KR20110093293A - Multi-material droplet generator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다종의 액적 원료 물질을 이용하여 원하는 질량, 크기 및 조성비의 액적을 균일하면서, 재현성 있게 생성하는 다중 액적 생성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-droplet generation apparatus for producing uniformly and reproducibly droplets of a desired mass, size and composition ratio using a variety of droplet raw materials.
균일한 크기의 액적은 환경 분야, 화학 분야, 생명 공학 분야 및 제약 관련 분야 등 다양한 분야에서 응용되고 있다. 특히, 생분해성 고분자 물질을 이용한 액적은 치료를 위한 약물 전달 장치(drug delivery system) 연구분야에서 주목받는 기술 중 하나이다.Uniformly sized droplets have been applied in various fields such as environmental, chemical, biotechnology and pharmaceutical fields. In particular, droplets using biodegradable polymers are one of the technologies attracting attention in the field of drug delivery systems for treatment.
기존의 액적 발생 장치는 한 종의 물질만을 원료로 하여 액적을 생성하거나, 세포나 박테리아 등을 한 종의 물질로만 감싸는(encapsulate) 액적을 생성하였다. 이에 생성되는 단일 물질 액적은 하나의 기능만을 수행하며, 그 적용 범위가 제한적이었다.Conventional droplet generating devices generate droplets using only one type of material as a raw material, or generate droplets that encapsulate cells or bacteria with only one type of material. The resulting single substance droplets performed only one function and had a limited scope of application.
생분해성 고분자 액적을 기반으로 한 약물 전달 장치는 다종의 약물을 포함하며, 약물을 일정하게 분비하는 기능을 가져야 한다. 최근에는 표적 지향(object targeting) 약물 전달 장치 개념이 도입되면서, 다종의 약물을 감싸는 생분해성 고분자도 다종의 물질로 구성되도록 요구되고 있다. Drug delivery devices based on biodegradable polymer droplets must contain multiple drugs and have the ability to secrete drugs constantly. Recently, with the introduction of the concept of object targeting drug delivery device, biodegradable polymers surrounding various drugs are required to be composed of various materials.
또한, 약물 전달 장치에의 응용뿐만 아니라 다른 액적 응용 분야에서도 다종의 물질로 구성된 액적에 대한 수요가 높아지고 있는 실정이다. In addition, there is an increasing demand for droplets composed of various materials not only in the drug delivery device but also in other droplet applications.
본 발명의 목적은 다종의 액적 원료 물질을 이용하여 질량, 크기 및 조성비 별로 다양한 액적을 균일하면서 재현 가능하게 생성할 수 있는 다중 액적 생성 장치를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a multi-droplet generation apparatus capable of generating a variety of droplets uniformly and reproducibly by mass, size and composition ratio using a variety of droplet raw materials.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 액적 생성 장치는, 액적을 형성하는 원료 물질이 유입되는 2 이상의 액적 원료 물질 공급 유로; 상기 액적 원료 물질 공급 유로를 통해 유입된 액적 원료 물질들을 결합하여 액적을 생성하는 액적 생성 유도부; 상기 액적 생성 유도부에서 생성된 액적이 이동하는 통로인 중심 유로; 및 상기 중심 유로를 통해 전달되는 액적을 배출하는 액적 출구를 포함하며, 상기 액적 원료 물질 공급 유로, 액적 생성 유도부, 중심 유로 및 액적 출구는 공간적으로 서로 연결된다. In order to achieve the above object, a multi-droplet generating apparatus according to an embodiment of the present invention comprises: two or more droplet raw material supply passages through which raw material forming a droplet flows; A droplet generation inducing unit for generating droplets by combining the droplet source materials introduced through the droplet source material supply passage; A central flow path which is a passage through which the droplets generated by the droplet generation inducing part move; And a droplet outlet for discharging the droplets delivered through the central passage, wherein the droplet raw material supply passage, the droplet generation guide unit, the central passage, and the droplet outlet are spatially connected to each other.
상기 액적 원료 물질은 아세톤, 클로로폼 또는 에스테르류 용액에 융해된 약물, 단백질, 치료용 물질(therapeutic material)을 포함하는 고분자 또는 생분해성 고분자 물질로 이루어질 수 있다. The droplet raw material may be made of a polymer or biodegradable polymer material including a drug, protein, and therapeutic material dissolved in acetone, chloroform or ester solution.
상기 액적 원료 물질 공급 유로에서의 유체 흐름 및 유로 구조에 따라 다종 액적 원료 물질을 포함하는 질량별, 크기별 또는 조성비별 액적이 생성될 수 있다. Depending on the fluid flow and the flow path structure in the droplet source material supply flow path may be generated droplets by mass, size or composition ratio containing a variety of droplet raw material.
상기 액적 생성 유도부의 출구의 단면적은 상기 중심 유로의 단면적과 동일하거나 크게 구성될 수 있다. The cross-sectional area of the outlet of the droplet generation guide portion may be the same as or larger than the cross-sectional area of the central flow path.
상기 액적 생성 유도부의 출구의 단면적은 점진적으로 증가할 수 있다.The cross-sectional area of the outlet of the droplet generation inducing portion may increase gradually.
상기 다중 액적 생성 장치는, 상기 액적 생성 유도부로 연결되며, 상기 액적 원료 물질의 액적 형성을 유도하는 액적 유도 유체가 유입되는 액적 유도 유체 공급 유로를 더 포함할 수 있다. The multiple droplet generating apparatus may further include a droplet inducing fluid supply flow path connected to the droplet generating inducing unit and into which a droplet inducing fluid for inducing droplet formation of the droplet raw material is introduced.
상기 액적 원료 물질은, 약물, 단백질, 치료용 물질(therapeutic material)의 분비(release) 속도 조절을 위해 생분해성 고분자 물질의 분해 속도를 촉진 또는 감쇠시키는 첨가제를 더 포함할 수 있다. The droplet raw material may further include an additive for promoting or attenuating the degradation rate of the biodegradable polymer material for controlling the release rate of the drug, protein, or therapeutic material.
상기 액적 유도 물질은 액적 안정화 물질을 포함하는 물, 오일, 고분자 물질 또는 공기로 구성되는 혼합 유체일 수 있다. The droplet inducing material may be a mixed fluid consisting of water, oil, a high molecular material, or air including a droplet stabilizing material.
상기 다중 액적 생성 장치는, 액적의 분류, 저장 또는 캡슐화를 위해 상기 액적 출구에서 분기되는 형태의 유로 또는 저장소를 더 포함할 수 있다. The multiple droplet generating device may further include a flow path or reservoir branched from the droplet outlet for sorting, storing or encapsulating the droplet.
본 발명에 따른 다중 액적 생성 장치는 다종의 액적 원료 물질을 질량, 크기 및 조성비 별로 액적을 균일하면서, 재현가능하게 생성할 수 있는 효과가 있다.The multi-droplet generating apparatus according to the present invention has the effect of generating a multi-droplet raw material uniformly, reproducibly droplets by mass, size and composition ratio.
또한, 본 발명에 따른 다중 액적 생성 장치는 다종의 치료 약물과 다종의 생분해성 고분자 물질들을 액적 원료로 사용하여, 다기능성 다중의 액적을 생성할 수 있는 효과가 있다. In addition, the multi-droplet generating apparatus according to the present invention has the effect of generating a multi-functional multi-droplet by using a variety of therapeutic drugs and a variety of biodegradable polymer materials as a drop material.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 액적 생성 장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 액적 생성 장치를 도시한 개략도이다. 1 is a schematic diagram showing an apparatus for generating multiple droplets according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram illustrating an apparatus for generating multiple droplets according to another exemplary embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 다중 액적 생성 장치에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a multi-droplet generating apparatus according to exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 액적 생성 장치는 마이크로 단위의 크기를 갖는 미세유체기술을 이용하여 구현된다. 상기 다중 액적 생성 장치는 최종적으로 다종의 액적 원료 물질을 이용하여, 원하는 질량, 크기 및 조성의 액적을 균일하면서, 재현가능하게 생성하는 장치로, 액적 원료 물질 공급, 액적 생성, 액적 배출 등의 과정을 수행한다. The multi-droplet generating apparatus according to an embodiment of the present invention is implemented using a microfluidic technology having a size of micro units. The multi-droplet generating apparatus is a device for uniformly and reproducibly producing droplets of a desired mass, size, and composition by using a variety of droplet raw materials, and supplying droplet raw materials, generating droplets, and discharging droplets. Do this.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 액적 생성 장치를 도시한 개략도이다. 1 is a schematic diagram showing an apparatus for generating multiple droplets according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 액적 생성 장치는 크게 액적 원료를 공급하는 액적 원료 물질 공급부(110, 111, 120, 121), 액적을 질량, 크기 또는 액적 원료 물질의 조성비별 액적을 형성하는 액적 생성 유도부(160), 액적을 배출하는 액적 출구(151)로 이루어지며, 이들의 기능적인 면, 미세유체장치의 배치, 구조 및 유체 흐름의 관계에 의해 정의된다.Referring to FIG. 1, a multi-droplet generating apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention has a droplet raw
다중 액적 생성 장치는 복수의 미세 유로의 조합으로 이루어지며, 각각의 미세 유로들은 중심 유로(100), 액적 원료 물질 공급 유로(110, 120), 액적 유도 유체 공급 유로(130, 140) 등을 포함한다. The multi-droplet generating apparatus is composed of a combination of a plurality of fine flow paths, each of which comprises a
2 이상의 액적 원료 물질 주입구(111, 121)를 통해 액적 원료 물질이 유입되면, 액적 원료 물질 공급 유로(110, 120)를 따라 이동하여, 액적 유도 유체 공급 유로(130, 140)가 합류하는 중심 유로(100)로 이동하면서, 액적 생성 유도부(160)에서 액적이 생성되며, 액적 출구(151)를 통해 상기 액적 생성 유도부(160)에서 생성된 액적을 배출한다. When the droplet raw material is introduced through the two or more droplet
구체적으로, 액적 원료 물질 공급 유로(110, 120)과 연결된 2 이상의 액적 원료 물질 주입구(111, 121)를 통해 액적 원료 물질이 유입되어 중심 유로(100)에서 합류된다. 여기서, 상기 액적 원료 물질은, 제한됨이 없이, 예를 들어, 아세톤, 클로로폼 또는 에스테르류 용액에 용해된 약물, 단백질, 치료용 물질(therapeutic material)을 포함하는 고분자 또는 생분해성 고분자 물질이 될 수 있다. 또한, 상기 액적 원료 물질에는 액적 내부에 포함되는 약물, 단백질, 치료용 물질 등의 분비(release) 속도 조절을 위해 생분해성 고분자 물질의 분해 속도를 촉진 또는 감쇠시키는 첨가제가 더 포함될 수 있다. Specifically, the droplet raw material is introduced through the two or more droplet raw
한편, 액적 유도 유체 주입구(131, 141)를 통해 액적 유도 유체(연속 유체 또는 파동 유체)가 유입되고, 2 이상의 액적 유도 유체 공급 유로(130, 140)로 전달되어, 중심 유로(100)를 향해 진행하면, 상기 액적 원료 물질 공급 유로(110, 120)를 통해 전달되는 액적 원료 물질과 만나게 된다. Meanwhile, the droplet induction fluid (continuous fluid or wave fluid) is introduced through the droplet induction
하나 이상의 액적 유도 유체 공급 유로(130, 140)가 액적 생성 유도부(160)에 연결되도록 설계될 수 있으며, 액적 유도 유체(연속, 파동 또는 맥동 유체) 흐름 및 유로 구조에 의해, 원하는 질량, 크기 및 조성비를 갖는 액적을 균일하면서, 재현가능하게 생성할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에서, 액적 유도 유체 공급 유로(130, 140)는 형성되는 액적의 고형화를 위한 약품 및 첨가제가 공급되는 부분을 포함할 수 있다. One or more droplet guide fluid
상기 액적 유도 물질은, 제한됨이 없이, 예를 들어, 액적의 고형화를 위한 약품 및 생분해율 조절용 첨가제가 융해되거나, 고분자 물질이나 키토산 등의 액적 안정화 물질이 포함된 물, 오일, 고분자 물질 또는 공기 등의 혼합 유체가 될 수 있다.The droplet inducing material is not limited to, for example, water, oil, polymer material or air in which the chemicals for solidifying the droplets and the additives for adjusting the biodegradation rate are melted, or the droplet stabilizing material such as polymer material or chitosan is contained. Can be a mixed fluid.
액적 원료 물질과 액적 유도 유체가 유입되면, 액적 생성 유도부(200)에서 레일리-플라투 불안정성(Rayleigh-Plateau instability)에 따른 유체의 섭동(pertubation)에 의해 액적이 생성된다.When the droplet raw material and the droplet inducing fluid are introduced, droplets are generated by perturbation of the fluid due to Rayleigh-Plateau instability in the droplet generating inducing unit 200.
여기서, 액적 생성 유도부(200)의 출구의 단면적은 중심 유로(100)의 단면적과 동일하거나, 크게 구성될 수 있다. 또한, 액적 생성 유도부(200)의 단면적의 크기가 점진적으로 증가하는 형태로 설계되면, 액적 정체 및 결합 현상을 방지할 수 있다. Here, the cross-sectional area of the outlet of the droplet generation guide portion 200 may be the same as or larger than the cross-sectional area of the central flow path (100). In addition, if the size of the cross-sectional area of the droplet generation guide portion 200 is designed to gradually increase, it is possible to prevent droplet stagnation and bonding phenomenon.
또한, 액적 원료 물질이 합류되는 중심 유로(100)의 단면적은 액적 원료 물질 공급 유로(110, 120)의 단면적과 동일하거나 크게 설계되어, 유속을 감소시킬 수 있다. In addition, the cross-sectional area of the
2 이상의 액적 원료 물질 주입구(111, 121) 및 액적 유도 유체 주입구(131, 141)를 통해 유입된 유체 흐름(연속, 파동 또는 맥동 유체) 또는 유로 구조에 따라 다종의 액적 원료 물질의 질량별, 크기별 액적이 생성될 수 있으며, 액적 원료 물질들의 조성비가 다른 다기능성 다종 액적이 생성될 수 있다.By mass and size of the various droplet raw materials according to the fluid flow (continuous, pulsating or pulsating fluid) or flow path flowed through the two or more droplet
액적 출구(151)는 상기 액적 중심 유로(100)와 연결되는 출구로서, 액적을 배출시키는 기능을 한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 액적의 분류, 저장 또는 캡슐화를 위해 상기 액적 출구(151) 하단에는 분기된 형태의 유로(미도시) 또는 저장소(미도시)가 더 결합될 수 있다. The
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 액적 생성 장치를 도시한 개략도이다. 도 2를 참조하면, 액적 원료 물질 주입구(171)와 액적 원료 물질 공급 유로(170)가 도 1에 비해 추가된 것으로, 그 구성 및 기능은 도 1에서 설명한 바와 동일하다. 2 is a schematic diagram illustrating an apparatus for generating multiple droplets according to another exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the droplet raw
또한, 본 발명의 액적 원료 물질 공급 유로는 3 이상의 개수로 구성될 수 있으며, 액적 유도 유체 공급 유로의 개수도 도면에 도시된 바에 한정되지 않고, 하나로 구성되거나 3 이상의 개수로 구성될 수 있다. In addition, the droplet raw material supply flow path of the present invention may be composed of three or more numbers, the number of the droplet induction fluid supply flow path is not limited to that shown in the figure, it may be composed of one or three or more.
나아가, 본 발명의 다중 액적 생성 장치는 탄성 재질로 이루어질 수 있고, 복수의 다중 액적 생성 장치가 직렬 또는 병렬로 연결되어 액적을 생성하도록 구성될 수도 있다.Furthermore, the multiple droplet generating apparatus of the present invention may be made of an elastic material, and a plurality of multiple droplet generating apparatuses may be configured to be connected in series or in parallel to generate droplets.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And additions should be considered as falling within the scope of the following claims.
100 : 중심 유로
110, 120, 170 : 액적 원료 물질 공급 유로
111, 121, 171 : 액적원료 물질 주입구
130, 140 : 액적 유도 유체 공급 유로
131, 141 : 액적 유도 유체 주입구
151 : 액적 출구
160 : 액적 생성 유도부100: center euro
110, 120, 170: Droplet raw material supply flow path
111, 121, 171: Droplet material injection hole
130, 140: droplet induction fluid supply flow path
131, 141: droplet induction fluid inlet
151: droplet exit
160: droplet generation guide
Claims (9)
상기 액적 원료 물질 공급 유로를 통해 유입된 액적 원료 물질들을 결합하여 액적을 생성하는 액적 생성 유도부;
상기 액적 생성 유도부에서 생성된 액적이 이동하는 통로인 중심 유로; 및
상기 중심 유로를 통해 전달되는 액적을 배출하는 액적 출구를 포함하며,
상기 액적 원료 물질 공급 유로, 액적 생성 유도부, 중심 유로 및 액적 출구는 공간적으로 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 다중 액적 생성 장치. Two or more droplet raw material supply flow paths through which the raw material forming the droplet flows;
A droplet generation inducing unit for generating droplets by combining the droplet source materials introduced through the droplet source material supply passage;
A central flow path which is a passage through which the droplets generated by the droplet generation inducing part move; And
A droplet outlet for discharging droplets delivered through the central passage;
And the droplet raw material supply flow path, the droplet generation induction part, the central flow path, and the droplet outlet are spatially connected to each other.
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- 2010-02-12 KR KR1020100013240A patent/KR20110093293A/en active Application Filing
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WO2013192351A1 (en) * | 2012-06-20 | 2013-12-27 | Bio-Rad Laboratories, Inc. | Stabilized droplets for calibration and testing |
US9527049B2 (en) | 2012-06-20 | 2016-12-27 | Bio-Rad Laboratories, Inc. | Stabilized droplets for calibration and testing |
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