KR20070116585A - 패턴화된 포스트를 갖는 마이크로채널을 이용하는 세포분리법 - Google Patents

Abstract

체액 또는 다른 액체 시료로부터 세포를 분리하거나 또는 단리하는 마이크로흐름 기구(11, 71)가 직선 흐름이 횡방향 포스트(23,81)의 패턴에 의해 방해되는 유로를 이용한다. 포스트는 유로 내 연장된 채취 챔버 영역(17, 75)의 폭을 가로질러 위치하고, 이의 상부 및 하부 사이에서 연장된다; 이는 직선 표면을 가지고, 횡단면이 만곡되어 있고, 예를 들어, 원형 또는 물방울형상이고, 그리고 유선형 흐름을 혼란시키기 위해 랜덤으로 배열되어 있다. 기구가 배향되어 이의 하부 표면이 수평에 대해 약 45°로 정렬되어 있다. 친수성 코팅, 바람직하게는 아이소시아네이트 모이어티를 함유하는 삼투 하이드로겔을 통해 채취 영역의 표면에 부착되는 항체와 같은 격리제는 액체 시료의 잔여물을 수평으로 배출하면서 세포 또는 다른 표적 생체분자를 포획하는 데 매우 효과적이다.

격리제, 항체, 세포 분리, 장치, 유로

Description

패턴화된 포스트를 갖는 마이크로채널을 이용하는 세포 분리법{CELL SEPARATION USING MICROCHANNEL HAVING PATTERNED POSTS}

이 발명은 공급 액체로부터 표적 생체분자의 분리 또는 단리(單離)에 관한 것이고, 더 특히 체액 등으로부터 원하는 표적 인간 세포를 분리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

기초 과학 연구용뿐 아니라 질병의 진단 및 치료, 예를 들어, 유전자 치료법에서의 이용을 위한 단리된 세포 집단에 대한 수요가 증가하고 있기 때문에, 이질성 세포 집단으로부터 희귀 세포의 효과적인 단리 및 채취가 높은 관심으로 남아있다. 예를 들어, 암 세포와 같은 병리학적으로 변화된 세포를 거대한 정상 세포 집단으로부터 분리할 수 있고, 청정화된 세포 집단을 환자에게 다시 이식할 수 있다.

세포 분리는 생물 의학 및 임상 개발에 있어 급격하게 성장하는 영역이고, 그리고 복합 집단으로부터 원하는 세포 서브셋의 개선된 분리 방법이 광범위한 연구 및 상대적으로 일정하고 규정된 특성을 갖는 세포의 이용을 가능케 할 것이다. 세포 분리는 또한 예를 들어, 표적되는 세포 집단에 대한 약물 또는 치료의 효과를 결정하고, 생물학적 경로를 조사하며, 형질변환 또는 기타 변경된 세포 집단을 단리하고 연구하는 등의 조사에서 널리 이용된다. 현존하는 임상 용도에는 예를 들 어, 혈액 세포의 재구성을 위한 조혈성 줄기 세포의 단리가 포함되고, 특히 파괴성(ablative) 화학요법 및 방사선 치료법과 병용한다.

공개된 미국 특허 출원 제2004/038315호는 방출 가능한 연결자를 모세관의 내부 내강면(luminal surface)에 부착하고, 원하는 결합 세포가 분해 시약을 통해 후속적으로 방출되고 회수된다. 미국 공개된 특허 출원 제2002/132316호는 마이크로채널 기구를 이용하여 이동 광 경사장의 이용을 통해 세포 집단을 분리한다. 미국 특허 제6,074,827호는 전기영동을 이용하여 시료로부터 특정 핵산을 분리하고 확인하는 "농축(enrichment) 채널"을 가지도록 구성되는 미세유체 기구의 이용을 개시한다. 또한 원하는 표적 생체재료를 유지하기 위한 항체 또는 기타 결합 조각의 선택적인 이용을 언급한다. 미국 특허 제6,432,630호는 선택적인 편향이 사용되는 채널을 통하여 생체입자를 함유하는 유체의 흐름을 유도하는 미세흐름 시스템을 개시하고, 이는 이러한 시스템을 이용하여 모 혈액 시료로부터 태아 세포를 분리할 수 있음을 나타낸다.

미국 특허 제6,454,924호는 분석물-함유 액체가 포획제가 부착되는 정상(atop) 기립 기둥에 배치된 시료 표면을 지나 일반적으로 하향으로 흐르도록 하고, 이러한 기둥의 측면이 이들이 규정하는 채널 내 흐름을 용이하게 하기 위해 소수성이 되는, 미세유체 기구를 개시한다.

K. Takahashi et al., J. Nanobiotechnologv , 2, 5 (13 June 2004) (6 pp)는 다중 미세유체 주입구 통로가 유리 판에 결합하는 PDMS 판(포토레지스트 에폭시 수지 내에서 생성된 마스터 몰드에서 제조)로 만들어진 중앙 세포-분류 영역으로 통 하는 온-칩(on-chip) 세포 분류 시스템을 개시한다. 한천(agar) 겔 전극이 PDMS 판 내에 제공되며, 이로써 원하지 않는 세포가 합류가 이루어지는 짧은 세포-분류 영역을 통해 흐르는 동안, 원하지 않는 세포를 사용된 완충액의 평행, 연속적인 류로 향하게 해주는 정전기력이 제공되어, 원하지 않는 세포의 분리가 용이해진다. 큰 먼지 입자를 물리적으로 잡기 위한 포스트를 이용하는 예비-여과기 또한 보여준다. 공개된 국제 출원 WO 2004/029221는 모 RBC의 선택적인 용해에 의해 모 혈액으로부터 태아 RBC를 분리하는 것과 같은, 세포 분리를 위해 이용될 수 있는 유사하게 구성된 미세유체 기구를 개시한다. 세포를 함유하는 시료가 전체 세포를 분리하는 미세유체 채널 기구 내로 도입될 수 있다; 이는 복수의 원통형 장애물을 함유하고; 장애물의 표면이 이에 적합하게 결합한, 시료 내 세포에 결합될 모이어티, 예를 들어, 항체를 갖는다. 미국 특허 제5,637,469호는 100 마이크론 이하 깊이의 복수의 채널을 갖는 미세유체 기구를 개시하고, 여기서 항체와 같은 결합 모이어티가 표면상에 고정되어 관심 생체분자를 포획하며, 이로써 인시투(in situ) 분석이 가능하다. 미국 특허 제5,147,607호는 샌드위치 분석법과 같은 면역 분석법을 수행하기 위한 기구의 이용을 교시하고, 여기서 항체가 마이크로채널 내에서 결집된다. 채널의 하부 표면으로부터 상향으로 연장되고, 항체가 고정되는 돌출부의 그룹을 함유하는 마이크로채널 내에 함요된(recessed) 영역이 제공될 수 있다.

전술한, 간단하게 기술된 참고 문헌은 체액 등으로부터 세포 또는 다른 생체재료를 단리하기 위한 개선된 분리 방법에 대한 연구가 계속되고 있음에 대한 증거를 제공한다.

발명의 개요

본 발명은 상대적으로 소량의 체액 등으로부터 희귀 세포 또는 다른 표적 생체분자를 회수하기 위한 하나 이상 특별하게 구성된 마이크로채널 기구가 통합되는 미세흐름 장치를 제공한다. 이러한 기구는 채취 영역에서 복수의 횡방향 고정된 포스트가 통합되는 채널-유사 유로로 이루어지는 기재를 이용하여 구성된다; 이 포스트는 기재와 결합하고, 채널의 상부 및 하부 표면 사이로 연장된다. 이 포스트는 특별한 불규칙 배열 패턴으로 배열되어 이를 통과하는 직선 흐름을 혼란시키고, 그리고 중요하게는 배열을 지나는 규칙 유선형 흐름을 파괴함으로써, 포스트와의 충돌을 보장하고, 이 유로를 따라 채취 영역을 지나 흐르는 것을 유발하는 체액 또는 다른 액체 내 소용돌이 및 역류를 촉진한다. 포스트의 크기, 예를 들어, 횡단면 직경이 변화한다. 원하는 표적 생체분자를 포획하기 위해 선택되어 마이크로채널의 채취 영역 이내에서 이를 채취하는 격리제가 적절하게는 전체 채취 영역에 걸쳐 횡방향 포스트의 표면 및 모든 다른 표면에 부착된다. 바람직하게는 공급 웰(well)이 채취 영역에 이르는 마이크로채널의 상류 위치에 제공된다. 수평에 대해 경사지도록 미세흐름 장치를 배향함으로써, 중력에 의해 생성된 힘 벡터의 결과로서 더 완벽한 세포 분리가 달성될 수 있음이 발견되었다.

하나의 특별한 측면에서, 본 발명은 체액 또는 다른 액체의 시료로부터 세포와 같은 생체분자를 분리하는 방법을 제공하고, 이 방법은 표적 생체분자를 함유하는 이러한 시료를 미세흐름 장치 내에서 주입구에서 배출구까지 유로를 따라 하류로 흐르도록 하는 단계로서, 이 유로는 연장된 횡단면을 갖는 채취 영역을 포함하는 마이크로채널 배열을 포함하고, 상기 유로 채취 영역이 수평선에 대해 약 30° 내지 약 60°의 각도로 정렬되도록 기구를 배향하는 단계, (a) 상기 채취 영역에 위치하는 복수의 분리기 포스트로 이러한 흐름을 차단함으로써, 상기 채취 영역을 통하는 액체의 직선 흐름을 방해하는 단계로서, 이 포스트는 상기 마이크로채널의 상부 또는 하부 표면과 결합하고 이로부터 이의 반대면까지 연장하고, 상기 포스트는 상기 유로에 대해 횡방향으로 연장하고, 상기 채취 영역을 측면으로 가로질러 연장하고 이를 통과하는 직선 흐름과 유선형 흐름을 방지하는 불규칙 패턴으로 위치하고, 그리고 상기 채취 영역의 모든 면은 이곳에 운반된 격리제를 갖는 상기 포스트를 포함하는 단계, 및 (b) 상기 불규칙한 포스트 및 중력에 의한 힘 벡터에 의해 흐름이 혼란됨으로써, 격리제에 표적 생체분자를 결합시킴으로써 채취 영역 내 표면상 흐르는 액체 시료에서 발견되는 표적 생체분자를 포획하는 단계로서, 이 벡터가 상기 채취 영역의 상기 하부 표면에 대해 정확한 각도로 정렬되어 있는 단계에 의해 흐르는 시료로부터 표적 생체분자를 분리하는 단계 및 배출구를 통해 액체 시료의 잔여물을 배출하는 단계를 포함한다.

또 다른 특별한 측면에서, 본 발명은 체액 또는 다른 액체의 시료로부터 세포와 같은 생체분자를 분리하기 위한 미세흐름 장치를 제공하고, 이 장치는 표적 생체분자를 함유하는 이러한 시료가 본체를 통해 흐르도록 하는 그 속에 규정되는 유로를 갖는 본체로서, 상기 유로로의 주입 통로, 그로부터의 배출 통로, 및 상기 주입 및 배출 통로 사이에서 연장되는 마이크로채널 배열을 갖는 본체 및 폐쇄 판을 포함하고, 상기 마이크로채널 배열은 상부 및 하부 표면을 갖는 채취 영역(이 중 하나는 상기 폐쇄 판에 의해 제공됨) 및 복수의 횡방향 분리기 포스트를 포함하고, 상기 포스트는 상기 채취 영역의 상기 상부 및 하부 표면의 하나와 결합하고, 상기 폐쇄 판에 의해 제공되는 상기 표면의 다른 쪽으로 상기 유로를 측면으로 가로질러 연장하고, 상기 포스트는 상기 영역을 통과하는 액체의 직선 흐름 및 유선형 흐름을 방해하기 위해 불규칙 패턴으로 위치하고, 상기 채취 영역의 상기 표면은 상기 포스트를 포함하고, 표적 생체분자와 결합할 격리제를 운반하고, 상기 주입구는 상기 채취 영역을 통과하는 상기 유로에 대해 약 120° 내지 약 150°의 각도로 정렬되어 있고, 이에 의해 상기 본체가 수평에 대해 약 30° 내지 60°의 각도로 상기 유로와 정렬되면서 시료가 상기 주입구를 통과하여 실질적으로 수직으로 하향 공급될 수 있고, 그리고 이에 의해 상기 포스트의 상기 불규칙 패턴 및 중력에 의한 힘 벡터가 상기 채취 영역 내, 특히 이의 하부 표면상에서 표적 생체분자의 효과적인 포획을 유도한다.

추가 특별한 측면에서, 본 발명은 체액 또는 다른 액체의 시료로부터 세포와 같은 생체분자를 분리하기 위한 미세흐름 장치를 제공하고, 이 장치는 표적 생체분자를 함유하는 이러한 시료가 본체를 통해 흐르도록 할 수 있는 이의 편평한 표면 내 공동으로서 정의되는 유로를 갖는 본체로서, 유로는 주입 수단, 배출 수단 및 상기 주입 및 배출 수단 사이에서 연장되는 마이크로채널 배열을 가지고, 이 마이크로채널 배열이 상기 영역 내에 위치하는 복수의 횡방향 분리기 포스트를 갖는 채취 영역을 포함하는 본체, 및 상기 본체 편평한 표면과 인접하고 상기 유로 공동을 폐쇄하는 편평한 표면을 갖는 폐쇄 판 수단을 포함하고, 상기 포스트는 상기 채취 영역의 베이스 표면과 결합하고, 상기 폐쇄 판 수단의 표면으로 연장하도록 이로부터 돌출되고, 상기 포스트는 상기 영역을 통과하는 액체의 직선 흐름 및 유선형 흐름을 방해하기 위해 상기 채취 영역 내 상기 유로를 측면으로 가로질러 연장하는 불규칙 패턴으로 배열되고, 친수성 삼투 하이드로겔로 코팅되고, 상기 채취 영역의 모든 상기 표면은 표적 생체분자와 결합할 격리제를 운반하는 상기 포스트를 포함하고, 이에 의해 상기 포스트의 상기 불규칙 패턴의 결과로서 상기 채취 영역에 걸친 유선형 흐름이 혼란됨으로써 상기 채취 영역 내 상기 표면상에서 표적 생체분자의 효과적인 포획을 생성한다.

도 1은 마이크로채널 내에 단순화된 포스트-함유 채취 영역이 제조되어 있는 미세흐름 기구를 위한 기재의 사시도이다.

도 2는 패턴화된 포스트가 위치하는 도 1의 채취 영역의 일부를 도시하는 확대 단면도이다.

도 3은 기재의 하부 표면에 부착된 덮개 판과 도 1의 기재의 선 3-3에 따른 정면 횡단면도이다.

도 4는 중간 판을 포함하는 도 1에 일반적으로 도시된 바와 같은 기재를 갖는 2개의 밸브가 통합된 장치의 도식적인 사시도이다.

도 5는 도 4의 선 5-5에 따른 횡단면도이다.

도 6은 도 1에 도시된 유형의 기재를 도시하는 도식적인 계획도이고, 펌프가 미세흐름 장치의 일부로서 제조되어 있다.

도 7은 마이크로-혼합기가 공급 영역 내로 통합되어 있는 기재 일부의 개요도이다.

도 8은 친수성 코팅의 도포를 통해 채취 영역에 걸쳐 부착된 항체의 도식적인 묘사이다.

도 9 및 10은 원하는 표적 세포의 후속 포획의 묘사와 함께, 친수성 코팅을 이용하여 채취 영역에 걸쳐 격리제, 예를 들어 항체를 공유적으로 부착하는 데 이용될 수 있는 화학 작용의 도식적인 묘사이다.

도 11은 이러한 패턴화된 포스트, 세포 분리 기구를 사용하는 세포 회수 작동의 단계를 예시하는 순서도이다.

도 12는 수평에 대한 경사면에서 작동하도록 설계된 마이크로채널 기구 내에 포스트-함유 채취 영역이 제조되어 있는 미세흐름 장치의 대안적인 구체예의 사시도이다.

도 13은 도 12의 미세흐름 기구의 본체 일부의 하부도이다.

도 14는 도 12의 선 14-14에 따른, 크기가 확대된 정면 횡단면도이다.

도 15는 일반적으로 쓰이는 도 12의 장치를 도시하는 개요도이다.

바람직한 구체예의 상세한 설명

채취 영역(17)을 갖는 하나 이상의 마이크로채널(13)을 포함하는 그 속에 규정되는 유로를 갖는 본체 또는 기재(11)를 갖는 기구를 포함하는 장치가 기본적으로 제공되고, 이 유로는 시료 주입구(15) 및 액체 배출구(19)에 연결된다. 이하 언 급된 바와 같이, 유로는 직렬로 배열되는 몇 개의 마이크로채널을 포함할 수 있고, 이의 각각은 하나의 이러한 채취 영역을 가진다. 대안적으로, 마이크로채널은 직렬로 배열되는 하나 이상의 채취 영역을 가질 수 있고, 하나 이상의 주입구 및 하나 이상의 배출구가 있을 수 있고, 이 모두는 이 기술 분야에서 널리 공지된 바와 같다. 더욱이 이는 칩, 디스크 등으로 구성되는 통합된 미세유체 장치의 부분일 수 있다; 이러한 장치에서, 시료로부터 단리된 생체분자의 세포 회수 및/또는 진단을 수행하기 위해 필요한 실질적으로 모든 MEMS(마이크로전자기계 시스템) 또는 부품이 간단하고, 컴팩하고, 용이 취급되는 유니트의 부분으로서 통합될 수 있다.

도 1은 입구 또는 주입구로서 작용하는 개구 또는 웰(15)과 배출구로서 작용하는 개구(19)를 통해 시료 액체가 공급되는 마이크로채널(13)을 포함하는 유로로 이루어지는 본체 또는 기재(11)의 사시도이다. 채취 영역(17)의 횡단면은 주입 개구(15)로부터 그 속으로 유인하는 주입 구역(18)의 횡단면보다 더 크다. 주입 구역은 채취 영역(17)으로 도입되기 위한 영역(18)의 말단에서 연장되는 직상류에 있는 한 쌍의 축방향으로 배열된 칸막이/지지체(21)를 포함한다. 이 중앙 칸막이는 흐름을 2개의 경로로 나누고, 채취 영역(17)의 입구 말단으로 운반될 때, 액체의 흐름을 더 공평하게 분배하기 위해 작용한다. 채취 영역(17)은 액체 유로에 대해 횡방향으로 배열되고, 흐름 채널의 채취 영역 부분의 전체 폭에 걸쳐 불규칙, 일반적으로 랜덤 패턴으로 배열되는 복수의 기립 포스트(23)를 함유한다. 포스트의 패턴은 채취 영역을 지나는 직선 흐름이 존재할 수 없게 하고, 유선형 흐름 류가 혼란되게 하고, 유로를 따라 흐르도록 하는 액체와 포스트의 표면 사이의 양호한 접촉을 보 장한다. 포스트는 채취 영역(17)의 편평한 베이스(22)와 결합하고, 이에 수직으로 연장하고, 기재(11)의 흐름 채널을 통과하여 흐르도록 하는 액체의 수평 경로에 대해 수직인 표면이 존재한다. 이하 상세하게 기술한 바와 같이, 포스트는 이의 자유 말단 표면으로 연장하고, 베이스 표면(22)에 평행하고 흐름 채널을 폐쇄하는, 대면하는 편평한 폐쇄 판(27)의 표면에 결합함으로써, 이의 자유 말단 표면에서 고정되는 것이 바람직하다. 주입 및 배출 구멍(24a 및 24b)은 이러한 폐쇄 판을 통과하여 뚫릴 수 있으나, 바람직하게는 기재(11) 내에 형성된다. 또 다른 흐름 칸막이/지지체(21a)가 채취 영역으로부터 출구에 위치한다.

이 기술에서 널리 공지된 바와 같이, 각각의 마이크로채널이 채취 영역을 갖는, 한 쌍의 평행한 마이크로채널을 포함하는 유로를 갖도록 기재를 형성할 수 있다. 이는 직렬 흐름 배열로 이용될 수 있거나 또는 평행 흐름 작동시 이용될 수 있다. 흐름은 펌핑, 예를 들어, 실린지 펌프 등을 이용하는 펌핑에 의해, 또는 큰 직경 주입 구멍(24a)에 의해 제공되는 주입 웰에서 저장소(reservoir)로부터 통과하여 액체를 끌어당기는 진공에 의해 달성될 수 있다. 약 50 ㎕ 내지 약 500 ㎕의 액체 시료를 유지하는 용량을 갖는 웰을 포함하는 것이 바람직하다.

흐름 채널의 설계는 합리적 범위 이내로 장치를 통과하는 유속에서, 예를 들어, 약 0.05 내지 5 mm/초의 속도에서 채취 영역 내 흐름을 생성하는 표준 하버드 장치 주입 실린지 펌프를 이용하여 모 혈액을 주입하고, 난류의 생성 없이 영역을 통과하는 유선형 흐름의 실질적인 혼란이 있도록 한다; 상이한 크기의 포스트의 랜덤 배열 및 채취 영역에 걸친 상대적인 간격이 이의 원인이 된다. 무용 지점이 없 는 상대적으로 부드럽고, 비유선형 흐름이 약 0.1 내지 2 ㎜/초 사이의 바람직한 평균 액체 유속에서 달성되고, 그리고 더 바람직하게는 평균 유속이 약 0.2 내지 1 ㎜/초로 유지되고, 한정된 크기의 주입 웰로부터 흡입에 의해 달성된다.

일반적으로 기재(11)는 규소, 용융 실리카, 유리 및 중합체성 재료와 같은 임의의 적합한 실험-허용 가능한 재료로 제조될 수 있다. 광투과성인 재료를 이용하는 것이 바람직할 수 있고, 특히 진단 기능을 원하여 선택적으로 사용될 때 그러하다. 이의 가장 간단한 구체예에서, 제작된 마이크로채널을 운반하는 기재가 도 3에서 묘사된 바와 같이 기재(11)의 마주보는 표면과 인접하는 편평한 표면을 갖는 판(27)으로 밀봉된다. 이러한 플레이트는 동일한 재료로부터 조립될 수 있거나 또는 간단하게 유리로 제조되는 고체 덮개 판일 수 있다; 그러나, 중간 흐름 조절 판(25)이 이하 설명한 바와 같이 포함될 수 있다. 이용될 수 있는 적합한 고체 불침투성 플라스틱은 허용 가능한 재료 용도로 널리 공지된 기타 중합체성 수지뿐만 아니라 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 테라프탈레이트를 포함한다. 이러한 패턴화된 기재는 종래의 몰딩 및 캐스팅 기술 중에서 선택되는 것과 같은 임의의 종래 기술을 이용하여 제작될 수 있다.

기재는 편리하게는 마스터 또는 음성(negative) 몰드 구조를 이용하여 중합체성 재료로부터 조립될 수 있고, 이 기술 분야에서 널리 공지되고, J. Nanobiotechnology 기사(이의 개시는 본 명세서에서 참조에 의해 편입됨)에서 기술되는 바와 같이, 광학 석판인쇄를 이용하여 두꺼운 음성 포토레지스트에서 생성될 수 있다. 예를 들어, 구조 층은 상업적으로 입수 가능한 표준 등급 에폭시 수지(EPON SU-8) 포토레지스트 및 경화제(hardener)(SU-8 2025)의 혼합물로부터 형성될 수 있고, 이는 2000 rpm으로 실리콘 웨이퍼 상에서 회전하여 예를 들어, 이러한 포토레지스트의 40 또는 50 ㎛ 두께의 필름을 제공할 수 있다. 이 두께는 채취 영역 내 유로의 높이를 결정한다. 필름은 정확한 수준 핫 플레이트 상에서 60℃에서 3분 동안, 그리고 나서 95℃에서 7분 동안 예비-노출 베이킹 처리되어 전체에 걸쳐 균일한 두께를 보장하고, 얻은 시료는 실온으로 냉각된다. 칼 서스 접촉 마스크 얼라이너(Karl Suss Contact Mask Aligner)가 최종 기구 내 유로에 대해 원하는 패턴을 갖는 필름을 노출하는 데 이용된다. 그리고 나서 상업적인 SU-8 현상기에서 5분 동안 현상하기 전에, 필름을 65℃에서 2분 동안 및 95℃에서 5분 동안 후(post)-베이킹하고, 현상 동안 가벼운 교반이 적용된다. 이는 PDMS 또는 다른 적합한 중합체성 수지 내에서 패턴화된 포스트 기재의 복제를 위한 몰딩 마스터로서 이용되는 에폭시 수지 포토레지스트에서 음성 패턴 몰드를 생성한다.

하나의 예로서, PDMS 조성물이 10:1의 중량비의 PDMS 예비중합체 및 경화제(Sylgard 184 kit, Dow Corning)의 혼합물로부터 제조된다. 원하는 두께의 기재를 생성하기 위해 원하는 깊이의 공동 내에 위치하는 에폭시 수지 마스터 몰드가 쏟아지기 전에, 혼합물을 진공 처리하여 혼합 동안 형성될 수 있는 기포를 소개(疏開)한다. 마스터 몰드는 적합한 금속(예를 들어, 금)의 얇은 층(~50 ㎚)으로 선택적으로 예비-코팅되어 경화 후 PDMS 복제품의 방출을 개선할 수 있다. PDMS 기재의 경화는 80℃에서 90분 동안 수행될 수 있다; 그러나, PDMS를 초기에 언더큐 어(undercure)함으로써, 이하 논의한 바와 같은 포스트 표면을 포함하는 채취 영역의 후속 관능화를 용이하게 함을 가능케 할 수 있다.

채취 영역(17) 내 마이크로채널(13)과 패턴화된 포스트(23)의 배치 및 치수는 마스터 몰드의 제작의 노출 단계에서 이용되는 마스크에 의해 결정된다. 마이크로채널(13)의 깊이는 마스터 몰드의 SU-8 층의 두께에 의해 제어되고, 이는 회전-코팅 조건에 의해 결정된다. 도 2는 바람직한 일반적으로 랜덤 배열의 채취 영역(17) 내 포스트(23)의 확대를 도시하는 마이크로채널(13)의 상면도(top view)이다.

대안적인 구체예에서, 주입구 및 배출구 연결을 제공하기 위해, 구멍(24)을 뚫을 수 있거나 또는 구멍(24)은 방출된 PDMS 복제 기재의 편평하고, 비파괴된 표면 내에서 또는 덮개 판 내에서 생성될 수 있다. 이전 예에서, 기재를 위한 무공 덮개 또는 베이스 판을 제공할 수 있는, 간단한 현미경 덮개 슬립 또는 PDMS의 얇고 편평한 조각과 같은 다른 적합한 편평한 판과 함께 사용할 수 있다. 2개의 부품을 2분 동안 플라즈마-세척 처리한 후, 마주보는 표면을 접촉함 없이 2개의 세척된 표면이 즉시 표면 접촉으로 위치되고, 이 기술 분야에서 널리 공지된 바와 같이 영구적인 씰을 형성하고 미세유체 유로를 폐쇄하는 표면 반응에 의해 밀봉되게 한다.

이러한 장치 내로 온-칩 흐름 관리가 결합되어야 하는 것이 바람직하고, 기압 밸브 등과 같은 흐름 조절 특징을 위한 공동을 통합하는 개별 SU-8 몰딩 마스터가 유사하게 제작될 수 있다. 이러한 마스터 몰드로부터 생성되는 흐름 조절 판 또는 층(25)은 마이크로채널 기재(11)(도 4 및 5 참조)에 대해 먼저 적층되고, 다시 편평한 폐쇄 판(27)에 대해 적층된다. 미세흐름 장치 내 이러한 흐름-조절 부품 및 다른 MEMS의 사용은 미국 특허 제6,074,827호 및 제6,454,924에서 보여주고, 이의 개시는 본 명세서에서 참조에 의해 편입된다. 기재(11)를 운반하는 마이크로채널을 갖는 이러한 흐름 조절 판(25)을 조심스럽게 배열하고, 80℃에서 하룻밤 동안 어닐링함으로써, 복합 구조가 제작된다. 그 후, 흐름 조절 판(25) 내 공동이 전술한 동일한 기술을 이용하여 편평한 판 또는 유리 슬라이드(27)에 의해 폐쇄된다. 추가 선택사항으로서, 두 번째 흐름 조절 판이 동일한 기술을 사용하여 제1 판(25)에 대해 적층될 수 있고, 여전히 더 정교한 제어 및 선택적인 공정을 편입하여야 하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 온-칩 흐름 조절 메커니즘은 기재에 대해 밀봉되는 흐름 조절 층(25) 내에 이를 배치함으로써 기재(11) 내에 형성된 다중채널 시스템 내에 제공될 수 있다. 통로(24a 및 24b)가 주입구 및 출구에 이르는 간단한 시스템이 도 4 및 도 5에 예시된다. 기압 밸브(29)에 대한 공기 공급은 뚫리거나(drilled) 또는 그렇지 않으면 적합하게 형성된 판(25) 내로 기재(11)를 통과하여 연장하는 구멍(30)을 통할 수 있다. 흐름 조절 판(25) 또는 기재(11)는 주입구(15)로 액체를 운반할 수 있는 대안적인 공급 통로를 선택적으로 함유할 수 있고, 또한 이 기술 분야에서 널리 공지된 바와 같은 대안적인 출구 또는 제거 통로를 포함할 수 있다.

언급한 바와 같이, 2개가 연속하여 연결된 채취 영역이 제공되는 배열은 작동 및 이용의 상이한 방법에 적합하다. 예를 들어, 표적 생체분자 또는 관심 세포의 2개의 상이한 아집단(subpopulation)을 선택적으로 함유하도록 시료 액체가 처 리되어야 할 때, 한 유형의 격리제가 하나의 채취 영역 또는 챔버 내 포스트에 부착될 수 있고, 상이한 유형의 격리제가 하류 채취 챔버 내 포스트에 부착될 수 있다. 대안적으로, 표적 세포가 극히 희귀한 예에서, 액체 시료 내 거의 100%의 세포를 포획할 수 있는 가능성을 향상시키도록 모든 채취 챔버 내 포스트에 동일한 격리제를 부착하는 것이 바람직할 수 있다.

구조적인 관점으로부터, 이러한 장치 내로 선택적으로 통합될 수 있는 몇몇의 추가적인 부품이 도 6 및 7에 예시된다. 도 6은 도 1에 도시된 것과 유사한 마이크로채널을 도시하고, 여기서 연동형 펌프 배열이 채취 챔버와 측면을 접하는 주입 통로 영역 및 배출 통로 영역 내로 통합된다. 결합된 펌핑 배열(41)이 채취 챔버에 이르는 입구 통로(18') 내에 위치하는 3개의 특별하게 설계된 막 밸브에 의해 구성되는, 주입구(15'), 채취 챔버(17') 및 배출구(19')를 포함하는 마이크로채널 배열(13')이 예시된다. 도 4와 5에 도시된 것과 유사한 배열의 도식적인 묘사이고, 여기서 흐름 조절 층 또는 판 내 각 밸브 막의 압력 측에 이르는 통로(30')에 대해 공기 또는 다른 고압 기체의 적용은 막의 확장을 일으키고, 이와 관련하여 마이크로채널의 인접 영역에서 액체를 압착한다. 3개의 밸브를 차례차례로 작동하기 위해 제어 유니트를 왼쪽에서 오른쪽으로 프로그래밍함으로써, 마이크로채널의 입구 영역(18') 내 액체가 오른쪽으로 그리고 채취 기구(17')를 통해 펌핑됨으로써 웨이브 운동이 생성된다. 원한다면, 또한 유사한 연동형 펌핑 배열(43)이 채취 챔버(17')로부터 하류에 이르는 출구 통로 영역(45) 내로 통합된다.

또 다른 선택적인 대안으로서, 미세혼합 배열이 도 7에 예시된다. 공급 통 로(55)에 이르는 원형 경로(53)를 포함하는 미세혼합기(51)가 예시되고, 이는 전술한 바와 같은 기재 내에서 채취 챔버에 이르는 입구 통로일 수 있다. 한 쌍의 주입 채널(57a 및 57b)이 제공되어 액체를 원형 경로(53)로 공급하고, 그리고 경로(55, 57a 및 57b)를 지나는 액체 흐름은 기압 밸브(59)를 통해 제어된다. 3개의 추가 기압 밸브(61)가 통로 내에 위치하고, 전술한 유형의 연동형 펌프(63)를 구성한다. 배열은 채취 챔버 등으로 운반되기 전 기재 내에서 2가지의 액체를 미세혼합하는 효과적인 방법을 제공한다. 예를 들어, 원형 경로(53)를 하나의 주입 채널(57a)로부터의 얼마의 액체와 주입 채널(57b)로부터의 얼마의 완충액으로 채울때까지, 원형 경로 내 제공되는 고리 주변의 액체를 펌핑하기 위해 차례차례로 3개의 밸브(61)를 작동함으로써 혼합이 실시될 수 있다; 따라서, 운반 통로(55)를 통과하여 배출되기 전에 액체는 완전히 혼합될 수 있다.

패턴화된 포스트 영역의 중합체성 표면을 다양한 방법으로 유도체화하여, 원하는 표적 세포 또는 다른 생체분자에 특이적인 격리제의 모든 표면 상에 부착되게 할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 처리 및 마이크로채널-운반 기재의 폐쇄 후, 에탄올 내 1 내지 50 부피% 용액의 아미노-관능성 실란(예를 들어, Dow Corning Z-6020의 10% 용액), 또는 티오-관능성 실란을 마이크로채널 내로 주입하여 개구(15 및 19) 사이의 영역(17)을 채울 수 있고, 범람한(flooded) 마이크로채널(13)을 방치하여 실온에서 30분 동안 배양시킬 수 있다. 판으로 마이크로채널 영역을 폐쇄하기 전, 유도체화가 PDMS와 같은 미완전하게 경화된 중합체 상에서 수행될 수 있다. 이 경우, 전술한 것으로서, PDMS 기재를 미묘하게 언더큐어하고, 밀봉 판으로 고정 한 후 경화를 완료하고, 치환된 실란 또는 다른 관능화제로 처리하는 것이 대안이다. 예를 들어, Z-6020로 처리한 후 약 50 내지 90℃에서 약 90분의 최종 가열 단계가 이용되어 경화를 완료할 수 있다. 대안적으로 실온에서의 1 또는 2일 또한 경화를 완료한다. 마주보는 편평한 표면의 유도체화가 진실한 결과가 아니기 때문에 이러한 유도체화 처리는 마이크로채널 영역의 폐쇄 전에 수행될 수 있다. 그리고 나서 유로는 에탄올로 정화되고, 생체분자 격리제의 부착을 위해 마이크로채널이 준비된다.

용어 격리제는 물리적으로 표적을 격리하게 위해 표적 생체분자와 특이적 방식으로 상호반응할 수 있는 재료를 지칭하는 데 이용된다. 이 격리제는 단백질에 결합하는 DNA, RNA 및 PNA와 같은 핵산을 포함할 수 있고; 단백질과 같은 생물학적 재료를 포함하는 일반적으로 비혼성화 격리제가 사용되고, 예를 들어, 수용체, 펩티드, 효소, 효소 억제제, 효소 기질, 면역글로불린(특히 항체), 항원, 렉틴, 개질 단백질, 개질 펩티드, 이중 가닥 DNA, 생체 아민 및 복합 탄수화물이다. 합성 분자 또한 이용될 수 있고, 예를 들어, 약물 및 이 유형의 특이적인 결합 활성을 갖도록 설계된 합성 리간드이다. "개질" 단백질 또는 폴리펩티드는 신규 화학적 모이어티를 첨가함으로써, 존재하는 화학적 모이어티를 제거함으로써 또는 제거와 첨가 모두를 일부 조합함으로써 변경된 하나 이상의 아미노산을 분자 내에 갖는 단백질 또는 펩티드를 의미한다. 이 변경은 천연 및 합성 개질을 모두 포함한다. 천연 개질은 이에 제한되지는 않으나, 인산화, 황산화, 글리코실화, 뉴클레오티드 첨가 및 지질화를 포함할 수 있다. 합성 개질은 이에 제한되지는 않으나, 하이드로겔에 결 합하기 용이한 화학적 연결자 및 마이크로구조, 나노구조, 예를 들어, 양자점(quantum dot), 또는 다른 합성 재료를 포함할 수 있다. 또한, 개질은 존재하는 관능성 모이어티, 예를 들어, 하이드록실, 설프하이드릴 또는 페닐 기의 제거, 또는 고유(native) 측쇄 또는 폴리펩티드 아마이드 백본(backbone)의 제거 또는 변경을 포함할 수 있다. 복합 탄수화물의 예는 이에 제한되지는 않으나, 천연 및 합성 선형 및 분지형 올리고당, 개질 다당류, 예를 들어, 당지질, 펩티도글리칸, 글리코스아미노글리칸 또는 아세틸화 종(species)뿐만 아니라 이종의 올리고당, 예를 들어, N-아세틸글루코사민 또는 황산화 종을 포함할 수 있다. 천연-발생하는 복합 탄수화물의 예는 키틴, 히알루론산, 황산 케라틴, 황산 콘드로이틴, 헤파린, 셀룰로오스 및 알부민 및 IgG와 같은 개질 단백질 상에서 발견되는 탄수화물 모이어티이다. 이러한 시약의 2 이상의 조합이 포스트 상에 고정될 수 있고, 이러한 조합은 2개의 실체(entity)의 혼합물로서 첨가될 수 있거나 또는 연속적으로 첨가될 수 있다.

격리제는 포스트 상에 직접적으로 또는 간접적으로 고정될 수 있고, 포스트는 부착을 용이하게 하기 위해 예비-처리 및/또는 코팅될 수 있다. 간접적인 고정이 명백하게 바람직하고, 포스트에 최초 연결되는 중간화제 또는 물질의 사용을 예상한다; 또, 격리제를 중간화제에 연결하기 위해 결합 쌍을 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 스트렙타비딘, 또는 또 다른 종 항체에 관한 항체가 중간화제에 부착될 수 있고, 이는 그 후 비오티닐화(biotinylated) Ab 또는 이러한 다른 종의 Ab에 결합될 것이다. 이러한 배열은 상이한 시료로부터 다양한 세포를 포 획하는 데 또는 음성 보강을 실시하는 데 이용될 수 있는 이러한 미세흐름 기구의 포괄적인(generic) 생산을 허가한다.

격리제로서의 항체의 이용은 세포 분리를 위해 바람직할 수 있고, 이의 부착은 미국 특허 제5,646,404호 및 제4,675,286호 및 종래 기술에 걸쳐 논의된다. 예를 들어, 비공유 결합에 대한 과정이 미국 특허 제4,528,267호에서 기술된다. 항체를 고체 지지체에 공유적으로 결합하는 과정은 또한 Ichiro Chibata in IMMBILIZED ENZYMES; Halstead Press: New York (1987) 및 A. Cuatrecasas, J. Bio . Chem . 245:3059 (1970)에 기술되어 있고, 이의 모든 내용은 본 명세서에서 참조에 의해 편입된다. Kawata et al., J. Exp . Med ., 160:653 (1984)는 세포-특이적 항체, 예를 들어, 인간 영양배엽에 대항하는 단일클론 항체(항-Trop-1 및 항-Trop-2)를 이용하여 표적 세포를 검출함으로써 태반 세포 집단을 단리하는 방법을 개시한다. 미국 특허 제5,503,981호는 이 목적으로 이용될 수 있는 3개의 다른 단일클론 항체를 밝혔다.

항체가 부착되는 표면 층을 사용하거나 또는 긴 연결자의 코팅을 통해서와 같이 항체를 간접적으로 고체 포스트 표면에 결합한다. 예를 들어, 표면은 먼저 단백질과 같은 이관능화제 또는 다관능화제로 코팅될 수 있다; 작용제(agent)는 결합제, 예를 들어, 글루타르알데하이드를 이용하여 항체와 결합된다. 또한, 폴리에테르 아이소시아네이트와 같은 유리된 아이소시아네이트 또는 등가 기를 갖는 층으로 코팅된 표면으로 수용액 중의 항체를 도포함으로써 항체가 효과적으로 결합될 수 있고, 또한 항체는 브롬화 시아노겐에 의해 하이디록실화된 재료에 결합될 수 다. 도 9와 관련하여 이하 기술되는 유리된 아이소시아네이트 기를 갖는 친수성 폴리우레탄-기반 하이드로겔 층을 이용하거나, 또는 도 10과 관련하여 이하 기술되는 PEG, 폴리글리신 중 하나와 같은 실질적인 길이의 친수성 연결자를 이용하는 것이 특히 바람직하다.

선택되는 격리제는 관심 생체분자의 특이적 포획과 관련되고, 이 표적 생체분자는 임의의 광범위한 다양한 세포뿐만 아니라 단백질, 바이러스, 탄수화물 등일 수 있으나, 본 발명은 특별한 효율성을 보여주고, 세포 분리에 있어서 특별한 장점을 가지는 것으로 여겨진다. 용어 "세포"가 이 출원 전반에 걸쳐 이용되지만, 격리제에 특이적인 표면 리간드를 운반하는 세포 단편 및/또는 잔여물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 이 기술분야에서 공지된 것으로서, 표적 생체분자에 대해 이러한 원하는 특이성을 달성하기 위해 높은 특이적 친화성을 가지는 적절한 격리제가 선택된다. 상기 언급한 바로서, 이러한 미세흐름 기구는 또한 공지된 오염 세포를 표적화함으로써 음성 농축하는 데 이용될 수 있다.

항체(Abs)가 이용될 때, 이는 이 기술 분야에 널리 공지된 임의의 메커니즘을 이용하여 바람직하게는 이러한 중간화제를 통해 적합하게 부착된다. 예를 들어, 항체는 2-아미노티올란으로 처리하여 이를 티올화할 수 있고, 얻은 티올화된 항체는 PEG-말레이미드로 처리된 포스트와 콘주게이트한다; 대안적으로, 항체는 반응성 아이소시아네이트 기 또는 티오시아네이트 기를 갖는 적절한 친수성 코팅에 직접적으로 공유 결합할 수 있다.

항체 또는 다른 격리제가 패턴화된 포스트 채취 영역에 걸쳐 제자리에 있는 경우, 마이크로채널 기구가 이용을 위해 준비된다. 혈액 또는 뇨 시료와 같은 체액, 또는 표적 세포 집단을 함유하는 몇몇의 다른 사전처리된 액체를 채취 영역(17)을 통과하여 유로를 따라 흐르도록 하고, 이는 표준 실린지 펌프로부터 조심스럽게 이러한 마이크로채널 기구를 위한 주입구(15)에 이르는 주입구 통로(24a) 내로 배출되게 함으로써 수행되거나, 또는 테스트를 위해 원하는 부피의 시료를 잘 고정하도록 작용하는 상대적으로 큰 직경 주입구 통로(24a)에 제공되는 시료 저장소로부터 그것을 통해 진공 펌프 등에 잡아당겨지게 함으로써 수행된다. 개구(24a)는 이러한 것이 이용되는 경우 이러한 실린지 펌프에 연결되는 관과의 결합을 위한 연결구(미도시)를 함유할 수 있다. 펌프는 장치를 통해 약 0.5-10 ㎕/분의 흐름을 수행하도록 작동될 수 있다. 체액, 또는 처리 및/또는 분석되는 다른 세포-함유 액체에 따라, 이 기술 분야에서 알려진 바와 같이, 사전처리 단계가 이용되어 이의 부피를 감소시키거나 및/또는 원하지 않는 생체분자의 부피를 제거할 수 있다.

세포 분리 방법의 전체 효율을 잠재적으로 증가시키기 위해, 배출구(19)를 빠져나가는 시료를 채취하여, 한 번 이상 마이크로채널 기구를 통해 흐르도록 하는 것이 바람직할 수 있다; 이러한 반복 처리는 세포가 특히 희귀하여 시료 내 매우 적은 수로 존재하는 경우에 특히 유용할 수 있다. 그러나, 장치에 의해 달성되는 포획의 고 효율 때문에, 이러한 반복 흐름이 거의 필요하지 않는 것으로 예상된다. 대안적으로, 전술한 바와 같이 직렬로 연결된 2개의 채취 챔버가 이용될 수 있다. 또, 다소 큰 부피의 체액 시료가 처리되어야 한다면, 2개 이상의 마이크로채널이 기재 상에 평행하게 이용될 수 있다.

격리제(예를 들어, 항체)가 마이크로채널 내 베이스, 마주보는 표면, 포스트 및 채취 영역의 측벽에 부착된다; 그러나, 이러한 측벽 표면은 흐름을 혼란시키는 베이스, 마주보는 표면 및 포스트에서와 같이 세포를 포획하는데 특히 유효하지 않다. 제한된(confined) 루멘을 통과하는 세포 또는 다른 생체분자를 함유하는 액체의 흐름이, 흐름 전단이 최소인 중앙 흐름 류 영역에 주로 세포가 존재하도록 해주는 것임이 밝혀졌다; 그 결과, 횡방향 포스트가 유선형 흐름을 혼란시키는 중간 영역 내 표면 상의 포획과 비교할 때, 격리제를 운반하는 측벽 상 포획은 꽤 희박하다. 이 지역에서, 적절한 결합의 결과로서 이의 고유 3-차원 구성을 보장할 수 있는 격리제가 놀랍게도 효과적이다.

기구를 통과하는 액체 시료의 흐름이 완료된 후, 존재한다면, 표적되는 세포가 채취 영역 내에서 포획되고, 채취 영역에서 항체 또는 다른 격리제에 의해 강하게 포획되지 않았고 시료의 일부로 존재하였던 모든 관계없는 생체재료를 제거하기 위해 완충액으로 정화를 먼저 수행한다. 효과적인 완충액으로 이러한 정화를 수행하면 마이크로채널 기구의 채취 영역에 부착된 표적 세포만이 모든 비특이적으로 결합된 재료가 제거되어 남게 될 것이다.

완충액으로써의 정화가 완료되고 나서, 처리 방법의 목적이 세포 채취만이라면, 포획된 세포가 적합하게 방출된다. 이하 언급한 바와 같이, 몇몇의 경우에서, 몇몇의 분석이 제자리에서 수행되는 것이 목적될 수 있다. 예를 들어, 부착된 동안 세포가 계산될 수 있고, 또는 용해될 수 있고, 그리고 채취 챔버 또는 하류에서 PCR로 처리될 수 있다.

방출을 하는 경우, 기계적(예를 들어, 고 유체 흐름), 화학적(예를 들어, pH의 변화) 또는 효소 분해제 등의 이용을 통해서와 같은 이 기술 분야에서 공지된 임의의 방법이 이용될 수 있다. 예를 들어, 시약을 도포하여, 격리제를 분해하거나, 채취 영역으로부터 표적 세포를 방출하기 위해 시약과 세포 사이의 결합을 분해할 수 있다. 예를 들어, 트립신 또는 특이적으로 집중된 효소를 이용하여 항체 및/또는 세포 표면 항원을 분해할 수 있다. 항체 등을 부착하고, 포획된 리간드를 효과적으로 제거하는 구체적인 방법은 미국 특허 제5,378,624호에서 논의된다. 예를 들어, 세포가 희귀 세포의 표면 특성에 대해 특이적인 항체를 이용하여 격리되었다면, 방출은 트립신 또는 단백분해효소 K와 같은 또다른 적합한 단백분해효소를 함유하는 용액으로 처리하여 실시될 수 있다. 대안적으로, 콜라겐분해효소(collagenase)를 다른 격리제로부터 방출을 하는 데 이용할 수 있고, 또는 특이적으로 분해 가능한 연결자를 격리제의 부착에 이용될 수 있다. 이러한 분해 동안, 마이크로채널로부터의 배출구가 저장소 또는 다른 채취기에 연결되고, 방출된 희귀 세포를 운반하는 배출 류를 추가 분석을 위해 채취된다. 마이크로채널 기구는 배출구에서 하나 이상의 출구 통로 및 출구가 열리도록 조절하는 밸브를 갖도록 제작될 수 있다; 하나의 출구 통로는 사전준비 단계 동안 폐수 배출에 이용되고, 다른 출구 통로는 표적 세포 류를 채취 용기로 향하게 하는 데 이용된다.

패턴화된 포스트 채취 영역(17) 내 포스트(23)의 배치 및 형상이 이의 특이적인 표면 특성을 통한 최적의 유체 역학 및 표적 세포의 포획의 향상을 위해 설계될 수 있는 것이 발견되었다. 매우 일반적으로, 대부분의 예에서, 횡방향 고정된 포스트(23)의 수평 횡단면의 바람직한 형상은 포스트의 횡방향 표면에 대한 비특이적 결합을 촉진할 수 있는 가파른 각도를 피한다. 포스트(23)는 직선의 외부 표면을 가지고, 바람직하게는 일반적으로 원형 횡단면 형상 또는 6개 이상의 측면을 갖는 규칙적인 다각형 증 하나를 가진다. 이용될 수 있는 대안적인 형상은 끝이 하류 말단에 있고, 얕게 구부러지는 눈물방울 형상, 또는 타원형 형상이다; 그러나, 더 많은 충돌을 원한다면, 사각형 형상이 이용될 수 있다. 포스트의 패턴은 포스트, 베이스 및 마주보는 표면의 표면에 부착된 격리제에 의해 표적 세포의 포획을 향상시키는 액체 류 내 흐름 패턴을 생성하여야 한다. 이 목적을 달성하기 위해, 포스트가 상이한 크기를 가지고 설정된 랜덤 패턴으로 배열되어야 함이 발견되었다. 놀랍게도, 상이한 횡단면 크기의 포스트(23)의 랜덤 패턴, 예를 들어, 약 3 또는 4 이상의 상이한 크기, 약 70 내지 약 130 마이크론의 직경, 채취 영역 내 약 100 마이크론의 높이 및 약 2 내지 4 ㎜의 폭의 원형 횡단면 포스트가 액체 시료의 흐름으로부터 특히 효과적인 세포의 포획을 촉진하는 것으로 보이고, 포스트 사이의 최소 분리 공간이 50 내지 70 ㎛이고, 바람직하게는 약 60 ㎛인 경우에 그러하다.

베이스에 수직인 평행선에 의해 형성된 측벽을 갖는 포스트의 횡단면이 채취 영역의 부피의 약 15 내지 약 25%를 차지하도록 하는 것이 특히 바람직하다. 바람직하게는 포스트 패턴은 채취 영역의 부피의 약 20%를 차지하도록 할 것이고, 약 80%의 액체 류를 위해 공극 부피를 남겨둔다. 도 2에 도시한 포스트 위치의 특정한 랜덤 패턴이 유선형 흐름이 효과적으로 혼란되는 지역에서 세포가 격리제에 의해 포획되는 경향을 특히 향상시키는 것으로 보인다. 포스트(23)는 실질적으로 서로 떨어져서 공간(예를 들어, 약 60 마이크론 이상까지)을 차지하고, 그리고 상이한 크기의 포스트는 바람직하게는 서로 상류 및 하류에 위치한다.

더 작은 포스트는 더 큰 포스트의 하류 소용돌이 지역을 생성할 수 있고, 발생되는 흐름 패턴의 결과로서, 표면의 근처, 그리고 특히 채취 영역의 하부 표면은 표적 세포를 포획하는 데 특히 효과적임을 보여줄 것이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 측벽으로부터 약 100 마이크론 이상의 위치에서 유로의 세로로 연장하는 임의의 직선은 복수의 포스트를 교차할 것이다. 사전에 언급한 바와 같이, 포스트는 기재의 베이스(20) 표면과 결합하고, 바람직하게는 마주보는 표면, 즉, 흐름 조절 판(25) 또는 편평한 폐쇄 판(27)에 대해 이의 반대쪽 또는 자유 말단에 고정된다.

이전에 나타낸 바와 같이, 항체와 같은 격리제가 (a) 특정 친수성 하이드로겔 물질의 얇은 층 또는 (b) 약 1,000 달톤 이상의 분자량, 바람직하게는 약 2,000 내지 100,000 달톤의 분자량을 가지고, 더 바람직하게는 약 3,000 내지 50,000 달톤의 분자량을 가지는 PEG, 폴리글리신 등과 같은 친수성 연결자로 표면을 코팅함으로써 더 효과적으로 수행할 수 있도록 하는 방식으로 채취 영역에 걸쳐 부착된다. (a), 즉, 우레탄 결합에 의해 중합되고 반응성 아이소시아네이트 기를 함유하는 PEG, PPG 또는 이의 공중합체를 함유하는 아이소시아네이트-관능성 중합체인 친수성 삼투 하이드로겔 코팅을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 바람직한 하이드로겔은 산화 에틸렌을 글리세롤에 첨가함으로써 생성되는 대략 6,000 분자량의 3-다리 PEG 분자를 사용한다. 얻은 폴리올을 아이소포론 다이아이소시아네이트 및 트라이메틸올 프로판과 반응시켜 예비중합체를 제조한다. 적절한 완충액, 용매 및 특별 한 적용을 위한 다른 성분과 예비중합체의 혼합물은 미세흐름 기구 내 채취 영역의 표면 상에서 제자리 가교된다. 도 8의 도식적인 도시는 랜덤으로 배열되어 챔버를 통과하는 유선형 흐름을 혼란시키는 변화하는 직경의 복수의 포스트(61)가 있고, 각각의 포스트(61) 및 마주보는 편평한 표면이 외부 코팅(63)을 운반하는 마이크로채널 내 채취 영역의 묘사이다. 항체 형태의 격리제(65)가 포스트 상 친수성 삼투 하이드로겔 코팅에 부착되어 있는 것으로서 도시된다; 그 결과, 이는 주로 물이어서 꽤 변형성인 하이드로겔로의 부착에 의해 미변경되는 고유의 3차원 형태를 유지한다.

도 8에서와 같이 이용될 때, 도 9는 바람직한 특성의 친수성 삼투 하이드로겔 코팅(49)이 사용될 수 있는 화학 작용의 도식적인 묘사로서 제공된다. 격리제, 즉, 항체를 채취 영역 전체에 걸쳐 모든 표면에 대해 부착하는 대표적인 순서를 도시한다. 도 9의 지점(1)은 아미노실란 등으로 처리함으로써 아미노-유도체화가 일어나는 표면을 도시한다. 이 단계는 무지방 우유를 이용함으로써 표면을 카세인-코팅한다, 지점(2) 참조. 지점(3)은 코팅이 수행된 후 코팅된 표면을 나타낸다. 톨루엔다이아이소시아네이트로 말단-캡핑되는 분자량 약 3400의 PEG를 함유하는 예비중합체가 수혼화성, 유기 용매, 바람직하게는 NMP 및 CH₃CN의 혼합물과 같은 비양성자성 용매에 용해된다. 중합체는 바람직하게는 트라이- 또는 더 높은 관능성 폴리올, 예를 들어, PEG 및 PPG를 함유하고, 삼관능성 아이소시아네이트를 함유할 수 있다. 그리고 나서 약 98.5 중량%의 물을 함유하는 수용액이 제조되고, 이 용액은 아민- 유도체화 표면에서 말단-캡핑 아이소시아네이트 기의 일부의 반응의 결과로서, 포스트의 표면 및 채취 영역의 마주보는 표면이 이 친수성 하이드로겔 코팅으로 코팅될 수 있도록 마이크로채널을 통해 펌핑된다. 최종 결과는 도 9 내 지점(3)에서 나타나고, 이는 본 명세서에서 물과의 초기 반응 및 다음 요소(urea) 결합의 형성의 결과로서 형성되는 하이드로겔이다.

지점(4)은 표면 아미노 기를 가질 항체의 첨가를 나타낸다. 이는 포스트의 이러한 친수성 삼투 하이드로겔 코팅으로 직접적으로 부착될 수 있고, 지점(5)에서 도시된 바와 같이, 친수성 코팅에 의해 운반된 아이소시아네이트 또는 티오시아네이트 기로 항체 아민을 공유 결합시킴으로써 부착될 수 있다. 대안적으로, 항체는 먼저 도 9의 지점(6)에서 도시된 바와 같이 티올화될 수 있고, 이 티올화된 항체는 수용액으로 채취 챔버로 공급되고, 여기서 이는 다시 코팅된 중합체의 아이소시아네이트로 공유 결합할 것이다, 지점(7) 참조.

도 9 내 지점(8 및 9)에서 도시된 바와 같이, 혼란된 유선형 흐름의 결과로서, 채취 챔버를 통하여 흐르도록 하는 액체 시료 내 세포가 포스트 및/또는 마주보는 표면과 접촉할 때, 항체에 특이적인 세포 표면 상 항원이 이에 컨쥬게이트 되고, 효과적으로 세포를 포획한다.

도 10은 하이드로겔 대신 연장된 PEG 또는 PPG 선형 중합체가 이용되어 격리제, 특히 항체를 채취 영역 내 표면에 속박하는 경우, 사용될 수 있는 화학 작용의 도식적인 묘사로서 제공된다. 선형 중합체는 포획이 수행되는 수성 환경에서 이의 천연 3차원 구조를 보장할 수 있는 이러한 길이로 이루어지도록 선택된다. 도 10의 지점(1)은 아미노실렌 등으로 처리함으로써 아미노-유도체화가 일어나는 표면을 도시한다. 이 단계 뒤에 다시 무지방 우유 고체를 이용함으로써 표면을 상기 기술한 바와 같은 카세인-코팅하는 단계가 후속된다. 세척 후, 모든 표면을 약 2000 이상, 바람직하게는 약 3000 이상의 분자량을 갖고, 한쪽 말단에서 NHS 모이어티 및 반대쪽 말단에서 말레이미딜 모이어티를 가지는 선형 PEG 또는 PPG로 처리한다. N-하이드록시-숙신이미딜 에스테르 모이어티는 표면 상 아미노 기와 쉽게 반응하여 약 1 마이크론 두께 이상의 코팅을 제공한다. 적합한 배양 후, 마이크로채널이 방수되고, 적합한 완충액으로 세척되고, 도 10의 지점(3)에 의해 나타나는 것으로서 말레이미도-PEG-코팅된 표면을 남긴다. 지점(4)은 영양배엽에 대해 특이적이고, 본래부터 표면 아미노 기를 갖는 항체를 나타낸다. 항체는 바람직하게는 Traut's 시약과 같은 적합한 시약을 이용하여 티올화되어, 도 10 내 지점(5)으로서 도시된 지점에 도달한다. 그리고 나서 티올화된 항체는 정제된 티올화된 항체를 완충 용액 내 마이크로채널로 도입함으로써 말레이미도-PEG-코팅된 포스트로 컨쥬게이트되고, 그리고 이를 적절하게 배양하도록 한다. 그리고 나서 마이크로채널을 적합한 완충액으로 세척하여, 지점(6)으로서 도시된 컨쥬게이트 배열을 얻는다.

도 10의 도식적인 묘사의 지점(7)은 선형 PEG 결합제에 의해 표면에 속박되는 항체에 의한 영양배엽의 포획을 도시한다.

미세흐름 장치의 더 바람직하고 대안적인 구조가 도 12-15에 예시된다. 도 1-3에 도시된 것과 유사한 미세흐름 기구(71)가 도시되다, 균일한 흐름을 생성하고, 처리되는 액체 및 채취 영역 내 기구의 내부 표면의 접촉을 향상시키고, 주입 구 및 배출구와 같은 채취 챔버의 외부 지역 내 표적되는 세포의 부착을 최소화하는 중력의 이점을 갖도록 구성된다. 이 점에서, 장치는 수평에 대해 약 30° 내지 60°, 바람직하게는 45°의 각도로 경사진 이용을 위해 설계된다. 따라서, 기구는 이전과 같이 입구 영역(83) 및 출구 영역(85)을 포함하는 이 사이에 위치하는 채취 영역(81)과 주입 통로(77)에서 배출 통로(79)까지 이를 통해 연장하는 마이크로채널을 포함하는 본체 또는 기재(73)를 포함한다. 채취 영역(81)은 본체의 편평한 표면(87) 내 함요 또는 공동으로서 형성되고, 채취 영역 자체는 본체의 표면(87)에 실질적으로 평행한 편평한 베이스 표면(89)을 가진다. 전술한 것과 같은 복수의 포스트(91)가 입구 출구 영역 내 흐름 칸막이와 함께 베이스 표면(89)으로부터, 이에 수직이고, 본체 편평한 표면(87)의 수준까지 연장한다.

입구 및 출구 통로(83, 85)의 배향을 제외하고, 기구(71)의 구조는 본질적으로 도 1-5에 도시한 이 기구에 대하여 이하 기술한 바와 동일하다. 도 12 및 14에서 도시한 바와 같이, 마이크로채널(75)을 구성하는 공동이 바람직하게는 본체(73)보다 더 큰 치수로 이루어지는 편평한 고체 판(93)으로 폐쇄되어 액체 시료의 처리 및 분석 동안 완성된 장치의 취급을 용이하게 한다. 편평한 폐쇄 판(93)은 유리 또는 이하 기술한 바와 같은 적합한 불투과성 중합체 재료로 제조될 수 있다. 판(93)은 본체가 이로부터 캐스트, 몰드 또는 기타 적합하게 구조화된 것과 같이 동일한 중합체성 재료의 층으로 코팅될 수 있다. 더 바람직하게는, PDMS 중합체가 이용되고, 그리고 표준 유리 슬라이드(약 25 ㎜ × 75 ㎜)가 이용된다면, 이는 도 12에 나타난 바와 같이 PDMS의 얇은 층 또는 필름(95)으로 코팅될 수 있다. 폐쇄 판(93) 의 부착은 전술한 바와 같이 포스트(91)의 말단 표면에 이의 편평한 표면을 고정할 수 있거나, 또는 이는 단순히 실질적으로 인접하도록 둘 수 있다.

도 14에서 최선으로 도시한 것으로서, 주입 통로(77)가 이를 통과하는 유로에 평행하는 마이크로채널의 편평한 마주보는 표면에 대해 30° 및 60°의 정확한 각도로 배열되어 있다; 더 바람직하게는 40° 내지 50°의 각도로, 가장 바람직하게는 이에 대해 45°이다. 이 배열은 공급 시료가 미세흐름 장치(71) 내로 수직 하향으로 공급되도록 하고, 도 15에 도식적으로 도시한 바와 같이, 장치가 판(98)에 의해 베이스(96)의 표면을 경사지게 하여 이의 상부 모서리를 따라 클램핑되어 이를 통과하는 유로가 수직에 대해 경사지도록, 예를 들어, 약 45°로 경사지도록 한다. 따라서, 공급 시료가 채취 영역(81)으로 향하는 폭 넓은 입구 영역(83)을 채울 것이고, 중력은 포스트가 위치하는 채취 영역이 가득차게 유지하고, 이를 통과하는 원하는 느리고 균일한 흐름을 촉진하는 것을 보조한다. 더 중요하게는, 액체 류가 상부 및 하부 표면에 평행한 방향으로 챔버를 통과하여 직선으로 흐를 것이기 때문에, 그리고 세포가 이들이 수송되는 액체 수성 완충액보다 더 무겁기 때문에, 중력은 수송 액체의 흐름 벡터와 상이한 이 세포 상 힘 벡터를 생성할 것이다. 그 결과, 채취 영역 내 상이한 크기의 포스트의 랜덤 패턴에 의해 생성되는 유선형 흐름의 혼란 이외에, 세포를 흐르는 류로부터 이탈하게 하고, 격리제에 대해 부착함으로써 표면을 접착함을 초래하는 추가 벡터가 있다. 이 효과는 채취 영역을 통과하는 상대적으로 느린 흐름이 있는 경우에도, 세포 채취를 실질적으로 향상시키는 것으로 밝혀졌다.

주입 및 배출 통로(77, 79)는 바람직하게는 동일한 수직 평면에 위치하고, 배출 통로의 배향은 바람직하게는 이에 대해 약 90°이다. 따라서, 도 15에 도시한 바와 같이 장치(71)가 베이스(96)에 클램프되는 경우, 주입 통로(77)는 수직이고, 배출 통로(79)는 수평이다. 이는 항체에 의해 결합되지 않은 세포 및 다른 생체재료를 함유하는 시료가 수평으로 이탈하도록 하고, 따라서 이의 제거를 용이하게 하고, 흐름 채널 내 비특이적 부착 및 배출 지역 내 침전을 최소화한다.

도 15는 또한 시료가 미세흐름 장치에 대해 주입 통로 내로 수직으로 공급되고, 배출 통로(79)가 원하는 유속에서 장치를 통과하는 시료의 흐름을 용이하게 하는 실린지 펌프 등의 흡입 측에 적합한 관을 통해 연결되는, 작업 처리의 바람직한 방법을 현재 도시한다. 유속을 조심스럽게 제어하여 포스트의 흐름 혼란 및 중력으로 인한 힘 벡터의 결과로서, 표적되는 세포의 포획을 최소화하는 것으로 발견된, 채취 영역 내 평균 속도 약 0.1 내지 약 1 ㎜/초, 바람직하게는 약 0.2 내지 약 0.8 ㎜/초, 그리고 더 바람직하게는 약 0.25 내지 약 0.5 ㎜/초가 되도록 하는 속도에서 액체 시료가 회수되도록 한다. 더 높은 속도는 덜 효과적이고, 찾고자 하는 깨지기 쉬운 세포를 손상시키는 것으로 발견되었다. 이 MEMS 기구에서 공지되고 이하 일반적으로 기술한 바와 같이, 장치가 가장 간단한 형태로 예시되지만, 다양한 밸브 및 보조적인 부품이 미세흐름 기구(71)와 통합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

하기 실시예는 경부 점액의 추출물로부터 영양배엽 세포를 격리하기 위한 이 유형의 원형(prototype) 마이크로채널 기구의 효과적인 이용을 예시한다. 전체 방법은 도 11로서 첨부된 순서도에서 약술된다. 물론, 실시예는 단지 본 발명의 특정 구체예만을 예시하는 것이고, 이 기술의 끝에서 첨부되는 청구항에 의해 정의되는 본 발명의 범위 상의 제한을 구성하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

실시예 1

생체분자를 분리하는 미세흐름 기구가 도 1에서 일반적으로 예시된 것과 같은 원형 기재를 이용하여 구성된다. 기재는 PDMS로부터 형성되고, 편평한 유리 판에 결합되어 흐름 채널을 폐쇄한다. 채취 영역 전체에 걸친 내부 표면을 Dow Corning Z-6020의 10 부피% 용액과 실온에서 30분 동안 배양함으로써 유도체화한다. 에탄올로 세척한 후, 실온에서 약 1시간 동안 무지방 우유로 처리하여 얇은 카세인 코팅을 생성한다. 10%의 물 중 에탄올로 세척한 후, 6 중량부의 유기 용매, 즉, 아세토나이트릴 및 DMF에 대해 1 중량부의 예비중합체를 이용하고, 이를 물과 혼합하고 그리고 도 9에 대해 기술한 바와 같이 채널을 통해 흐르게 하여 아이소시아네이트-캡핑 PEG 트라이올의 예비중합체, 6000의 평균 MW,로부터 형성된 삼투 하이드로겔로 내부를 코팅하는 처리를 한다.

이 테스트를 위해, 경부 점액의 시료로부터 영양배엽을 단리하는 것이 목적되고, 태아 기원의 영양배엽의 외부 표면에 의해 운반되는 리간드에 특이적인 Trop-1 및 Trop-2에 대한 항체가 선택된다. 항체(0.1 ㎎)를 5 mM EDTA (pH 8.3)를 함유하는 100 ㎕의 0.2M 붕산 나트륨/0.15 M NaCl에 용해하였고, 5 ㎕의 40 mM Traut's 시약과 실온에서 1시간 동안 반응시켜 티올화를 실시하였다. 과량의 Traut's 시약을 10 ㎕의 100 mM 글리신과 반응시킨 후 Centricon-30^TM 막 상에 티올화된 항체를 정제한다. 티올화는 표준 실험 과정에 의해 확인되었다.

수용액 내 전체 티올화된 항체-Trop-1 및 2 약 5 마이크로그램을 약 0.5 ㎎/㎖의 농도로 예열된 미세흐름 기구로 공급하고, 그리고 용액을 25℃에서 2시간 동안 두어 배양한다. 이 배양기간 후, 흐름 채널을 1% PBS/BSA로써 플러싱(flushing)하여 태아 영양배엽 세포를 단리하는 데 이용되는 항체-코팅 표면을 제공한다.

임산부(8-12주 잉태)로부터의 경부 점액을 HAM's 배지(InVitrogen)로써 10 ㎖까지 희석시키고, 37℃에서 30분 동안 DNA 분해 효소(120 유니트)로 처리하였다. 100 ㎛의 세포 스트레이너(strainer)를 통해 여과한 후, 세포를 30분 동안 1500 RPM에서 회전시켰다. 세포 펠렛을 HAM's 배지(100 ㎕)에 재현탁시키고, 경부 점액 추출물의 이 세포 현탁액의 약 50 마이크로리터로 채워진 Harvard 장치 실린지 펌프로부터 배출관까지 미세흐름 분리 기구를 만곡함으로써 Trop-1 및 Trop-2 코팅된 마이크로채널을 통과시켰다. 실린지 펌프가 작동하여 실온 및 약 10 ㎕/분의 속도에서 미세흐름 기구를 통과하는 시료 액체의 느린 연속 흐름을 생성한다. 이 기간 동안, 횡방향 포스트의 랜덤 패턴이 위치하는 채취 영역 내 표면에 부착되어 있는 Trop-1 및 Trop-2 항체가 시료에 존재하는 영양배엽을 포획한다. 전체 시료가 실린지 펌프에 의해 운반된 후, 1% PBS/BSA 수성 완충액으로 느린 플러싱을 수행한다. 약 100 ㎕의 이 수성 완충 용액이 약 10분의 기간에 걸쳐 기구를 통해 공급되고, 이는 기구 내 흐름 채널로부터 모든 비특이적 결합 생체재료를 효과적으로 제거한 다. 그리고 나서 2번의 추가 세척을 수행하고, 각각 약 10분의 기간에 걸쳐 1% PBS과 1% BSA 약 100 ㎕로 수행한다.

이 때, 기구가 광학적으로 깨끗한 물질로 이루어져 있는 한, 포획의 결과를 현미경사진기술을 이용하는 것과 같은 현미경 검사로 확인할 수 있다. 결합된 세포를 영양배엽 기원인 포획된 세포에 특이적인 시토케라틴 7 및 시토케라틴 17로 염색하였다. 이러한 현미경 사진에서 세포를 계산함으로써, 시료 내에 존재하는 것으로 추정된 실질적으로 97%의 영양배엽이 패턴화된 포스트 채취 영역에서 포획되었고, 이는 매우 우수한 결과로 고려된다.

포획 및 세척 단계를 통해 이 과정을 반복하면서, 제자리에서 염색하는 대신, 트립신의 0.25% 용액의 100 ㎕ 용액이 20분의 기간에 걸쳐 27℃에서 흐름 채널을 통해 천천히 흐르도록 함으로써 포획된 영양배엽을 방출한다. 이 시약은 항체의 소화를 초래하여, 배출구를 통과하고 채취되는 영양배엽의 수성 흐름으로 영양배엽을 방출한다. PCR 및 FISH 기초 기술에 의한 채취된 세포의 분석은 이들이 실제로 이용되는 항체에 의해 표적되는 영양배엽임을 보여준다.

실시예 2

생체분자를 분리하기 위한 다른 미세흐름 기구는 실시예 1에서 기술한 바와 같은 원형기재를 이용하여 구성된다. 실시예 1에서와 같이 기재의 내부 표면을 유도체화하고, 에탄올로 세척하고, 무지방 우유로 처리한다. 10%의 물 중 에탄올로 세척한 후, 붕산염 완충액에서 예비중합체, BSA 및 항체 Trop-1 및 Trop-2를 이용하여 처리한다. BSA를 함유하는 100 mM 붕산 나트륨 pH 8.0 중 항체 수용액 1 ㎎/ ㎖가 이용된다. 특정 배합물은 Acn/DMF 내 100 ㎎의 동일한 예비중합체; 붕산염 완충액 내 350 ㎕의 0.25 ㎎/㎖ 항체 믹스; 및 붕산염 완충액 내 350 ㎕의 1㎎/㎖ BSA를 포함하고, 그리고 이는 약 2 중량%의 중합체를 함유한다.

항체를 티올화하지 않고, 그리고 전체 Trop-1 및 2 수성 하이드로겔 용액 약 5 마이크로리터를 예열된 미세흐름 기구로 공급한다. 용액을 25℃에서 약 30분 동안 배양되도록 두고, 이 배양기간 후, 흐름 채널을 흐름 채널 내로 천천히 밀어내는 미네랄 오일로 플러싱하여 과량의 하이드로겔을 치환하고 밀어낸다. 이는 PDMS 재료로부터 오일을 분리하는 하이드로겔 코팅의 얇은 층을 갖는 오일-채워진 흐름 채널에 유래한다. 3시간 후, 하이드로겔이 완전하게 경화되고, 오일을 1x PBS / 0.1% Tween 용액으로 플러싱한다. 기구는 1x PBS 용액으로 채워져 항체를 보존한다.

임산부로부터의 경부 점액을 100 ㎕의 HAM's 배지에서 희석, 처리, 여과, 원심 분리 및 재현탁시킨다. 액체 세포 현탁액 시료를 실시예 1에서 기술한 바와 같이 Harvard 장치 실린지 펌프를 이용하여 Trop-1 및 Trop-2 코팅된 마이크로채널을 통과시킨다. 전체 시료가 실린지 펌프에 의해 운반된 후, 1% PBS/BSA 수성 완충액으로 느린 플러싱을 수행한다. 약 100 ㎕의 이 수성 완충액을 약 10분의 기간에 걸쳐 기구를 통해 공급하여 기구 내 흐름 채널로부터 모든 비특이적 결합된 생체재료를 효과적으로 제거한다. 그리고 나서 2번의 추가 세척을 수행하고, 각각 약 100 ㎕의 1% PBS과 1% BSA로 약 10분의 기간에 걸쳐 수행한다.

시토케라틴 7 및 시토케라틴 17로 결합 세포를 염색한 후, 현미경을 이용하 여 포획의 결과를 다시 현미경 검사한다. 이러한 현미경 사진에서 세포를 계산함으로써, 시료 내 존재하는 것으로 추정되는 영양배엽의 우수한 포획이 달성됨을 확인하였다.

실시예 3

생체분자를 분리하는 또 다른 미세흐름 기구가 실시예 1에서 기술한 바와 같이 원형기재를 이용하여 구성된다. 기재의 내부 표면을 실시예 1에서와 같이 유도체화하고, 에탄올로 세척하고, 그리고 무지방 우유로 처리한다.

10%의 물 중 에탄올로 세척한 후, 0.2 MOPS/0.5 M NaCl, pH 7.0 내 lO㎕의 2.5 mM NHS-폴리글리신(평균 MW 약 4500)을 이용하여, 교반을 제공하는 채널에서 용액을 앞뒤로 온화하게 펌핑함으로써 2시간 동안 실온에서 배양함으로써 처리를 한다. 마이크로채널을 500 ㎕의 pH 7.0 MOPS 완충액으로 3번 세척하여 말레이미도-폴리Gly-코팅된 채널을 얻는다.

영양배엽의 외부 표면에 의해 운반된 리간드에 특이적인 항체 Trop-1 및 Trop-2를 실시예 1에서와 같이 처리하여 티올화한다.

수용액 내 전체 티올화된 항-Trop-1 및 2 약 5 마이크로그램을 약 0.25 ㎎/㎖의 농도에서 예열된 미세흐름 기구로 공급하고, 그리고 용액을 25℃에서 2시간 동안 배양하도록 둔다. 이 배양 기간 후, 흐름 채널을 1% PBS/BSA로 플러싱(3번)하여 태아 영양배엽 세포를 단리하는 데 이용되는 항체-코팅 표면을 제공한다.

임산부로부터의 경부 점액을 100 ㎕의 HAM's 배지에서 희석, 처리, 여과, 원심 분리 및 재현탁시킨다. 액체 세포 현탁액 시료를 Harvard 장치 실린지 펌프를 이용하여 Trop-1 및 Trop-2 코팅된 마이크로채널을 통과시킨다. 전체 시료를 실린지 펌프에 의해 운반한 후, 1% PBS/BSA 수성 완충액으로 느린 플러싱을 수행한다. 약 100 ㎕의 이 수성 완충액을 약 10분의 기간에 걸쳐 기구를 통해 공급하여 기구 내 흐름 채널로부터 모든 비특이적 결합된 생체재료를 효과적으로 제거한다. 그리고 나서 2번의 추가적인 세척을 수행하고, 각각 약 100 ㎕의 1% PBS과 1% BSA로 약 10분에 걸쳐 수행한다.

시토케라틴 7 및 시토케라틴 17로 염색한 후 현미경 사진을 이용하여 포획의 결과를 현미경 검사한다. 이러한 현미경 사진에서 세포를 계산함으로써, 시료 내에 존재하는 것으로 추정되는 영양배엽의 양호한 포획이 달성됨을 확인하였다.

실시예 4

실시예 1에서 사용된 것과 유사하고, 도 3에서 도시된 바와 같은 복수의 미세흐름 기구를 형성하여, 수평에 대해 반대로서 45°에서 작동에 의한 개선점을 테스트한다. 이러한 경사지게 배치된 미세흐름 기구(71)의 개선된 효과를 BeWo 및 Jurkat 세포의 혼합물을 사용하는 공급 액체를 사용함으로써 테스트한다. BeWo 세포는 Trop-1 및 Trop-2 항원을 발현하기 때문에 선택되지만, Jurkat 세포는 둘다를 발현하지 않아 음성 제어 세포로서 작용한다. 미세흐름 기구(71)의 내부 표면을 예비처리하고, 코팅 배합물에서 수용액 내 항-Trop-1 및 항-Trop-2를 이용하여 실시예 2에서 기술한 바와 같이 삼투 하이드로겔로 코팅시킨다. 미세흐름 기구의 내부 표면을 Ab 코팅 용액으로 채우고, 25℃에서 약 30분 동안 배양되도록 한다. 실시예 2에서와 같이 플러싱을 미네랄 오일 및 그리고나서 PBS 완충액을 이용하여 수행한 다.

충분한 테스트 공급 용액을 6번의 테스트 작동을 위해 제조하고; 이는 1% BSA/PBS 완충액 내 약 3,000개의 BeWo 세포 및 약 3,000개의 Jurkat 세포를 함유한다. 공급 용액을 6개의 분취량(aliquot)으로 나누고, 각각의 분취량은 약 500개의 BeWo 세포 및 약 500개의 Jurkat 세포를 함유한다. 3개의 동일한 미세흐름 기구(71)를 수평으로 배열하고, 그리고 혼합된 세포 공급 액체의 하나의 분취량이 진공 펌프에 의해 공급되는 흡입의 결과로서 각각 통과하도록 한다. 3개의 상이한 유속을 3개의 테스트 기구를 위해 이용한다: 1 ㎕/분, 5 ㎕/분 및 10 ㎕/분의 유속.

이 3개의 테스트 기구를 통해 흐른 후, PBS 완충액으로 세척을 수행하였고, 각 개별 기구를 현미경 검사에 의해 검사하였다. 포획된 세포의 2개의 그룹의 각각을 현미경 검사에 의해 개별적으로 수동으로 계산하였다. 표적된 BeWo 세포의 경우, 가장 느린 유속에서, 약 47%의 BeWo 세포가 주입구 영역에서, 약 32% 만이 채취 채널에서 포획되고, 배출 영역에 잔여물이 존재하는 것을 발견하였다. 5 ㎕/분의 유속에서, 채취 채널 영역에서 포획된 BeWo 세포의 퍼센트가 약 27%로 미세하게 하락하였고, 더 많은 세포가 여전히 주입구 영역에서 포획되었지만, 가장 많은 퍼센트의 세포가 배출 영역에서 채취되었다. 수평 배향의 기구를 통과하는 가장 빠른 유속에서, 10%의 BeWo 세포만이 채취 채널 영역에서 포획되고, 반면 약 65%의 세포가 배출 영역에서 채취된다. Jurkat 세포의 경우, 가장 느린 유속에서, 약 20-25%의 세포가 각각의 주입구 및 채널 영역에서 포획되었고, 그리고 중간 유속에서, 약 10%의 Jurkat 세포만이 채취 채널 영역에서 포획되었다. 예상하는 바와 같이, 배출 영역에서 채취되는 이 세포의 양은 각각 유속이 증가함에 따라 증가하여, 기구 내에 고정되지 않은 모든 세포가 혼합물로서 채취된다.

실험은 동일하고, 수직으로부터 45°로 배향되는 미세흐름 기구를 이용하여 세 번 더 실행한다. 이때, 1, 3 및 5 ㎕/분의 유속이 이용된다. 채취 채널 영역에서 BeWo 세포의 원하는 세포 포획의 개선이 발견된다. 가장 느린 유속에서, 약 75%의 BeWo 세포가 채취 채널 영역에서 즉시 포획된다. 이 값은 3 ㎕/분의 중간 유속에서 약 82%까지 상승하고, 5 ㎕/분의 테스트된 가장 빠른 유속에서 약 60%를 유지한다. 한편, 채취 영역 내 Jurkat 세포의 비특이적 결합은 가장 느린 유속에서 상대적으로 높지만, 즉, 약 45%, 3 ㎕/분에서 오직 약 15%까지, 가장 빠른 유속에서 5%까지 하락한다. 따라서, 약 3-5 ㎕/분의 유속에서 작동하고, 약 27%만이 아니라 세포의 80%를 초과하여 채취하는 경우, 수평에 대해 45°배향에서 성능의 개선은 매우 상당하다. 계산값은 약 0.27 ㎜/초의 채취 챔버 영역을 통과하는 속도와 동일한 유속에서 작동함으로써, 비특이적 결합된 세포에 의한 최소 오염과 표적 세포의 우수한 채취가 얻어짐을 보여준다.

본 발명은 이 발명을 수행하기 위해 발명가에게 현재 공지된 최상의 양식을 구성하는 특정한 바람직한 구체예에 관하여 기술하였지만, 하기 청구항에서 한정되는 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 당업자에게 명백한 다양한 변화 및 변경이 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 마이크로채널이 규정되는 기재의 제작을 위해 특정한 바람직한 재료를 기술하였지만, 이와 같은 실험 기구에 적합한 것으로 이 기술 분야에서 널리 공지된 것으로서 사용될 수 있는 넓은 범위의 구조 재료가 있다. 모 혈액 시료로부터 태아 세포 또는 경부 점액 추출물로부터 영양배엽의 분리가 일반적으로 강조되었지만, 폭 넓고 다양한 혈액 세포, 예를 들어, 유핵 적혈구, 림프구, 전이성 암세포, 줄기 세포 등을 분리하는데 유용한 것으로 이해되어야 한다; 또, 다른 생물학적 재료, 예를 들어, 단백질, 탄수화물, 바이러스 등 또한 액체 시료로부터 분리될 수 있다. 시료가 세포의 아집단을 함유할 때, 포획되는 표적 세포는 희귀 세포 등으로부터 분리되어야 하는 원하지 않은 세포의 그룹일 수 있다. 또, 표적되는 세포가 채취되면, 이는 제자리에서 용해되어 세포 DNA를 제공하고, 이는 분석 하류를 위해 채취될 수 있거나 또는 대안적으로 채취 챔버 내에 PCR 처리될 수 있다. 미국 공개된 출원 제 2003/0153028호는 이러한 결합된 세포를 용해하여 방출되는 핵산을 얻음을 교시한다.

시료 내 표적 세포의 2개의 상이한 아집단이 있다면, 상이한 격리제가 한 쌍의 상류 및 하류 채취 챔버 내 포스트에 부착될 수 있다. 또 다른 경우에서, 하나의 속(genus)의 세포가 상류 채취 챔버에서 먼저 채취되고, 방출되고, 그리고 하류 챔버에서 다시 걸러져서 세포의 아속(subgenus)을 단리할 수 있다.

Claims (20)

1. 체액 또는 다른 액체의 시료로부터 세포와 같은 생체분자를 분리하는 방법으로서, 하기 단계를 포함하는 방법:

   표적 생체분자를 함유하는 이러한 시료를 미세흐름 장치 내에서 주입구에서 배출구까지 유로를 따라 하류로 흐르도록 하는 단계로서, 이 유로는 연장된 횡단면을 갖는 채취 영역을 포함하는 마이크로채널 배열을 포함하고, 상기 유로 채취 영역이 수평선에 대해 약 30° 내지 약 60°의 각도로 정렬되도록 기구를 배향하는 단계,

   (a) 및 (b)에 의해 흐르는 시료로부터 표적 생체분자를 분리하는 단계:

   (a) 상기 채취 영역에 위치하는 복수의 분리기 포스트로 이러한 흐름을 차단함으로써, 상기 채취 영역을 통과하는 액체의 직선 흐름을 방해하는 단계로서, 이 포스트는 상기 마이크로채널의 상부 또는 하부 표면과 결합하고 이로부터 이의 반대면까지 연장하고, 상기 포스트는 상기 유로에 대해 횡방향으로 연장하고, 상기 포스트는 상기 채취 영역을 측면으로 가로질러 연장하고 이를 통과하는 직선 흐름과 유선형 흐름을 방지하는 불규칙 패턴으로 위치하고, 그리고 상기 채취 영역의 모든 면은 이곳에 운반된 격리제를 갖는 상기 포스트를 포함하는 단계, 및

   (b) 상기 불규칙한 포스트 및 중력에 의한 힘 벡터에 의해 흐름이 혼란됨으로써, 격리제에 표적 생체분자를 결합시킴으로써 채취 영역 내 표면상 흐르는 액체 시료에서 발견되는 표적 생체분자를 포획하는 단계로서, 이 벡터가 상기 채취 영역 의 상기 하부 표면에 대해 정확한 각도로 정렬되어 있는 단계, 및

   배출구를 통해 액체 시료의 잔여물을 배출하는 단계.
2. 제1항에 있어서, 시료가 주입구에서 웰 내로 공급되고, 상기 채널을 통해 잡아당겨지고, 그리고 진공에 의해 배출구를 나가는 방법.
3. 제1항에 있어서, 시료가 실질적으로 수평인 방향으로 배출구를 통해 기구를 이탈하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 기구가 (a) 채취 영역이 공동으로서 이루어지는 편평한 표면을 갖는 본체 및 (b) 상기 편평한 표면과 인접하고 하부 벽을 형성하는 편평한 판을 포함하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 편평한 판이 광투과성이고, 이에 인접하여 위치하는 광학 검출 수단이 상기 채취 영역에서 포획된 생체분자의 파라미터를 모니터링하고, 모니터링된 파라미터에 대응하는 출력 신호를 제공하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 배출 통로가 채취 영역을 통과하는 유로에 대해 약 40° 내지 50°의 각도로 정렬되어 있는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 배출 통로가 상기 주입 통로와 실질적으로 동일한 수직 면에 놓여 있고, 상기 수직 면에서 상기 주입 통로에 대해 약 90°의 각도로 배향되어 있고, 이를 통과하는 출구가 실질적으로 수평 방향으로 있는 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 시료가 약 0.2 내지 1 ㎜/초의 평균 액체 유속에서 상기 채취 영역을 통과하여 흐르도록 하는 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 채취 영역 내 상기 표면이 친수성 코팅을 가지고, 이 코팅은 PEG, PPG 또는 이의 공중합체와 폴리아이소시아네이트의 반응 생성물인 아이소시아네이트-관능성 예비중합체로부터 형성되는 삼투 하이드로겔이고, 상기 격리제가 결합 쌍에 의해 상기 하이드로겔 코팅에 간접적으로 결합하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 예비중합체가 최종 중합되는 동안 상기 채취 영역 내 상기 표면이 상기 예비중합체를 함유하는 수성 혼합물을 이에 공급함으로써 인시트(in situ) 코팅되는 방법.
11. 체액 또는 다른 액체의 시료로부터 세포와 같은 생체분자를 분리하기 위한 미세흐름 장치로서,

    표적 생체분자를 함유하는 이러한 시료가 본체를 통해 흐르도록 할 수 있는 그 속에 규정되는 유로를 갖는 본체로서, 상기 유로로의 주입 통로, 그로부터의 배출 통로, 및 상기 주입 및 배출 통로 사이에서 연장되는 마이크로채널 배열을 갖는 본체, 및

    폐쇄 판을 포함하고,

    상기 마이크로채널 배열은 상부 및 하부 표면을 갖는 채취 영역(이 중 하나는 상기 폐쇄 판에 의해 제공됨) 및 복수의 횡방향 분리기 포스트를 포함하고,

    상기 포스트는 상기 채취 영역의 상기 상부 및 하부 표면의 하나와 결합하고, 상기 폐쇄 판에 의해 제공되는 상기 표면의 다른 쪽으로 상기 유로를 측면으로 가로질러 연장하고, 상기 포스트는 상기 영역을 통과하는 액체의 직선 흐름 및 유선형 흐름을 방해하기 위해 불규칙 패턴으로 위치하고,

    상기 채취 영역의 상기 표면은 상기 포스트를 포함하고, 표적 생체분자와 결합할 격리제를 운반하고,

    상기 주입구는 상기 채취 영역을 통과하는 상기 유로에 대해 약 120° 내지 약 150°의 각도로 정렬되어 있고,

    이에 의해 상기 본체가 수평에 대해 약 30° 내지 60°의 각도로 상기 유로와 정렬되면서 시료가 상기 주입구를 통과하여 실질적으로 수직으로 하향 공급될 수 있고, 그리고 이에 의해 상기 포스트의 상기 불규칙 패턴 및 중력에 의한 힘 벡터가 상기 채취 영역 내, 특히 이의 하부 표면상에서 표적 생체분자의 효과적인 포획을 유도하는 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 본체가 실질적으로 편평하고, 상기 유로가 공동으로서 이루어지는 주 편평한 표면 및 상기 포스트가 연장되는 상기 공동 내 실질적으로 편평한 베이스 표면을 가지고, 상기 반대쪽 표면이 상기 주 편평한 표면과 인접하고 상기 유로를 폐쇄하는 상기 폐쇄 판에 의해 제공되고, 상기 포스트의 자유 말단이 상기 반대쪽 표면과 접촉하고 있는 장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 포스트의 표면과 상기 채취 영역이 친수성, 삼투 코팅으로 코팅되어 있고, 이 코팅은 PEG, PPG 또는 이의 공중합체와 폴리아이소시아네이트의 반응 생성물인 아이소시아네이트-관능성 예비중합체로부터 형성되는 삼투 하이드로겔이고, 상기 격리제가 결합 쌍에 의해 상기 하이드로겔 코팅에 간접적으로 결합하는 장치.
14. 제11항에 있어서, 상기 배출 통로가 상기 주입 통로와 실질적으로 동일한 수직 면에 놓여 있고, 상기 수직 면에서 상기 주입 통로에 대해 약 90°의 각도로 배향되어 있는 장치.
15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포스트가 약 3개 이상의 상이한 횡단면 크기를 가지고, 상기 포스트가 상기 편평한 베이스 표면에 대해 실질적으로 수직으로 정렬되어 있는 장치.
16. 체액 또는 다른 액체의 시료로부터 세포와 같은 생체분자를 분리하기 위한 미세흐름 장치로서,

    표적 생체분자를 함유하는 이러한 시료가 본체를 통해 흐르도록 할 수 있는 이의 편평한 표면 내 공동으로서 정의되는 유로를 갖는 본체로서, 유로는 주입 수단, 배출 수단 및 상기 주입 및 배출 수단 사이에서 연장되는 마이크로채널 배열을 가지고, 이 마이크로채널 배열이 상기 영역 내에 위치하는 복수의 횡방향 분리기 포스트를 갖는 채취 영역을 포함하는 본체, 및

    상기 본체 편평한 표면과 인접하고 상기 유로 공동을 폐쇄하는 편평한 표면을 갖는 폐쇄 판 수단을 포함하고,

    상기 포스트는 상기 채취 영역의 베이스 표면과 결합하고, 상기 폐쇄 판 수단의 표면으로 연장하도록 이로부터 돌출되고,

    상기 포스트는 상기 영역을 통과하는 액체의 직선 흐름 및 유선형 흐름을 방해하기 위해 상기 채취 영역 내 상기 유로를 측면으로 가로질러 연장하는 불규칙 패턴으로 배열되고,

    상기 채취 영역의 모든 상기 표면은 친수성 삼투 하이드로겔로 코팅된 상기 포스트를 포함하고, 표적 생체분자와 결합할 격리제(sequestering agent)를 운반하고,

    이에 의해 상기 포스트의 상기 불규칙 패턴의 결과로서 상기 채취 영역에 걸친 유선형 흐름이 혼란됨으로써 상기 채취 영역 내 상기 표면상에서 표적 생체분자의 효과적인 포획을 생성하는 장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 포스트가 약 3개 이상의 상이한 횡단면 크기를 가지고, 상기 포스트가 상기 마이크로채널의 베이스 표면에 대해 실질적으로 수직으로 정렬되어 있는 장치.
18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 친수성 삼투 하이드로겔 코팅이 약 1 마이크론 이상의 두께이고, PEG, PPG 또는 이의 공중합체와 폴리아이소시아네이트의 반응 생성물인 아이소시아네이트-관능성 예비중합체로부터 형성되는 장치.
19. 제16항에 있어서, 상기 채취 영역 내 상기 표면상 상기 격리제가 결합제의 쌍(pair)을 통해 상기 하이드로겔 코팅과 결합하는 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 친수성 삼투 하이드로겔 코팅이 약 1 마이크론 이상의 두께이고, PEG, PPG 또는 이의 공중합체와 폴리아이소시아네이트의 반응 생성물인 아이소시아네이트-관능성 예비중합체로부터 형성되고, 상기 몇 개의 결합제 중 하나가 상기 하이드로겔의 아이소시아네이트 기에 공유적으로 결합하는 장치.

Images