KR20070006021A

KR20070006021A - 물방울 형태의 세포 혼합액에 자력을 인가하여 세포를분리하는 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20070006021A
Application number: KR1020050060974A
Authority: KR
Inventors: 김영호; 심일주
Original assignee: 김영호
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2007-01-11

Abstract

이 발명은 서로 포개어지는 두 개의 평판으로 이루어진 칩 상에 생성된 물방울 형태의 세포 혼합액의 상부에서 자력을 인가하여 필요로 하는 세포의 분리를 할 때, 특정 세포 분리용 칩 형태의 구조와 분리 공정이 간단하여 낮은 비용으로 신속 간편하게 그리고 효율 높게 세포 분리를 할 수 있는 장치의 제공을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해 이 발명의 세포 분리 장치는, 마그네틱 비드가 부착된 특정 세포가 혼합되어 있는 세포 혼합액이 수용되는 세포 혼합액 수용부를 일 측면에 구비하는 제 1판과, 상기 제 1판의 일 측면과 밀착된 상태로 상부에 설치하되, 상기 세포 혼합액 수용부에 대응하는 위치와 크기를 갖는 직경으로 형성된 관통 공을 구비한 제 2판으로 이루어지고, 상기 관통 공은 상기 세포 혼합액 수용부와 직접 접촉되지 않게 상기 세포 혼합액 수용부와 마주하는 측면의 직경을 확장시켜 공간부를 형성하여, 주입된 상기 세포 혼합액이 상기 제 1판의 세포 혼합액 수용부와 상기 제 2판의 관통 공의 공간부를 형성하지 않은 부분에만 흡착시키는 특정 세포 분리용 칩과; 상기 특정 세포 분리용 칩의 제 1판과 제 2판을 서로 상하가 바꿔지도록 회전시켜, 상기 세포 혼합액 수용부에 수용된 세포 혼합액을 물방울 형태의 세포 혼합액으로 생성시키는 특정 세포 분리용 칩 회전부; 상기 특정 세포 분리용 칩의 제 1판의 타 측면에 설치되어, 상기 특정 세포 분리용 칩 회전부의 회전에 의해 생성된 물방울 형태의 세포 혼합액의 상부에 자력을 인가하는 자력 인가 수단; 상기 자력 인가 수단에서 자력을 인가하여 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 상부로 특정 세포가 이동하면서 이와 함께 중력에 의해 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 하부로 이동되어 상기 관통 공의 공간부를 형성하지 않은 부분에 흡착된 특정 세포를 제외한 나머지가 상기 특정 세포로부터 완전히 분리되도록 상기 제 1판으로부터 제 2판이 이탈되게 이동시키는 제 2판 이동 수단; 및, 상기 특정 세포 분리용 칩 회전부의 회전과 제 2판 이동 수단의 이동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하여 구성된다.

Description

물방울 형태의 세포 혼합액에 자력을 인가하여 세포를 분리하는 장치 및 방법 {Apparatus and method of separating cells using magnet and droplet type cell suspension}

도 1은 종래 물방울 형태의 세포 혼합액에 자력을 인가하여 마그네틱 비드가 결합된 특정 세포를 분리하는 장치의 주요부를 개념적으로 도시한 것이고,

도 2a 내지 도 2d는 도 1의 장치를 사용하여 특정 세포를 분리하는 과정을 도시한 것이고,

도 3은 이 발명의 실시 예에 따른 물방울 형태의 세포 혼합액에 자력을 인가하여 마그네틱 비드가 결합된 특정 세포를 분리하는 장치를 개략적으로 도시한 것이고,

도 4는 도 3의 장치에서 특정 세포 분리용 칩을 중심으로 물방울 형태의 세포 혼합액으로부터 특정 세포를 분리하는 과정을 도시한 것이고,

도 5는 도 4의 특정 세포 분리용 칩을 개념적으로 도시한 것이고,

도 6a 내지 도 6d는 도 5에서 개념적으로 도시된 특정 세포 분리용 칩을 사용하여 물방울 형태의 세포 혼합액으로부터 특정 세포를 분리하는 과정을 도시한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 이 발명의 실시 예에 따른 물방울형 세포 분리 장치

110 : 제 1판 111 : 세포 혼합액 수용 경계 띠

120 : 제 2판 121 : 관통 공

1211 : 공간부 122 : 돌출부

130 : 자석

140 : 특정 세포 분리용 칩 회전부 150 : 제 2판 이동 수단

160 : 챔버 170 : 제어부

이 발명은 세포 분리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마그네틱 비드(magnetic bead)가 부착된 특정 세포가 혼합되어 있는 물방울 형태의 세포 혼합액에 자력을 인가하여 특정 세포만을 분리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래 마그네틱 비드가 부착된 특정 세포가 혼합되어 있는 세포 혼합액에 자력을 인가하여 특정 세포만을 분리하기 위해 널리 사용되어지고 있는 튜브형 세포 분리 장치는, 그 내부에 페라이트로 이루어진 쇠구슬을 다량 구비하고, 여기에 항원 항체 반응을 이용하여 마그네틱 비드가 부착된 상태의 특정 세포가 혼합된 세 포 혼합액을 중력 방향으로 투입하면서 자력을 인가함으로써, 자성을 띄는 상자성체인 쇠구슬에 상기 특정 세포들이 달라붙게 하고 상기 특정 세포 이외의 나머지는 중력 방향으로 빠져나가게 하여 필요로 하는 특정 세포를 분리해 낸다.

그러나, 상기 튜브형 세포 분리 장치를 사용하여 다양한 크기의 세포를 분리하는 경우, 상기 쇠구슬들의 크기에 따라 공극의 크기도 달라지기 때문에 사용되어지는 쇠구슬들의 크기도 빈번하게 바꾸어야 하는 문제점이 있게 된다.

또한, 상기에서 분리하고자 하는 특정 세포들이 쇠구슬들에 직접 접촉하기 때문에 흡착이 발생하게 되며, 세포가 응집되는 경우 쇠구슬 간의 공극을 통과하는 도중에 막힐 수 있기 때문에 사용자가 분리 과정 중에 계속적으로 피펫을 이용하여 균질화 시켜 주어야 하는 문제점도 있게 된다.

상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해, 마그네틱 비드가 결합된 특정 세포가 수용액과 혼합되어 있는 세포 혼합액을 물방울 형태의 세포 혼합액으로 생성시키고, 여기에 자력을 인가하여 특정 세포와 그 이외의 나머지로 구분 지운 후 버퍼 수용액만을 별도로 상기 물방울 형태의 세포 혼합액에 추가 공급하여 특정 세포이외의 나머지를 중력에 의해 완전히 분리시킨 상태에서 특정 세포를 채취하는, 종래 튜브형 세포 분리 장치에 비해 쇠구슬과 같은 컬럼(column) 층 없이 간단한 구조와 공정의 단순화를 실현한, 물방울 형태의 세포 혼합액을 이용한 세포 분리 방법이 본 발명자 등에 의해 제안되었다.

그러나, 상기 물방울 형태의 세포 혼합액에 버퍼 수용액을 추가로 공급하면서 세포를 분리하는 방법은, 분리하고자 하는 특정 세포 이외의 나머지를 제거하 기 위해 버퍼 수용액만을 추가 주입하는 과정에서 하부에 있던 특정 세포 이외의 나머지중 일부가 다시 상부의 특정 세포 쪽으로 이동하여 분리 효율이 낮아지는 문제점이 있게된다.

이로부터, 물방울 형태로 매달려 있는 세포 혼합액이 중력에 의해 바닥으로 세포들이 가라앉으면서 바닥에는 접촉되지 않아 접촉에 의한 유실도 없게 되고, 또한 수직의 힘 벡터를 이용하기 때문에 분리될 수 있는 것과 분리 될 수 없는 것이 확연하게 구분되어 질 수 있다는 특성을 유지하면서 상기의 문제점도 해결하기 위해, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 일단이 잘려진 원뿔 형태의 돌기를 구비한 제 1판(11)과, 상기 제 1판(11)의 돌기에 일부가 끼워지게 관통 공이 형성된 제 2판(12)이 결합되면서 형성된 공간인 세포 혼합액 수용부에, 도 2a 내지 도 2d에 도시되어 있는 바와 같이, 세포 혼합액을 주입 수용시킨 후, 상기 제 1판(11)과 제 2판(12)을 서로 밀착시켜 일체로 이루어지는 특정 세포 분리용 칩을 회전시켜 물방울 형태의 세포 혼합액을 생성시킨 상태에서, 상기 돌기 내부에 설치된 자석(13)에서 인가되는 자력을 이용하여 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 상부로 특정 세포가 이동하면서 이와 함께 중력에 의해 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 하부로 특정 세포를 제외한 나머지가 이동되어, 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 상부와 하부로 특정 세포와 특정 세포를 제외한 나머지가 나뉘어져 있는 상태에서, 특정 세포를 제외한 나머지가 상기 특정 세포로부터 완전히 분리되도록 상기 제 1판(11)으로부터 제 2판(12)을 이탈시켜, 필요로 하는 특정 세포를 분리해내는 물방울형 세포 분리 장치(10)가 본 발명자 등에 의해 거듭 제안되었다.

이러한 종래 물방울형 세포 분리 장치(10)는, 간단한 구조로 인하여 세포 대체 치료 및 줄기 세포 연구에 관련이 깊은 세포 분리에 사용되어지는 경우에 낮은 비용으로 대량 생산하여 일회용으로 사용할 수 있어 상업적 장점을 가지고 있는 칩 형태로 세포를 분리하는 메커니즘으로 구현할 수 있으며, 또한 분리 공정의 단순화로 인하여 유한한 세포의 생존 기간을 고려하여 신속하게 특정 세포를 분리해 내야할 필요성도 충족하게 된다.

그러나, 상기 종래 물방울형 세포 분리 장치(10)에서는 제작 및 사용 과정에서 다음과 같은 문제점이 발생한다.

먼저, 제작 과정에서 종래 특정 세포 분리용 칩의 제 1판(11)은 미리 제작된 몰더에 액상 폴리머를 넣고 굳혀 만들게 되는데, 자석(13)이 세포 혼합액과 거리가 가까울수록 유리하므로 그 두께를 대략 200㎛ 정도로 정교하게 만들어야 하며, 더욱이 일단이 잘려진 원뿔형 구조이며 그 내부에 자석(13)을 끼워야 하기 때문에 제작 자체가 매우 어렵거나 제작 공정이 복잡하게된다.

다음으로, 사용 과정에서 상기 폴리머에 자석(13)이 서로 끼워지는 도중에 내부 중간 중간에 흡착하면서 자석(13)의 하단부에서 기포(공기)가 빠져나가지 못하고 남게 되는 것에 의해 세포 혼합액과 자석(13)의 이격 거리를 신뢰할 만한 수준으로 재현시키기 어렵게 할 수 있다.

또한, 종래 분리된 특정 세포를 수집할 때 자석(13)이 촘촘히 끼워진 제 1판(11)을 쉽게 제거하기 어려워 매우 조심스럽게 부착된 것을 떼어내야 하므로 전체 작업 진행 시간이 많이 소요된다.

그리고, 종래 제 1판(11)의 일부가 잘려진 원뿔형 돌기에 제 2판(12)의 관통 공 일부가 끼워져 정확히 포개지도록 제 1판(11)과 제 2판(12)을 별도로 장착시켜 주어야 하며, 상기 제 1판(11)과 제 2판(12)이 서로 적당한 높이로 결합되게 내부에서 제 2판(12)도 조정해 주어야 하므로 분리를 위한 준비 과정이 번거롭게된다.

특히, 도 2b 내지 도 2d에 도시되어 있는 바와 같이, 종래 특정 세포 분리용 칩의 세포 혼합액 수용부에 세포 혼합액을 주입 수용할 때, 상기 돌기의 가장자리에는 가운데로 낮아지게 경사진 경사부를 두어 자력의 세기가 가장 큰 가장자리로 상기 특정 세포가 집중되는 현상을 방지하여 가운데로 특정 세포가 이동하도록 하고 있는 것으로부터, 상기 세포 혼합액이 상기 제 2판(12)의 측면에 흡착되면서 상기 제 1판(11)과 제 2판(12)이 만나는 측면과 경사부 근처에서 형성되는 모서리 부분에도 많은 양이 모여 있게된다.

이로부터, 상기 세포 혼합액 수용부에 있던 분리된 특정 세포를 채취할 때 모서리 부분에 모여 있던 세포 혼합액들도 피펫 등을 사용하여 채취하는 과정에서 함께 채취되어 분리 정도가 상대적으로 낮아지게 된다.

또한, 분리를 위해 제 1판(11)으로부터 제 2판(12)이 이탈되는 과정에서 상기 모서리 부분에 많은 양이 모여 있던 상기 세포 혼합액 중에서 채취하기를 원하지 않는 특정 세포 이외의 나머지들의 일부가 채취하고자 하는 특정 세포가 있는 곳으로 이동하여 특정 세포의 분리 정도를 상대적으로 낮추게된다.

이로부터 상기의 문제점을 해결하기 위해 이 발명은, 서로 포개어지는 두 개의 평판으로 이루어진 칩 상에 생성된 물방울 형태의 세포 혼합액의 상부에서 자력을 인가하여 필요로 하는 세포의 분리를 할 때, 특정 세포 분리용 칩 형태의 구조와 분리 공정이 간단하여 낮은 비용으로 신속 간편하게 그리고 효율 높게 세포 분리를 할 수 있는 장치 및 방법의 제공을 그 목적으로 한다.

바람직하게는, 상기 제 1판이 친수성 물질이고, 상기 세포 혼합액 수용부가 상기 세포 혼합액이 수용되는 주위를 둘러싸면서 경계를 형성하는 소수성 물질의 경계 띠이어도 좋다.

바람직하게는, 상기 제 1판이 소수성 물질이고, 상기 세포 혼합액 수용부가 친수성 물질로 코팅하여 형성되는 수용 면이어도 좋다.

바람직하게는, 상기 제 2판이 친수성 물질이고, 상기 관통 공의 공간부를 형성하는 부분을 소수성 물질로 코팅하여도 좋다.

바람직하게는, 상기 제 2판이 소수성 물질이고, 상기 관통 공의 공간부를 형성하지 않은 부분을 친수성 물질로 코팅하여도 좋다.

바람직하게는, 상기 관통 공의 공간부를 형성하지 않은 부분은, 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 흡착 면적이 최대가 되도록 다수의 돌기 형태로 이루어지게 하여도 좋다.

바람직하게는, 상기 관통 공의 공간부를 형성하지 않은 부분은, 상기 세포 혼합액의 주입시 또는 물방울 형태의 세포 혼합액의 생성을 위한 상기 특정 세포 분리용 칩의 회전시 다른 곳으로 흐르는 것을 방지하도록 상기 세포 혼합액이 주입되는 측면의 주위를 돌출 형성시킨 돌출부;를 더 포함하여도 좋다.

바람직하게는, 상기 제어부가 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 온도 유지, 습도 및 생체 가스 유입 등의 조절을 통해 최적 환경을 유지시키게 제어하여도 좋다.

또한, 이 발명에 따른 물방울 형태의 세포 혼합액을 이용한 세포 분리 방법은, 마그네틱 비드가 부착된 특정 세포가 혼합되어 있는 세포 혼합액이 수용되는 세포 혼합액 수용부를 일 측면에 갖는 제 1판에 밀착된 상태로 상기 일 측면 상부에 상기 세포 혼합액 수용부에 대응하는 위치와 크기를 갖는 직경의 관통 공이 형성된 제 2판이 설치되고, 상기 관통 공은 상기 세포 혼합액 수용부와 직접 접촉되지 않게 상기 세포 혼합액 수용부와 마주하는 측면의 직경을 일부분 확장시켜 공간부를 형성하여, 주입된 상기 세포 혼합액이 상기 제 1판의 세포 혼합액 수용부와 상기 제 2판의 관통 공의 공간부를 형성하지 않은 직경이 확장되지 않은 부분에만 흡착시킨 특정 세포 분리용 칩의 제 1판과 제 2판이 서로 상하가 바꿔지도록 회전시켜 상기 세포 혼합액을 물방울 형태의 세포 혼합액으로 생성시키는 단계와; 상기 단계에서 상기 세포 혼합액 수용부에 생성된 물방울 형태의 세포 혼합액의 상부에 자력을 인가하여, 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 상부로 특정 세포가 이동하면서 이와 함께 중력에 의해 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 하부로 이동되어 상기 관통 공의 공간부를 형성하지 않은 부분에 흡착된 특정 세포를 제외한 나머지 를, 상기 특정 세포 분리용 칩의 상기 제 1판으로부터 제 2판이 이탈되게 이동시켜 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 상부로 이동된 특정 세포와 완전히 분리시키는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하여 구성된다.

이하에서는, 이 발명의 실시 예에 따른 물방울 형태의 세포 혼합액에 자력을 인가하여 세포를 분리하는 장치 및 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 3은 이 발명의 실시 예에 따른 물방울 형태의 세포 혼합액에 자력을 인가하여 마그네틱 비드가 결합된 특정 세포를 분리하는 장치를 개략적으로 도시한 것이고, 도 4는 도 3의 장치에서 특정 세포 분리용 칩을 중심으로 물방울 형태의 세포 혼합액으로부터 특정 세포를 분리하는 과정을 도시한 것이고, 도 5는 도 4의 특정 세포 분리용 칩을 개념적으로 도시한 것이고, 도 6a 내지 도 6d는 도 5에서 개념적으로 도시된 특정 세포 분리용 칩을 사용하여 물방울 형태의 세포 혼합액으로부터 특정 세포를 분리하는 과정을 도시한 것이다.

이 발명의 실시 예에 따른 물방울 형태의 세포 혼합액에 자력을 인가하여 세포를 분리하는 장치(100)는, 평평한 제 1판(110)과 제 2판(120)이 서로 포개어지면서 칩 형태로 형성되는데, 상기 제 1판(110)이 친수성 물질인 경우 상기 세포 혼합액이 수용되는 주위를 둘러싸면서 경계를 형성하는 소수성 물질의 경계 띠(111)의 내부(또는 상기 제 1판(110)이 소수성 물질인 경우 친수성 물질로 코팅하여 형성되는 수용 면 위)에 세포 혼합액 수용부를 형성하고, 상기 제 2판(120)이 상기 세포 혼합액 수용부에 대응하는 위치와 크기를 갖는 직경으로 형성된 관통 공 (121)에 상기 세포 혼합액 수용부와 직접 접촉되지 않게 상기 세포 혼합액 수용부와 마주하는 측면의 직경을 확장시켜 공간부(1211)를 형성하여, 상기 세포 혼합액 수용부에 분리하고자 하는 특정 세포가 혼합되어 있는 세포 혼합액을 주입 수용하는 경우에 주입된 상기 세포 혼합액이 상기 제 1판(110)의 세포 혼합액 수용부와 상기 제 2판(120)의 관통 공(121)의 공간부를 형성하지 않은 부분에만 흡착되게 한 상태에서 특정 세포를 분리하는 것이 이 발명의 중요한 특징으로 된다.

이 경우, 상기 특정 세포 분리용 칩에서 세포 혼합액을 수용하기 위해 서로 포개어지는 제 1판(110)의 세포 혼합액 수용부와 제 2판(120)의 관통 공(121)의 공간부(1211)가 서로 만나면서 모서리 부분을 형성시키지 않아, 종래 세포 분리 장치(10)에 세포 혼합액을 주입 수용할 때, 도 2b에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 제 1판(11)과 제 2판(12)이 만나면서 형성된 모서리 부분에 세포 혼합액이 모여 흡착될 가능성을 배제할 수 있으며, 특히 공간부(1211)를 형성하지 않는 부분을 통해, 종래 세포 분리 장치(10)의 제 2판(12)이 생성된 세포 혼합액의 상부를 잡고 있어 분리를 위해 하부로 내려올 경우 모서리에 모여 있던 특정 세포 이외의 나머지중 일부가 함께 붙어 내려오다가 제 1판(11)에 일부가 섞이게 되고, 분리 후 특정 세포의 채취를 위해 피펫 등을 사용할 때 모서리 부분에 그대로 남아있던 세포 혼합액도 함께 채취되던 것과 달리, 세포 혼합액의 중, 하부를 잡아주어 상부에 아무런 영향을 주지 않고 하부의 특정 세포 이외의 나머지들만 분리해 낼 수 있게 된다.

이러한 이 발명의 실시 예에 따른 세포 분리 장치(100)는, 도 3 및 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 제 1판(110)과 제 2판이 서로 밀착되게 포개어지면서 형성되어, 낮은 비용으로 신속 간편하고 효율 높은 세포 분리를 실현하는 특정 세포 분리용 칩과, 자석(130), 특정 세포 분리용 칩 회전부(140) 및 제 2판 이동 수단(150)이 내부에 위치하는 개폐 가능하게 설치된 챔버(160)와, 상기 특정 세포 분리용 칩 회전부(140) 및 제 2판 이동 수단(150)을 제어하는 한편 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 온도를 4℃로 유지하고, 습도 및 O₂, CO₂와 같은 생체 가스의 유입을 조절하여 상기 세포가 생존하는데 최적의 환경을 유지시키도록 제어하는 제어부(170)로 이루어지고, 이외에도 상기 제어부(170)의 제어 상태를 조작할 수 있게 설치되는 제어 패널이나 현재 작동 상태를 외부에 표시하기 위해 설치된 디스플레이 등이 주변에 설치되어진다.

상기 제 1판(110)은 마그네틱 비드가 부착된 특정 세포가 혼합되어 있는 세포 혼합액이 수용되는 세포 혼합액 수용부를 일 측면에 구비한다.

상기 세포 혼합액 수용부는, 세포 혼합액이 물방울 형태를 이루면서 흡착되는 부분으로 상기 세포 혼합액을 외부로 흘러나가지 않고 그 내부에 수용시키기 위해, 상기 제 1판(110)이 친수성 물질이면 상기 세포 혼합액이 흡착되는 주위를 둘러싸면서 경계를 형성하는 소수성 물질의 세포 혼합액 수용 경계 띠(114)를 구비하고, 상기 제 1판(110)이 소수성 물질이면 해당 부분을 친수성 물질로 코팅하여 형성시킨 수용 면을 구비한다.

특히, 상기 세포 혼합액 수용 경계 띠(114)는, 세포 혼합액을 처음 주입할 때 가장자리로 세포들이 붙게 되더라도 경계 테두리 바깥쪽에 특정 세포 이외의 나 머지들은 안쪽으로 들어오지 못하고 근처에 오더라도 중력에 의해 하부로 이동할 수 있게 한다.

또한, 상기 제 1판(110)은 종래 제 1판(11)에 자력을 인가하기 위한 자석(13)을 직접 끼고 빼는 것과 달리, 슬라이딩 방식을 적용하여 자석(130)을 끼고 빼므로 사용이 간편해지고 제작 과정 자체도 현저히 간소화된다.

상기 제 2판(120)은 상기 제 1판(110)의 일 측면과 밀착된 상태로 설치하는데, 상기 세포 혼합액 수용부에 대응하는 위치와 크기를 갖는 직경으로 형성된 관통 공(121)을 구비한다.

상기 관통 공(121)은, 상기 세포 혼합액 수용부와 직접 접촉되지 않게 상기 세포 혼합액 수용부와 마주하는 측면의 직경을 확장시켜 공간부(1211)를 형성시키므로, 제 1판(110)과 제 2판(120)이 만나는 인접 부분을 제거할 수 있어 최초에 세포 혼합액을 주입 수용할 때, 종래 모서리 부분에 모여서 흡착하게 되는 가능성을 배제할 수 있다.

그리고, 관통 공(121)에서 공간부(1211)를 형성하지 않는 부분을 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 흡착 면적이 최대가 되도록 다수의 돌기 형태로 이루어지게 할 수 있다.

즉, 단면적이 넓어지면 두께 자체를 얇게 할 수도 있는 것과 관련하여, 상기 제 2판(120)의 두께는 세포 혼합액의 중, 하부를 끊어주기 위해 일정 단면적을 제공해주는 부분이므로, 단면적을 넓히기 위해 사각형 돌기 형태로 만들 수도 있고 이외에 원형, 삼각형과 같은 돌기 형태로 만들어도 관계없고, 이를 통해 세포 혼합 액의 수용 용량을 종래에 비해 증가시킬 수 있으며 이로부터 종래와 달리 제 2판(120)의 두께를 최소화시킬 수 있게된다.

그러나, 돌기의 개수가 너무 많은 경우에는 오히려 마그네틱 비드가 부착된 특정 세포조차 다량으로 상기 돌기 표면에 흡착되어 분리를 방해할 수도 있어 너무 많은 개수의 돌기는 바람직하지 않게 된다.

또한, 상기 관통 공(121)의 공간부(1211)를 형성하지 않는 부분을 통해 공기 중에 개방되는 면적이 줄게 되므로 공기 중에 전달되는 진동(바람, 소리)과 같은 것에 대해 방진의 효과가 있고, 증발의 경우 노출 면적이 줄어들어 증발을 지연시킬 수도 있게 된다.

특히, 상기 관통 공(121)의 공간부(1211)를 형성하지 않는 부분을 통해, 종래 제 2판(12)이 생성된 물방울의 상부를 잡고 있기 때문에 하부로 내려올 경우 모서리에 모여 있던 특정 세포 이외의 나머지들도 함께 붙어 내려오다가 제 1판(11)에 일부가 섞이게 되던 것을, 접촉되는 돌기 표면 자체가 매달린 물방울 형태의 세포 혼합액의 중, 하부를 잡아 줌으로써 상부에 아무런 영향을 주지 않고 하부의 세포들만 분리해 낼 수 있게 된다.

또한, 상기 관통 공(121)의 공간부(1211)를 형성하지 않은 부분으로, 상기 세포 혼합액이 주입되는 측면의 주위를 돌출 형성시킨 돌출부(122)는, 상기 세포 혼합액의 주입시 또는 물방울 형태의 세포 혼합액의 생성을 위한 상기 특정 세포 분리용 칩의 회전시 다른 곳으로 흐르는 것을 방지한다.

여기서, 상기 제 1판(110)과 제 2판(120)이 밀착되게 형성된 특정 세포 분 리용 칩에 세포 혼합액을 주입 수용하고 회전시켜 물방울 형태의 세포 혼합액으로 생성시킬 때, 경계 부분을 만들지 않으면 회전 도중에 떨어지거나 흘러서 다른 물방울들과 붙게 된다.

이로부터, 상기 제 1판(110)의 세포 혼합액 수용 경계 띠(111)나 수용면과 같은 경계 부분을 만들어 사용자가 해당 위치에 세포 혼합액을 주입하도록 하는 표시와 회전 도중에 물방울 형태의 세포 혼합액의 위치 이탈을 막아주게 된다.

이때, 상기 경계 부분은 친수성인 세포 혼합액을 사용하게 되는 경우 소수성 물질 중에 세포에 저해가 되지 않는 물질로 형성시키는데, 이 발명의 실시 예에서는 실리콘 계열 중에 생체 적합성 특징을 가지고 있는 PDMS 물질을 사용한다.

상기 PDMS는 소수성의 폴리머가 가지고 있는 특성상 도장을 찍듯이 경계 면을 형성시켜도 액상이 굳으면서 정확한 경계 면의 크기를 만들어 내기 어려울 때는 약간의 홈을 형성하여 홈 내부에 도장을 찍어 경계면을 확실하게 형성시킬 수도 있다.

또한, 상기 제 2판(120)이 친수성 물질이면, 상기 관통 공(121)의 공간부(1211)를 형성하는 부분을 소수성 물질로 코팅하고, 상기 제 2판(120)이 소수성 물질이면, 상기 관통 공(121)의 공간부를 형성하지 않은 부분을 친수성 물질로 코팅하여, 주입된 상기 세포 혼합액이 상기 제 1판(110)의 세포 혼합액 수용부와 상기 제 2판(120)의 관통 공(121)의 공간부(1211)를 형성하지 않은 부분에만 흡착되도록 한다.

상기 자력 인가 수단으로서 사용되는 자석(130)은, 상기 특정 세포 분리용 칩의 제 1판(110)의 타 측면에 설치되어, 상기 특정 세포 분리용 칩 회전부(140)의 회전에 의해 생성된 물방울 형태의 세포 혼합액의 상부에 자력을 인가한다.

이 발명의 실시 예에서는, 자석(130)을 모듈로 처리하고 슬라이딩 방식으로 간단하게 장착시키도록 하여, 종래 제 1판(11)의 돌기 내부에 각각 끼워 결합시키는 것에 대해, 시료의 특성이나 양에 따라 교체도 용이하게 된다.

이러한 상기 자석(130)은 영구자석이나 전자석 또는 외부 자력 인가에 의해 자성을 띨 수 있는 자성체 등으로 필요에 따라 선택되어질 수 있다.

상기 특정 세포 분리용 칩 회전부(140)는, 상기 특정 세포 분리용 칩을 구성하는 제 1판(110)과 제 2판(120)을 서로 상하가 바꿔지도록 회전시켜, 상기 세포 혼합액 수용부에 수용된 세포 혼합액을 물방울 형태의 세포 혼합액으로 생성시킨다.

상기 제 2판 이동수단(150)은, 상기 제 2판(120)의 일 측단이나 양 측단 또는 하측면에 결합되어, 상기 제어부(170)의 제어에 의해 상기 제 2판(120)을 상기 제 1판(110)으로부터 멀어지게 이동시켜, 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 상부로 특정 세포가 이동하면서 이와 함께 중력에 의해 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 하부로 이동되어 상기 관통 공(121)의 공간부(1211)를 형성하지 않은 부분에 흡착된 특정 세포를 제외한 나머지를 상기 특정 세포로부터 완전히 분리시킨다.

상기 챔버(160)는, 생성된 물방울 형태의 세포 혼합액을 외부의 영향으로부터 보호하는 내부 공간을 형성하는 것으로, 대부분의 세포가 4℃의 수용액에서 분리가 이루어져야 좋기 때문에 온도의 상승을 초래하게 될 원인들을 배제시켜 주는 것이 바람직하며, 이를 위해 내부적으로 온도 쿨링 장치(도면에 도시하지 않음)를 설치할 수 있다. 또한, 습도 및 O₂, CO₂와 같은 생체 가스의 유입을 조절하여 상기 세포가 생존하는데 최적의 환경을 유지시키도록 한다.

상기 제어부(170)는, 상기 특정 세포 분리용 칩의 제 1판(110)과 제 2판(120)을 서로 상하가 바꿔지도록 회전시켜, 상기 세포 혼합액 수용부에 수용된 세포 혼합액을 물방울 형태의 세포 혼합액으로 생성시키도록 상기 특정 세포 분리용 칩 회전부(140)의 회전을 제어하고, 상기 자석(130)에서 자력을 인가하여 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 상부로 특정 세포가 이동하면서 이와 함께 중력에 의해 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 하부로 이동되어 상기 관통 공(121)의 공간부(1211)를 형성하지 않은 부분에 흡착된 특정 세포를 제외한 나머지가 상기 특정 세포로부터 완전히 분리되도록 상기 제 1판(110)으로부터 제 2판(120)이 이탈되게 이동시키는 제 2판 이동 수단(150)의 이동을 제어하는 한편으로, 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 온도 유지, 습도 및 생체 가스 유입 등의 조절을 통해 상기 챔버(160) 내부를 최적 환경으로 유지시키게 제어한다.

도 4는 도 3의 장치에서 특정 세포 분리용 칩을 중심으로 물방울 형태의 세포 혼합액으로부터 특정 세포를 분리하는 과정을 도시한 것으로, 먼저, 8개의 지정된 경계 띠를 갖는 제 1판의 상부에 상기 경계 띠에 대응하는 위치와 크기를 갖는 직경으로 형성된 관통 공을 구비한 제 2판을 서로 포개어지게 밀착시켜 놓은 상태에서 하부에 모듈 처리된 자석을 슬라이드 방식으로 포개어 놓고(1, 2) 사용자에 의해 미리 준비된 세포 수용액을 상기 8개의 지정된 경계 띠 내부에 주입 수용시킨 다.(3)

다음으로, 상기 경계 띠에 각각 세포 혼합액이 주입 수용된 상태에서, 세포 혼합액이 중력 방향을 향하도록 뒤집어 준 후(4) 자력을 가하면서 일정 시간이 지나면(5) 상기 제 1판에서 제 2판을 기계적으로 이격시킴과 동시에 제 1판과 제 2판에 남아 있는 각각의 세포액을 피펫이나 펌프와 같은 흡입 도구로 채취한다.(6)

상기와 같은 구성을 갖는 이 발명의 실시 예에 따른 세포 분리 장치를 사용하여 특정 세포를 분리하는 과정을 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 6a에 도시되어 있는 바와 같이, 하부에 자석(130)을 구비한 상기 제 1판(110)의 상부에 밀착되게 놓여진 제 2판(120)의 관통 공(121)에 분리하고자 하는 마그네틱 비드가 부착된 특정 세포가 혼합된 세포 혼합액을 주입 수용시킨다.

이 경우, 상기 관통 공(121)의 공간부(1211)와 세포 혼합액 수용 경계 띠(114)의 바깥쪽에는 세포 혼합액이 모여 있지 않게 제 1판(110)과 제 2판(120)이 만나는 인접 부분을 제거하여, 최초에 세포 혼합액을 주입 수용할 때 종래 모서리 부분에 모여서 흡착하게 되는 가능성을 배제시킴으로써 분리 및 채취 과정에서의 분리 효율이 낮아지는 것을 방지하게된다.

다음으로, 도 6b에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 제어부(170)의 제어에 의해, 상기 특정 세포 분리용 칩 회전부(140)를 회전시켜 상기 제 1판(110)과 제 2판(120)이 뒤집어지게 하여 상기 세포 혼합액 수용부 내에 주입 수용되어 있는 세포 혼합액을 물방울 형태의 세포 혼합액으로 생성시킨다.

상기 물방울 형태로 생성된 세포 혼합액의 상부에 상기 자석(130)에서 자력이 인가되면서 상기 마그네틱 비드가 결합된 특정 세포를 제 1판(110)으로 이동시키고, 특정 세포 이외의 나머지들은 중력에 의해 상기 세포 혼합액의 하부로 이동시켜 제 2판(120)의 관통 공(121)에 공간부(1211)를 형성하지 않은 부분에 흡착되면서 물방울 형태의 세포 혼합액 내부에서 분리가 일어난다.

이 경우, 상기 물방울 형태의 세포 혼합액에 인가되는 자력의 세기는 상기 마그네틱 비드가 결합되어 있는 특정 세포에 작용하는 중력의 크기를 극복할 수 있을 정도의 크기이다.

다음으로, 도 6c에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 제어부(170)의 제어에 의해, 상기 제 2판(120) 쪽으로 이동된 특정 세포 이외의 나머지를 특정 세포로부터 완전히 분리되게 제 2판(120)을 제 1판(110)에서 떨어지도록 상기 제 2판 이동 수단(150)을 이동시킨다.

여기서, 종래 주입 수용되는 세포 혼합액이 제 2판(12)에 흡착되거나 모서리 부분에 많이 모여 있던 것과 달리, 비록 제 2판(120)에만 일부 흡착되어 있다고 하더라도 중, 하부에 위치하는 것으로부터 특정 세포가 위치하는 곳으로 이동하지 않거나 이동하더라도 그 양은 매우 적게 된다.

이 경우, 상기 제 1판(110)에 남아있는 세포액(positive fraction) 중에 필요로 하는 세포(마그네틱 비드가 부착된 특정 세포로 자석에 끌려오는 것, 흔히 positive 라고 함)도 있지만, 그렇지 않은 세포(마그네틱 비드가 부착되어 있지 않는 특정 세포 이외의 나머지, 흔히 negative 라고 함)도 있을 수 있는데, 이러한 두 부류가 어느 정도의 상대적 비율로 서로가 존재해 있는 지로부터 분리 효율을 파악할 수 있다.

예를 들면, 상기 제 1판(110)에 모여진 세포액(positive fraction)에 존재하는 모든 세포 중에, 마그네틱 비드가 부착되어 있는 것(positive)의 상대적 비율(positive fraction에 100개의 세포가 존재하고 있을 때 그 중 negative들이 5개가 들어 있다면, 이 경우 positive는 95%로 존재해 있다고 함)을 나타내는 것이다.

그러면, 도 6d에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 제 2판(120)을 이동시켜 제 1판(110)쪽으로 이동한 특정 세포 이외의 나머지는 완전히 분리되어지므로, 이후 특정 세포를 채취하여 이용하게 된다.

또한, 상기 제어부(170)의 제어에 의해, 상기 챔버(160) 내부의 세포 혼합액 층의 온도를 4℃로 유지하고, 습도 및 O₂, CO₂와 같은 생체 가스의 유입을 조절하여 상기 세포가 생존하는데 최적의 환경을 유지시키도록 한다.

이 발명은 상기의 실시 예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 기재되는 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하고, 이러한 변형도 이 발명의 범위 내에 포함된다.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 이 발명의 물방울 형태의 세포 혼합액에 자력을 인가하여 세포를 분리하는 장치 및 방법에 의하면, 서로 포개어지는 두 개의 평판에 형성된 물방울 형태의 세포 혼합액에 자력을 인가하여 제 1판에 특 정 세포가 흡착되게 하는 한편, 이와 함께 중력에 의해 특정 세포 이외의 나머지가 흡착되어 있는 제 2판을 중력 방향으로 이동 분리시킨 후 상기 하나의 평판에 흡착되어 있는 특정 세포를 채취하는 과정에서, 제 1판에 자석을 용이하게 장착 및 수거할 수 있어 전체 작업 진행 시간이 절약되며, 제 1판과 제 2판을 별도로 장착하지 않고, 장착 후 재조정도 필요 없어 편리하며, 제 1판과 제 2판이 만나는 모서리 부분 제거로 분리하고자 하는 특정 세포의 분리 효율을 높일 수 있으며, 다수의 돌기에 의한 흡착 면적의 확대로 칩 두께를 현저히 감소시킬 수 있어 낮은 비용으로 제작 가능한 효과를 가져온다.

Claims

마그네틱 비드가 부착된 특정 세포가 혼합되어 있는 세포 혼합액이 수용되는 세포 혼합액 수용부를 일 측면에 구비하는 제 1판과, 상기 제 1판의 일 측면과 밀착된 상태로 상부에 설치하되, 상기 세포 혼합액 수용부에 대응하는 위치와 크기를 갖는 직경으로 형성된 관통 공을 구비한 제 2판으로 이루어지고, 상기 관통 공은 상기 세포 혼합액 수용부와 직접 접촉되지 않게 상기 세포 혼합액 수용부와 마주하는 측면의 직경을 확장시켜 공간부를 형성하여, 주입된 상기 세포 혼합액이 상기 제 1판의 세포 혼합액 수용부와 상기 제 2판의 관통 공의 공간부를 형성하지 않은 부분에만 흡착시키는 특정 세포 분리용 칩과;

상기 특정 세포 분리용 칩의 제 1판과 제 2판을 서로 상하가 바꿔지도록 회전시켜, 상기 세포 혼합액 수용부에 수용된 세포 혼합액을 물방울 형태의 세포 혼합액으로 생성시키는 특정 세포 분리용 칩 회전부;

상기 특정 세포 분리용 칩의 제 1판의 타 측면에 설치되어, 상기 특정 세포 분리용 칩 회전부의 회전에 의해 생성된 물방울 형태의 세포 혼합액의 상부에 자력을 인가하는 자력 인가 수단;

상기 자력 인가 수단에서 자력을 인가하여 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 상부로 특정 세포가 이동하면서 이와 함께 중력에 의해 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 하부로 이동되어 상기 관통 공의 공간부를 형성하지 않은 부분에 흡착된 특정 세포를 제외한 나머지가 상기 특정 세포로부터 완전히 분리되도록 상기 제 1판으로부터 제 2판이 이탈되게 이동시키는 제 2판 이동 수단; 및,

상기 특정 세포 분리용 칩 회전부의 회전과 제 2판 이동 수단의 이동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 혼합액 층에 자력을 인가하여 세포를 분리하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 1판이 친수성 물질이고, 상기 세포 혼합액 수용부가 상기 세포 혼합액이 수용되는 주위를 둘러싸면서 경계를 형성하는 소수성 물질의 경계 띠인 것을 특징으로 하는 세포 혼합액 층에 자력을 인가하여 세포를 분리하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 1판이 소수성 물질이고, 상기 세포 혼합액 수용부가 친수성 물질로 코팅하여 형성되는 수용 면인 것을 특징으로 하는 세포 혼합액 층에 자력을 인가하여 세포를 분리하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 2판이 친수성 물질이고, 상기 관통 공의 공간부를 형성하는 부분을 소수성 물질로 코팅한 것을 특징으로 하는 세포 혼합액 층에 자력을 인가하여 세포를 분리하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 2판이 소수성 물질이고, 상기 관통 공의 공간부를 형성하지 않은 부분을 친수성 물질로 코팅한 것을 특징으로 하는 세포 혼합액 층에 자력을 인가하여 세포를 분리하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 관통 공의 공간부를 형성하지 않은 부분은, 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 흡착 면적이 최대가 되도록 다수의 돌기 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 세포 혼합액 층에 자력을 인가하여 세포를 분리하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 관통 공의 공간부를 형성하지 않은 부분은, 상기 세포 혼합액의 주입시 또는 물방울 형태의 세포 혼합액의 생성을 위한 상기 특정 세포 분리용 칩의 회전시 다른 곳으로 흐르는 것을 방지하도록 상기 세포 혼합액이 주입되는 측면의 주 위를 돌출 형성시킨 돌출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 혼합액 층에 자력을 인가하여 세포를 분리하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제어부는, 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 온도 유지, 습도 및 생체 가스 유입 등의 조절을 통해 최적 환경을 유지시키게 제어하는 것을 특징으로 하는 세포 혼합액 층에 자력을 인가하여 세포를 분리하는 장치.
마그네틱 비드가 부착된 특정 세포가 혼합되어 있는 세포 혼합액이 수용되는 세포 혼합액 수용부를 일 측면에 갖는 제 1판에 밀착된 상태로 상기 일 측면 상부에 상기 세포 혼합액 수용부에 대응하는 위치와 크기를 갖는 직경의 관통 공이 형성된 제 2판이 설치되고, 상기 관통 공은 상기 세포 혼합액 수용부와 직접 접촉되지 않게 상기 세포 혼합액 수용부와 마주하는 측면의 직경을 일부분 확장시켜 공간부를 형성하여, 주입된 상기 세포 혼합액이 상기 제 1판의 세포 혼합액 수용부와 상기 제 2판의 관통 공의 공간부를 형성하지 않은 직경이 확장되지 않은 부분에만 흡착시킨 특정 세포 분리용 칩의 제 1판과 제 2판이 서로 상하가 바꿔지도록 회전시켜 상기 세포 혼합액을 물방울 형태의 세포 혼합액으로 생성시키는 단계와;

상기 단계에서 상기 세포 혼합액 수용부에 생성된 물방울 형태의 세포 혼합 액의 상부에 자력을 인가하여, 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 상부로 특정 세포가 이동하면서 이와 함께 중력에 의해 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 하부로 이동되어 상기 관통 공의 공간부를 형성하지 않은 부분에 흡착된 특정 세포를 제외한 나머지를, 상기 특정 세포 분리용 칩의 상기 제 1판으로부터 제 2판이 이탈되게 이동시켜 상기 물방울 형태의 세포 혼합액의 상부로 이동된 특정 세포와 완전히 분리시키는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세포 혼합액 층에 자력을 인가하여 세포를 분리하는 방법.