KR20070110581A - 칩 타입 세포 분리 장치 - Google Patents

Abstract

종래 마그네틱 캐리어가 부착된 특정세포가 혼합되어 있는 세포혼합액으로부터 필요로 하는 세포를 분리하는 과정에서 분리 효율이 높은 경우에는 분리 과정이 번거롭거나 또는 분리 과정이 간단한 경우에는 상대적으로 분리 효율이 낮았던 문제점이 있어 왔다.

이 발명은, 마그네틱 캐리어가 부착된 특정세포가 혼합되어 있는 세포혼합액이 위로 볼록한 형태로 수용되는 세포혼합액 수용부가 상면에 직경을 달리하여 다수 개 구비되는 하판부와, 상기 하판부의 상부에 마주하게 위치하며, 상기 세포혼합액 수용부에 수용된 세포혼합액이 하면의 홈에 흡착되게 하고, 상기 하면의 홈 중앙에 상기 세포혼합액이 잘 흡착되게 하는 흡착 돌기를 형성시킨 상판부 사이의 간격을 조절하여, 세포혼합액 층으로 형성 및 형성된 세포혼합액 층의 상판부에서 자력을 인가하면서 폭 조절과 해체를 통해 세포를 간편하고 효율 높게 분리하는 칩 타입 세포 분리 장치를 제공한다.

Description

칩 타입 세포 분리 장치{CHIP TYPE APPARATUS FOR SEPARATING CELLS FROM MIXTURE}

도 1은 이 발명의 실시 예에 따른 마그네틱 비드가 부착된 특정세포가 혼합되어 있는 세포혼합액 층에 자력을 인가하여 세포를 분리하는 칩 타입 장치의 분해 사시도이고,

도 2는 이 발명의 실시 예에 따른 세포 분리 장치에서 상판부와 하판부로 이루어지는 세포 분리 칩이 장착되지 않은 상태를 도시한 것이고,

도 3은 이 발명의 실시 예에 따른 칩 타입 세포 분리 장치에서 하판부에 세포혼합액이 수용된 상태를 도시한 것이고,

도 4는 도 3에서 하판부에 수용된 세포혼합액을 세포혼합액 층으로 형성시켜 세포를 분리하기 위해 상체로 하체를 덮어 결합시킨 상태를 도시한 것이고,

도 5 및 도 6은 도 4에서 결합된 칩 타입 세포 분리 장치에서 세포 분리 칩의 상판부와 하판부 단면의 한 예들을 도시한 것이고,

도 7 내지 도 10은 이 발명의 실시 예에 따른 칩 타입 세포 분리 장치에서 세포 분리할 때의 작동 관계 및 그 때의 세포혼합액 상태를 도시한 것이고,

도 11은 도 10의 과정 이후에 상체와 하체를 분리시켰을 때 상판부와 하판부 로 이루어지는 세포 분리 칩의 상태를 도시한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 이 발명의 실시 예에 따른 세포 분리용 칩을 장치

세포혼합액에서 자기적으로 세포를 분리하는 장치

11 : 상체 111, 211 : 상판부

112 : 세포혼합액 흡착부 113, 213 : 자석

114 : 상판부 고정수단 115 : 상부 하우징

12 : 하체 121, 221 : 하판부

122, 222', 222" : 세포혼합액 수용부 123 : 하판부 받침대

124 : 하판부 받침대 이동 다이얼

125, 125', 125" : 다이얼 회전 제한 스토퍼

126 : 하부 하우징 212 : 세포혼합액 흡착 홈

214 : 흡착 돌기 41 : 특정세포

42 : 마그네틱 비드

43 : 특정세포 이외의 나머지 세포들

이 발명은 세포를 분리하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마그네틱 캐리어(magnetic carrier)가 부착된 특정세포가 혼합되어 있는 세포혼합액에 자력을 인가하여 필요로 하는 세포를 분리하는 장치에 관한 것이다.

미국특허 제 6,602,422호(마이크로 컬럼 시스템)에서는, 작은 쇠구슬들이 적층되어 있는 컬럼(column) 내부에 마그네틱 캐리어로서 마그네틱 비드(magnetic bead)가 부착된 특정세포가 혼합된 세포혼합액을 중력 방향으로 넣으면서 외부 측면에서 자력을 인가하게 되면, 특정세포들은 자화된 쇠구슬 사이의 공극으로 이동하는 과정에서 흡착되고 특정 세포 이외의 나머지 세포들은 아래로 흘러내리게 되는데, 여기서 쇠구슬에 부착되어 분리된 특정세포들은 가해 주었던 자력을 제거한 후 버퍼 수용액을 흘려주어 수거한다.

그러나, 상기 컬럼형 세포 분리 장치를 사용하여 다양한 크기의 세포를 분리하는 경우에, 상기 쇠구슬 사이로 생성되는 공극의 크기가 세포의 이동을 방해할 수 있기 때문에 분리하고자 하는 특정세포의 흡착 정도나 크기와 같은 특성과 마그네틱 비드의 크기에 따라 사용되는 쇠구슬들의 크기도 그때마다 교체해 주어야만 한다.

또한, 상기 세포혼합액 내에 혼합되어 있는 세포들이 직접 쇠구슬 표면에 달라붙으면서 분리된 특정세포의 수거를 어렵게 할 수 있다.

더욱이, 세포들이 응집되면서 쇠구슬 사이의 공극이 막히는 현상을 제거하기 위해 분리 과정 중에 파이펫 등을 이용하여 주기적으로 균질화시켜 주어야 하는 번 거로움도 있게 된다.

한편, 미국특허 제 5,602,042호(혼합액에서 생체입자를 자기적으로 분리하는 방법 및 장치)에서는, 자석과 평판을 구비한 분리 수단을 밀폐된 용기에 채워진 혼합액 내부에 담근 상태에서 상하 및 회전 운동하면서 인가하는 자력에 의해 마그네틱 비드가 부착된 생체입자가 평판에 부착 분리되게 한다.

그러나, 상기 용기형 세포 분리 장치를 사용하여 분리하는 경우에, 상기 분리 수단을 혼합액으로부터 외부로 빼내는 과정에서 분리 수단의 하우징 측면에 붙어있던 다른 생체입자들도 평판으로 모여들어 분리 효율이 매우 낮아지게 된다.

또한, 밀폐된 용기에 혼합액을 채운 상태에서 분리하기 때문에 많은 양의 시료를 필요로 하여 비용이 많이 들어가고, 상하 및 회전 운동 메커니즘을 구현하는 분리 수단이 복잡해지며, 분리 수단의 하우징과 같은 노출 부분이 혼합액과 직접적으로 접촉되면서 혼합액의 오염 가능성이 높게 된다.

이로부터, 본 발명자 등에 의해 제안된 대한민국 특허출원 제 2004-25421호(물방울형 셀 서스펜션을 이용한 세포 분리 장치 및 방법)에서는, 마그네틱 비드가 부착된 특정세포가 포함되어 있는 세포혼합액을 물방울 형태의 세포혼합액으로 생성시키고, 여기에 자력을 인가하여 상부에 특정세포와 하부에 특정세포 이외의 나머지 세포들로 구분 지은 후, 버퍼 수용액만을 별도로 상기 물방울 형태의 세포혼합액에 추가 공급하여 하부의 특정세포 이외의 나머지 세포들을 중력에 의해 완전히 분리시킨 상태에서 특정세포만을 수거하게 하여 간단한 구조와 공정의 단순화를 실현하였다.

그러나, 상기 물방울 형태의 세포혼합액을 이용하여 세포를 분리하는 경우에, 세포혼합액을 물방울 형태로 형성시키는 장치와 과정이 복잡해지게 된다.

또한, 상기 물방울 형태의 세포혼합액의 하부가 매달려 공기에 노출된 상태이므로 미세한 주변 공기의 흐름에도 내부의 특정세포 이외의 나머지 세포들이 요동을 치게 되고, 더욱이 분리하고자 하는 특정세포 이외의 나머지 세포들을 제거하기 위해 버퍼 수용액을 추가 주입하는 과정에서 하부에 있던 특정세포 이외의 나머지 세포들 중 일부가 다시 상부의 특정세포 쪽으로 이동하여 분리 효율이 낮아지는 문제점이 있게 된다.

이로부터, 이 발명은 위의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상판부와 그 하부에 마주하게 위치하는 세포혼합액을 수용한 하판부의 간격을 조절하여 세포혼합액 층으로 형성 및 형성된 세포혼합액 층의 상판부에서 자력을 인가하면서 폭 조절과 해체를 통해 세포를 간편하고 효율 높게 분리하는 칩 타입 세포 분리 장치의 제공을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해 이 발명은, 마그네틱 캐리어가 부착된 특정세포가 혼합되어 있는 세포혼합액이 위로 볼록한 형태로 수용되는 세포혼합액 수용부가 상면에 직경을 달리하여 다수 개 구비되는 하판부와; 상기 하판부의 상부에 마 주하게 위치하며, 상기 세포혼합액 수용부에 수용된 세포혼합액이 하면의 홈에 흡착되게 하는 상판부; 상기 상판부의 상면에 위치하는 자력 인가수단; 및, 상기 상판부 또는 하판부에 결합되어 상기 상판부와 하판부의 간격이 좁아지게 또는 넓어지게 조절하는 상ㆍ하판부 간격 조절수단;을 포함하고, 상기 세포혼합액 수용부에 수용된 세포혼합액이 상기 상판부의 하면에 흡착되면서 세포혼합액 층으로 형성되도록 상기 상ㆍ하판부 간격 조절수단에서 상판부와 하판부의 간격이 좁아지게 조절하고, 상기에서 형성된 세포혼합액 층에 상기 자력 인가수단을 통해 인가되는 자력에 의해 상판부 측으로 이동된 특정세포와 중력에 의해 하판부 측으로 이동되어진 특정세포 이외의 나머지 세포들을, 세포혼합액 층이 해체되면서 각각 상판부의 하면과 하판부의 세포혼합액 수용부에 분리 위치되도록 상기 상ㆍ하판부 간격 조절수단에서 상판부와 하판부의 간격이 넓어지게 조절하는 것을 특징으로 하는 칩 타입 세포 분리 장치를 제공한다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위해 이 발명은, 마그네틱 캐리어가 부착된 특정세포가 혼합되어 있는 세포혼합액이 위로 볼록한 형태로 수용되는 세포혼합액 수용부가 상면에 구비되는 하판부와; 상기 하판부의 상부에 마주하게 위치하며, 상기 세포혼합액 수용부에 수용된 세포혼합액이 하면의 홈에 흡착되게 하고, 상기 하면의 홈 중앙에 상기 세포혼합액이 잘 흡착되게 하는 흡착 돌기를 형성시킨 상판부; 상기 상판부의 상면에 위치하는 자력 인가수단; 및, 상기 상판부 또는 하판부에 결합되어 상기 상판부와 하판부의 간격이 좁아지게 또는 넓어지게 조절하는 상ㆍ하판부 간격 조절수단;을 포함하고, 상기 세포혼합액 수용부에 수용된 세포혼 합액이 상기 상판부의 하면에 흡착되면서 세포혼합액 층으로 형성되도록 상기 상ㆍ하판부 간격 조절수단에서 상판부와 하판부의 간격이 좁아지게 조절하고, 상기에서 형성된 세포혼합액 층에 상기 자력 인가수단을 통해 인가되는 자력에 의해 상판부 측으로 이동된 특정세포와 중력에 의해 하판부 측으로 이동되어진 특정세포 이외의 나머지 세포들을, 세포혼합액 층이 해체되면서 각각 상판부의 하면과 하판부의 세포혼합액 수용부에 분리 위치되도록 상기 상ㆍ하판부 간격 조절수단에서 상판부와 하판부의 간격이 넓어지게 조절하는 것을 특징으로 하는 칩 타입 세포 분리 장치를 제공한다.

이하에서는, 이 발명의 바람직실시 예들을 첨부하는 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 이 발명의 실시 예에 따른 마그네틱 비드가 부착된 특정세포가 혼합되어 있는 세포혼합액 층에 자력을 인가하여 세포를 분리하는 칩 타입 장치의 분해 사시도이고, 도 2는 이 발명의 실시 예에 따른 세포 분리 장치에서 상판부와 하판부로 이루어지는 세포 분리 칩이 장착되지 않은 상태를 도시한 것이고, 도 3은 이 발명의 실시 예에 따른 칩 타입 세포 분리 장치에서 하판부에 세포혼합액이 수용된 상태를 도시한 것이고, 도 4는 도 3에서 하판부에 수용된 세포혼합액을 세포혼합액 층으로 형성시켜 세포를 분리하기 위해 상체로 하체를 덮어 결합시킨 상태를 도시한 것이고, 도 5 및 도 6은 도 4에서 결합된 칩 타입 세포 분리 장치에서 세포 분리 칩의 상판부와 하판부 단면의 한 예들을 도시한 것이다.

이 발명의 실시 예에 따른 세포 분리 장치(10)는, 도 1 내지 도 5에 도시되 어 있는 바와 같이, 상체(11)와 하체(12)로 이루어지는데, 세포혼합액이 수용된 하체(12) 위에 자력이 인가되는 상체(11)를 덮어 일체로 결합시킨 상태에서 세포를 분리하는 과정을 수행한다.

여기서, 상기 상판부(111)와 하판부(121)가 세포를 분리할 때마다 새로이 교체하면서 사용되는 경우를 고려하여, 상판부(111)와 하판부(121)로 이루어지는 세포 분리 칩과, 상기 세포 분리 칩의 상판부(111)와 하판부(121) 간격을 조절하면서 인가되는 자력에 의해 세포를 분리하게 조작하는 세포 분리 조작부로 구분할 수 있어 칩 타입 세포 분리 장치(10)라고도 한다.

상기 상체(11)는, 상판부(111)와, 상기 상판부(111)의 상면에 위치하여 자력을 인가하는 자석(113)과, 하측으로 개방되고 상기 상판부(111)와 자석(113)을 내부에 수용 설치하는 상부 하우징(115) 및 상기 상판부(111)를 상기 상부 하우징(115)에 고정시키는 상판부 고정수단(114)으로 이루어진다.

상기 상판부(111)는, 하면에 형성된 세포혼합액 흡착부(112)에 상기 하체(12)에 수용된 세포혼합액이 흡착되게 한다. 상기 상판부(111)는, 3㎜ 이내의 두께를 갖는 평평하고 투명한 칩 형태로 구현될 수 있다.

상기 세포혼합액 흡착부(112)는, 상기 상판부(111)가 생체 적합성 물질로서 예를 들면 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, polymethylmethacrylate), 폴리프로필렌 또는 폴리이미드와 같은 친수성 물질이면 홈을 형성시키거나 생체 적합성 물질 중에 예를 들면 폴리다이메틸실로세인(PDMS, polydimethylSiloxane)과 같은 소수성 물질로 링을 형성시킬 수 있다. 이 경우, 세포혼합액이 상기 홈의 내부에 흡착되 거나 세포혼합액이 흡착되는 주위를 상기 링으로 둘러싸면서 경계를 형성시킨다.

상기 자석(113)은, 상기 상부 하우징(115)의 내부에 수용된 상태로 고정 설치된다. 상기 자석(113)은, 세포혼합액 흡착부(112)에 자력이 집중적으로 인가되도록 상기 세포혼합액 흡착부(112)에 대응하게 위치시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 자석(113)의 크기는 상기 세포혼합액 흡착부(112)의 크기와 같거나 약간 작게 형성시키고, 자력이 충분하게 미치도록 세포혼합액 흡착부(112)의 두께를 3㎜ 이내인 상판부(111)보다 얇게 형성시킨다.

상기 자석(113)에서 인가되는 자력은, 상기 하체(12)에 수용된 세포혼합액의 마그네틱 비드가 부착된 특정세포를 상판부(111) 측으로 이동시키기 위해, 상기 특정세포에 작용하는 중력의 크기를 극복할 수 있을 정도 이상의 크기를 유지한다.

이 발명의 실시 예들에서는 상기 자석(113)으로 예를 들면 영구자석인 네오디윰을 사용하여 최소의 공간을 차지하면서도 대략 0.5T 정도의 상대적으로 강한 자력을 발생시키게 한다. 이로부터, 이 발명의 실시 예들에 따른 세포 분리 장치는 높은 분리 효율을 유지하면서 소형화를 실현할 수 있게 된다.

상기 상판부 고정수단(114)은, 상기 자석(113)과 상면이 마주하게 위치하는 상판부(111)를 상부 하우징(115)에 고정시킨다.

상기 하체(12)는, 하판부(121)와, 상기 하판부(121)가 안착된 상태에서 분리 과정을 수행하게 받쳐주는 하판부 받침대(123)와, 상기 하판부 받침대(123)를 상하로 이동시키게 회전하는 하판부 받침대 이동 다이얼(124) 및, 상측으로 개방되고 상기 하판부(121)와 하판부 받침대(123) 그리고 하판부 받침대 이동 다이 얼(124)을 내부에 수용 설치하는 하부 하우징(126)으로 이루어진다.

또한, 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)의 하부와 상기 하부 하우징(126)의 해당 부분에는 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)이 일정 범위 이상으로 회전하지 못하게 제한하는 다이얼 회전 제한 스토퍼(125)(125')(125")가 설치된다.

상기 하판부(121)는, 분리하고자 하는 세포혼합액이 상면에 구비된 세포혼합액 수용부(122)에서 위로 볼록한 형태로 수용되게 한다. 상기 하판부(121)는, 3㎜ 이내의 두께를 갖는 평평하고 투명한 칩 형태로 구현될 수 있으며, 이 경우 상기 상판부(111)와 한 세트의 세포 분리 칩을 이루어 1회용으로 사용되는 것이 바람직하다.

상기 세포혼합액 수용부(122)는, 원형 또는 이와 유사한 형태로, 상기 하판부(121)에 액체를 수평인 고체표면 위에 놓을 때 액체표면과 고체표면이 이루는 접촉각(angle of contact)이 90ㅀ내외 또는 그 이상으로 유지되도록, 표면을 코팅 처리하거나 홈을 형성시키고, 여기에 세포혼합액을 일정량 주입 수용하여 위로 볼록한 형태의 세포혼합액으로 형성시키게 한다.

여기서, 상기 세포혼합액 수용부(122)를 홈으로 형성하는 경우, 상기 하판부(121)가 친수성 물질이면 상기 홈의 외부로 세포혼합액이 흘러나가지 않아 별다른 처리가 없어도 되지만, 상기 하판부(121)가 소수성 물질이면 상기 홈의 내부를 친수성 물질로 코팅하여 세포혼합액이 잘 흡착되도록 한다.

상기 세포혼합액 수용부(122)는, 상기 상판부(111)의 세포혼합액 흡착 부(112)에 대응하여 위치되게 형성하여, 수용되는 세포혼합액이 상기 세포혼합액 흡착부(112)에 흡착되면서 층을 형성시킨다.

상기 층은 위쪽으로는 자력이 아래쪽으로는 중력이 작용하는 액체로 이루어진 공간을 형성시키고, 이 공간 안에서 마그네틱 비드가 부착된 특정세포와 이러한 특정세포 이외의 나머지 세포들이 서로 정 반대로 작용하는 힘에 의해 극명하게 분리될 수 있는 환경을 제공해 준다.

상기 세포혼합액 흡착부(112)와 세포혼합액 수용부(122) 사이에서 세포혼합액 층을 형성시켜 세포를 분리하는 경우에는, 세포혼합액을 동적 상태가 아닌 정적인 안정된 상태에서 상기 세포혼합액 흡착부(112)로 자력이 최대한 인가되면서 세포 분리 과정이 수행되므로 간편하면서도 분리 효율이 높게 되며, 또한 분리에 필요한 세포혼합액의 양만큼만 사용하면 되어 비용도 적게 든다.

이러한 세포혼합액 층을 형성하는 상기 상판부(111)의 세포혼합액 흡착부(112)와 상기 하판부(121)의 세포혼합액 수용부(122)는, 크기나 개수에 따라 분리하고자 하는 세포의 양을 결정할 수 있으며, 동시에 여러 종류의 세포 분리도 가능하여 상황에 적합한 세포 분리를 할 수 있게 된다.

그런데, 상기 세포혼합액 수용부(122)는, 수용되는 세포혼합액의 부피, 즉 면적이 증가하면 중력의 영향이 커지면서 접촉각이 작아진다.

이로부터, 이 발명의 실시 예들에서는 분리를 위해 세포혼합액 층의 폭을 대략 2~3㎜ 범위 내에서 유지하도록 상기 세포혼합액 수용부(122)의 직경을 대략 18㎜ 를 넘지 않게 하며 바람직하게는 14㎜로 하여 최적의 분리 환경을 유지시킨다.

상기 하판부 받침대(123)는, 상부에 상기 하판부(121)를 수용하는 홈을 형성하여 상기 하판부(121)가 상기 홈 내부에 안착된 상태에서 분리 과정을 수행하게 한다.

또한, 상기 하판부 받침대(123)는 상기 하부 하우징(126)의 내부에서 상하로 이동 가능하게 설치되며, 하부에 볼트 형태의 연결부를 형성하여 상기 볼트 형태의 연결부와 나사 결합되는 너트 형태의 연결부를 갖는 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)의 회전에 의해 상하로 이동하면서 상기 하판부(121)를 상하로 이동되게 한다.

상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)은, 상기 하부 하우징(126)의 전면 측에서 외부로 가장자리 일부를 노출시킨 상태에서, 상기 하판부 받침대(123)를 상하로 이동 가능하게 노출된 부분을 좌우로 회전시키도록 설치된다.

상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)이 좌우로 회전하면서 상기 하판부 받침대(123)를 상하로 이동시켜 하판부(121)의 상하 위치를 조절하는 것에 의해, 상기 세포혼합액 수용부(122)에 수용된 세포혼합액이 상기 세포혼합액 흡착부(112)에 흡착되어 상기 상판부(111)와 하판부(121) 사이에서 층을 형성시키거나 형성된 세포혼합액 층을 해체시킨다.

여기서, 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)에 상기 세포혼합액 층이 형성 및 해체되는 위치나 범위를 숫자나 문자 또는 색 등으로 표시하여 세포 분리 조작 과정을 간편하게 할 수 있다.

예를 들면, 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)의 가장자리에 왼쪽에서 오 른쪽으로 '1', '2' 및 '3'의 숫자를 표시하고, '1'의 경우에는 세포혼합액 층이 눌려진 상태를 의미하고, '2'의 경우에는 세포혼합액 층이 분리에 적당한 폭을 유지하는 상태를 의미하며, '3'의 경우에는 세포혼합액 층이 해체된 상태를 의미하는 것으로 할 수 있다.

이 발명의 실시 예에 따른 세포 분리 장치(10)에서는, 상기 세포혼합액 수용부(122)의 직경을 14㎜로 한 경우에 상기 상판부(111)와 하판부(121) 사이의 폭을 '1'인 경우에 2㎜, '2'인 경우에 2.5~3㎜ 및 '3'인 경우에 5~6㎜로 설정할 수 있다.

이로부터, 이 발명의 실시 예에 따른 세포 분리 장치(10)에서는, 상기 하판부 받침대(123)와 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)이, 세포혼합액 층의 형성과 형성된 세포혼합액 층의 폭을 조절 및 해체하는 과정을 수행하도록 상기 하판부(121)를 이동시켜 상기 상판부(111)와 하판부(121) 간격이 좁아지게 또는 넓어지게 조절하는 상ㆍ하판부 간격 조절수단의 기능을 수행한다.

상기 상판부(111)와 하판부(121)의 간격이 좁아지게 또는 넓어지게 조절하면서 세포혼합액 층을 형성 및 형성된 층을 해체시켜 세포를 분리하는 경우에는, 층 내부에서 중력과 자력에 의해 정해지는 세포들의 분포와 중력에 의해 정해지는 층의 형성 및 해체가 동시에 결정되므로 추가의 기기적인 접근 없이도 자연스럽게 분리를 도출해낼 수 있게 된다.

또한, 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124) 하부의 상기 다이얼 회전 제한 스토퍼(125)는, 상기 '1'과 '3'에 해당되는 위치에 돌기 형태로 형성된다.

그리고, 상기 하부 하우징(126) 바닥면의 다이얼 회전 제한 스토퍼(125')는, 상기 '1'이 상기 하부 하우징(126)의 전면 측에서 외부로 노출되게 위치할 때 '3'에 해당되는 상기 다이얼 회전 제한 스토퍼(125)와 맞닿으면서 더 이상의 회전을 할 수 없게 해당 위치에 돌기 형태로 설치되며, 또한 상기 '3'이 외부로 노출되게 위치할 때에도 '1'에 해당되는 상기 다이얼 회전 제한 스토퍼(125)와 맞닿으면서 더 이상의 회전을 할 수 없게 해당 위치에 돌기 형태로 설치된다.

따라서, 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)은 상기 다이얼 회전 제한 스토퍼(125)(125')에 의해 상기 '1'과 '3'의 범위 내에서만 회전되게 하여 별다른 주의를 기울이지 않고 간편하게 세포혼합액 층의 형성과 형성된 층을 해체시키는 과정을 수행할 수 있도록 한다.

상기 하부 하우징(126)은, 개방된 상측이 상부 하우징(115)의 개방된 하측과 일체로 결합되도록 형성된다. 상기 하부 하우징(126)의 테두리에는 돌출부를 형성시켜 상기 상부 하우징(115)과의 결합을 용이하게 할 수 있도록 한다.

상기 하부 하우징(126)과 상부 하우징(115)이 결합되면서 내부에 밀폐된 공간을 형성시켜 세포혼합액 층을 형성하는 주변의 수분 증발이나 온도 변화를 최소화하면서 세포가 분리과정 중에 생존하는 최적의 환경을 유지시킨다.

한편, 이 발명의 실시 예에 따른 세포 분리 장치(10)에서 분리된 특정세포에 필요로 하지 않는 특정세포 이외의 나머지 세포들이 함께 붙어 있는 경우에, 층을 유지시킨 상태에서 균질화 하는 과정을 통해 분리 제거하여 특정세포의 순도를 더욱 높일 수 있도록 한다.

상기의 균질화 과정을 수행할 때 층이 유지되는 범위 내에서만 하판부 받침대 이동 다이얼(124)이 회전하도록 다이얼 회전 제한 스토퍼(125")를 하부 하우징(126)의 전면 일 측에 설치한다.

상기 다이얼 회전 제한 스토퍼(125")는, 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동 위치할 수 있게 설치되어 상기 하부 하우징(126)의 전면 일 측에서 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동할 때, 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)이 위치한 방향으로 형성된 돌출 부분이 상기 하부 하우징(126)의 내부에서 좌우로 동시에 이동된다.

따라서, 상기 다이얼 회전 제한 스토퍼(125")를 왼쪽으로 이동 위치시키면, 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)이 상기 '2'가 노출되게 위치할 때 상기 '1'에 해당되는 상기 다이얼 회전 제한 스토퍼(125)를 돌출 부분으로 가로막아 더 이상 회전할 수 없게 되므로 세포혼합액 층을 유지하면서 신속 간편하게 균질화 과정을 수행할 수 있도록 한다.

그러나, 상기 다이얼 회전 제한 스토퍼(125")를 오른쪽으로 이동 위치시킨 경우에는 상기 '2'가 노출되게 위치할 때에도 상기 '1'에 해당되는 상기 다이얼 회전 제한 스토퍼(125)를 돌출 부분으로 가로 막지 않아 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)이 오른쪽으로 '3' 까지 회전할 수 있게 된다.

여기서, 이 발명의 실시 예에 따른 칩 타입 세포 분리 장치(10)를 사용하여 세포를 분리하는 과정에서 상판부로의 흡착을 넓고 고르게 되도록 하거나 또는 분리할 세포혼합액의 전체 용량을 조절할 수 있도록, 도 6에 도시되어 있는 바와 같은 형태로 상판부와 하판부를 형성시킬 수 있다.

상기 상판부(211)는, 하면의 세포 혼합액 흡착 홈(212)을 형성하여, 상기 세포혼합액 수용부(222' 222")에 수용된 세포혼합액이 여기에 흡착되게 한다.

상기 세포 혼합액 흡착 홈(212)이 형성된 상기 상판부(211)의 상면에 자석(213)을 설치하는데, 상기 자석(213)은 상기 상판부(211)의 다른 부분보다 두께가 얇게 형성되는 상기 세포 혼합액 흡착 홈(212)에 흡착되는 세포혼합액에 강한 자력이 미치도록 한다.

이로부터, 상기 상판부(211)의 세포 혼합액 흡착 홈(212)이 형성되는 부분은 얇을수록 세포 분리에 유리하며, 상판부(211) 전체의 두께도 얇을수록 좋게 된다.

또한, 상기 상판부(211)는 세포 혼합액 흡착 홈(212)의 중앙에 흡착 돌기(214)를 형성시킨다. 상기 흡착 돌기(214)는, 상기 세포 혼합액 흡착 홈(212)의 중앙에서 흡착 포인트를 조정하여 세포혼합액이 일 측으로 치우치지 않고 넓고 고르게 흡착되도록 한다.

이는 이 발명의 실시 예에 따른 칩 타입 세포 분리 장치(10)가, 하체(12)를 사용자의 손을 사용하여 상체(11)로 덮어 밀폐 결합시키도록 구성되어 있는 것으로부터, 상기 하체(12)에 상체(11)를 덮어 세포 혼합액 층을 이루는 순간에 재질이나 공기의 흐름 또는 흔들림 등으로 인해 상기 상판부(211)의 세포 혼합액 흡착 홈(212)의 중앙이 아닌 좌측이나 우측의 일 측으로 쏠리면서 흡착되는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기 하판부(221)는, 상기 세포혼합액이 위로 볼록한 형태로 수용되는 세포혼합액 수용부(222)가 상면에 같은 중심을 가지면서 직경을 달리하여 안쪽으로부터 차례로 직경이 커지게 2개(222', 222")를 형성시킬 수 있다. 예를 들면, 안쪽의 세포 혼합액 수용부(222")는 직경이 10-12㎜, 바깥쪽의 세포 혼합액 수용부(222')는 직경이 18-20㎜ 정도로 형성시킬 수 있다.

이로부터, 분리하고자 하는 세포 혼합액의 용량에 따라 선택하여 세포 분리 과정을 수행할 수 있게 된다.

상기와 같은 구성을 갖는 이 발명의 실시 예에 따른 세포 분리 장치(10)를 사용하여 세포를 분리하는 과정은 다음과 같다.

도 7 내지 도 10은 이 발명의 실시 예에 따른 칩 타입 세포 분리 장치에서 세포 분리할 때의 작동 관계 및 그 때의 세포혼합액 상태를 도시한 것이고, 도 11은 도 10의 과정 이후에 상체와 하체를 분리시켰을 때 상판부와 하판부로 이루어지는 세포 분리 칩의 상태를 도시한 것이다.

먼저, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 실시 예에 따른 세포 분리 장치(10)의 상체(11)를 하체(120)에서 분리시키고, 상기 하체(12)의 하판부(121)에 마그네틱 비드가 부착된 특정세포가 혼합되어 있는 세포 혼합액을, 예를 들면 직경이 14㎜ 인 세포혼합액 수용부(122)마다 500㎕ 를 주입 수용한다.

다음으로, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 하체(12)에 상체(11)를 덮어 일체로 결합시킨다. 여기서, 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 하체(12)의 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)을 상기 '1'이 외부로 노출되게 위치시킨 경우에는, 상기 '3'에 해당되는 상기 다이얼 회전 제한 스토퍼(125)와 상기 하부 하우징(126) 바닥 면에 설치된 상기 다이얼 회전 제한 스토퍼(125')가 맞닿으면서 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)을 더 이상 왼쪽으로 회전시킬 수 없게 된다.

이 경우, 상기 상판부(111)의 세포혼합액 흡착부(112)와 하판부(121)의 세포혼합액 수용부(122) 사이에서 특정세포와 그 이외의 나머지 세포들이 고르게 분포된 세포 혼합액 층이 눌려진 상태로 형성된다.

다음으로, 상기 '1'이 외부로 노출되게 위치시켰던 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)을 상기 '2'가 외부로 노출되게 오른쪽으로 회전시키면, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124) 하부에 설치된 다이얼 회전 제한 스토퍼(125)가 오른쪽으로 이동하지만 상기 하부 하우징(126) 바닥 면에 설치된 다이얼 회전 제한 스토퍼(125')와는 맞닿지 않게 된다.

이 경우, 상기 하판부(121)가 하부로 이동하면서 상판부(111)와의 간격이 넓어져 눌려진 상태의 세포 혼합액 층이 세포 분리에 적합한 폭을 갖는 층으로 형성된다.

그런데, 세포 분리하는 모든 경우에 상기 상판부(111)와 하판부(121) 사이에서 형성된 세포 혼합액 층의 폭을 일정하게 유지하는 것이 오히려 바람직하지 않은 경우도 있게 된다.

일반적으로, 조절되는 세포혼합액 층의 상하 폭을, 즉 상판부(111)와 하판부(121) 간격을 넓게 할수록 특정세포에 가해지는 자력과 특정세포 이외의 나머지에 가해지는 중력에 의해 세포의 분리를 확실하게 할 수 있다.

그러나, 세포혼합액 층이 형성되고 난 후 제조사마다 다른 마그네틱 비드의 성질(크기, 밀도, 자화 정도 등)을 모두 수용할 수 있는 호환성(범용성 확보)을 갖 게 하거나 또는 세포혼합액에 포함된 특정세포의 함유 정도(세포 농도)가 다르므로 분리하고자 하는 특정세포 자체의 특성에 적절하게 대처하거나 또는 사용되는 세포 분리용 칩으로 상판부(111)와 하판부(121)의 재질이 친수성(hydrophilic)인가 소수성(hydrophobic)인가에 따라 흡착 정도가 달라지는 것을 조절하기 위해서도 상판부(111)와 하판부(121)의 간격을 조절하여 필요로 하는 세포의 분리를 최적의 상태로 유지시켜야 한다.

이로부터, 상기에서 형성된 세포혼합액 층의 폭을 조금 더 넓히는 것이 최적의 세포 분리 상태를 유지한다고 가정하면, 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)을 상기 '2'가 외부로 노출되는 경우보다 조금 오른쪽으로 회전시켜 상기 하판부(121)가 도 8의 경우보다 하부로 조금 더 이동되게 한다.

이 경우, 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124) 하부에 설치된 다이얼 회전 제한 스토퍼(125)가 오른쪽으로 조금 더 이동하지만 상기 하부 하우징(126) 바닥 면에 설치된 다이얼 회전 제한 스토퍼(125')와는 맞닿지 않게 된다.

이 후에, 상기에서 최적의 폭을 유지하는 세포혼합액 층의 상판부(111) 상면에서 자석(113)을 통해 자력을 인가하면서 7~15분간 그 상태를 유지하면 세포 혼합액 층의 상판부(111) 측으로 특정세포가 이동되면서, 동시에 중력에 의해 특정세포 이외의 나머지 세포들도 세포 혼합액 층의 하판부(121) 측으로 이동된다.

마지막으로, 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)을 상기 '3'이 외부로 노출되게 오른쪽으로 회전시키면, 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 '1'에 해 당되는 상기 다이얼 회전 제한 스토퍼(125)가 오른쪽으로 이동하면서 상기 하부 하우징(126) 바닥 면에 설치된 해당 다이얼 회전 제한 스토퍼(125')와 맞닿아 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)의 회전을 제한한다.

이 경우, 상기 하판부(121)가 하부로 완전히 이동하면서 세포혼합액 층을 해체시켜, 상기 상판부(111)에는 특정세포가 상기 하판부(121)에는 특정세포 이외의 나머지 세포들이 각각 분리 위치되게 한다.

따라서, 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)은 상기 다이얼 회전 제한 스토퍼(125)(125')에 의해 상기 '1'과 '3'의 범위 내에서만 회전하면서 간편하게 세포혼합액 층의 형성과 형성된 층의 폭을 조절 및 해체시키면서 세포를 분리하는 과정을 수행한다.

그러면, 도 11에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 상체(11)의 상판부(111)와 상기 하체(12)의 하판부(121)에는 각각 특정세포와 특정세포 이외의 나머지 세포들로 분리되고, 이후 필요로 하는 세포들을 수거하여 이용하게 된다.

여기서, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 하체(12)에 상체(11)를 덮어 일체로 결합시킬 때, 상기 하체(12)의 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)을 상기 '2' 또는 '3'이 외부로 노출되게 위치시키고, 상기 하판부 받침대 이동 다이얼(124)을 좌우로 돌리면서 세포혼합액 층을 유지 또는 형성시켜도 좋다.

이 발명의 실시 예에 따른 세포 분리 장치(10)는, 조작이 간단하고 크기도 작게 할 수 있어 휴대 가능하며, 4℃를 유지해야하는 특정세포 분리의 경우 별도의 장소로 이동 혹은 추가의 냉각기기 없이 냉장고에 넣고 분리할 수 있어 간편하다.

상기와 같은 이 발명의 실시 예에 따른 세포혼합액으로부터 세포를 분리하는 과정을 실험한 내용은 다음과 같다.

먼저, 골수세포를 플러싱하여 얻어진 세포 혼합액을 마그네틱 비드 레이블링하여 준비한다. 각각의 항체에 대한 세포 혼합액으로부터 특정 세포를 분리하기 위해 사용된 세포 혼합액의 농도는 10⁷개/㎕이며, 온도에 대한 영향을 배제시키기 위해 세포 분리 과정을 4℃의 저온실에서 실시한다.

여기서, 이 발명의 실시 예에 따른 칩 타입 세포 분리 장치(10)의 경우에는, 상체와 하체가 일체로 결합되면서 내부에 밀폐된 공간을 형성시키고, 세포혼합액을 세포혼합액 수용부에 수용시킨 후 추가의 조작이나 저온실 없이도 4℃ 내외의 온도로 유지되는 냉장고 등에서 7~15분간 놓아둔 상태에서 하판부 이동 다이얼을 '3'의 위치에 두는 것으로 분리 과정이 모두 완료되어 매우 편리하게 된다.

분리된 특정 세포를 포지티브(Positive)로 하고, 특정 세포 이외 나머지 세포들을 네거티브(Negative)라고 정의했을 때, 여러 가지 다른 항체를 사용하여 얻은 포지티브 분리 효율 결과는 다음과 같다.

또한, 분리된 특정 세포 이외에 나머지 세포, 즉 네거티브(Negative)를 수집한 후, 분리 에러 율(Error ratio, 포지티브가 제대로 분리되지 않은 채 네거티브에 남아있는 비율)을 확인한 결과는 다음과 같다.

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

이 발명의 실시 예에 따른 칩 타입 세포 분리 장치에서는, 사용자의 직접적인 조작에 의해 상판부 또는 하판부를 이동시켜 세포혼합액 층의 형성과 형성된 층의 폭을 조절 및 해체시키도록 하고 있지만, 사용자의 직접적인 조작 대신에 모터와 같은 구동 수단과 이를 프로그램에 의해 제어하는 마이크로프로세서를 사용하여 미리 설정된 내용으로의 자동 조작도 가능하다.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 이 발명의 칩 타입 세포 분리 장치에 의하면, 상판부와 세포혼합액을 수용하는 하판부로 이루어지는 세포 분리 칩의 상하 간격을 조절하여 세포혼합액 층으로 형성 및 형성된 세포혼합액 층의 폭 조절과 해체하는 과정을 통해 필요로 하는 세포를 분리함으로써, 크기에 제한 없이 모든 세포의 분리를 하나의 세포 분리 칩으로 할 수 있고, 분리 과정도 파이펫팅이나 회전 또는 버퍼 수용액 주입과 같은 별도의 추가 공정 없이 간편하게 수행할 수 있으며, 상대적으로 강한 자력을 세포에 노출시키면서 분리 조건에 따라 세포혼합액 층의 폭을 조절하여 분리 효율을 최대로 높이는 효과가 있게 된다.

Claims (2)

1. 마그네틱 캐리어가 부착된 특정세포가 혼합되어 있는 세포혼합액이 위로 볼록한 형태로 수용되는 세포혼합액 수용부가 상면에 직경을 달리하여 다수 개 구비되는 하판부와;

   상기 하판부의 상부에 마주하게 위치하며, 상기 세포혼합액 수용부에 수용된 세포혼합액이 하면의 홈에 흡착되게 하는 상판부;

   상기 상판부의 상면에 위치하는 자력 인가수단; 및,

   상기 상판부 또는 하판부에 결합되어 상기 상판부와 하판부의 간격이 좁아지게 또는 넓어지게 조절하는 상ㆍ하판부 간격 조절수단;을 포함하고,

   상기 세포혼합액 수용부에 수용된 세포혼합액이 상기 상판부의 하면에 흡착되면서 세포혼합액 층으로 형성되도록 상기 상ㆍ하판부 간격 조절수단에서 상판부와 하판부의 간격이 좁아지게 조절하고,

   상기에서 형성된 세포혼합액 층에 상기 자력 인가수단을 통해 인가되는 자력에 의해 상판부 측으로 이동된 특정세포와 중력에 의해 하판부 측으로 이동되어진 특정세포 이외의 나머지 세포들을, 세포혼합액 층이 해체되면서 각각 상판부의 하면과 하판부의 세포혼합액 수용부에 분리 위치되도록 상기 상ㆍ하판부 간격 조절수단에서 상판부와 하판부의 간격이 넓어지게 조절하는 것을 특징으로 하는 칩 타입세포 분리 장치.
2. 마그네틱 캐리어가 부착된 특정세포가 혼합되어 있는 세포혼합액이 위로 볼록한 형태로 수용되는 세포혼합액 수용부가 상면에 구비되는 하판부와;

   상기 하판부의 상부에 마주하게 위치하며, 상기 세포혼합액 수용부에 수용된 세포혼합액이 하면의 홈에 흡착되게 하고, 상기 하면의 홈 중앙에 상기 세포혼합액이 잘 흡착되게 하는 흡착 돌기를 형성시킨 상판부;

   상기 상판부의 상면에 위치하는 자력 인가수단; 및,

   상기 상판부 또는 하판부에 결합되어 상기 상판부와 하판부의 간격이 좁아지게 또는 넓어지게 조절하는 상ㆍ하판부 간격 조절수단;을 포함하고,

   상기 세포혼합액 수용부에 수용된 세포혼합액이 상기 상판부의 하면에 흡착되면서 세포혼합액 층으로 형성되도록 상기 상ㆍ하판부 간격 조절수단에서 상판부와 하판부의 간격이 좁아지게 조절하고,

   상기에서 형성된 세포혼합액 층에 상기 자력 인가수단을 통해 인가되는 자력에 의해 상판부 측으로 이동된 특정세포와 중력에 의해 하판부 측으로 이동되어진 특정세포 이외의 나머지 세포들을, 세포혼합액 층이 해체되면서 각각 상판부의 하면과 하판부의 세포혼합액 수용부에 분리 위치되도록 상기 상ㆍ하판부 간격 조절수단에서 상판부와 하판부의 간격이 넓어지게 조절하는 것을 특징으로 하는 칩 타입 세포 분리 장치.

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