KR20060068979A - Systems of separating cells using ultrasound field and travelling wave dielectrophoresis - Google Patents

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KR20060068979A
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Abstract

본 발명은 세포를 손상 없이 효율적으로 분리할 수 있는 세포 분리 시스템에 관한 것으로, 특히, 초음파장 및 진행파 유전영동을 이용하여 세포의 선별 및 분리를 수행하는 초미세 세포 분리 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a cell separation system capable of efficiently separating cells without damage, and more particularly, to an ultra-fine cell separation system for performing selection and separation of cells using an ultrasonic field and traveling wave electrophoresis.

본 발명에 의한 초음파장 및 진행파 유전영동을 이용한 세포 분리 시스템에 의하면, 별도의 채널을 이용하지 않고 평면상에서 세포를 이송하므로, 채널로 인한 초음파장의 형성의 방해를 없앨 수 있으며, 세포에 대한 손상이 전혀 발생하지 않는다. According to the cell separation system using the ultrasonic field and traveling wave genetic electrophoresis according to the present invention, since the cells are transported in a plane without using a separate channel, the interference of the formation of the ultrasonic field due to the channel can be eliminated, It doesn't happen at all.

또한, 유체의 이동 없이 세포만 이동시키므로, 세포 이송 및 분리의 효율이 높다. 또한, 세포 분리 과정을 CCD 카메라 등을 통해 관찰하면서, PID 제어를 수행함으로써 보다 효과적으로 세포 분리를 할 수 있다.In addition, since only the cells move without moving the fluid, the efficiency of cell transfer and separation is high. In addition, while observing the cell separation process through a CCD camera or the like, it is possible to perform cell separation more effectively by performing PID control.

또한, 본 발명에 의해 세포를 오염 물질 등으로부터 효과적으로 분리하거나 새로운 랩 온 칩(Lab On a Chip) 시스템을 생성할 수 있다. In addition, the present invention can effectively separate cells from contaminants and the like or create a new Lab On a Chip system.

Description

초음파장 및 진행파 유전영동을 이용한 세포 분리 시스템{Systems of Separating Cells Using Ultrasound Field and Travelling Wave Dielectrophoresis}System of Separating Cells Using Ultrasound Field and Traveling Wave Dielectrophoresis

도 1은 본 발명에 이용된 진행파 유전영동의 원리를 나타낸 것이다. Figure 1 shows the principle of traveling wave electrophoresis used in the present invention.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한 세포 분리 시스템의 세포 분리 장치를 개념적으로 나타낸 것이고, 도 2b는 상기 해당 세포 분리 장치의 측면도이며, 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 의한 세포 분리 시스템의 세포 분리 장치에서의 초음파장을 이용한 세포 배열을 설명하기 위해 유체 내의 힘 벡터 분포를 나타낸 것이다. Figure 2a is a conceptual diagram showing the cell separation device of the cell separation system according to an embodiment of the present invention, Figure 2b is a side view of the cell separation device, Figure 2c is a cell separation system according to an embodiment of the present invention The force vector distribution in the fluid is shown to explain the cell arrangement using the ultrasonic field in the cell separation apparatus.

도 3은 세포 등의 입자의 이동을 보다 상세하게 나타내기 위해 본 발명의 일 실시예인 세포 분리 시스템의 세포 분리 장치를 평면도로 나타낸 것이다. 3 is a plan view showing a cell separation device of a cell separation system according to an embodiment of the present invention in order to show the movement of particles such as cells in more detail.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 분리 시스템을 나타낸 것이다.Figure 4 shows a cell separation system according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 세포를 손상 없이 효율적으로 분리할 수 있는 세포 분리 시스템에 관한 것으로, 특히, 초음파장 및 진행파 유전영동을 이용하여 세포의 선별 및 분리 를 수행하는 초미세 세포 분리 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a cell separation system capable of efficiently separating cells without damage, and more particularly, to an ultra-fine cell separation system for performing selection and separation of cells using an ultrasonic field and traveling wave electrophoresis.

유전영동을 이용한 세포분리는 음/양 유전영동 또는 진행파(traveling wave) 유전영동만을 단독으로 사용하거나 유전영동과 미소유체를 결합한 유전영동 마이그레이션(migration) 또는 유전영동 리텐션(retention)을 이용하는 방법들이 있다. 상기 유전영동 마이그레이션 또는 유전영동 리텐션은 세포간의 유전특성의 차이가 어느 정도 크게 나야만 하는 단점이 있다. Cell separation using genophoresis may be performed by using only positive / positive or traveling wave genophoresis, or by using electrophoretic migration or genophoretic retention that combines genetic and microfluidics. have. The electrophoretic migration or the electrophoretic retention has the disadvantage that the difference in the genetic characteristics between the cells must be somewhat large.

또, 다른 세포분리 방법으로 장-흐름 분획이 있는데, 이는 콜로이드, 입자형 물질, 고분자들의 분리 및 크기 분포를 측정할 수 있는 방법으로서, 고분자 및 미세한 콜로이드입자의 분리를 위한 빠르고 선택적인 분리방법의 필요성과 액체 크로마토그래피의 경우 고정상에서 유발되는 시료물질들의 흡착 또는 전단변형(shear degradation)을 최소화하기 위해 개발되었다. 상기 장-흐름 분획은 외부장 또는 추진력의 형태에 따라서 여러 가지로 나뉠 수 있는데, 원심력을 이용한 침강장(sedimentation)-흐름 분획, 2차적인 유체흐름을 이용한 흐름장(flow)-흐름 분획, 온도차이를 주어 열확산을 이용한 열장(thermal)-흐름 분획 및 전기장을 이용한 전기장-흐름 분획등이 있으며, 시료물질의 물리적 특성, 즉 분자량, 밀도, 전기적 성질, 열확산 계수, 스톡스(Stokes) 반경 등이 선택적으로 이용된다. 현재까지는 침강장-흐름 분획이 가장 민감하게 세포를 분리하는 기술이며, 상기 침강장-흐름 분획을 사용하여 신경줄기세포분리에 성공한 사례가 있으나 주로 미세 시스템 보다는 매크로 시스템에 보다 적합하다.In addition, another cell separation method is a long-flow fraction, which is a method for measuring the separation and size distribution of colloids, particulate matter, and polymers, and is a fast and selective method for separating polymers and fine colloidal particles. Necessity and liquid chromatography have been developed to minimize the adsorption or shear degradation of sample materials induced in the stationary phase. The field-flow fraction may be divided into various types according to the external field or the driving force, sedimentation-flow fraction using centrifugal force, flow-flow fraction using secondary fluid flow, and temperature. The difference is the thermal-flow fraction using thermal diffusion and the electric-flow fraction using electric field, and the physical properties of the sample material, such as molecular weight, density, electrical properties, thermal diffusion coefficient, Stokes radius, etc. Used as Until now, the sediment-flow fraction is the most sensitive technique for separating cells, and there have been cases of neural stem cell separation using the sediment-flow fraction, but it is more suitable for the macro system than the micro system.

다르게는, 원심력을 이용한 미소유체 시스템이 있는데, 컴팩트 디스크와 같은 형태를 가지며, 주로 진단을 위한 미소유체의 수송 및 혼합에 사용되고 있으며, 회전체에서 발생하는 코리올리힘을 이용하여 흐름 스위치(flow switch)로 응용하는 방법도 있다. Alternatively, there is a microfluidic system using centrifugal force, which has the same shape as a compact disc, and is mainly used for transporting and mixing microfluids for diagnosis, and using a flow switch using a coriolis force generated in a rotating body. There is also a way to apply.

상기와 같은 많은 세포 분리 방법 및 시스템들이 있으나, 상기 종래의 방법 및 시스템만을 사용하는 경우에는, 많은 비용이 들거나 세포에 손상을 주거나 또는 미세 시스템에 적합하지 않은 단점이 있었다.There are many cell separation methods and systems as described above, but using the conventional methods and systems alone has the disadvantages of being expensive, damaging to the cells, or not suitable for micro systems.

따라서, 세포에 손상을 주지 않으면서도 정교하고 효율적으로 세포 이동 및 분리를 수행할 수 있는 세포 분리 시스템의 개발이 필요하다.
Therefore, there is a need for the development of a cell separation system capable of precisely and efficiently performing cell migration and separation without damaging the cells.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 상부 유리 기판의 양끝에 연결되어 있으며, 외부로부터의 전기적 입력을 기계적 진동으로 변환하여 상기 상부 유리 기판에 가하는 압전(piezoelectric) 트랜스듀서(transducer); 및 상기 상부 유리 기판과 평행한 하부 기판 상에 배열된 N개의 전극을 포함하되, 상기 상부 유리 기판과 하부 기판의 사이는 세포가 혼합된 유체로 채워지며, 상기 각 전극은 상기 압전 트랜스듀서의 길이 방향과 수직인 방향으로 놓여져 있으며, 상기 N개의 전극들은 상기 압전 트랜스듀서의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 배열되어 있는 세 포 분리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파장 및 진행파 유전영동을 이용한 세포 분리 시스템이다. The present invention for solving the above problems, is connected to both ends of the upper glass substrate, piezoelectric transducer (transducer) for converting the electrical input from the outside into mechanical vibration applied to the upper glass substrate; And N electrodes arranged on a lower substrate parallel to the upper glass substrate, wherein a gap between the upper glass substrate and the lower substrate is filled with a fluid mixed with cells, and each electrode has a length of the piezoelectric transducer. The N electrodes are arranged in a direction perpendicular to a direction, and the N electrodes include cell separation devices arranged at regular intervals along the longitudinal direction of the piezoelectric transducer. System.

바람직하게는, 상기 압전 트랜스듀서에 의해 상기 상부 유리 기판에 가해진 진동은 상기 상부 유리 기판을 진행하는 표면파를 발생시키고, 상기 표면파의 진행방향과 반대방향으로 진행하는 다른 표면파와 충돌하여, 유체 내의 세포 등의 입자를 상기 압전 트랜스듀서의 길이 방향과 수직이면서, 상기 상부 유리 기판에 수직인 방향으로 움직이는 정재파(standing wave)를 발생시킨다.Preferably, the vibration applied to the upper glass substrate by the piezoelectric transducer generates a surface wave propagating through the upper glass substrate and collides with another surface wave propagating in a direction opposite to the traveling direction of the surface wave, thereby causing a cell in the fluid. Particles, such as or the like, generate standing waves that are perpendicular to the longitudinal direction of the piezoelectric transducer and move in a direction perpendicular to the upper glass substrate.

바람직하게는, 상기 표면파에 의해 상기 유체 내에는 상기 상부 유리 기판에서 하부 기판으로 진행하는 어쿠스틱파를 발생시키고, 상기 어쿠스틱 파는 하부 기판에서 반사되어 상부 유리 기판으로 반사되면서 상기 유체 내에 초음파장을 생성시킨다.Preferably, the surface waves generate acoustic waves that propagate from the upper glass substrate to the lower substrate in the fluid, and the acoustic waves are reflected from the lower substrate to the upper glass substrate to generate an ultrasonic field in the fluid. .

바람직하게는, 상기 전극은 제1 전극부터 제N 전극까지 순차적으로 일정 시간 간격을 두고 전기장을 발생시킨다. N개의 전극이 있다고 가정할 때, 상기 제1 전극이 가장 좌측에 배치된 전극이라면, 제2 전극은 상기 제1 전극의 우측에 배치된 전극이며, 제3 전극은 상기 제2 전극의 우측에 배치된 전극이고, 제N 전극은 가장 우측에 배치된 전극이 될 것이다. 물론, 이와 반대로, 제1 전극이 가장 우측에 배치된 전극인 경우, 제N 전극은 가장 좌측에 배치된 전극일 것이다. Preferably, the electrode generates an electric field at predetermined time intervals sequentially from the first electrode to the Nth electrode. Assuming that there are N electrodes, if the first electrode is the electrode disposed on the leftmost side, the second electrode is an electrode disposed on the right side of the first electrode, and the third electrode is disposed on the right side of the second electrode. The Nth electrode will be the rightmost electrode. Of course, on the contrary, when the first electrode is the electrode disposed at the rightmost side, the Nth electrode will be the electrode disposed at the leftmost side.

또한, 바람직하게는, 상기 유체 내의 세포는 상기 정재파에 의한 어쿠스틱(acoustic) 힘에 의해 상기 압전 트랜스듀서와 평행한 M개의 열로 배열된다. 즉, 상기 M개의 배열은 상기 압전 트랜스듀서가 배치된 길이 방향과 평행하게 배열된 다.Also preferably, the cells in the fluid are arranged in M rows parallel to the piezoelectric transducer by acoustic forces by the standing wave. That is, the M arrays are arranged parallel to the longitudinal direction in which the piezoelectric transducers are disposed.

또한, 상기 M개의 열로 배열된 세포는 상기 전극에 순차적으로 일정 시간 간격을 두고 발생하는 전기장에 의해 제N 전극 방향으로 이동한다. 즉, 상기 세포는 제1 전극부터 제N 전극까지 순차적으로 발생하는 전기장에 의해 토크가 발생하여 제N 전극 방향으로 이동하게 된다.In addition, the cells arranged in the M rows are moved in the direction of the N-th electrode by the electric field generated at regular intervals of time on the electrode. That is, the cells are generated by the electric field sequentially generated from the first electrode to the N-th electrode to move in the direction of the N-th electrode.

또한, 바람직하게는, 상기 어쿠스틱 힘은 세포의 부피, 밀도 및 세포가 혼합되어 있는 유체의 특성(property) 중 적어도 하나의 영향을 받아 값이 변할 수 있다.In addition, the acoustic force may be changed depending on at least one of the volume, density, and properties of the fluid in which the cells are mixed.

또한, 바람직하게는, 상기 어쿠스틱 힘은 압전 트랜스듀서에 인가되는 전압의 크기에 따라 조절될 수 있다. Further, preferably, the acoustic force may be adjusted according to the magnitude of the voltage applied to the piezoelectric transducer.

또한, 바람직하게는, 본 발명에 의한 초음파장 및 진행파 유전영동을 이용한 세포 분리 시스템은, 상기 세포 분리 장치 내의 세포 분리 과정을 관찰하고, 원하는 세포가 완전히 분리되지 않은 경우에 상기 세포 분리 장치의 위치를 이동시킴으로써, 상기 세포 분리 과정을 PID 제어하는 세포 분리 제어부를 더 포함한다. In addition, preferably, the cell separation system using the ultrasonic field and traveling wave genetic electrophoresis according to the present invention, observe the cell separation process in the cell separation device, the position of the cell separation device when the desired cells are not completely separated By moving, the cell separation control further comprises a PID control for the cell separation process.

바람직하게는, 상기 세포 분리 제어부는 상기 세포 분리 장치에 공급되는 주파수를 변경할 수 있다.Preferably, the cell separation control unit may change the frequency supplied to the cell separation device.

바람직하게는, 상기 세포 분리 제어부는 상기 세포 분리 장치의 내부를 관찰할 수 있도록 상기 세포 분리 장치의 상부에 위치한 일루미네이터(illuminator), 상기 세포 분리 장치의 하부에 위치한 마이크로 스코프, 상기 마이크로 스코프에 연결되어 있는 CCD 카메라, 상기 CCD 카메라와 연결되어 있으며, 상기 카메라로부 터 얻은 상기 세포 분리 장치 내의 영상을 기록하는 비디오 레코더 및 상기 비디오 레코더에 연결되어 있으면서, 해당 기록된 영상으로부터 세포 분리 장치 내의 세로 분리 조작에 중요한 임계 파라미터를 분석하는 분석기 등을 포함하여 구성될 수 있다. Preferably, the cell separation controller is connected to an illuminator located at the top of the cell separation device, a microscope located at the bottom of the cell separation device, the microscope so that the inside of the cell separation device can be observed. A CCD camera connected to the CCD camera, a video recorder for recording an image in the cell separation device obtained from the camera, and a vertical separation operation in the cell separation device from the recorded image while being connected to the video recorder. It may be configured to include an analyzer and the like to analyze the critical parameters.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 구체적 실시예에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 이용된 진행파 유전영동의 원리를 나타낸 것이다. Figure 1 shows the principle of traveling wave electrophoresis used in the present invention.

유전영동은 양극이나 음극으로 대전된 물질에만 작용하는 전기영동(electrophoresis)과는 달리, 중성이나 분극화될 수 있는 모든 물질에 대해 작용한다. 또한, 전극의 설계, 배치 및 인가전압의 파형에 따라 세포를 이송, 분리, 고정 및 회전시킬 수 있으며, 비교적 간단하고 값싼 공정으로 세포를 조작할 수 있다. 또한, 세포 대상에 대한 유연성, 제어성 및 자동화 용이성을 가지며, 특정세포를 분리하기 위한 항원-항체 반응에 의한 특정면역인지가 불필요한 장점을 갖는다. 도 1에서와 같이, 불균일한 전기장이 있고, 해당 전기장 내에 분극화된 입자들이 있는 경우, 불균일한 전기장에서 유도된 쌍극자는 입자에 힘을 발생시키게 된다. 상기 입자에 발생된 힘에 의해 상기 입자는 전기장 내에서 이동할 수 있게 되는데, 상기 입자(예를 들어, 세포)가 주위의 매질(예를 들어, 배양액)보다 더 분극화하는 경우, 상기 입자의 쌍극자가 전기장의 밀도가 높은 지역으로 배열하게 되어 해당 입자도 전기장의 밀도가 높은 지역으로 힘을 받아 이동하게 된다. 이 현상을 양 (positive) 유전영동이라고 하며, 도 1의 좌측의 입자가 상기 양 유전영동에 의해 전기장의 밀도가 높은 쪽으로 이동하고 있음을 알 수 있다. Dielectrophoresis works on any material that can be neutral or polarized, unlike electrophoresis, which acts only on materials charged with either an anode or a cathode. In addition, the cells can be transported, separated, fixed, and rotated according to the electrode design, placement, and waveform of applied voltage, and the cells can be manipulated in a relatively simple and inexpensive process. In addition, it has the advantage of having flexibility, controllability and automation for cell subjects, and the specific immunity recognition by antigen-antibody reactions to isolate specific cells. As shown in FIG. 1, when there is a non-uniform electric field and there are polarized particles in the electric field, the dipoles induced in the non-uniform electric field generate a force on the particles. The force generated by the particles allows the particles to move in the electric field. When the particles (eg, cells) polarize more than the surrounding medium (eg, culture), the dipoles of the particles The particles are arranged in a denser region of the electric field, and the particles move to the denser region of the electric field. This phenomenon is called positive dielectrophoresis, and it can be seen that the particles on the left side of FIG. 1 are moved toward the higher density of the electric field by the positive dielectrophoresis.

반면에, 상기 입자가 주위의 매질보다 덜 분극화된 경우, 쌍극자가 전기장의 밀도가 낮은 지역으로 배열하게 되어 해당 입자도 전기장의 밀도가 낮은 지역으로 힘을 받아 이동하게 되는데, 이 현상을 음(negative) 유전영동이라고 하며, 도 1의 우측의 입자가 상기 음 유전영동에 의해 전기장의 밀도가 낮은 쪽으로 이동하고 있음을 나타내고 있다. On the other hand, when the particles are less polarized than the surrounding medium, the dipoles are arranged in areas of low density of the electric field, and the particles are also forced to move to areas of low density of the electric field, which is negative. This is referred to as dielectrophoresis, and indicates that the particle on the right side of FIG. 1 is moving toward the lower side of the electric field by the negative dielectrophoresis.

상기 입자가 전기장의 밀도에 따라 이동하는 것은 유전영동에서의 힘이 유도된 쌍극자에 의존하며, 그 방향이 전기장의 영향을 받지 않고 전기장의 그래디언트(field gradient)에만 의존하기 때문이다. The movement of the particles in accordance with the density of the electric field is due to the dipoles induced by the force in the electrophoresis, the direction of which is independent of the electric field and only depends on the field gradient of the electric field.

상기 입자가 균질한 구의 형태를 갖는다고 할 때, 해당 입자에 작용하는 유전영동 힘은 다음과 같이 결정된다. When the particles have a homogeneous sphere shape, the electrophoretic force acting on the particles is determined as follows.

Figure 112004059683830-PAT00001
Figure 112004059683830-PAT00001

상기 식 1에서, r은 입자의 반지름,

Figure 112004059683830-PAT00002
은 주위 매질의 유전율,
Figure 112004059683830-PAT00003
은 델 벡터 연산자, E는 전기장의 크기, Re[K(ω)]는 클라우지우스-모소티(Clausius-Mossotti) 인자(factor)의 실수부를 뜻하며, 상기 클라우지우스-모소티 인자는 다음과 같이 정의된다. In Equation 1, r is the radius of the particles,
Figure 112004059683830-PAT00002
Is the permittivity of the surrounding medium,
Figure 112004059683830-PAT00003
Is the Dell vector operator, E is the magnitude of the electric field, Re [K (ω)] is the real part of the Clausius-Mossotti factor, and the Clausius-Mossottie factor is defined as do.

Figure 112004059683830-PAT00004
Figure 112004059683830-PAT00004

여기서,

Figure 112004059683830-PAT00005
은 매질의 복소 유전율을,
Figure 112004059683830-PAT00006
은 입자의 복소 유전율을 뜻하며, 복소 유전율은 다음과 같이 정의된다. here,
Figure 112004059683830-PAT00005
The complex permittivity of the medium,
Figure 112004059683830-PAT00006
Is the complex permittivity of the particle, and the complex permittivity is defined as follows.

Figure 112004059683830-PAT00007
Figure 112004059683830-PAT00007

이 때,

Figure 112004059683830-PAT00008
는 전도율,
Figure 112004059683830-PAT00009
은 유전율 및
Figure 112004059683830-PAT00010
는 입력 전기장의 주파수이다. At this time,
Figure 112004059683830-PAT00008
Is the conductivity,
Figure 112004059683830-PAT00009
Permittivity and
Figure 112004059683830-PAT00010
Is the frequency of the input electric field.

상기 식 1로부터, Re[K(ω)]가 입력 전기장의 주파수

Figure 112004059683830-PAT00011
에 따라 변화하므로, 유전영동 힘의 세기 또한 주파수에 따라 변함을 알 수 있다. 또한, Re[K(ω)]의 크기는 입자가 주위 배양액보다 더 분극화가 잘 되는가에 따라서도 변하게 된다. 따라서, 입자가 주위 매질에 비해 분극화가 잘 되는 경우에는, Re[K(ω)]가 양의 값을 갖는데, 이 경우에 상기 입자는 전기장의 밀도가 높은 곳으로 이동하게 된다. 반대로, 입자가 주위 매질에 비해 분극화가 잘 안 되는 경우, 즉, Re[K(ω)]가 음의 값을 갖는 경우에는, 전기장의 밀도가 낮은 곳으로 상기 입자가 이동하게 된다. From Equation 1, Re [K (ω)] is the frequency of the input electric field.
Figure 112004059683830-PAT00011
Since it varies according to, the strength of the dielectrophoretic force also changes with frequency. The size of Re [K (ω)] also varies depending on whether the particles are more polarized than the surrounding culture. Thus, when the particles are more polarized relative to the surrounding medium, Re [K (ω)] has a positive value, in which case the particles move to a higher density of the electric field. In contrast, when the particles are less polarized compared to the surrounding medium, that is, when Re [K (ω)] has a negative value, the particles move to a place where the density of the electric field is low.

만약, 분극화된 입자가 회전하는 전기장내에 있다면, 유도된 쌍극자는 회전하는 전기장과 동시에 같이 회전하게 되고, 쌍극자의 형성시간이 다소 소요됨을 고려할 때, 전기장의 회전 속도를 충분히 빠르게 한다면, 쌍극자의 회전이 전기장의 변화에 비해 지연되면서 상기 입자에 토크가 발생한다. 이 때, 상기 입자의 회전 방향은 전기장의 회전 방향 또는 그 반대 방향이 되는데, 이는 전기장과 쌍극자 간의 지연이 180도를 넘느냐 안 넘느냐에 달려있다. If the polarized particles are in a rotating electric field, the induced dipole rotates at the same time as the rotating electric field, and considering that it takes some time to form the dipole, if the rotational speed of the electric field is sufficiently high, Torque is generated in the particles with a delay compared to the change in the electric field. At this time, the direction of rotation of the particles is the direction of rotation of the electric field or vice versa, depending on whether the delay between the electric field and the dipole exceeds 180 degrees.

상기와 같은 현상을 평면상에 선형으로 배치한 전극과 입자에 적용하는 경우에는 상기 입자를 이동시킬 수도 있는데, 전극을 기차의 트랙처럼 일정 간격을 두고 평행하게 배치한 다음, 전극이 배열된 순서대로 상기 전극에 전기장을 발생시키는 경우에 있어서, 상기 전기장을 발생시키는 전기장의 파동이 충분히 빠르다면, 상기 입자에서의 쌍극자의 형성에 시간이 소요되므로, 상기 입자에 토크가 발생하여 입자가 상기 전극을 따라 이동할 수 있게 된다.When the above phenomenon is applied to electrodes and particles arranged linearly on a plane, the particles may be moved. The electrodes may be arranged in parallel at regular intervals like a track of a train, and then the electrodes are arranged in the order in which they are arranged. In the case of generating an electric field in the electrode, if the wave of the electric field generating the electric field is fast enough, it takes time to form a dipole in the particle, so that torque is generated in the particle and the particle follows the electrode. You can move.

상기와 같이 평면으로 배열된 전극을 따라 입자가 진행하도록 하는 것을 진행파 유전영동이라고 하는데, 본 발명에 의한 세포 분리 시스템은 상기와 같은 진행파 유전영동을 이용한다. It is called traveling wave electrophoresis to allow the particles to travel along the electrodes arranged in a plane as described above, and the cell separation system according to the present invention uses the traveling wave dielectric electrophoresis as described above.

이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 세포 분리 시스템의 세포 분리 장치를 나타낸 도 2a 및 2b를 참고로 하여 보다 구체적으로 살펴보기로 한다. Hereinafter, with reference to Figures 2a and 2b showing a cell separation device of a cell separation system according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한 세포 분리 시스템의 세포 분리 장치를 개념적으로 나타낸 것이고, 도 2b는 상기 해당 세포 분리 장치의 측면도이다.Figure 2a conceptually shows a cell separation device of a cell separation system according to an embodiment of the present invention, Figure 2b is a side view of the cell separation device.

본 발명의 세포 분리 장치는 도 2b에 도시되고 있는 바와 같이, 상부 유리 기판(23)의 양단에 압전 트랜스듀서(21)가 연결되어 있으며, 상기 압전 트랜스듀서(21)는 클램퍼(22)에 고정되어 있는 구조를 하고 있으며, 상기 상부 유리 기판(23)과 함께 하부 기판(24)이 챔버를 구성하여, 분리하고자 하는 세포 등의 입자가 혼 합된 유체(fluid)를 담고 있다. 상기 하부 기판(24)은 반드시 유리 기판일 필요는 없으며, 실리콘 등의 소재로 구성되는 것도 가능하다. 다만, 도 2b에 도시된 바와 같이, 유체를 관찰하기 위한 마이크로 스코프를 하부 기판(24)의 아래에 설치하는 경우에는, 하부 기판(24)이 유리로 구성되는 것이 바람직할 것이다.In the cell separation device of the present invention, as shown in FIG. 2B, a piezoelectric transducer 21 is connected to both ends of the upper glass substrate 23, and the piezoelectric transducer 21 is fixed to the clamper 22. The lower substrate 24 together with the upper glass substrate 23 constitutes a chamber, and contains a fluid in which particles such as cells to be separated are mixed. The lower substrate 24 does not necessarily need to be a glass substrate, and may be made of a material such as silicon. However, as shown in FIG. 2B, when the microscope for observing the fluid is installed below the lower substrate 24, the lower substrate 24 may be made of glass.

한편, 본 발명에 따른 세포 분리 시스템의 세포 분리 장치는, 예를 들어, 상기 상부 유리 기판(23)의 크기는 20 밀리미터(mm) * 20 밀리미터(mm) * 1 밀리미터(mm), 상기 상부 유리 기판(23)과 하부 기판(24)의 간격은 200 마이크로 미터(㎛)가 되도록 구성될 수 있으며, 상기 압전 트랜스듀서에 인가되는 전기적 입력의 주파수가 1.2 메가 헤르쯔(MHz)일 때, 해당 파장의 길이는 1.7 밀리미터가 되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 해당 유체의 체적은 20 밀리미터(mm) * 20 밀리미터(mm) * 200 마이크로미터(㎛)가 될 것이다. On the other hand, the cell separation device of the cell separation system according to the present invention, for example, the size of the upper glass substrate 23 is 20 millimeters (mm) * 20 millimeters (mm) * 1 millimeter (mm), the upper glass The distance between the substrate 23 and the lower substrate 24 may be configured to be 200 micrometers (μm), and when the frequency of the electrical input applied to the piezoelectric transducer is 1.2 megahertz (MHz), The length can be configured to be 1.7 millimeters. In this case, the volume of the fluid will be 20 millimeters (mm) * 20 millimeters (mm) * 200 micrometers (μm).

상기 압전 트랜스듀서(21)는 입력되는 전기적 입력을 기계적 출력, 즉, 진동으로 변환하여 상기 연결된 상부 유리 기판(23)에 전달하게 되는데, 상기 상부 유리 기판(23)이 유동적인 소재가 아닌 일반적인 유리 기판임에도 불구하고 충분한 크기의 주파수 (예를 들어, 100헤르쯔 내지 20메가 헤르쯔)로 진동시키는 경우에는, 도 2a에 도시되고 있는 바와 같이, 마치 상기 상부 유리 기판(23)이 유동적인 소재로 구성되어 있는 것과 같은 효과를 갖는다. The piezoelectric transducer 21 converts an input electrical input into a mechanical output, that is, vibration, and transmits the electrical input to the connected upper glass substrate 23, wherein the upper glass substrate 23 is not a flexible material. In the case of vibrating at a frequency of sufficient magnitude (for example, 100 to 20 megahertz) despite being a substrate, as shown in FIG. 2A, the upper glass substrate 23 is composed of a flexible material. It has the same effect as it does.

보다 상세하게는, 정현파(sinusoidal wave)를 공급하는 함수 발생기(function generator)에 연결되어 있는 각 압전 트랜스듀서(21)에 RF 전압을 인가함으로써, 충분한 크기의 주파수를 갖는 진동이 상기 상부 유리 기판(23)에 가해지 며, 이로 인해 상기 상부 유리 기판 표면을 x축 방향으로 진행하는 표면파(surface wave)가 발생한다. 상기 표면파는 근방의 유체 내에 음파를 발생시키게 되는데, 상기 음파는 유체파(fluid wave)이다. 상기 표면파는 상기 표면파의 진행방향과 반대방향으로 진행하는 다른 표면파와 소정의 조건을 만족시키면서 충돌하여 더 이상 진행하지 않는 정재파로 변하게 된다. 이 때, 상기 표면파의 진행방향과 반대방향으로 진행하는 상기 다른 표면파는 상기 표면파를 발생시킨 압전 트랜스듀서의 반대편에 위치한 압전 트랜스듀서로부터 발생된 것이다. 상기한 바와 같이, 상기 표면파가 정재파로 변함으로써 유체 내의 세포 등의 입자는 x축 방향으로는 이동할 수 없게 된다. More specifically, by applying an RF voltage to each piezoelectric transducer 21 connected to a function generator for supplying a sinusoidal wave, vibrations having a sufficient magnitude of frequency can be applied to the upper glass substrate. 23), resulting in a surface wave propagating the upper glass substrate surface in the x-axis direction. The surface wave generates sound waves in a nearby fluid, which is a fluid wave. The surface wave collides with another surface wave traveling in a direction opposite to the traveling direction of the surface wave while satisfying a predetermined condition, and changes into a standing wave that does not proceed any further. At this time, the other surface wave traveling in a direction opposite to the traveling direction of the surface wave is generated from the piezoelectric transducer located opposite to the piezoelectric transducer which generated the surface wave. As described above, the surface wave is changed to a standing wave so that particles such as cells in the fluid cannot move in the x-axis direction.

한편, 상기 표면파에 의해 유체 내에 발생한 유체파(fluid wave)는 상기 상부 유리 기판으로부터 하부 기판 방향, 즉 -y축 방향으로 진행하게 되고, 상기 하부 기판에 도달한 유체파, 즉 어쿠스틱(acoustic)파는 다시 반사되어 상부 유리 기판 방향으로 진행하면서 상기 유체 내에 초음파장(ultrasound field)이 생성된다. 상기 초음파장에 의한 세포 등의 입자의 배열은 도 2c와 함께 보다 상세하게 설명하기로 한다.Meanwhile, the fluid wave generated in the fluid by the surface wave travels from the upper glass substrate to the lower substrate direction, that is, the -y axis direction, and the fluid wave reaching the lower substrate, that is, the acoustic wave An ultrasonic field is generated in the fluid as it is reflected back and proceeds toward the upper glass substrate. The arrangement of particles such as cells by the ultrasonic field will be described in more detail with reference to FIG. 2C.

한편, 상기 정재파로부터 발생하여 상기 유체 내의 세포 등의 입자에 가해지는 힘(이하, '어쿠스틱 힘')은 다음과 같은 식으로 구할 수 있다. On the other hand, the force generated from the standing wave and applied to particles such as cells in the fluid (hereinafter, 'acoustic force') can be obtained as follows.

Figure 112004059683830-PAT00012
Figure 112004059683830-PAT00012

이때,

Figure 112004059683830-PAT00013
는 상기 유체 내의 정재파의 파수(wave number),
Figure 112004059683830-PAT00014
는 세포 등의 입자의 반지름, x는 상기 정재파에 의한 입자의 변위, Φ는 속도 포텐셜(velocity potential)의 크기를 의미한다. At this time,
Figure 112004059683830-PAT00013
Is the wave number of standing waves in the fluid,
Figure 112004059683830-PAT00014
Is the radius of the particles such as cells, x is the displacement of the particles by the standing wave, Φ means the magnitude of the velocity potential (velocity potential).

상기 식 4에서, F Y 는 밀도-압축성(compressibility) 요소로서, 다음과 같은 식으로 표현할 수 있다.In Formula 4, F Y is a density-compressibility element, and can be expressed as follows.

Figure 112004059683830-PAT00015
Figure 112004059683830-PAT00015

Figure 112004059683830-PAT00016
는 상기 유체의 밀도,
Figure 112004059683830-PAT00017
는 상기 세포 등의 입자의 밀도,
Figure 112004059683830-PAT00018
는 유체 내 음속(speed of sound),
Figure 112004059683830-PAT00019
는 세포 등의 입자 내의 음속을 의미한다.
Figure 112004059683830-PAT00016
Is the density of the fluid,
Figure 112004059683830-PAT00017
Is the density of particles such as cells,
Figure 112004059683830-PAT00018
Is the speed of sound in the fluid,
Figure 112004059683830-PAT00019
Means the speed of sound in particles such as cells.

상기 식 4에 의해 표현되는 상기 어쿠스틱 힘에 의해 세포 등의 입자들은 어쿠스틱 파장의 절반 크기에 의해 분리되는 최소의 어쿠스틱 위치 에너지를 갖는 위치에 가장 가까운 위치로 이동한다. 상기와 같은 원리로, 유체 내의 세포 등의 입자가 유체 내에 생성된 어쿠스틱 파의 파장에 따라 배열되는데, 상기 식 4로부터 알 수 있듯이, 상기 세포 등의 입자의 부피, 밀도, 유체의 특성(property) 등의 요 소에 따라 어쿠스틱 힘의 크기가 달라지기 때문에 같은 종류의 세포 내지 입자들을 각각의 라인에 배열하는 것이 가능하게 된다.By the acoustic force represented by Equation 4, particles such as cells move to the position closest to the position with the minimum acoustic potential energy separated by half the amplitude of the acoustic wavelength. In the same principle as described above, particles such as cells in the fluid are arranged according to the wavelength of the acoustic wave generated in the fluid. As can be seen from Equation 4, the volume, density, and properties of the particles, such as cells, are shown. Since the magnitude of the acoustic force varies depending on such factors, it becomes possible to arrange cells or particles of the same type in each line.

이 때, 상기 세포들이 상기 어쿠스틱 파장의 절반 크기 이상의 거리만큼 이동될 필요가 있는 경우에는, 위상 변조 또는 상기 상부 유리 기판의 위치 제어를 통해 이동시킨다. 또한, 상기 세포를 정재파 내에서 더 이상 이동하지 않도록 유지하기 위해서는, 상기 어쿠스틱 에너지 밀도가 임계 에너지 밀도보다 더 커야만 한다. At this time, when the cells need to be moved by a distance of more than half the size of the acoustic wavelength, they are moved through phase modulation or position control of the upper glass substrate. In addition, in order to keep the cells from moving further within the standing wave, the acoustic energy density must be greater than the critical energy density.

한편, 상기 같은 종류의 세포 내지 입자들을 한 라인에 배열하는 것은 2차원 진동에 의한 것으로, 이를 위해 상기 상부 유리 기판에 연결되어 있는 두 개의 압전 트랜스듀서가 모두 동작한다. 다르게는, 1차원 진동을 원하는 경우, 한 개의 압전 트랜스듀서가 동작하게 되며, 3차원 진동에 의해서는 입자들이 라인이 아닌 지역에 모이도록 할 수 있다. On the other hand, arranging the cells or particles of the same type in one line is caused by two-dimensional vibration, for which two piezoelectric transducers connected to the upper glass substrate operate. Alternatively, if one-dimensional vibration is desired, one piezoelectric transducer may be operated, and the three-dimensional vibration may cause particles to collect in an area other than a line.

다시 정리해 보면, 상기 세포 등의 입자가 혼합된 유체를 담고 있는 챔버의 상부 유리 기판을 상기 상부 유리 기판에 연결되어 있는 두 개의 압전 트랜스듀서에 의해 적당한 주파수로 진동시킴으로써 발생한 유체 내의 초음파장(ultrasound field)으로 인해 상기 유체 내의 세포 등의 입자들이 도 2a에 도시된 바와 같이 일렬로 배열되게 된다. To recap, the ultrasound field in the fluid generated by vibrating the upper glass substrate of the chamber containing the mixed fluid of the cells and the like at an appropriate frequency by two piezoelectric transducers connected to the upper glass substrate. ) Causes particles such as cells in the fluid to be arranged in a line as shown in FIG. 2A.

이때, 상기 유체 내의 세포 등의 입자들이 초음파장에 의한 진동에 의해 일렬로 배열됨은 본 발명의 실시예에 따른 세포 분리 장치를 평면도로 나타낸 상태에서의 일렬을 의미하며, 상기 유체를 입체적으로 관찰하는 경우 모든 세포 등의 입 자들이 일렬로 배열되지는 않는다. 본 발명의 실시예에 따른 세포 분리 장치의 유체를 측면에서 도시한 도 2c를 참고로 하여 아래에 설명하기로 한다. 다만, 상기 도 2c에 의해 설명될 초음파의 파장 및 입자들의 위치 등의 관계에 관한 구체적 수식은 본 명세서에서는 생략하기로 한다. In this case, the particles such as cells in the fluid are arranged in a line by the vibration by the ultrasonic field means a line in a state in which the cell separation device according to an embodiment of the present invention in a plan view, and the three-dimensional observation of the fluid In this case, not all cells, etc. are arranged in a line. The fluid of the cell separation device according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 2C. However, specific formulas relating to the relationship between the wavelength of the ultrasonic wave and the position of the particles to be described by FIG. 2C will be omitted herein.

도 2c에서 진동에 의한 어쿠스틱파의 발생방향, 즉 상부 유리 기판에 수직인 방향을 y축, 상기 유체 내의 입자 등이 이동할 방향을 x축이라고 하고, 지면에 수직인 방향을 z축으로 한다. In FIG. 2C, the y-axis represents the direction in which acoustic waves are generated due to vibration, that is, the direction perpendicular to the upper glass substrate, and the x-axis represents the direction in which particles in the fluid move.

앞서 언급한 바와 같이, 충분한 크기의 주파수를 갖는 진동이 상부 유리 기판(y=0)에 가해지면, 상기 상부 유리 기판에서 x축 방향으로 이동하는 표면파가 발생하면서, 상기 상부 유리 기판과 맞닿아 있는 상기 유체 내에 -y축 방향으로 이동하는 어쿠스틱 파가 발생하여 상기 유체 내에 초음파장(ultrasound field)이 생성된다. 상기 어쿠스틱 파는 상기 상부 유리 기판 쪽으로부터 하부 기판(y=-0.75) 쪽 방향으로 상기 유체 내에서 진행하는데, 상기 하부 기판에서는 상기 어쿠스틱 파로 인한 반사파가 발생한다. 이 때, 상기 상부 유리 기판의 진동으로 인해 발생한 어쿠스틱 파와 상기 하부 기판으로부터 반사된 반사파가 상기 유체 내에서 겹치게 된다. 이때, 상기 유체 내에는 유체 내의 세포 등의 입자를 이동시킬 수 있는 힘 벡터가 발생되고, 도 2c에서 도시하는 바와 같은 분포를 갖게 되어 상기 유체 내의 세포 등의 입자들은 상기 힘 벡터가 모이는 지점, 즉 힘 위치(force potential)가 낮은 곳(x로 표시된 지점)에 배열되게 된다. 상기 힘 벡터에 대한 고려 없이, y>0인 지점에서 상기 상부 유리 기판 및 하부 기판에 수직인 방향으로 바라보는 경우, 정재파에 의해 유체 내의 세포 등의 입자들이 일정 x값마다 z축에 평행한 배열을 이루게 된다. 이 때, 상기 z축에 평행하게 배열되는 세포 등의 입자의 배열은 일정 x값마다 하나의 배열만이 존재하는 것이 아니라, 실제적으로는 일정 x 값마다 각각 z축에 평행한 여러 배열을 갖게 되는데, 이는 앞서 언급한 상기 힘 벡터의 분포에 기인한 것이다. As mentioned above, when a vibration having a sufficient magnitude of frequency is applied to the upper glass substrate (y = 0), a surface wave moving in the x-axis direction is generated on the upper glass substrate, which is in contact with the upper glass substrate. Acoustic waves traveling in the -y axis direction occur in the fluid to generate an ultrasound field in the fluid. The acoustic wave travels in the fluid from the upper glass substrate side toward the lower substrate (y = -0.75), where the reflected wave is generated by the acoustic wave. At this time, the acoustic wave generated by the vibration of the upper glass substrate and the reflected wave reflected from the lower substrate overlap in the fluid. At this time, a force vector capable of moving particles such as cells in the fluid is generated in the fluid, and has a distribution as shown in FIG. 2C, so that particles such as cells in the fluid are collected at the point where the force vectors are collected. The force potential is arranged at a low point (marked with x). Without consideration of the force vector, when viewed in a direction perpendicular to the upper glass substrate and the lower substrate at a point of y> 0, particles such as cells in the fluid are arranged parallel to the z axis at every x value by standing waves. Will be achieved. In this case, the array of particles such as cells arranged parallel to the z-axis does not have only one array for each constant x value, but in reality, the array of particles such as cells for each of the constant x values has a plurality of arrays parallel to the z-axis. This is due to the distribution of the force vectors mentioned above.

참고로, 상기 도 2c에서 원형의 실선은 상기 힘 위치(force potential)가 같은 지점들을 연결한 선이다. For reference, the circular solid line in FIG. 2C is a line connecting points having the same force potential.

도 3은 세포 등의 입자의 이동을 보다 상세하게 나타내기 위해 본 발명의 일 실시예인 세포 분리 시스템의 세포 분리 장치를 평면도로 나타낸 것이다. 3 is a plan view showing a cell separation device of a cell separation system according to an embodiment of the present invention in order to show the movement of particles such as cells in more detail.

도 3은, 압전 트랜스듀서(31)가 상부 유리 기판(33)을 적당한 주파수로 진동시킴으로 인해 생성된 초음파장에 의해 세포 등이 이미 일렬로 배열되어 있는 상태에서, 진행파 유전영동에 의해 수집구(collection well)(37)로 이동하고 있음을 나타내고 있다.FIG. 3 shows a collection port by traveling wave dielectric electrophoresis in a state where cells and the like are already arranged in a line by an ultrasonic field generated by the piezoelectric transducer 31 vibrating the upper glass substrate 33 at an appropriate frequency. collection well) (37).

상기 세포 분리 장치의 하부 기판에는 7개의 전극(38)이 배열되어 있음을 볼 수 있으나, 본 발명에 따른 전극(38)의 수는 상기 도 3에 의해 제한되지 않는다. 또한, 상기 전극은, 예를 들어, 20 마이크로미터의 너비를 가지며, 300 옹스트롱(Å) 두께의 크롬(Cr)층 상에 2000 옹스트롱 두께의 금(Au)층이 적층된 형태로 구성될 수 있으며, 상기 크롬층은 상기 금층과 유리 기판 사이의 접착력을 강화하기 위해 사용될 수 있다. It can be seen that the seven electrodes 38 are arranged on the lower substrate of the cell separation device, but the number of electrodes 38 according to the present invention is not limited by FIG. 3. In addition, the electrode has a width of, for example, 20 micrometers, and may be configured in the form of a layer of gold (Au) having a thickness of 2000 Angstroms stacked on a layer of 300 Angstroms thick chromium (Cr). The chromium layer may be used to enhance adhesion between the gold layer and the glass substrate.

상기 전극들 중 가장 우측의 전극을 제1 전극, 가장 좌측에 배열된 전극을 제7 전극이라고 할 때, 상기 세포 등의 입자는 화살표 방향을 따라 제1 전극 쪽에서 제7 전극 쪽으로 이동하는데, 상기 세포 등의 입자의 이동은 진행파 유전영동에 의해 이루어진다. When the rightmost of the electrodes is called the first electrode and the leftmost electrode is called the seventh electrode, particles such as cells move from the first electrode toward the seventh electrode in the direction of the arrow. The movement of particles, such as, is accomplished by traveling wave dielectrophoresis.

즉, 제1 전극부터 제7 전극까지 순차적으로 전기장을 발생시키면서, 전기장 발생의 속도를 충분히 빨리 하는 경우에는, 상기 세포 등의 입자에 토크가 발생하여, 제7 전극 쪽으로 입자들이 이동하게 되고, 이동된 입자들은 상기 수집구(collection well)(37)를 통해 분리된다. That is, when the electric field is sequentially generated from the first electrode to the seventh electrode, and the speed of electric field generation is sufficiently high, torque is generated on the particles such as the cells, and the particles move toward the seventh electrode. The collected particles are separated through the collection well 37.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 분리 시스템을 나타낸 것이다.Figure 4 shows a cell separation system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 세포 분리 시스템은 증폭기(41), sine파 발생기(42), 일루미네이터(illuminator)(43), 세포 분리 장치(44), XYZ 구동 스테이지(45), 마이크로 스코프(46), CCD 카메라(47), 비디오 레코더(48) 및 분석기(analyzer)(49)로 구성된다. Cell separation system according to an embodiment of the present invention is the amplifier 41, the sine wave generator 42, the illuminator (illuminator) 43, the cell separation device 44, XYZ drive stage 45, the microscope 46 ), A CCD camera 47, a video recorder 48, and an analyzer 49.

상기 세포 분리 장치(44)는 도 2(a), 도 2(b) 및 도 3에서 이미 설명된 바 있는 세포 분리 장치이며, 상기 증폭기(41) 및 sine파 발생기(42)로부터의 전기적 입력이 상기 세포 분리 장치의 압전 트랜스듀서에 인가됨으로써, 상기 세포 분리 장치 내의 초음파장에 의한 세포 등의 입자의 배열이 이루어진다.The cell separation device 44 is a cell separation device that has already been described in FIGS. 2 (a), 2 (b) and 3, and the electrical input from the amplifier 41 and the sine wave generator 42 By being applied to the piezoelectric transducer of the cell separation device, the arrangement of particles such as cells by the ultrasonic field in the cell separation device is achieved.

본 발명에 의한 세포 분리 시스템은 상기 일루미네이터(43), 마이크로 스코프(46), CCD 카메라(47), 비디오 레코더(48) 및 분석기(49)를 이용하여, 상기 세포 분리 장치 내부를 관찰함으로써, 상기 세포 분리 과정이 원활하게 이루어지지 않는 경우, 즉, 상기 세포 분리 장치 내의 세포 분리가 완전하게 이루어지지 않는 경우에 분리하고자 하는 세포에 대한 분리효율을 높이는 피드백 방식을 이용하여 보다 완전하게 원하는 세포를 분리한다. 이 경우, 상기 세포 분리 장치(44)의 하부 기판은 투명한 유리 기판인 것이 바람직하다. The cell separation system according to the present invention uses the illuminator 43, the microscope 46, the CCD camera 47, the video recorder 48 and the analyzer 49 to observe the inside of the cell separation device. When the cell separation process is not performed smoothly, that is, when the cell separation in the cell separation device is not completely performed, the desired cell is separated more completely by using a feedback method to increase the separation efficiency for the cells to be separated. do. In this case, the lower substrate of the cell separation device 44 is preferably a transparent glass substrate.

또한, 상기 XYZ 구동 스테이지(45)가 상기 세포 분리 장치, 보다 상세하게는, 상기 세포 분리 장치의 하부 기판과 연결되어 있어서, 상기 세포 분리 장치를 X축, Y축 및 Z축으로 이동할 수 있도록 한다. 한편, 상기 분석기(49)는 다른 세포들의 동작 속도와 같은 초음파장에서의 세포 조작에 필요한 임계 파라미터들을 상기 비디오 레코더에 기록된 이미지 데이터로부터 얻는 역할을 한다. In addition, the XYZ driving stage 45 is connected to the cell separation device, more specifically, the lower substrate of the cell separation device, so that the cell separation device can move in the X-axis, Y-axis and Z-axis. . On the other hand, the analyzer 49 serves to obtain the critical parameters required for cell manipulation in the ultrasonic field, such as the operation speed of other cells, from the image data recorded in the video recorder.

이상, 본 명세서에서 기재하고 있는 본 발명은 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상기 기재에 의해 제한되지 않으며, 상기 실시예의 단순한 변경, 치환 및 변형 등은 본 발명의 권리범위를 벗어날 수 없음이 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. As described above, the present invention described in the present specification is only an example, and the present invention is not limited by the above description, and simple changes, substitutions, and modifications of the embodiments are not allowed to depart from the scope of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the field.

본 발명에 의한 초음파장 및 진행파 유전영동을 이용한 세포 분리 시스템에 의하면, 별도의 채널을 이용하지 않고 평면상에서 세포를 이송하므로, 채널로 인한 초음파장의 형성의 방해를 없앨 수 있으며, 세포에 대한 손상이 전혀 발생하지 않 는다. According to the cell separation system using the ultrasonic field and traveling wave genetic electrophoresis according to the present invention, since the cells are transported in a plane without using a separate channel, the interference of the formation of the ultrasonic field due to the channel can be eliminated, It does not occur at all.

또한, 유체의 이동 없이 세포만 이동시키므로, 세포 이송 및 분리의 효율이 높다. 또한, 세포 분리 과정을 CCD 카메라 등을 통해 관찰하면서, PID 제어를 수행함으로써 보다 효과적으로 세포 분리를 할 수 있다. In addition, since only the cells move without moving the fluid, the efficiency of cell transfer and separation is high. In addition, while observing the cell separation process through a CCD camera or the like, it is possible to perform cell separation more effectively by performing PID control.

또한, 본 발명에 의해 세포를 오염 물질 등으로부터 효과적으로 분리하거나 새로운 랩 온 칩(Lab On a Chip) 시스템을 생성할 수 있다. In addition, the present invention can effectively separate cells from contaminants and the like or create a new Lab On a Chip system.

Claims (10)

상부 유리 기판의 양끝에 연결되어 있으며, 외부로부터의 전기적 입력을 기계적 진동으로 변환하여 상기 상부 유리 기판에 가하는 압전(piezoelectric) 트랜스듀서(transducer); 및A piezoelectric transducer connected to both ends of the upper glass substrate, the piezoelectric transducer converting an electrical input from the outside into mechanical vibration and applying it to the upper glass substrate; And 상기 상부 유리 기판과 평행한 하부 기판 상에 배열된 N개의 전극을 포함하되,N electrodes arranged on a lower substrate parallel to the upper glass substrate, 상기 상부 유리 기판과 하부 기판의 사이는 세포가 혼합된 유체로 채워지며, 상기 각 전극은 상기 압전 트랜스듀서의 길이 방향과 수직인 방향으로 놓여져 있으며, 상기 N개의 전극들은 상기 압전 트랜스듀서의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 배열되어 있는 세포 분리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파장 및 진행파 유전영동을 이용한 세포 분리 시스템.Between the upper glass substrate and the lower substrate is filled with a fluid mixed with cells, each electrode is placed in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the piezoelectric transducer, the N electrodes are the longitudinal direction of the piezoelectric transducer Cell separation system using an ultrasonic field and traveling wave electrophoresis, characterized in that it comprises a cell separation device arranged along a predetermined interval along. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 압전 트랜스듀서에 의해 상기 상부 유리 기판에 가해진 진동은 상기 상부 유리 기판을 진행하는 표면파를 발생시키고, 상기 표면파의 진행방향과 반대방향으로 진행하는 다른 표면파와 충돌하여, 유체 내의 세포 등의 입자를 상기 압전 트랜스듀서의 길이 방향과 수직이면서, 상기 상부 유리 기판에 수직인 방향으로 움직이는 정재파(standing wave)를 발생시키는 것을 특징으로 하는 초음파장 및 진행파 유전영동을 이용한 세포 분리 시스템.The vibration applied to the upper glass substrate by the piezoelectric transducer generates surface waves traveling through the upper glass substrate, and collides with other surface waves traveling in a direction opposite to the traveling direction of the surface waves, thereby causing particles such as cells in the fluid. And a standing wave moving perpendicularly to the longitudinal direction of the piezoelectric transducer and moving in a direction perpendicular to the upper glass substrate. 제2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 표면파에 의해 상기 유체 내에는 상기 상부 유리 기판에서 하부 기판으로 진행하는 어쿠스틱파를 발생시키고, 상기 어쿠스틱 파는 하부 기판에서 반사되어 상부 유리 기판으로 반사되면서 상기 유체 내에 초음파장을 생성하는 것을 특징으로 하는 초음파장 및 진행파 유전영동을 이용한 세포 분리 시스템.The surface wave generates an acoustic wave propagating from the upper glass substrate to the lower substrate in the fluid, and the acoustic wave is reflected from the lower substrate to the upper glass substrate to generate an ultrasonic field in the fluid. Cell Separation System Using Ultrasonic Field and Wave Propagation. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 전극은 제1 전극부터 제N 전극까지 순차적으로 일정 시간 간격을 두고 전기장을 발생시키는 것을 특징으로 하는 초음파장 및 진행파 유전영동을 이용한 세포 분리 시스템. The electrode is a cell separation system using an ultrasonic field and traveling wave dielectric electrophoresis, characterized in that for generating an electric field at a predetermined time interval sequentially from the first electrode to the N-th electrode. 제3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 유체 내의 세포는 상기 정재파에 의한 어쿠스틱(acoustic) 힘에 의해 상기 압전 트랜스듀서와 평행한 M개의 열로 배열되는 것을 특징으로 하는 초음파장 및 진행파 유전영동을 이용한 세포 분리 시스템. Cells in the fluid is a cell separation system using an ultrasonic field and traveling wave electrophoresis, characterized in that arranged in M rows parallel to the piezoelectric transducer by the acoustic force by the standing wave. 제5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 M개의 열로 배열된 세포는 상기 전극에 순차적으로 일정 시간 간격을 두고 발생하는 전기장에 의해 제N 전극 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 초 음파장 및 진행파 유전영동을 이용한 세포 분리 시스템. The cells arranged in the M columns are moved in the direction of the N-electrode by the electric field generated by a predetermined time interval sequentially on the electrode, the cell separation system using the ultrasonic wave and traveling wave electrophoresis. 제5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 어쿠스틱 힘은 세포의 부피, 밀도 및 세포가 혼합되어 있는 유체의 특성(property)중 적어도 하나의 영향을 받아 값이 변하는 것을 특징으로 하는 초음파장 및 진행파 유전영동을 이용한 세포 분리 시스템.The acoustic force is a cell separation system using an ultrasonic field and traveling wave electrophoresis, characterized in that the value is changed by at least one of the volume, density, and properties of the fluid in which the cells are mixed. 제5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 어쿠스틱 힘은 압전 트랜스듀서에 인가되는 전압의 크기에 따라 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 초음파장 및 진행파 유전영동을 이용한 세포 분리 시스템. The acoustic force may be adjusted according to the magnitude of the voltage applied to the piezoelectric transducer. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 8, 상기 세포 분리 장치 내의 세포 분리 과정을 관찰하고, 원하는 세포가 완전히 분리되지 않은 경우에 상기 세포 분리 장치의 위치를 이동시킴으로써, 상기 세포 분리 과정을 PID 제어하는 세포 분리 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파장 및 진행파 유전영동을 이용한 세포 분리 시스템.And a cell separation control unit for observing the cell separation process in the cell separation device and PID control of the cell separation process by moving the position of the cell separation device when the desired cell is not completely separated. Cell Separation System Using Ultrasonic Field and Wave Propagation. 제9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 세포 분리 제어부는 상기 세포 분리 장치에 공급되는 전압의 주파수를 변경하여 상기 세포 분리 과정을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 초음파장 및 진행파 유전영동을 이용한 세포 분리 시스템.The cell separation control unit is a cell separation system using an ultrasonic field and traveling wave genetic electrophoresis, characterized in that for controlling the cell separation process by changing the frequency of the voltage supplied to the cell separation device.
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