KR20090041962A - Fertilized egg or ovum culture system which mimics physical and biological features of oviduct based on microfluid mechanics - Google Patents

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Abstract

A culture system for fertilized egg or ovum using micro-fluid mechanics is provided to improve culture of fertilized egg and ovum, thereby being used for artificial insemination and external fertilization for infertility couples. A culture system for fertilized egg or ovum comprises: an inlet(1) for fertilized egg or ovum; an ovum movement micro-fluidic channel(10), linked with the inlet, in which ovum can move; a plurality of ovum compression micro-fluidic channels(20) formed by reducing diameter of the ovum movement micro-fluidic channel; and an outlet(60) for fertilized egg or ovum connected to the ovum movement micro-fluidic channel.

Description

미세유체제어기술 기반으로 난관의 물리적 특징 및 생물적 특징을 모방한 수정란 및 난자 배양 시스템{Fertilized egg or ovum culture system which mimics physical and biological features of oviduct based on microfluid mechanics}Fertilized egg or ovum culture system which mimics physical and biological features of oviduct based on microfluid mechanics}

본 발명은 미세유체제어기술 기반으로 난관의 물리적 특징 및 생물적 특징을 모방한 수정란 및 난자 배양 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 난관에서의 압축, 연동운동 및 섬모운동을 모방할 수 있는 장치를 미세유체제어기술과 조합함으로써 수정란 및 난자의 배양 및 발달을 효율적으로 하기 위한 방법을 제공하는 것이다.The present invention relates to a fertilized egg and egg culture system that mimics the physical and biological characteristics of the fallopian tube on the basis of microfluidic control technology, and more specifically, to a device that can mimic the compression, peristalsis and ciliary motion in the fallopian tube. In combination with microfluidic control technology, the present invention provides a method for efficiently culturing and developing fertilized eggs and eggs.

줄기세포의 발전과 보조생식술의 발달로 수정란 및 난자의 시험관 내 배양(IVC) 및 수정(IVF) 기술이 더불어 발달해왔다. 난치병 치료의 유일한 대안으로 떠오르는 줄기세포의 개발과 불임(infertility)을 해결하기 위한 체외 수정 및 시험관 시술에서 가장 주요한 과정 중에 하나가 바로, 수정란 및 난자의 배양기술이다. 기존의 수정란 및 난자를 위한 배양기술은 여타 세포 배양법과 동일한 페트리 디쉬 배양법에 의존하였고, 배아를 개별적으로 핸들링하기 위한 기술은 유리 파이 펫(glass pipette) 혹은 고정 파이펫(holding pipette)으로 이루어졌다.The development of stem cells and the development of adjuvant reproduction have led to the development of in vitro culture (IVC) and fertilization (IVF) techniques for fertilized eggs and eggs. One of the most important processes in in vitro fertilization and in vitro procedures to address the development and infertility of stem cells, which emerge as the only alternative to the treatment of intractable disease, is the culture of fertilized eggs and eggs. Existing culture techniques for fertilized eggs and eggs have relied on the same Petri dish culture as other cell culture methods, and techniques for individually handling embryos consisted of glass pipettes or holding pipettes.

기존 배양법의 높은 발달 실패율, 다태아 출산 및 윤리·경제적 문제 등을 개선하기 위하여 미세유체시스템이 적용된 수정란 및 난자 배양을 위한 장치들이 이미 개발된바 있다(국내 공개특허 10-2005-0008731, 국내 공개특허 10-2007-0033946). 이러한 시스템은 기존의 배양 접시와 유리 파이펫을 이용한 배양 기술의 한계점을 뛰어넘어 배양 성공률을 높이는데 기여했다. 하지만, 상기 장치들은 실제 배아가 생물체 내에서 이동하는 난관(oviduct)의 형태와 많은 차이를 보이면서 그 효율성에 한계를 여전히 가지고 있다.In order to improve the high development failure rate of the existing culture method, multiple birth and ethical and economic problems, devices for cultivating fertilized eggs and eggs with microfluidic system have been developed (Domestic Patent Publication No. 10-2005-0008731, Korean Patent Publication 10-2007-0033946). This system has helped to overcome the limitations of conventional culture dishes and glass pipettes, thereby increasing the success rate. However, the devices still have a limitation in their efficiency, showing a lot of difference from the shape of the oviduct through which the actual embryo moves within the organism.

인간(human)의 난관(oviduct)은 자궁과 난소를 연결하는 가늘고 긴 관으로서, 이곳에서 수정이 이루어지며 수정란을 자궁으로 이동시키는 역할을 한다. 총 길이 약 10 ㎝ 정도이며 누두부, 난관채, 평대부 및 협부의 네 부분으로 구성되어있다. 누두부(fundibulum)는 난소를 감싸는 깔대기 모양의 부분으로 약 10 mm정도의 직경을 가지고 있다. 난관채(fimbriae)는 난관의 가장자리로서 손가락처럼 끝 부분이 펼쳐진다(Finger like extensions of its margins). 평대부(ampulla)는 난관 끝쪽의 1/3지점으로서 수정이 이루어지는 중요한 부분이다. 마지막으로 협부(isthmus)는 자궁강과 접해 있는 부분으로서 난관의 구성요소 중 가장 좁은 30 ~ 100 ㎛의 직경을 가지고 있다. 수정란의 직경을 약 100 ㎛라고 본다면 수정란이 자궁 쪽으로 난관을 이동하는 동안 협부(ishmus)를 통과하면서 수정란은 약간의 압력을 받아 압축 및 변형됨(squeezing or constriction)을 알 수 있다. 난관의 상피는 섬모가 있는 단층원주상피(ciliated simple columnar epithelium)이다. 평대 부에서 정자를 만나 수정된 수정란은 난관 내의 섬모상피세포에 의한 섬모운동과 난관 자체의 연동운동에 의해 자궁으로 보내지게 된다.Human oviduct is an elongated tube that connects the uterus to the ovary, where fertilization takes place and serves to move the fertilized egg into the uterus. The total length is about 10 cm and consists of four parts, nipples, fallopian tubes, flat and narrow. The fundibulum is a funnel-shaped part of the ovary, about 10 mm in diameter. The fimbriae is the edge of the fallopian tube, with fingers like extensions of its margins. The ampulla is one-third of the end of the fallopian tube and is an important part of the fertilization. Lastly, the isthmus is the part of the uterine cavity that has the narrowest diameter of 30 to 100 μm of the fallopian tubes. If the diameter of the fertilized egg is about 100 μm it can be seen that the fertilized egg is compressed and deformed under slight pressure while passing through the isthmus while moving the fallopian tube toward the uterus. The fallopian epithelium is ciliated simple columnar epithelium. The fertilized egg that meets sperm in the flat part is sent to the uterus by ciliary movement by ciliary epithelial cells in the fallopian tube and peristalsis of the fallopian tube itself.

이에, 본 발명자들은 전술한 난관의 물리적 및 생물적 특징과 미세유체제어기술을 조합함으로써 생물체 내 난관에서의 수정란의 이동을 모방한 배양장치를 제작하였고, 상기 배양장치에서 수정란이 건강하게 분화하는 것을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.Thus, the present inventors have fabricated a culture apparatus that mimics the movement of fertilized eggs in the fallopian tubes in living organisms by combining the above-described physical and biological characteristics of the fallopian tubes and microfluidic control techniques, and the healthy differentiation of the fertilized eggs in the culture apparatus. The present invention was completed by confirming.

본 발명의 목적은 기존의 미세유체제어기술(microfluidics)을 기반으로 하는 수정란 및 난자 배양 시스템의 낮은 효율성을 높이기 위해 난관의 물리적 및 생물적 특징을 모방하여 도입함으로써 배양 효율성을 높이고 줄기세포 및 발생학 연구의 편의성을 제공하는 것에 있다.The purpose of the present invention is to improve the culture efficiency and stem cell and embryology research by imitating the physical and biological characteristics of the oviduct in order to increase the low efficiency of fertilized egg and egg culture system based on the existing microfluidics (microfluidics) Is to provide convenience.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 수정란 및 배지 주입구(1);In order to achieve the above object, the present invention is a fertilized egg and medium inlet (1);

상기 수정란 및 배지 주입구(1)와 연결되고 난자가 이동 가능한 난자 이동 미세유체채널부(10);An egg moving microfluidic channel part 10 connected to the fertilized egg and the medium inlet 1 and movable in the egg;

상기 난자 이동 미세유체채널부(10) 내에 하나 이상의 수로 형성된 상기 난자 이동 미세유체채널부(10)의 직경을 감소시킨 난자 압축 미세유체채널부(20); 및,An oocyte-compressed microfluidic channel part 20 which reduces the diameter of the oocyte-moving microfluidic channel part 10 formed in at least one number in the oocyte-moving microfluidic channel part 10; And,

상기 난자 이동 미세유체채널부(10)에 수정란 및 배지 배출구(60)가 연결된 수정란 또는 난자 배양 시스템을 제공한다.The egg transfer microfluidic channel unit 10 provides a fertilized egg or an egg culture system in which a fertilized egg and a medium outlet 60 are connected.

또한, 본 발명은 1) 상기 수정란 또는 난자 배양 시스템의 주입구(1)에 배지를 주입하는 단계;In addition, the present invention 1) injecting the medium into the inlet (1) of the fertilized egg or egg culture system;

2) 상기 주입구(1)에 수정란 또는 난자를 주입하고 미세유체 흐름의 속도를 제어하는 단계;2) injecting a fertilized egg or an egg into the inlet (1) and controlling the speed of the microfluidic flow;

3) 단계 2)의 시스템을 37℃ 인큐베이터에 넣어 적당한 온도를 유지하며 수정란 또는 난자를 배양하는 단계; 및,3) culturing the fertilized egg or egg while putting the system of step 2) in a 37 ° C. incubator to maintain the proper temperature; And,

4) 단계 3)의 배양된 수정란 또는 난자를 수정란 및 배지 배출구(51)로부터 배출하는 단계를 포함하는 상기 시스템을 이용한 수정란 또는 난자 배양 방법을 제공한다.4) It provides a method for cultivating fertilized eggs or eggs using the system comprising the step of discharging the cultured eggs or eggs of step 3) from the fertilized eggs and the medium outlet (51).

또한, 본 발명은 수정란 및 배지 주입구(1);In addition, the present invention is a fertilized egg and medium inlet (1);

상기 수정란 및 배지 주입구(1)와 연결되고 난자가 이동 가능하며 상류지역에 밸브(펌프) 채널부(25)가 구비된 난자 이동 미세유체채널부(10);An egg moving microfluidic channel part 10 connected to the fertilized egg and the medium inlet 1 and movable in an egg and provided with a valve (pump) channel part 25 in an upstream region;

상기 난자 이동 미세유체채널부(10) 내에 하나 이상의 수로 형성된 상기 난자 이동 미세유체채널부(10)의 직경을 감소시킨 난자 압축 미세유체채널부(20); 및,An oocyte-compressed microfluidic channel part 20 which reduces the diameter of the oocyte-moving microfluidic channel part 10 formed in at least one number in the oocyte-moving microfluidic channel part 10; And,

상기 난자 이동 미세유체채널부(10)에 수정란 및 배지 배출구(60)가 연결된 수정란 또는 난자 배양 시스템을 제공한다.The egg transfer microfluidic channel unit 10 provides a fertilized egg or an egg culture system in which a fertilized egg and a medium outlet 60 are connected.

또한, 본 발명은 1) 상기 수정란 또는 난자 배양 시스템의 주입구(1)에 배지를 주입하는 단계;In addition, the present invention 1) injecting the medium into the inlet (1) of the fertilized egg or egg culture system;

2) 상기 주입구(1)에 수정란 또는 난자를 주입하고 미세유체 흐름의 속도를 제어하는 단계;2) injecting a fertilized egg or an egg into the inlet (1) and controlling the speed of the microfluidic flow;

3) 단계 2)의 수정란 또는 난자가 연동수축을 위한 밸브(펌프) 채널부(25)를 지날때에 상기 밸브(펌프) 채널부(25)에 미세유체를 주입하는 단계;3) injecting microfluid into the valve (pump) channel part 25 when the fertilized egg or egg of step 2) passes the valve (pump) channel part 25 for peristaltic contraction;

4) 단계 3)의 수정란 또는 난자가 밸브(펌프) 채널부(25)를 지나면, 단계 3)의 시스템을 37℃ 인큐베이터에 넣어 적당한 온도를 유지하며 수정란 또는 난자를 배양하는 단계; 및,4) When the fertilized egg or egg of step 3) has passed the valve (pump) channel part 25, culturing the fertilized egg or egg while putting the system of step 3) in a 37 ° C. incubator to maintain an appropriate temperature; And,

5) 단계 4)의 배양된 수정란 또는 난자를 수정란 및 배지 배출구(51)로부터 배출하는 단계를 포함하는 상기 시스템을 이용한 수정란 또는 난자 배양 방법을 제공한다.5) It provides a fertilized egg or egg culture method using the system comprising the step of discharging the cultured fertilized egg or egg of step 4) from the fertilized egg and medium outlet (51).

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 수정란 및 배지 주입구(1);The present invention is a fertilized egg and medium inlet (1);

상기 수정란 및 배지 주입구(1)와 연결되고 난자가 이동 가능한 난자 이동 미세유체채널부(10);An egg moving microfluidic channel part 10 connected to the fertilized egg and the medium inlet 1 and movable in the egg;

상기 난자 이동 미세유체채널부(10) 내에 하나 이상의 수로 형성된 상기 난자 이동 미세유체채널부(10)의 직경을 감소시킨 난자 압축 미세유체채널부(20); 및,An oocyte-compressed microfluidic channel part 20 which reduces the diameter of the oocyte-moving microfluidic channel part 10 formed in at least one number in the oocyte-moving microfluidic channel part 10; And,

상기 난자 이동 미세유체채널부(10)에 수정란 및 배지 배출구(60)가 연결된 수정란 또는 난자 배양 시스템을 제공한다.The egg transfer microfluidic channel unit 10 provides a fertilized egg or an egg culture system in which a fertilized egg and a medium outlet 60 are connected.

상기 난자 이동 미세유체채널부(10)는 수정란이 발달한 형태인 배반포 직경의 10% 내지 100% 넓은 너비 및 5% 내지 50% 높은 높이인 것이 바람직하다. 상기 난자 이동 미세유체채널부(10) 내에 난자 압축 미세유체채널부(20)가 2개 내지 300개가 포함되는 것이 바람직하다. 상기 난자 압축 미세유체채널부(20)가 하나 이상 포함되면서 압축 자극의 횟수를 조절할 수 있고, 난관의 길이를 모방할 수 있다. 난자 압축 미세유체채널부(20)는 배반포 직경의 너비 및 높이의 60% 내지 90%인 것이 바람직하며, 압축자극의 강도를 조절하기 위해 난자 압축 미세유체채널부(20)의 너비 및 높이가 조절될 수 있다. 난자 압축 미세유체채널부(20)는 길이가 50 ㎛ 내지 150 ㎛인 것이 바람직하고, 압축자극의 강도를 조절하기 위해 난자 압축 미세유체채널부(20)의 너비 및 높이가 조절되는 것을 특징으로 한다. 상기 시스템을 이용한 결과 배양된 수정란이 배반포기 형태까지 건강하게 분화되는 것을 확인하였다(도 6a 참조).The egg transfer microfluidic channel 10 is preferably 10% to 100% wide and 5% to 50% high in blastocyst diameter, in which the fertilized egg is developed. It is preferable that the egg movement microfluidic channel part 10 includes two to 300 egg compression microfluidic channel parts 20. The egg compression microfluidic channel part 20 may be included, and thus, the number of compression stimuli may be adjusted and mimic the length of the oviduct. The egg compressed microfluidic channel portion 20 is preferably 60% to 90% of the width and height of the blastocyst diameter, and the width and height of the egg compressed microfluidic channel portion 20 are adjusted to control the intensity of the compression stimulus. Can be. Preferably, the egg compressed microfluidic channel part 20 has a length of 50 μm to 150 μm, and the width and height of the egg compressed microfluidic channel part 20 are adjusted to control the strength of the compression stimulus. . As a result of using the system, the cultured fertilized eggs were confirmed to be healthy differentiation up to the blastocyst form (see Fig. 6a).

또한, 본 발명은 1) 상기 수정란 또는 난자 배양 시스템의 주입구(1)에 배지를 주입하는 단계;In addition, the present invention 1) injecting the medium into the inlet (1) of the fertilized egg or egg culture system;

2) 상기 주입구(1)에 수정란 또는 난자를 주입하고 미세유체 흐름의 속도를 제어하는 단계;2) injecting a fertilized egg or an egg into the inlet (1) and controlling the speed of the microfluidic flow;

3) 단계 2)의 시스템을 37℃ 인큐베이터에 넣어 적당한 온도를 유지하며 수정란 또는 난자를 배양하는 단계;3) culturing the fertilized egg or egg while putting the system of step 2) in a 37 ° C. incubator to maintain the proper temperature;

4) 단계 3)의 배양된 수정란 또는 난자를 수정란 및 배지 배출구(51)로부터 배출하는 단계를 포함하는 상기 시스템을 이용한 수정란 또는 난자 배양 방법을 제공한다.4) It provides a method for cultivating fertilized eggs or eggs using the system comprising the step of discharging the cultured eggs or eggs of step 3) from the fertilized eggs and the medium outlet (51).

또한, 상기 수정란 및 배지 주입구(1)와 연결되고 난자가 이동 가능한 난자 이동 미세유체채널부(10);In addition, the egg transfer microfluidic channel unit 10 is connected to the fertilized egg and the medium inlet (1) and the egg is movable;

상기 수정란 및 배지 주입구(1)와 연결되고 난자가 이동 가능하며 상류지역에 밸브(펌프) 채널부(25)가 구비된 난자 이동 미세유체채널부(10);An egg moving microfluidic channel part 10 connected to the fertilized egg and the medium inlet 1 and movable in an egg and provided with a valve (pump) channel part 25 in an upstream region;

상기 난자 이동 미세유체채널부(10) 내에 하나 이상의 수로 형성된 상기 난자 이동 미세유체채널부(10)의 직경을 감소시킨 난자 압축 미세유체채널부(20); 및,An oocyte-compressed microfluidic channel part 20 which reduces the diameter of the oocyte-moving microfluidic channel part 10 formed in at least one number in the oocyte-moving microfluidic channel part 10; And,

상기 난자 이동 미세유체채널부(10)에 수정란 및 배지 배출구(60)가 연결된 수정란 또는 난자 배양 시스템을 제공한다.The egg transfer microfluidic channel unit 10 provides a fertilized egg or an egg culture system in which a fertilized egg and a medium outlet 60 are connected.

상기 밸브(펌프) 채널부(25)는 수정란 또는 난자가 이동할 수 있는 하부 미세유체채널판(50)의 상류지역에 위치하고, 밸브(펌프) 채널부(25)와 하부 미세유체채널판(50) 사이에 멤브레인이 존재하여 하부 미세유체채널판(50)의 채널부를 이동하는 수정란 또는 난자를 압박할 수 있다. 상기 멤브레인은 폴리다이메틸실록산인 것이 바람직하다. 밸브(펌프) 채널부(25)에 페리스탈틱 펌프가 추가로 연결되어 하부 채널판(50)에 압력을 줌으로써 하부의 유체가 일정한 방향과 속도로 흐를 수 있도록 제어할 수 있다.The valve (pump) channel portion 25 is located in an upstream region of the lower microfluidic channel plate 50 through which the fertilized egg or egg can move, and the valve (pump) channel portion 25 and the lower microfluidic channel plate 50 are formed. A membrane may exist between the fertilized eggs or eggs that move the channel portion of the lower microfluidic channel plate 50. Preferably the membrane is polydimethylsiloxane. A peristaltic pump is additionally connected to the valve (pump) channel portion 25 to apply pressure to the lower channel plate 50 so that the fluid in the lower portion can flow in a constant direction and speed.

또한, 본 발명은 1) 상기 수정란 또는 난자 배양 시스템의 주입구(1)에 배지를 주입하는 단계;In addition, the present invention 1) injecting the medium into the inlet (1) of the fertilized egg or egg culture system;

2) 상기 주입구(1)에 수정란 또는 난자를 주입하고 미세유체 흐름의 속도를 제어하는 단계;2) injecting a fertilized egg or an egg into the inlet (1) and controlling the speed of the microfluidic flow;

3) 단계 2)의 수정란 또는 난자가 연동수축을 위한 밸브(펌프) 채널부(25)를 지날때에 상기 밸브(펌프) 채널부(25)에 미세유체를 주입하는 단계;3) injecting microfluid into the valve (pump) channel part 25 when the fertilized egg or egg of step 2) passes the valve (pump) channel part 25 for peristaltic contraction;

4) 단계 3)의 수정란 또는 난자가 밸브(펌프) 채널부(25)를 지나면, 단계 3)의 시스템을 37℃ 인큐베이터에 넣어 적당한 온도를 유지하며 수정란 또는 난자를 배양하는 단계;4) When the fertilized egg or egg of step 3) has passed the valve (pump) channel part 25, culturing the fertilized egg or egg while putting the system of step 3) in a 37 ° C. incubator to maintain an appropriate temperature;

5) 단계 4)의 배양된 수정란 또는 난자를 수정란 및 배지 배출구(51)로부터 배출하는 단계를 포함하는 상기 시스템을 이용한 수정란 또는 난자 배양 방법을 제공한다.5) It provides a fertilized egg or egg culture method using the system comprising the step of discharging the cultured fertilized egg or egg of step 4) from the fertilized egg and medium outlet (51).

본 발명의 상기 배양 시스템의 내부 벽에 난관 표면의 섬모세포가 추가로 부착된 것을 특징으로 하는 배양 시스템을 제공한다.It provides a culture system characterized in that the ciliated cells of the fallopian tube surface is further attached to the inner wall of the culture system of the present invention.

섬모세포의 부착 전에 섬모세포의 부착을 도울 수 있는 화학물질을 배양 시스템의 내부 벽에 처리될 수 있으며, 상기 화학물질로는 콜라겐(collagen), 파이브로넥틴(fibronectin), 라미닌(laminin), poly-L-lysine 및 자연 세포외기질(extracellular matrix) 등이 있고, 자연 세포외기질(extracellular matrix)이 가장 바람직하다. 또한 본 발명은 상기 섬모세포 대신에 MEF(mouse embryonic fibroblast)로 대체될 수 있다.Chemicals may be treated on the inner wall of the culture system prior to the attachment of the ciliated cells, such as collagen, fibronectin, laminin, poly -L-lysine, natural extracellular matrix, and the like, and most preferred is the extracellular matrix. In addition, the present invention may be replaced by MEF (mouse embryonic fibroblast) in place of the ciliated cells.

본 발명의 배양 시스템의 난자 이동 미세유체채널부(10), 난자 압축 미세유체채널부(20) 및 밸브(펌프) 채널부(25)는 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리메틸메타클릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리아크리레이트(polyacrylates), 폴리카보네이트(polycarbonates), 폴리스티렌(polystylene), 폴리실릭 올레핀(polycyclic olefins), 폴리이미드(polyimides) 및 폴리우레탄(polyurethanes)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 PDMS를 사용하였다.The oocyte moving microfluidic channel part 10, the oocyte compressed microfluidic channel part 20 and the valve (pump) channel part 25 of the culture system of the present invention are polydimethylsiloxane (polydimethylsiloxane, PDMS), polymethyl methacrylate Selected from the group consisting of polymethylmethacrylate (PMMA), polyacrylates, polycarbonates, polystyrene, polycyclic olefins, polyimides and polyurethanes It may be either, PDMS was used in a preferred embodiment of the present invention.

또한 본 발명의 바람직한 실시예에서 배양 시스템은 슬라이드 글라스, 크리스탈, 유리 글라스 및 PDMS로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나에 접합되어 있을 수 있고, 미세유체흐름을 발생시킬 수 있는 기울기를 형성시키는 장치 위에 고정될 수 있다. 또한 상기 미세유체흐름은 시린지 펌프(syringe pump)로 배지 주입량을 조절함으로써 발생할 수 있다.Also in a preferred embodiment of the present invention the culture system may be bonded to any one selected from the group consisting of slide glass, crystal, glass glass and PDMS, and may be fixed on the device to form a slope capable of generating microfluidic flow. Can be. In addition, the microfluidic flow may be generated by adjusting the medium injection amount with a syringe pump.

본 발명의 바람직한 실시예에서 도 2c에서 나타낸, 수정란 및 배지 주입구(1), 난자 이동 미세유체채널부(10), 14개의 난자 압축 미세유체채널부(20) 및 수정란 및 배지 배출구(60)로 이루어진 수정란 또는 난자 배양 시스템을 제공한다.In the preferred embodiment of the present invention, as shown in Figure 2c, fertilized egg and medium inlet (1), egg transfer microfluidic channel section 10, 14 oocyte compressed microfluidic channel section 20 and fertilized egg and medium outlet (60) Provided is a fertilized egg or egg culture system.

상기 시스템은 미세유체의 흐름을 위해 기울기를 형성시키는 장치 위에 배양 시스템을 고정시켜서 시스템 좌우의 높이 차이를 유발시킴으로써 유체 및 수정란이 미세채널 내부에서 이동할 수 있도록 조절할 수 있다(도 5 참조). 상기 시스템을 이용한 결과 배양된 수정란이 배반포기 형태까지 건강하게 분화되는 것을 확인하였다(도 6b 참조).The system can be adjusted to allow fluid and fertilized eggs to move inside the microchannel by immobilizing the culture system on a device that forms a slope for the flow of the microfluid, causing a height difference on the left and right of the system (see FIG. 5). As a result of using the system, the cultured fertilized eggs were confirmed to be healthy differentiation up to the blastocyst form (see Fig. 6b).

또한, 본 발명의 바람직한 실시태양에서는 도 3a에서 나타낸, 도 2c에서 제시한 배양 시스템이 상부를 이루고 상기 시스템과 역상인 배양 시스템(도 3b)이 하부를 이루며, 상기 상부와 하부가 접합하여 이루어지고 난자 이동 채널부와 반대 방향으로 수정란 및 배지 주입구(1)부터 시스템의 외부까지 개방된 수정란 또는 난자 배양 시스템을 제공한다. 또한, 상기 배양 시스템의 내부 벽에 난모세포가 부착될 수 있다.In addition, in a preferred embodiment of the present invention, the culture system shown in Figure 2c, shown in Figure 3a is a top, and the culture system (Fig. 3b) that is in phase with the system is a bottom, the top and bottom are joined Provided is a fertilized egg or egg culture system open from the fertilized egg and medium inlet 1 to the outside of the system in the opposite direction to the egg transfer channel portion. In addition, oocytes may be attached to the inner wall of the culture system.

또한, 본 발명의 바람직한 실시태양에서 도 4에서 나타낸, 도 3a에서 제시한 배양 시스템의 난자 이동 미세유체채널부(10)의 상단부에 밸브(펌프) 채널부(25)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 수정란 또는 난자 배양 시스템을 제공한다. 상기 배양 시스템의 내부 벽에 난관 표면의 섬모세포가 추가로 부착될 수 있다.In addition, in a preferred embodiment of the present invention, a valve (pump) channel portion 25 is further included at the upper end of the egg moving microfluidic channel portion 10 of the culture system shown in FIG. Provided is a fertilized egg or egg culture system. The ciliated cells of the fallopian tube surface may be further attached to the inner wall of the culture system.

본 발명의 바람직한 실시예에서 도 4에서 나타낸 배양 시스템에 수정란을 배양한 결과 배양된 수정란이 배반포기 형태까지 건강하게 분화되는 것을 확인하였다. In a preferred embodiment of the present invention as a result of culturing the fertilized egg in the culture system shown in Figure 4 it was confirmed that the cultured fertilized egg is healthy differentiation up to blastocyst form.

본 발명은 미세유체시스템 기반 수정란 및 난자 배양 시스템의 효율을 높이기 위하여 난관의 물리적 및 생물적 특징을 모방하였기 때문에, 기존의 페트리디쉬 형식의 배양방식뿐만 아니라 미세유체제어기술을 이용한 여타의 배양 시스템과는 수정란에게 주는 물리적 및 생물적 자극의 정도가 다를 것으로 예측되며, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 배양된 수정란이 배반포기 형태까지 건강하게 분화되는 것을 확인하였다. 즉, 본 발명의 배양 시스템은 배양 속도, 성장성 및 수정 후 수정란의 상태 등이 기존의 배양 시스템보다 효과적일 것이다. 또한, 본 발명의 미세유체채널부는 채널부의 너비 및 높이가 조절될 수 있고, 채널부 내부에 부착할 수 있는 섬모세포의 종류도 한정이 없으므로 다양한 종 유래의 수정란 또는 난자를 위한 배양 시스템으로 응용될 수 있을 것이다.Since the present invention mimics the physical and biological characteristics of the oviduct in order to increase the efficiency of the microfluidic system-based fertilized egg and egg culture system, other culture systems using microfluidic control technology as well as the conventional petri dish type culture method. Is expected to be different in the degree of physical and biological stimulation given to the fertilized egg, it was confirmed through the preferred embodiment of the present invention that the cultured fertilized eggs are healthy differentiation to blastocyst form. That is, the culture system of the present invention will be more effective than the conventional culture system, such as culture rate, growth and fertilized egg after fertilization. In addition, the microfluidic channel part of the present invention can be adjusted in the width and height of the channel portion, there is no limit to the type of ciliocytes that can be attached to the channel portion, so it can be applied as a culture system for fertilized eggs or eggs derived from various species Could be.

본 발명에 의한 미세유체제어기술을 기반으로 한 난관 생체모방 수정란 배양 시스템은 수정란 및 난자의 효율적인 배양 및 발달을 도울 수 있기 때문에 줄기세포 및 발생학 연구의 편의성 및 높은 효율성을 제공하고, 일반 산부인과에서도 효과적으로 불임부부를 위한 인공수정 및 체외수정에 응용될 수 있다. The oviduct biomimetic fertilized egg culture system based on the microfluidic control technology according to the present invention can help efficient culture and development of fertilized eggs and eggs, thus providing convenience and high efficiency in stem cell and embryology research, and effectively in general gynecology. It can be applied to artificial insemination and in vitro fertilization for infertile women.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited to the following examples.

<< 실시예Example 1> 수정란 또는 난자 배양 시스템의 기본단위 제작 1> Preparation of basic unit of fertilized egg or egg culture system

<1-1> 물리적 특징(압축)의 모방<1-1> Imitation of Physical Characteristics (Compression)

본 발명에 의한 미세유체제어기술(microfluidics)을 기반으로 하는 난관의 물리적 특징 중 압축(constriction)을 모방한 수정란 혹은 난자 배양 시스템의 기본단위는 다음과 같다. 도 1a와 같이 상기 시스템은 미세채널 패턴이 있는 구조물층(41)과 투명플레이트 층(70)이 적층된 구조를 갖는다. 미세채널 패턴이 있는 구조물층(41)은 투명하고 탄성을 갖는 PDMS(polydimethylsiloxane)를 이용한 몰딩(molding) 방법으로 제작하였다. 몰딩(molding)을 위한 주형(master)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer) 기판 위에 감광물질(photoresist)을 패터닝하는 방법을 이용하였다. 감광물질로는 SU-8을 사용하여 난자 이동 미세유체채널부(10) 및 난자 압축 미세유체채널부(20)를 제작하였다(도 2b). 이때 실제 난관의 크기와 유사한 미세유체채널을 제작하기 위해 난자 이동 미세유체채널부(10)를 실제 배반포 직경보다 10% 이상 넓은 너비 200 ㎛ 및 높은 높이 200 ㎛로 하였다. 또한 난관에서의 수정란의 이동시 발생할 수 있는 압축의 모사를 위한 상기 난자 압축 미세유체채널부(20)의 채널 너비 및 높이를 배반포 직경의 90% 이하로 하였고(도 1a), 통로의 너비 및 높이가 수정란 및 난자의 크기보다 작아 수정란 및 난자의 표면에 압축(constriction)효과를 줄 수 있다. 상기 주형에 경화제와 10:1의 비율로 섞은 pre-PDMS(Sylgard 184, Dow Corning)를 붓고 60℃에서 3시간 동안 경화시켰다. 경화 과정을 거친 후 PDMS 기판에 구멍을 내어 세포 및 여러 유체물질을 흘려줄 주입구(1)와 배출구(60)를 제작하였다. 이렇게 형성된 미세채널 패턴이 있는 구조물층(41)과 투명 플레이트 층(70)을 공기 플라즈마(air plasma)를 이용해 산화시켜 적층하여 두 층으로 이루어진 수정란 또는 난자 배양 시스템을 완성하였다.The basic unit of the fertilized egg or egg culture system that mimics the constriction among the physical characteristics of the oviduct based on microfluidics according to the present invention is as follows. As shown in FIG. 1A, the system has a structure in which a structure layer 41 having a microchannel pattern and a transparent plate layer 70 are stacked. The structure layer 41 having the microchannel pattern was manufactured by a molding method using transparent and elastic PDMS (polydimethylsiloxane). As a master for molding, a method of patterning a photoresist on a silicon wafer substrate was used. As the photosensitive material, an egg transfer microfluidic channel part 10 and an egg compressed microfluidic channel part 20 were manufactured using SU-8 (FIG. 2B). At this time, in order to produce a microfluidic channel similar to the size of an actual oviduct, the egg moving microfluidic channel part 10 was set to a width of 200 μm and a height of 200 μm, which is more than 10% wider than the actual blastocyst diameter. In addition, the channel width and height of the oocyte-compressed microfluidic channel 20 for simulating the compression that may occur when the fertilized egg moves in the fallopian tube are 90% or less of the blastocyst diameter (FIG. 1A), and the width and height of the passage are It is smaller than the size of the fertilized egg and the egg can give a constriction effect on the surface of the fertilized egg and the egg. The mold was poured with pre-PDMS (Sylgard 184, Dow Corning) mixed with a curing agent in a ratio of 10: 1, and cured at 60 ° C. for 3 hours. After the hardening process, a hole was formed in the PDMS substrate to prepare an inlet (1) and an outlet (60) through which cells and various fluid materials can flow. The structure layer 41 and the transparent plate layer 70 having the microchannel pattern thus formed are oxidized and stacked by using an air plasma to complete a fertilized egg or egg culture system consisting of two layers.

<1-2> 물리적 특징(연동운동)의 모방<1-2> Imitation of Physical Characteristics (Interlocking Motion)

본 발명에 의한 미세유체제어기술(microfluidics)을 기반으로 하는 난관의 물리적 특징 중 연동수축(peristaltic contraction)을 모방한 수정란 혹은 난자 배양 시스템의 기본단위는 다음과 같다. 도 1b와 같이 상기 시스템은 연동수축(peristaltic contraction)을 위한 밸브(펌프) 채널부(25)를 갖는다. 수정란이 흘러 갈 수 있는 하부 미세유체채널판(50)을 하부에 두고, 그 위에 상기 시스템과 유체흐름의 방향이 수직인 유체흐름을 발생함으로써 하부 미세유체채널판(50)의 채널부를 압박할 수 있는 밸브(펌프) 채널부(25)를 상부에 두었다. 상기 밸브(펌프) 채널부(25)에 유체를 유입 및 배출시킬 수 있는 관을 상부 미세유체채널판의 벽면까지 연결해주고(도 4), 상기 상부 미세유체채널판(40) 및 하부 미세유체채널판(50)의 구조물층 사이에 PDMS와 같은 연성의 물질로 멤브레인(membrane)이 존재하도록 하였다. 밸브(펌프) 채널부(25)는 하부패널판(50)의 채널부 위에 접층하여 채널부를 압박함으로써 하부 미세유체채널판(50)의 채널부의 유체뿐만 아니라 수정란도 이동시킬 수 있도록 하였다. 또한, 상기 밸브(펌프) 채널부(25)에 페리스탈틱 펌프를 연결하여 하부 미세유체채널판(50)에 압력을 줌으로써 하부의 유체가 일정한 방향과 속도로 흐를 수 있도록 제어하였다Among the physical characteristics of the oviduct based on microfluidics according to the present invention, the basic unit of a fertilized egg or egg culture system that mimics a peristaltic contraction is as follows. As shown in FIG. 1B, the system has a valve (pump) channel portion 25 for a peristaltic contraction. The lower microfluidic channel plate 50 through which the fertilized egg can flow can be placed thereon, and the channel portion of the lower microfluidic channel plate 50 can be pressed by generating a fluid flow in which the direction of the fluid flow is perpendicular to the system. A valve (pump) channel section 25 was placed on top. Connecting a pipe capable of introducing and discharging fluid into the valve (pump) channel part 25 to the wall surface of the upper microfluidic channel plate (FIG. 4), and the upper microfluidic channel plate 40 and the lower microfluidic channel. Between the structure layers of the plate 50, a membrane was made of a soft material such as PDMS. The valve (pump) channel portion 25 contacts the channel portion of the lower panel plate 50 so as to press the channel portion to move not only the fluid of the channel portion of the lower microfluidic channel plate 50 but also the fertilized egg. In addition, by connecting a peristaltic pump to the valve (pump) channel part 25 to apply pressure to the lower microfluidic channel plate 50, the lower fluid was controlled to flow in a constant direction and speed.

기본 제작과정은 라운드 형태의 하부 미세유체채널을 가진 실리콘 몰드를 제작하고 PDMS 커링(curing)을 통하여 하부 미세유체채널판(50)을 제작하였다. 그 위에 배열화(aligning)를 통하여 상부 밸브(펌프) 채널부(25)를 포함하는 상부 미세유체채널판(40)을 접합하였다. 접합이 끝나면 밸브(펌프) 채널부(25)와 하부 미세유체채널판(50)을 하부 웨이퍼에서 떼어내어 투명 플레이트(70)에 접층하여 밸브(펌프) 채널부(25)를 갖는 수정란 또는 난자 배양 시스템을 완성하였다.In the basic manufacturing process, a silicon mold having a round microfluidic channel was manufactured, and a lower microfluidic channel plate 50 was manufactured through PDMS curing. The upper microfluidic channel plate 40 including the upper valve (pump) channel portion 25 was bonded through the alignment. After completion of the bonding, the valve (pump) channel part 25 and the lower microfluidic channel plate 50 are removed from the lower wafer and laminated on the transparent plate 70 to incubate the fertilized egg or egg having the valve (pump) channel part 25. Complete the system.

<1-3> 생물적 특징(섬모운동)의 모방<1-3> Mimicking Biological Features

본 발명에 의한 미세유체제어기술(microfluidics)을 기반으로 하는 난관의 생물적 특징을 모방한 수정란 혹은 난자 배양 시스템은 다음과 같다. 본 발명의 배양 시스템에 수정란 및 배지 주입구(1)로 DMEM 배지를 흘려준 다음, 난관(oviduct) 표면의 섬모세포(Amy LW, Adv Physiol Educ 30:237-241, 2006)를 수정란 및 배지 주입구(1)를 통해 주입하였다. 이때 필요에 따라 채널 내부를 섬모세포가 잘 부착할 수 있도록 도울 수 있는 화학물질(콜라겐)으로 미리 코팅하였다. 섬모세포가 채널부에 부착될 때까지 유체를 흘리지 않고 기다린 후, 현미경으로 이미지 분석하여 섬모세포의 밀도가 높아질 때까지 2시간 이상 배양하였다.Embryos or egg culture systems that mimic the biological characteristics of the oviducts based on microfluidics according to the present invention are as follows. After flowing the DMEM medium into the fertilized egg and the medium inlet (1) in the culture system of the present invention, ciliated cells (Amy LW, Adv ) on the surface of the oviduct Physiol Educ 30: 237-241, 2006) were injected through the fertilized egg and medium inlet (1). At this time, if necessary, the inside of the channel was pre-coated with a chemical (collagen) to help the ciliated cells adhere well. After the fluid was waited for the ciliated cells to adhere to the channel part, the images were analyzed under a microscope and cultured for 2 hours or more until the density of the ciliated cells became high.

<< 실시예Example 2> 수정란 또는 난자 배양 시스템의 제작 2> Fabrication of Embryo or Oocyte Culture System

<2-1> 배양 시스템 1<2-1> culture system 1

본 발명에 의한 미세유체제어기술(microfluidics)을 기반으로 하는 수정란 혹은 난자 배양 시스템은 난관에서의 반복적인 압축을 모방하기 위하여 난자 이동 미세유체채널부(10)와 난자 압축 미세유체채널부(20)가 일정한 간격으로 반복적으 로 이어지면서 상기 시스템의 길이가 조절된 형태의 기본 채널판(40)으로 응용될 수 있었다. 도 2a와 같이 상기 시스템은 수정란 및 배지 주입구(1), 난자 이동 미세유체채널부(10), 난자 압축 미세유체채널부(20), 수정란 및 배지 배출구(60)로 구성될 수 있고, 상기 난자 이동 미세유체채널부(10) 및 난자 압축 미세유체채널부(20)(도 2b)는 일정한 간격(500 ㎛)을 두고 반복적으로 연결되었다.The fertilized egg or egg culture system based on the microfluidics according to the present invention has an egg moving microfluidic channel part 10 and an ovum compressing microfluidic channel part 20 to mimic repetitive compression in an oviduct. While repeated repeatedly at regular intervals, the length of the system could be applied to the basic channel plate 40 of the adjusted form. As shown in FIG. 2A, the system may be composed of a fertilized egg and a medium inlet 1, an egg moving microfluidic channel part 10, an egg compressed microfluidic channel part 20, a fertilized egg and a medium outlet 60, and the egg. The moving microfluidic channel part 10 and the ovum compressed microfluidic channel part 20 (FIG. 2B) were repeatedly connected at regular intervals (500 µm).

미세유체의 흐름을 위해 기울기를 형성시키는 장치 위에 배양 시스템을 고정시켜서 시스템 좌우의 높이 차이를 유발시킴으로써 유체 및 수정란이 미세채널 내부에서 이동할 수 있도록 조절하였다(도 5). 이때 수정란 또는 난자의 이동 속도는 실제 난관(oviduct) 안에서의 이동속도에 가깝도록 제어하기 위해 10˚ 기울기를 주어 약 30분마다 기울기 반복을 주어 유체의 흐름을 형성시켰다.The culture system was fixed on the device for forming the slope for the flow of the microfluid, thereby adjusting the fluid and the fertilized egg to move inside the microchannel by causing a height difference on the left and right of the system (FIG. 5). At this time, in order to control the moving speed of the fertilized egg or egg close to the actual moving speed in the oviduct (oviduct) to give a gradient repetition every 30 minutes to give a flow of fluid to form a flow.

<2-2> 배양 시스템 2<2-2> culture system 2

본 발명에 의한 미세유체제어기술(microfluidics)을 기반으로 하는 수정란 혹은 난자 배양 시스템은 난관에서의 반복적인 압축 및 난관의 길이를 모방하기 위하여 본 시스템의 난자 이동 미세유체채널부(10)와 난자 압축 미세유체채널부(20)가 일정한 간격으로 반복적으로 이어질 때에 난자 이동 미세유체채널부(10)를 U자 형태(도 2c)로 구부려주면서 실제 난관의 길이(13 ㎝)만큼 본 시스템의 길이를 연장해 주었다.The fertilized egg or egg culture system based on the microfluidics according to the present invention is an egg movement microfluidic channel part 10 and egg compression of the present system in order to mimic the repetitive compression in the oviduct and the length of the oviduct. When the microfluidic channel part 20 is repeatedly connected at regular intervals, the length of the system is extended by the length of the actual oviduct (13 cm) while bending the oocyte moving microfluidic channel part 10 in a U shape (FIG. 2C). gave.

수정란의 이동 속도를 미세하게 조절하기 위하여 주입구(1)에 유체를 채워놓고 일정한 방향으로 흐르도록 하고 배출구(60)에 크기가 큰 포트를 붙여 증발을 유 도하여 유체를 일정한 방향으로 흐르도록 하는 방식, 주입구(1)와 배출구(60)에 크기가 다른 포트를 붙여 미세 채널 내에서의 유체 속도를 제어하는 방식 또는 시린지 펌프를 이용하여 일정한 속력으로 유체를 주입시키는 방식을 이용하였다.In order to finely control the moving speed of the fertilized egg, the fluid is filled in the inlet 1 and flows in a constant direction, and a large port is attached to the outlet 60 to induce evaporation so that the fluid flows in a constant direction. In order to control the fluid velocity in the microchannel by attaching ports having different sizes to the inlet 1 and the outlet 60, a method of injecting the fluid at a constant speed using a syringe pump was used.

<2-3> 배양 시스템 3<2-3> culture system 3

수정란 및 난자 주입을 쉽게 하기 위해서 실시예 <2-1>의 배양 시스템 1 두 개를 마주보게 겹쳐준 다음 주입구가 배양 시스템의 옆면으로 위치시킨 형태가 응용될 수 있다. 도 3a에서 보는 바와 같이, 도 2c의 기본채널판(40)을 상부 미세유체채널판(40)으로 하고 이의 역상을 하부 미세유체채널판(50)(도 3b)으로 하여 상기 상부 미세유체채널판(40)과 하부 미세유체채널판(50)을 결합하였다. 또한 도 3a에서 보는 바와 같이, 상기 상부 미세유체채널판(40)과 하부 미세유체채널판(50)이 결합한 형태의 배양시스템의 옆면에 주입구(1)를 두고 실제 발생학 및 줄기 세포 연구실에서 쓰이는 미세파이펫(31)을 이용하여 손쉽게 수정란(30)을 주입할 수 있도록 하였다.In order to facilitate the fertilization of eggs and eggs, two culture systems 1 of Example <2-1> may be overlapped to face each other, and then an inlet may be applied to the side of the culture system. As shown in FIG. 3A, the upper microfluidic channel plate 40 is the upper microfluidic channel plate 40, and the reverse phase thereof is the lower microfluidic channel plate 50 (FIG. 3B). 40 and the lower microfluidic channel plate 50 were combined. In addition, as shown in Figure 3a, the inlet port (1) on the side of the culture system of the upper microfluidic channel plate 40 and the lower microfluidic channel plate 50 is combined to be used in the actual embryology and stem cell laboratory Pipette 31 was used to easily inject the fertilized egg 30.

또한, 물리적 특징(연동운동)의 모방에 의한 주입구(1)를 거쳐 난자 이동 미세유체채널부(10)로 진입한 수정란 또는 난자가 실제 난관에서의 연동운동을 할 수 있도록하기 위해 실시예 <1-2>의 방법으로 밸브(펌프) 채널부(25)를 시스템의 미세유체채널 초반부에 설치하였고(도 4), 생물적 특징(섬모운동)의 모방에 의한 배양 시스템의 성능을 향상시키기 위해 실시예 <1-3>의 방법으로 상기 배양 시스템에 섬모세포를 난자 이동 미세유체채널부(10) 및 난자 압축 미세유체채널부(20)의 내부 벽에 부착시켰다.In addition, in order to allow the fertilized egg or egg entering the egg moving microfluidic channel part 10 through the injection hole 1 by imitation of physical characteristics (interlocking motion) to perform a peristaltic motion in the actual oviduct. A valve (pump) channel section 25 was installed at the beginning of the microfluidic channel of the system (Fig. 4), to improve the performance of the culture system by imitation of biological characteristics (ciliary movement). The ciliated cells were attached to the culture system by the method of Example <1-3> to the inner walls of the egg moving microfluidic channel part 10 and the egg compression microfluidic channel part 20.

수정란의 이동 속도를 미세하게 조절하기 위하여 밸브(펌프) 채널부(25)에서 페리스탈틱 펌프를 이용하여 하부 미세유체채널판(50)의 채널부에 압력을 주어 유체를 일정한 방향과 속력으로 유체를 주입시키는 방식을 이용하였다.In order to finely control the moving speed of the fertilized egg, the valve (pump) channel part 25 uses a peristaltic pump to apply a pressure to the channel part of the lower microfluidic channel plate 50 to supply the fluid in a constant direction and speed. Injecting was used.

<< 실시예Example 3> 수정란 또는 난자 배양 시스템을 이용한 세포배양 3> Cell culture using fertilized egg or egg culture system

<3-1> 배양 시스템 1<3-1> culture system 1

본 발명의 실시예 2-1에서 제작한 도 2a의 배양 시스템 1을 이용하여 수정란을 배양하였다.Fertilized eggs were cultured using the culture system 1 of FIG. 2A prepared in Example 2-1 of the present invention.

우선 수정란 및 배지 주입구(1)에 CR1aa 배지를 흘려주어 시스템 내부에 배지가 충분하도록 한 뒤, 배양시키고자 하는 수정란 및 배지를 주입구(1)에 넣어주었다. 상기 배양 시스템 1을 37℃ 인큐베이터 안에 넣어 적당한 온도를 유지하면서 배양하였다. 일주일 내지 열흘이 지난 후에 수정란 및 배지 배출구(60)로 수정란을 배출시켰다. 이 후, 상기 배양된 수정란을 현미경(Olympus, 일본)을 통하여 관찰하였다.First, CR1aa medium was flowed into the fertilized egg and the medium inlet (1) to allow sufficient medium inside the system, and the fertilized egg and the medium to be cultured were placed in the inlet (1). The culture system 1 was placed in a 37 ° C. incubator and incubated while maintaining the appropriate temperature. After one week to ten days, the fertilized egg was discharged into the fertilized egg and the medium outlet (60). Thereafter, the cultured fertilized egg was observed through a microscope (Olympus, Japan).

그 결과, 수정란은 난자 압축 미세유체채널부(20)와 난자 이동 미세유체채널부(10)를 반복적으로 통과하면서 서서히 이동하였고(도 7), 배양된 수정란이 배반포기 형태까지 건강하게 분화되는 것을 관찰할 수 있었다(도 6a).As a result, the fertilized egg slowly moved while repeatedly passing through the ovum compacted microfluidic channel part 20 and the ovule moving microfluidic channel part 10 (FIG. 7). Observation was possible (FIG. 6A).

<3-2> 배양 시스템 2<3-2> culture system 2

본 발명의 실시예 2-2에서 제작한 도 2c의 배양 시스템 2를 이용하여 수정란을 배양하였다.Embryos were cultured using the culture system 2 of FIG. 2C prepared in Example 2-2 of the present invention.

우선 수정란 및 배지 주입구(1)에 CR1aa 배지를 흘려주어 시스템 내부에 배지가 충분하도록 한 뒤, 배양시키고자 하는 수정란 및 배지를 주입구(1)에 넣어주었다. 수정란 또는 난자의 이동 속도는 실제 난관(oviduct)안에서의 이동 속도인 0.157 ㎛/s에 가깝도록 제어하였다. 상기 배양 시스템 2를 37℃ 인큐베이터 안에 넣어 적당한 온도를 유지하면서 배양하였다. 일주일 내지 열흘이 지난 후에 수정란 및 배지 배출구(60)로 수정란을 배출시켰다. 이 후, 상기 배양된 수정란을 현미경(Olympus, 일본)을 통하여 관찰하였다.First, CR1aa medium was flowed into the fertilized egg and the medium inlet (1) to allow sufficient medium inside the system, and the fertilized egg and the medium to be cultured were placed in the inlet (1). The rate of movement of the fertilized egg or egg was controlled to be close to 0.157 μm / s, which is the rate of movement in the actual oviduct. The culture system 2 was placed in a 37 ° C. incubator and incubated while maintaining the appropriate temperature. After one week to ten days, the fertilized egg was discharged into the fertilized egg and the medium outlet (60). Thereafter, the cultured fertilized egg was observed through a microscope (Olympus, Japan).

그 결과, 배양된 수정란이 배반포기 형태까지 건강하게 분화되는 것을 관찰할 수 있었다(도 6b).As a result, it was observed that the fertilized eggs cultured well up to blastocyst form (FIG. 6B).

<3-3> 배양 시스템 3<3-3> culture system 3

본 발명의 실시예 2-3에서 제작한 도 4의 배양 시스템 3을 이용하여 수정란을 배양하였다.Embryos were cultured using the culture system 3 of FIG. 4 prepared in Example 2-3 of the present invention.

우선 수정란 및 배지 주입구(1)에 CR1aa 배지를 흘려주어 시스템 내부에 배지가 충분하도록 한 뒤, 다음은 배양시키고자 하는 수정란 및 배지를 주입구(1)에 넣어주었다. 수정란 또는 난자의 이동 속도는 실제 난관(oviduct)안에서의 이동 속도인 0.157 ㎛/s에 가깝도록 제어하였다. 배양 시스템 3을 37℃ 인큐베이터 안에 넣어 적당한 온도를 유지하면서 배양하였다. 일주일 내지 열흘이 지난 후에 수 정란 및 배지 배출구(60)로 수정란을 배출시켰다. 이 후, 상기 배양된 수정란을 현미경(Olympus, 일본)을 통하여 관찰하였다.First, CR1aa medium was flowed into the fertilized egg and the medium inlet (1) to allow sufficient medium inside the system, and then the fertilized egg and the medium to be cultured were put in the inlet (1). The rate of movement of the fertilized egg or egg was controlled to be close to 0.157 μm / s, which is the rate of movement in the actual oviduct. Culture system 3 was placed in a 37 ° C. incubator and incubated while maintaining the proper temperature. After one week to ten days, the fertilized egg was discharged to the fertilized egg and the medium outlet (60). Thereafter, the cultured fertilized egg was observed through a microscope (Olympus, Japan).

그 결과, 배양된 수정란이 배반포기 형태까지 건강하게 분화되는 것을 관찰할 수 있었다.As a result, it was observed that the fertilized eggs cultured well up to the blastocyst stage.

도 1은 본 발명의 수정란 또는 난자 배양 시스템의 기본단위의 개요도이다:1 is a schematic diagram of the basic unit of the fertilized egg or egg culture system of the present invention:

도 1a: 물리적 특징 압축을 모방한 배양 시스템의 기본단위; 및,1A: basic unit of culture system mimics physical feature compression; And,

도 1b: 물리적 특징 연동운동을 모방한 배양 시스템의 기본단위.1b: Basic unit of a culture system that mimics physical feature peristalsis.

도 2는 본 발명의 압축 및 난관의 길이의 특징을 모방한 배양 시스템의 개요도이다:2 is a schematic diagram of a culture system that mimics the characteristics of the compression and length of the fallopian tube of the present invention:

도 2a: 물리적 특징 압축 모방을 반복한 시스템;2A: System repeating physical feature compression imitation;

도 2b: 물리적 특징 압축을 모방한 기본단위의 확대도; 및,2b: an enlarged view of a base unit that mimics physical feature compression; And,

도 2c: 물리적 특징 압축 모방을 난관의 길이와 유사하게 반복한 기본채널판.Fig. 2c: Base channel plate repeating physical feature compression mimics similar to the length of the oviduct.

도 3은 수정란 및 난자의 주입을 쉽게 하기 위해 응용한 수정란 또는 난자 배양 시스템의 개요도이다:3 is a schematic diagram of a fertilized egg or egg culture system adapted to facilitate infusion of fertilized eggs and eggs:

도 3a: 도 2c의 기본채널판과 도 3b의 하부채널판을 결합한 시스템; 및,3a: a system combining the base channel plate of FIG. 2c and the lower channel plate of FIG. 3b; And,

도 3b: 도 2c의 역상인 형태의 하부채널판.Figure 3b: the lower channel plate of the reverse phase of Figure 2c.

도 4는 본 발명의 연동운동 특징을 모방한 수정란 또는 난자 배양 시스템의 개요도이다.4 is a schematic diagram of a fertilized egg or egg culture system that mimics the peristaltic features of the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 배양 시스템의 실제 사진이다.5 is an actual picture of the culture system according to the present invention.

도 6은 본 발명의 배양 시스템에서 배양된 수정란이 배반포기 형태까지 건강하게 분화된 것을 나타낸 도이다:Figure 6 is a diagram showing that the fertilized egg cultured in the culture system of the present invention is healthyly differentiated up to blastocyst form:

도 6a: 배양 시스템 1에서 배양된 돼지 수정란; 및,6A: Porcine fertilized eggs cultured in culture system 1; And,

도 6b: 배양 시스템 2에서 배양된 돼지 수정란.6B: Porcine fertilized eggs cultured in culture system 2.

도 7은 본 발명에 따른 배양 시스템의 난자 압축 미세유체채널부(20)를 통과하는 돼지 수정란을 나타낸 도이다.Figure 7 is a view showing a pig fertilized egg passing through the ovum compressed microfluidic channel portion 20 of the culture system according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 : 수정란 및 배지 주입구1: fertilized egg and medium inlet

10 : 난자 이동 미세유체채널부10: Oocyte movement microfluidic channel part

20 : 난자 압축 미세유체채널부20: Oocyte compression microfluidic channel part

25 : 연동수축(peristaltic contractions)을 위한 밸브(펌프) 채널부25: valve (pump) channel section for peristaltic contractions

30 : 수정란30: fertilized egg

31 : 수정란을 주입하기 위한 미세파이펫(micro-pipette)31: micro-pipette for injecting fertilized eggs

40 : 상부채널판40: upper channel plate

41 : 미세채널 패턴이 있는 구조물층41: structure layer with a microchannel pattern

50 : 하부채널판50: lower channel plate

60 : 수정란 및 배지 배출구60: fertilized egg and medium outlet

70 : 투명플레이트 층70: transparent plate layer

Claims (17)

수정란 및 배지 주입구(1);Fertilized egg and medium inlet (1); 상기 수정란 및 배지 주입구(1)와 연결되고 난자가 이동 가능한 난자 이동 미세유체채널부(10);An egg moving microfluidic channel part 10 connected to the fertilized egg and the medium inlet 1 and movable in the egg; 상기 난자 이동 미세유체채널부(10) 내에 하나 이상의 수로 형성된 상기 난자 이동 미세유체채널부(10)의 직경을 감소시킨 난자 압축 미세유체채널부(20); 및,An oocyte-compressed microfluidic channel part 20 which reduces the diameter of the oocyte-moving microfluidic channel part 10 formed in the egg moving microfluidic channel part 10 by at least one number; And, 상기 난자 이동 미세유체채널부(10)에 수정란 및 배지 배출구(60)가 연결된 수정란 또는 난자 배양 시스템.A fertilized egg or egg culture system in which the fertilized egg and the medium outlet (60) are connected to the egg moving microfluidic channel (10). 제 1항에 있어서, 난자 이동 미세유체채널부(10)는 수정란이 발달한 형태인 배반포 직경의 10% 내지 100% 넓은 너비 및 5% 내지 50% 높은 높이인 것을 특징으로 하는 배양 시스템.The culture system according to claim 1, wherein the ovum microfluidic channel part (10) is 10% to 100% wide and 5% to 50% high in blastocyst diameter in the form of a fertilized egg. 제 1항에 있어서, 난자 압축 미세유체채널부(20)가 2개 내지 300개 포함된 것을 특징으로 하는 배양 시스템.[Claim 2] The culture system according to claim 1, wherein two to 300 ovum compressed microfluidic channel parts are included. 제 1항에 있어서, 난자 압축 미세유체채널부(20)는 배반포 직경의 너비 및 높이의 60% 내지 90%인 것을 특징으로 하는 배양 시스템.The culture system according to claim 1, wherein the oocyte compressed microfluidic channel portion (20) is 60% to 90% of the width and height of the blastocyst diameter. 제 1항에 있어서, 난자 압축 미세유체채널부(20)는 압축자극의 강도를 조절하기 위해 너비 및 높이가 조절되는 것을 특징으로 하는 배양 시스템.The culture system according to claim 1, wherein the oocyte compressed microfluidic channel portion (20) is adjusted in width and height to adjust the intensity of the compression stimulus. 수정란 및 배지 주입구(1);Fertilized egg and medium inlet (1); 상기 수정란 및 배지 주입구(1)와 연결되고 난자가 이동 가능하며 상류지역에 밸브(펌프) 채널부(25)가 구비된 난자 이동 미세유체채널부(10);An egg moving microfluidic channel part 10 connected to the fertilized egg and the medium inlet 1 and movable in an egg and provided with a valve (pump) channel part 25 in an upstream region; 상기 난자 이동 미세유체채널부(10) 내에 하나 이상의 수로 형성된 상기 난자 이동 미세유체채널부(10)의 직경을 감소시킨 난자 압축 미세유체채널부(20); 및,An oocyte-compressed microfluidic channel part 20 which reduces the diameter of the oocyte-moving microfluidic channel part 10 formed in at least one number in the oocyte-moving microfluidic channel part 10; And, 상기 난자 이동 미세유체채널부(10) 내에 수정란 및 배지 배출구(60)가 연결된 수정란 또는 난자 배양 시스템.A fertilized egg or egg culture system in which the fertilized egg and the medium outlet (60) are connected to the egg moving microfluidic channel part (10). 제 6항에 있어서, 밸브(펌프) 채널부(25)는 수정란 또는 난자가 이동할 수 있는 하부 미세유체채널판(50)의 상부에 위치하고, 밸브(펌프) 채널부(25)와 하부 미세유체채널판(50) 사이에 멤브레인이 존재하여 하부 미세유체채널판(50)의 채널부를 이동하는 수정란 또는 난자를 압박할 수 있는 것을 특징으로 하는 배양 시스템.7. The valve (pump) channel portion 25 is located above the lower microfluidic channel plate 50, through which the fertilized egg or egg can move, and the valve (pump) channel portion 25 and the lower microfluidic channel. Cultivation system, characterized in that the membrane between the plate 50 is able to press the fertilized egg or egg to move the channel portion of the lower microfluidic channel plate (50). 제 7항에 있어서 멤브레인은 폴리다이메틸실록산인 것을 특징으로 하는 배양 시스템.8. The culture system of claim 7, wherein the membrane is polydimethylsiloxane. 제 6항에 있어서, 밸브(펌프) 채널부(25)에 페리스탈틱 펌프를 추가로 연결되는 것을 특징으로 하는 배양 시스템.7. A culture system according to claim 6, further comprising a peristaltic pump connected to the valve (pump) channel section (25). 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 배양 시스템의 내부 벽에 난관 표면의 섬모세포가 추가로 부착된 것을 특징으로 하는 배양 시스템.7. The culture system according to claim 1 or 6, wherein the ciliated cells of the fallopian tube surface are further attached to the inner wall of the culture system. 제 10항에 있어서, 섬모세포의 부착 전에 섬모세포의 부착을 도울 수 있는 콜라겐(collagen), 파이브로넥틴(fibronectin), 라미닌(laminin), poly-L-lysine 및 자연 세포외기질(extracellular matrix)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나가 배양 시스템의 내부 벽에 처리되는 것을 특징으로 하는 배양 시스템.The method of claim 10, wherein the collagen, fibronectin, laminin, poly-L-lysine and natural extracellular matrix can aid in the attachment of the ciliocytes prior to the attachment of the ciliocytes. A culture system, characterized in that any one selected from the group consisting of is treated on the inner wall of the culture system. 제 1 내지 11항에 있어서, 배양 시스템의 난자 이동 미세유체채널부(10), 난자 압축 미세유체채널부(20) 및 밸브(펌프) 채널부(25)는 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리메틸메타클릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리아크리레이트(polyacrylates), 폴리카보네이트(polycarbonates), 폴리스티렌(polystylene), 폴리실릭 올레핀(polycyclic olefins), 폴리이미드(polyimides) 및 폴리우레탄(polyurethanes)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배양 시스템.The method according to claim 1 to 11, wherein the oocyte moving microfluidic channel portion 10, the oocyte compressed microfluidic channel portion 20 and the valve (pump) channel portion 25 of the culture system is polydimethylsiloxane (PDMS) , Polymethylmethacrylate (PMMA), polyacrylates, polycarbonates, polystylene, polycyclic olefins, polyimides and polyurethanes Culture system, characterized in that any one selected from the group consisting of. 제 1 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 배양 시스템은 슬라이드 글라스, 크리스탈, 유리 글라스 및 PDMS로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나에 접합된 것을 특징으로 하는 배양 시스템.The culture system according to any one of claims 1 to 11, wherein the culture system is bonded to any one selected from the group consisting of slide glass, crystal, glass glass and PDMS. 제 1 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 배양 시스템은 미세유체흐름을 발생시킬 수 있는 기울기를 형성시키는 장치 위에 고정되는 것을 특징으로 하는 배양 시스템.12. The culture system according to any one of the preceding claims, wherein the culture system is fixed on an apparatus to form a slope capable of generating microfluidic flow. 1) 제 1항의 수정란 또는 난자 배양 시스템의 주입구(1)에 배지를 주입하는 단계;1) injecting the medium into the inlet (1) of the fertilized egg or egg culture system of claim 1; 2) 상기 주입구(1)에 수정란 또는 난자를 주입하고 미세유체 흐름의 속도를 제어하는 단계;2) injecting a fertilized egg or an egg into the inlet (1) and controlling the speed of the microfluidic flow; 3) 단계 2)의 시스템을 37℃ 인큐베이터에 넣어 적당한 온도를 유지하며 수정란 또는 난자를 배양하는 단계; 및,3) culturing the fertilized egg or egg while putting the system of step 2) in a 37 ° C. incubator to maintain the proper temperature; And, 4) 단계 3)의 배양된 수정란 또는 난자를 수정란 및 배지 배출구(51)로부터 배출하는 단계를 포함하는 제 1항의 시스템을 이용한 수정란 또는 난자 배양 방법.4) A fertilized egg or egg culture method using the system of claim 1, comprising the step of discharging the cultured egg or egg of step 3) from the fertilized egg and the medium outlet (51). 1) 제 6항의 수정란 또는 난자 배양 시스템의 주입구(1)에 배지를 주입하는 단계; 1) injecting the medium into the inlet (1) of the fertilized egg or egg culture system of claim 6; 2) 상기 주입구(1)에 수정란 또는 난자를 주입하고 미세유체 흐름의 속도를 제어하는 단계;2) injecting a fertilized egg or an egg into the inlet (1) and controlling the speed of the microfluidic flow; 3) 단계 2)의 수정란 또는 난자가 연동수축을 위한 밸브(펌프) 채널부(25)를 지날때에 상기 밸브(펌프) 채널부(25)에 미세유체를 주입하는 단계;3) injecting microfluid into the valve (pump) channel part 25 when the fertilized egg or egg of step 2) passes the valve (pump) channel part 25 for peristaltic contraction; 4) 단계 3)의 수정란 또는 난자가 밸브(펌프) 채널부(25)를 지나면, 단계 3) 의 시스템을 37℃ 인큐베이터에 넣어 적당한 온도를 유지하며 수정란 또는 난자를 배양하는 단계; 및,4) when the fertilized egg or egg of step 3) has passed the valve (pump) channel part 25, culturing the fertilized egg or egg while putting the system of step 3) in a 37 ° C. incubator to maintain a suitable temperature; And, 5) 단계 4)의 배양된 수정란 또는 난자를 수정란 및 배지 배출구(51)로부터 배출하는 단계를 포함하는 제 6항의 시스템을 이용한 수정란 또는 난자 배양 방법.5) A fertilized egg or egg culture method using the system of claim 6, comprising the step of discharging the cultured fertilized egg or egg of step 4) from the fertilized egg and the medium outlet (51). 제 15항 내지 제 16항에 있어서, 수정란 또는 난자 배양 시스템은 제 10항의 배양 시스템인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 15, wherein the fertilized egg or egg culture system is the culture system of claim 10.
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