 상기 출구는 병렬 채널부 중 중앙채널과 연결되는 어느 하나의 출구(예컨대, 출구 A) 및 병렬 채널부 중 측면채널과 연결되는 다른 어느 하나의 출구(예컨대, 출구 B)일 수 있다. When the closed circulation system is applied to the separation device of the present invention, the cells discharged through at least one outlet connected to the parallel channel unit of the separation device may be concentrated and recirculated. Specifically, the outlet may be any one outlet (eg, outlet A) connected to the central channel among the parallel channel units and the other outlet (eg, outlet B) connected to the side channels among the parallel channel units.

폐순환 시스템은 샘플 레저버(reservoir), 튜빙펌프, 튜브, 폐액 레저버(waste reservoir)를 포함할 수 있으며, 레저버 및 펌프를 연결하는 하나 이상의 도관을 더 포함할 수 있다. 상기 도관은 공급도관 또는 배출도관일 수 있다. 폐순환 시스템을 이용하면, 시료를 재순환시켜 원하는 입자를 고농도 농축시킬 수 있다.The closed circulation system may include a sample reservoir, a tubing pump, a tube, and a waste reservoir, and may further include one or more conduits connecting the reservoir and the pump. The conduit may be a supply conduit or an exhaust conduit. If the closed circulation system is used, a high concentration of desired particles can be achieved by recycling the sample.

일 측에 따르면, 상기 폐순환 시스템은, 병렬 채널부의 중앙에 집중된 세포를 튜빙펌프를 통해 샘플 레저버로 보내고, 이를 소자 주입구로 재순환시킬 수 있다. 튜빙펌프로부터 유동압력을 제공받아 샘플 레저버 내부 액체를 소정의 경로를 따라 유동시킴으로써 시료를 재순환시켜 원하는 크기의 입자만을 고농축시킬 수 있다. According to one side, the closed circulation system may send the cells concentrated in the center of the parallel channel part to the sample reservoir through a tubing pump, and recirculate them to the device inlet. By receiving the flow pressure from the tubing pump and flowing the liquid inside the sample reservoir along a predetermined path, the sample can be recirculated and only particles of a desired size can be highly concentrated.

일 측에 따르면, 상기 나노입자는, 직경이 1μm 이하인 세포 유래의 나노입자일 수 있다. 구체적으로는, 약 100 내지 1000nm임이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 시료가 혈액인 경우, 세포 유래 나노 입자는 세포외소포(extracellular vesicle)의 한 종류일 수 있으며, 세포 간의 커뮤니케이션이나 혈액 응고, 염증, 암세포의 전이 등 생리학적 과정에서 중요한 기능을 수행하는 바이오마커일 수 있다. According to one side, the nanoparticles may be cells-derived nanoparticles having a diameter of 1 μm or less. Specifically, it is preferably about 100 to 1000 nm, but is not limited thereto. For example, when the sample is blood, the cell-derived nanoparticles may be a type of extracellular vesicle, and have important functions in physiological processes such as communication between cells, blood clotting, inflammation, and metastasis of cancer cells. It may be a biomarker that performs

상기 나노입자는, 혈소판 유래 미세입자((platelet-derived microparticle, PDMP)일 수 있다. PDMP는 평균 100 내지 1000nm의 크기 분포를 가지며, 그 중 90%는 500nm이하의 크기를 가진다. The nanoparticles may be platelet-derived microparticles (PDMPs). PDMPs have an average size distribution of 100 to 1000 nm, and 90% of them have a size of 500 nm or less.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 단일 주입구로 시료를 주입하는 단계, 주입된 시료가 채널을 통과하는 단계, 및 분리소자로부터 나노입자를 추출하는 단계를 포함하고, 상기 채널의 높이 대 채널폭의 종횡비는 1초과 5이하이고, 상기 종횡비를 갖는 채널 내부 압력구배로 인해 상기 시료 중 나노입자를 분리하는 것을 특징으로 하는, 나노입자 분리방법이 제공된다. 예를 들어, 전혈로부터 PDMP를 분리하는 과정을 분리하는 경우, 본 발명의 나노입자 분리방법은 도 2의 (b)와 같은 과정으로 분리되는 것일 수 있으며, 종래의 분리방법과 구체적으로 비교하면 다음과 같다. According to another embodiment of the present invention, it comprises the steps of injecting a sample through a single inlet, passing the injected sample through a channel, and extracting nanoparticles from the separation device, the height of the channel versus the channel width An aspect ratio of is greater than 1 and less than 5, and a method for separating nanoparticles is provided, characterized in that the nanoparticles in the sample are separated due to a pressure gradient inside the channel having the aspect ratio. For example, when separating the process of separating PDMP from whole blood, the nanoparticle separation method of the present invention may be separated by the same process as in FIG. same as

도 2는 종래기술과 본 발명의 소자를 이용한 혈소판 유래 나노입자(platelet-derived microparticle, PDMP) 분리기술을 비교한 개념도를 나타낸 것으로, 전혈로부터 100μl의 PDMP를 분리하기 위한 종래의 다중 원심분리방법과 본 발명의 소자를 이용한 분리방법을 비교한 것이다. 도 2의 (a)는 다중 원심분리 방식을 이용하는 것으로, 적혈구 용적율이 높은 전혈로부터 100μl의 PDMP를 추출하기 위해서는 수차례의 원심분리과정을 거치게 되므로, 5ml의 전혈이 필요하고 약 60분의 처리 시간이 소요된다. 반면, 도 2의 (b)와 같이 본 발명의 소자를 이용하는 경우, 0.3ml의 전혈만으로도 약 2분간의 처리로 100μl의 PDMP를 추출할 수 있다. 2 is a conceptual diagram comparing platelet-derived microparticle (PDMP) separation technology using the device of the present invention and the prior art, and a conventional multiple centrifugation method for separating 100 μl of PDMP from whole blood A separation method using the device of the present invention is compared. Figure 2 (a) uses a multiple centrifugation method, and in order to extract 100 μl of PDMP from whole blood with a high hematocrit, several centrifugation steps are performed, so 5 ml of whole blood is required and a processing time of about 60 minutes. This takes On the other hand, when the device of the present invention is used as shown in FIG. 2(b), 100 μl of PDMP can be extracted with only 0.3 ml of whole blood in about 2 minutes of treatment.

도 2의 (b)를 보다 구체적으로 살펴보면, 먼저, 단일 주입구에 0.1%의 HA(hyaluronic acid) 용액으로 희석된 전혈을 주입한다. 전혈은 고농도의 적혈구, 백혈구, 혈소판 그리고 PDMP를 포함하고 있고, 희석된 전혈을 넣으면, 주입구에서는 모든 세포가 채널 너비 전반에 랜덤하게 분포하게 된다. 이후, 주입구와 연결되는 주입 채널 및 병렬 채널부를 유동하면서 점탄성 유체에 의한 탄성력의 영향을 받게 되는데, 이 때, 탄성력의 영향은 세포 크기에 비례하게 된다. 채널 내에서의 폐색율이 0.1 이상인 경우, 탄성력의 영향으로 나노크기의 입자인 PDMP를 제외한 전혈에 포함된 세포들은 가운데로 포커싱 되고, PDMP는 채널 전반에 넓게 분포하게 된다. Referring to FIG. 2(b) in more detail, first, whole blood diluted with 0.1% hyaluronic acid (HA) solution is injected into a single inlet. Whole blood contains high concentrations of red blood cells, white blood cells, platelets, and PDMP, and when diluted whole blood is added, all cells are randomly distributed throughout the channel width at the inlet. Thereafter, while flowing through the injection channel and the parallel channel part connected to the injection port, the elastic force is affected by the viscoelastic fluid. In this case, the effect of the elastic force is proportional to the cell size. When the occlusion rate in the channel is 0.1 or more, the cells included in the whole blood except for PDMP, which are nano-sized particles, are focused in the center due to the influence of the elastic force, and the PDMP is widely distributed throughout the channel.

분리소자의 채널이 고종횡비를 갖도록 설계되는 되는 경우, 입자 분리시간이 더욱 단축될 수 있다. 예를 들어, 혈소판까지 제거하기 위하여 혈소판 크기(2~3μm)의 입자가 중앙으로 집중되어 제거될 수 있도록 폐색율이 0.1 이상, 즉 채널 폭은 최대 30μm 이하로 설계되는 것이 바람직하다. 하지만 채널 단면의 높이를 70μm 이상으로 설계하는 경우, 동일한 유동조건에서 더 많은 양을 처리할 수 있으므로, PDMP의 분리 수율이 향상될 수 있다. 전혈로부터 고순도 PDMP를 분리하기 위해서는 혈소판 제거가 중요한 기능 중 하나이므로 채널폭은 최대 30μm이하, 높이는 최소 30μm이상임이 바람직하다. 단, 전술한 분리방법은 일 실시예에 불과하고, 분리하고자 하는 입자에 따라 소자를 구성하는 채널의 폭, 높이, 종횡비 및 시료의 상태 등은 적절히 변경될 수 있다. When the channel of the separation element is designed to have a high aspect ratio, the particle separation time can be further shortened. For example, in order to remove even platelets, it is preferable that the occlusion ratio is 0.1 or more, that is, the channel width is designed to be 30 μm or less at the maximum so that the particles of the platelet size (2 to 3 μm) can be centrally removed. However, when the height of the channel cross-section is designed to be 70 μm or more, a larger amount can be processed under the same flow condition, so the separation yield of PDMP can be improved. In order to separate high-purity PDMP from whole blood, platelet removal is one of the important functions, so it is preferable that the maximum channel width is 30 μm or less and the height is at least 30 μm. However, the above-described separation method is only an embodiment, and the width, height, aspect ratio, and state of the sample, etc. of the channels constituting the device may be appropriately changed according to the particles to be separated.

일 측에 따르면, 상기 분리방법은, 폐순환 시스템을 이용할 수 있다. 폐순환 시스템은 샘플 레저버(reservoir), 튜빙펌프, 튜브, 폐액 레저버(waste reservoir)를 포함할 수 있으며, 레저버 및 펌프를 연결하는 하나 이상의 도관을 더 포함할 수 있다. 상기 도관은 공급도관 또는 배출도관일 수 있다. 폐순환 시스템을 이용하면, 시료를 재순환시켜 원하는 입자를 고농도 농축시킬 수 있다. 일 측에 따르면, 상기 폐순환 시스템은, 병렬 채널부의 중앙에 집중된 세포를 주입구 및 적어도 하나의 출구와 연결되는 튜빙펌프를 통해 재순환시킬 수 있다. According to one side, the separation method may use a closed circulation system. The closed circulation system may include a sample reservoir, a tubing pump, a tube, and a waste reservoir, and may further include one or more conduits connecting the reservoir and the pump. The conduit may be a supply conduit or an exhaust conduit. If the closed circulation system is used, a high concentration of desired particles can be achieved by recycling the sample. According to one side, the closed circulation system may recirculate the cells concentrated in the center of the parallel channel part through a tubing pump connected to an inlet and at least one outlet.

샘플 레저버(reservoir)로부터 튜빙펌프를 통해 주입구로 샘플을 주입한 뒤, 주입된 샘플 중 폐색율이 0.1 이상(β는 폐색율, β=a/H, 이때 a는 세포의 직경, H는 채널의 높이)의 조건을 만족하는 입자는 채널 내 유동에 의해 병렬 채널부의 중앙에 위치되어, 중앙채널에 연결된 출구 A로 빠져나오게 되며, 이후 튜빙펌프를 통해 샘플 레저버로 회수되어 재순환되고, 출구 A로 배출된 입자 외의 완충액(버퍼)는 출구 B로 빠져나와 튜빙펌프를 통해 폐액 레저버(waste reservoir)로 배출되어 제거된다. 이와 같은 과정을 반복하는 재순환 루프 방식을 통해 입자(ex. 세포)의 고농축 분리가 가능하다.After injecting the sample from the sample reservoir to the inlet through the tubing pump, the occlusion rate among the injected samples is 0.1 or more (β is the occlusion rate, β=a/H, where a is the diameter of the cell and H is the channel The particle satisfying the condition of height of Buffer solution (buffer) other than particles discharged through High-concentration separation of particles (ex. cells) is possible through a recirculation loop method that repeats this process.

보다 구체적인 방법은 실시예를 통해 후술하도록 한다. A more specific method will be described later through examples.

(실시예)(Example)

실시예 1. 나노입자 분리소자의 유동특성 평가Example 1. Evaluation of flow characteristics of nanoparticle separation device

본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 분리소자의, 각 조건별 유동특성을 평가하였다. 유동율별, 채널길이별, 적혈구 농도별 유동특성을 각각 평가한 결과, 도 3과 같았다. Flow characteristics for each condition of the nanoparticle separation device according to an embodiment of the present invention were evaluated. The flow characteristics for each flow rate, channel length, and red blood cell concentration were evaluated, respectively, as shown in FIG. 3 .

도 3의 (a)는 유동율별, (b)는 채널길이별, (c)는 적혈구 농도별 유동특성을 각각 평가한 것이다. 도 3의 (a)를 보면, 먼저 2μl/min의 유동조건에서 0.1% HA(hyaluronic acid) 용액 내에 부유된 2μm 입자는 채널 가운데 영역으로 모이긴 하나, 낮은 수준으로 포커싱 된 것을 알 수 있다. 그러나, 유동율을 20μl/min, 100μl/min, 200μl/min 으로 증가시킨 결과, 입자가 점차 가운데 일렬로 포커싱 된 것을 확인하였다. 즉, 20 내지 200μl/min의 유동율 범위 내에서 2μm 크기의 입자는 채널 가운데 영역에 모두 포커싱되는 점을 검증하였다. 도 3의 (b)는 혈액으로부터 혈소판까지 제거 가능한 최소 채널 길이를 결정하기 위해 2μm 입자의 유동특성을 평가한 것이다. 도 3의 (b)는, 왼쪽부터 각각 7.5, 15, 22.5, 30mm 길이의 채널 내에서의 유동특성을 분석한 것으로, 15mm 이상의 채널 길이에서는 2μm 입자가 모두 채널의 가운데로 타이트하게 포커싱됨을 확인하였다. 채널의 길이는 유동저항과 밀접한 관계가 있으며 채널이 길어질수록 유동저항이 커지기 때문에, 소자의 수율 향상에 방해가 될 수 있다. 따라서, 후술하는 실험에서는 2μm 입자가 포커싱되는 채널의 최소 길이를 15mm로 소자에 적용했으며, 이 때의 유동율은 200μl/min로 고정하였다. 3 (a) shows the evaluation of flow characteristics by flow rate, (b) by channel length, and (c) flow characteristics by red blood cell concentration, respectively. Referring to (a) of FIG. 3 , it can be seen that, first, 2 μm particles suspended in 0.1% hyaluronic acid (HA) solution at a flow condition of 2 μl/min are concentrated in the middle region of the channel, but are focused at a low level. However, as a result of increasing the flow rate to 20 μl/min, 100 μl/min, and 200 μl/min, it was confirmed that the particles were gradually focused in the middle row. That is, it was verified that all particles with a size of 2 μm were focused on the central region of the channel within the flow rate range of 20 to 200 μl/min. 3 (b) shows the evaluation of the flow characteristics of 2 μm particles to determine the minimum channel length that can be removed from blood to platelets. 3 (b), from the left, the flow characteristics were analyzed in channels of lengths of 7.5, 15, 22.5, and 30 mm, respectively, and in the channel length of 15 mm or more, it was confirmed that all 2 μm particles were tightly focused to the center of the channel. . The length of the channel is closely related to the flow resistance, and the longer the channel, the greater the flow resistance, which may hinder the improvement of the device yield. Therefore, in the experiment to be described later, the minimum length of the channel on which the 2 μm particles are focused was applied to the device as 15 mm, and the flow rate at this time was fixed at 200 μl/min.

실시예 2. 나노입자 분리소자의 혈액 내 PDMP 분리 효과Example 2. Effect of Nanoparticle Separation Device on PDMP Separation in Blood

본 발명의 나노입자 분리소자를 이용하여 헤마토크릿 5% 희석된 혈액 내 PDMP 분리시켰으며, 그 효과는 도 4와 같았다. PDMP was separated from blood diluted by 5% hematocrit using the nanoparticle separation device of the present invention, and the effect was as shown in FIG. 4 .

도 4의 (a), (b)는 형광 염색된 혈소판의 유동특성을 나타낸 것으로, 채널 주입구는 형광 염색된 혈소판이 랜덤하게 채널 전반에 분포한 것으로 보이나, 소자를 통과한 후 출구에서는 혈소판이 채널 가운데로 포커싱되어 출구 A로 빠져나가는 것을 확인하였다. 4 (a) and (b) show the flow characteristics of fluorescently-stained platelets. In the channel inlet, it seems that fluorescently-stained platelets are randomly distributed throughout the channel, but at the outlet after passing through the device, platelets are It was confirmed that it was focused to the center and exited through the exit A.

도 4의 (c) 내지 (e)는 본 발명의 소자의 성능을 평가하기 위해 헤마토크릿(혈액 내 적혈구 용적률) 5%로 희석된 혈액을 이용하여 소자를 통과하기 전과 후의 주입시료, 출구 A 및 B에서의 시료 내 분포를 유세포분석으로 확인한 것이다. 적혈구와 PDMP의 유세포 분석 게이트는 10 및 1μm 크기 입자를 이용하여 설정하였다. 이 때, 소자에 분리시키기 전 혈액 시료에 포함된 전체 세포 중 적혈구가 차지하는 비율은 약 78%였으며, 소자를 이용하여 분리한 후에 적혈구와 혈소판은 각각 출구 A로 제거되었고, PDMP는 출구 B로 추출되어 도 4의 (e)와 같이 PDMP 출구 게이트에서 85.4% 검출되었다. 4 (c) to (e) are injection samples before and after passing through the device using blood diluted to 5% hematocrit (hematocrit in blood) to evaluate the performance of the device of the present invention, outlets A and B The distribution in the sample was confirmed by flow cytometry. Flow cytometry gates for erythrocytes and PDMPs were set using particles of 10 and 1 μm in size. At this time, the proportion of red blood cells among the total cells included in the blood sample before separation into the device was about 78%. 85.4% was detected at the PDMP exit gate as shown in FIG. 4(e).

도 4의 (f)는 주입구 및 출구 A, B에서의 시료 내 적혈구 개수를 측정한 것으로, 전체 10000개의 이벤트 중 주입구에서는 7,874±890개, 출구 A 와 B에서는 각각 8,688±1,100개와 108±98개가 검출되었다. 이를 통해, 본 발명의 소자를 이용하여 고농도 적혈구를 효과적으로 분리, 제거할 수 있음을 확인하였다. 4(f) shows the measurement of the number of red blood cells in the sample at the inlet and outlets A and B. Of the total 10000 events, 7,874±890 at the inlet and 8,688±1,100 and 108±98 at the outlets A and B, respectively. was detected. Through this, it was confirmed that high concentration red blood cells could be effectively separated and removed using the device of the present invention.

도 4의 (g) 및 (h)는 본 발명의 소자를 이용한 혈소판 활성도를 평가한 것으로, 혈소판 검출을 위해서 CD41-FITC 항체 시약을 이용하였고, 혈소판의 활성도 평가를 위해 CD62-PE 항체를 이용하였다. CD41-positive 결과는 혈소판의 검출을, CD62-positive 결과는 활성화된 혈소판의 검출을 나타낸다. 이 때, 소자는 너비 20μm, 높이 70μm, 길이 15mm로서 200μl/min의 유동조건에서 가해지는 전단력은 209.4Pa로 계산되었다. 이와 같은 조건은 소자 내부에서 유동중에도 혈소판이 활성화되지 않는 조건으로, CD62 시약 기반 분석 결과로 확인할 수 있다. 분석 결과, CD41-positive로 검출된 혈소판 전체 중 CD62-positive로서 활성화된 것으로 나타난 혈소판은 24.73%로 나타났으며, 이는 소자를 통과하기 전과 비슷한 수준이었다. 따라서, 본 발명의 소자를 이용하더라도 혈소판이 활성화되지 않는 점을 확인하였다. 4 (g) and (h) were used to evaluate platelet activity using the device of the present invention, CD41-FITC antibody reagent was used for platelet detection, and CD62-PE antibody was used for platelet activity evaluation. . A CD41-positive result indicates the detection of platelets, and a CD62-positive result indicates the detection of activated platelets. At this time, the device had a width of 20 μm, a height of 70 μm, and a length of 15 mm, and the shear force applied under the flow condition of 200 μl/min was calculated to be 209.4 Pa. Such a condition is a condition in which platelets are not activated even during flow inside the device, which can be confirmed by the CD62 reagent-based analysis result. As a result of the analysis, among the total platelets detected as CD41-positive, the number of platelets that appeared to be activated as CD62-positive was 24.73%, which was similar to that before passing through the device. Therefore, it was confirmed that platelets were not activated even when the device of the present invention was used.

실시예 3. 나노입자 크기별 유동특성 평가Example 3. Evaluation of flow characteristics by nanoparticle size

본 발명의 나노입자 분리소자를 이용한, 나노입자 크기별 유동특성을 평가하였다. 100-1000nm 의 크기 분포를 가지고, 그 중, 약 90%는 500nm 이하의 크기를 갖는 PDMP의 분리효과를 확인하기 위해, 각각 300, 500, 700, 1000 nm 크기의 형광입자를 200 μl/min의 유동조건에서 분리시켰으며, 그 결과, 도 5와 같았다. Using the nanoparticle separation device of the present invention, flow characteristics for each nanoparticle size were evaluated. In order to confirm the separation effect of PDMP having a size distribution of 100-1000 nm, of which about 90% have a size of 500 nm or less, 200 μl/min of fluorescent particles of 300, 500, 700, and 1000 nm, respectively It was separated under flow conditions, and the result was as shown in FIG. 5 .

도 5의 (a)와 같이 300nm 입자는 작은 크기로 인하여 탄성력의 영향을 적게 받아 채널 전반에 분포한 채로 출구로 빠져나가는 것을 알 수 있다. 입자의 크기가 커질수록 탄성력의 영향이 커지며 이로 인해 입자가 채널의 가운데로 이동하여 채널 벽 근처에는 ‘입자 없는 영역(particle free layer)’이 넓어지게 된다. 도 5의 (b) 내지 (d)를 보면, ‘입자 없는 영역’의 너비는 입자가 커질수록 점차 넓어지는 것을 알 수 있다 (b, c, d 순으로 각각 2.25±0.05 μm, 2.71±0.09 μm, and 3.12±0.05 μm).As shown in (a) of FIG. 5 , it can be seen that the 300 nm particles are less affected by the elastic force due to their small size and exit through the outlet while being distributed throughout the channel. The larger the particle size, the greater the effect of the elastic force, which causes the particle to move to the center of the channel, resulting in a wider 'particle free layer' near the channel wall. Referring to (b) to (d) of FIG. 5, it can be seen that the width of the 'particle-free region' gradually increases as the particle size increases (in the order of b, c, and d, 2.25±0.05 μm and 2.71±0.09 μm, respectively). , and 3.12±0.05 μm).

도 5의 (e)와 같이 출구 A, B로 빠져나오는 시료의 유세포 분석을 통해 각 시료에 포함된 입자의 농도를 측정하였다. 측정 결과, 300nm 입자는 출구 A, B로 나오는 시료의 농도가 거의 동일하게 유지되었으나, 500nm, 700nm 입자의 경우 출구 A로 빠져나오는 시료의 농도가 출구 B에 비해 각각 4.8%, 8.6% 더 높게 나타났다. 한편, 1000nm 입자의 경우, 출구 A에서의 농도가 출구 B 대비 42.5% 더 높았으며, 이는 점탄성력에 의해 채널 가운데로 입자가 포커싱되었기 때문으로 확인되었다. As shown in (e) of FIG. 5 , the concentration of particles included in each sample was measured through flow cytometry analysis of the samples exiting through outlets A and B. As a result of the measurement, the concentrations of samples coming out of outlets A and B were almost the same for 300 nm particles, but in the case of 500 nm and 700 nm particles, the concentrations of samples coming out of outlet A were 4.8% and 8.6% higher than those of outlet B, respectively. . On the other hand, in the case of 1000 nm particles, the concentration at the outlet A was 42.5% higher than that at the outlet B, which was confirmed because the particles were focused into the center of the channel by the viscoelastic force.

상기와 같은 각 출구별 농도의 차이는 실험에 이용한 소자의 출구 분지가 3:2:3의 너비 비율로 설계되었기 때문인 것으로 확인되었으며, 이를 조절함으로써 출구별 수집 가능한 나노입자의 크기 및 농도 분포를 조절할 수 있다.It was confirmed that the difference in concentration for each outlet as described above was due to the fact that the outlet branch of the device used in the experiment was designed with a width ratio of 3:2:3, and by adjusting this, the size and concentration distribution of collectable nanoparticles for each outlet can be controlled. can

실시예 4. PDMP 회수율 비교 및 유효성 평가Example 4. PDMP recovery rate comparison and effectiveness evaluation

본 발명의 나노입자 분리소자와 원심분리(종래 기술)를 이용한 PDMP의 회수율을 비교 평가하였다. 이 때, 시료로는 헤마토크릿 5%로 희석된 혈액(실시예 2와 동일)을 이용했으며, 그 결과 도 6과 같았다. 도 6의 (a)는 원심분리 방식으로 분리한 PDMP(왼쪽)와 본 발명의 분리소자를 통해 분리한 PDMP를 유세포 분석기(CytoFLEX)를 통해 분석한 결과를 나타낸 것이다. 원심분리 조건은 1500g- 15분, 13000g-2분, 이어서 25000g-30분의 연속적인 과정을 이용하였다. 유세포 분석 결과에서 PDMP를 검출하기 위한 수단으로 CD41을 이용하였고, 이는 도 6(a)의 두 그래프에서 각각 노란색 음영 영역에 나타내었다. 분석된 결과를 비교하면, 원심분리를 통해 분리된 PDMP는 5.4x103/μl의 농도를 가지며, 본 발명의 분리소자를 통해 분리된 PDMP는 2.6x104/μl의 농도를 갖는다(도 6의 (b)). 즉, 동일한 혈액 샘플을 이용하여 PDMP를 분리한 경우, 원심분리를 이용하였을 때 다중 처리 과정에서 PDMP의 손실이 발생하게 되므로, 분리된 PDMP 개수는 약 4.8배의 차이가 나타남을 확인하였다.The recovery rate of PDMP using the nanoparticle separation device of the present invention and centrifugation (prior art) was compared and evaluated. At this time, blood (same as Example 2) diluted with 5% hematocrit was used as a sample, and the result was as shown in FIG. 6 . Figure 6 (a) shows the results of analyzing the PDMP separated by the centrifugation method (left) and the PDMP separated through the separation device of the present invention through a flow cytometer (CytoFLEX). Centrifugation conditions were 1500g-15min, 13000g-2min, followed by a continuous process of 25000g-30min. CD41 was used as a means for detecting PDMP in the flow cytometry results, and it is shown in the yellow shaded area in the two graphs of FIG. 6(a), respectively. Comparing the analyzed results, the PDMP separated through centrifugation has a concentration of 5.4x10 3 /μl, and the PDMP separated through the separation device of the present invention has a concentration of 2.6x10 4 /μl (Fig. b)). That is, when PDMPs were isolated using the same blood sample, it was confirmed that the number of separated PDMPs differed by about 4.8 times because the loss of PDMPs occurred in the multi-processing process when centrifugation was used.

한편, 화학적 시약을 이용하여 인공적으로 혈소판을 활성화시켜 본 발명의 분리소자를 통해 PDMP를 분리하였다. 이는 PDMP 분리 방법의 표준화를 위하여 필요한 과정으로서 개발된 소자의 사용 유효성을 확보하기 위한 것이다. 혈소판 활성화를 위한 화학적 시약으로는 콜라겐(collagen), 트롬빈(thrombin), 아데노신(Adenosine), ADP(diphosphate), 칼슘운반체(calcium ionophore) 등이 사용될 수 있으며, 본 실험에서는 칼슘운반체를 이용하였다. 상기 화학적 시약은 혈액 시료와 혼합한 후 배양(incubation)시간에 따라, 생성되는 PDMP의 개수가 증가하며, 이는 소자를 통해 분리된 PDMP의 개수 분석을 통해서도 확인할 수 있었다(도 6의 (c)). 각 시간에 따른 PDMP 개수의 증가는 1, 2, 3, 4, 5시간 경과에 따라 3700±959/μl, 4233±1165/μl, 8700±1710/μl, 13166±6109/μl, and 15166±10900/μl로 이와 같이 나타났다. 칼슘운반체를 처리하지 않은 샘플과 처리 이후 5시간 배양한 샘플을 각각 FE-SEM으로 분석하여 실제 생성된 PDMP를 확인한 결과 각각 도 6의 (d) 및 (e)와 같았다. On the other hand, the PDMP was isolated through the separation device of the present invention by artificially activating platelets using a chemical reagent. This is a necessary process for the standardization of the PDMP separation method to secure the validity of the developed device. As a chemical reagent for platelet activation, collagen, thrombin, adenosine, diphosphate (ADP), calcium ionophore, etc. may be used, and in this experiment, a calcium carrier was used. After the chemical reagent is mixed with the blood sample, the number of PDMPs generated increases according to the incubation time, which was confirmed through analysis of the number of PDMPs separated through the device (FIG. 6(c)) . Each time-dependent increase in the number of PDMPs was 3700±959/μl, 4233±1165/μl, 8700±1710/μl, 13166±6109/μl, and 15166±10900 over 1, 2, 3, 4, and 5 hours. /μl appeared like this. The samples not treated with the calcium carrier and the samples cultured for 5 hours after the treatment were analyzed by FE-SEM, respectively, to confirm the actually generated PDMP, as shown in FIGS. 6 (d) and (e), respectively.

실시예 5. 폐순환 시스템을 이용한 나노입자의 분리 효과Example 5. Separation effect of nanoparticles using closed circulation system

도 7은 일 실시예에 따른 본 발명의 나노입자 분리소자 출구에 폐순환 시스템을 적용하는 경우를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 7에 도시한 바와 같이 먼저 샘플 레저버(reservoir)로부터 튜빙펌프를 통해 병렬칩의 주입구로 샘플이 주입되면(①), 폐색율이 0.1 이상 (βa는 세포의 직경, W는 채널의 너비)의 조건을 만족하는 세포는 병렬칩의 개별 채널의 중앙으로 집중/농축되어 출구 1로 빠져나오며, 이는 튜빙펌프를 통해 샘플 레저버로 회수되어 재순환되고(②), 집중된 세포 외의 버퍼는 출구 2로 빠져나와 튜빙펌프를 통해 waste 레저버로 제거되게 된다(③). 즉, 재순환 루프 시스템이 구축되어, 분리/농축이 반복됨으로써 분리하고자 하는 대상 입자의 고농도의 농축이 가능하다. 7 schematically shows a case of applying a closed circulation system to the outlet of the nanoparticle separation device of the present invention according to an embodiment. As shown in FIG. 7, when a sample is first injected from the sample reservoir into the inlet of the parallel chip through a tubing pump (①), the occlusion rate is 0.1 or more (βa is the diameter of the cell, W is the width of the channel) Cells that satisfy the condition of It comes out and is removed to the waste reservoir through the tubing pump (③). That is, a recirculation loop system is constructed, and the separation/concentration is repeated so that a high concentration of target particles to be separated is possible.

폐순환 시스템을 이용한 농축효과를 확인하기 위해 시스템 가동 1, 5, 10분 후의 형광 스트림을 관찰한 결과, 도 8의 (a)와 같이 시간이 지남에 따라 형광 스트림의 농도가 점차 높아지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 농축 전후 샘플의 농도를 확인한 결과, 약 10분간 농축한 후 도 8의 (b)와 같이 현저하게 농축된 것을 확인할 수 있었으며, 구체적으로 수치화한 결과 약 50배 가량 농축된 것을 확인하였다. As a result of observing the fluorescence stream after 1, 5, and 10 minutes of system operation to confirm the concentration effect using the closed circulation system, it was confirmed that the concentration of the fluorescence stream gradually increased over time as shown in FIG. 8(a). . In addition, as a result of checking the concentration of the sample before and after concentration, it was confirmed that the concentration was remarkably concentrated as shown in FIG.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 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.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited drawings, those skilled in the art may apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

100: 나노입자 분리소자
110: 주입구(Inlet)
120: 주입 채널
130: 병렬 채널부
140: 출구 A(outlet A)
150: 출구 B(outlet B)
100: nanoparticle separation device
110: inlet (Inlet)
120: injection channel
130: parallel channel unit
140: exit A (outlet A)
150: exit B (outlet B)

Claims (10)

미세유동채널을 포함하는 나노입자 분리소자로,
단일 주입구, 적어도 두 개의 출구, 주입 채널 및 복수의 병렬 채널부를 포함하고,
상기 병렬 채널부의 높이 대 채널폭의 종횡비는, 1 초과 5 이하인 것을 특징으로 하고,
상기 나노입자는 직경이 1μm 이하의 세포 유래의 나노입자인, 나노입자 분리소자.
A nanoparticle separation device including a microfluidic channel,
a single inlet, at least two outlets, an infusion channel and a plurality of parallel channel portions;
The aspect ratio of the height to the channel width of the parallel channel part is characterized in that it is greater than 1 and less than or equal to 5,
The nanoparticle is a cell-derived nanoparticle having a diameter of 1 μm or less, a nanoparticle separation device.
제1항에 있어서,
상기 분리소자는 상기 종횡비를 갖는 상기 병렬 채널부 내부의 압력구배로 인하여 주입된 시료 중 나노입자를 분리하는 것을 특징으로 하는, 나노입자 분리소자.
According to claim 1,
The separation device is a nanoparticle separation device, characterized in that for separating the nanoparticles from the injected sample due to the pressure gradient inside the parallel channel portion having the aspect ratio.
제1항에 있어서,
상기 분리소자는, 상기 병렬 채널부의 채널내 폐색율이 0.1 이상인 입자를 채널 중앙으로 위치시키는, 나노입자 분리소자.
According to claim 1,
The separation device, the nanoparticle separation device for locating particles having an occlusion factor of 0.1 or more in the channel of the parallel channel portion in the center of the channel.
제1항에 있어서,
상기 출구는, 폐순환 시스템을 포함하는, 나노입자 분리소자.
According to claim 1,
The outlet, including a closed circulation system, a nanoparticle separation device.
제4항에 있어서,
상기 폐순환 시스템은, 병렬 채널부의 중앙에 집중된 세포를 튜빙펌프를 통해 재순환시키는 것인, 나노입자 분리소자.
5. The method of claim 4,
The closed circulation system, the nanoparticle separation device that recirculates the cells concentrated in the center of the parallel channel part through a tubing pump.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 나노입자는, 혈소판 유래 미세입자((platelet-derived microparticle, PDMP) 인, 나노입자 분리소자.
The method of claim 1,
The nanoparticles are platelet-derived microparticles (PDMP), which is a nanoparticle separation device.
단일 주입구로 시료를 주입하는 단계,
주입된 시료가 채널을 통과하는 단계, 및
분리소자로부터 나노입자를 추출하는 단계를 포함하고,
상기 채널의 높이 대 채널폭의 종횡비는 1초과 5이하이고,
상기 종횡비를 갖는 채널 내부의 압력구배로 인하여 상기 시료 중 나노입자를 분리하는 것을 특징으로 하고,
상기 나노입자는 직경이 1μm 이하의 세포 유래의 나노입자인, 나노입자 분리방법.
injecting the sample through a single inlet;
passing the injected sample through the channel; and
Including the step of extracting nanoparticles from the separation device,
The aspect ratio of the height of the channel to the width of the channel is greater than 1 and less than 5;
characterized in that the nanoparticles in the sample are separated due to the pressure gradient inside the channel having the aspect ratio,
The nanoparticle is a cell-derived nanoparticle having a diameter of 1 μm or less, a nanoparticle separation method.
제8항에 있어서,
상기 분리방법은, 폐순환 시스템을 포함하는, 나노입자 분리방법.
9. The method of claim 8,
The separation method, including a closed circulation system, nanoparticle separation method.
제9항에 있어서,
상기 폐순환 시스템은, 병렬 채널부의 중앙에 집중된 세포를 주입구 및 적어도 하나의 출구와 연결되는 튜빙펌프를 통해 재순환시키는, 나노입자 분리방법.
10. The method of claim 9,
The closed circulation system recirculates the cells concentrated in the center of the parallel channel part through the tubing pump connected to the inlet and at least one outlet, the nanoparticle separation method.
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