KR20120044650A - 세포칩 - Google Patents

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KR20120044650A
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이동우
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Abstract

본 발명은 세포칩에 관련된 것으로, 복수의 관통홀이 형성된 베이스 부재, 상기 관통홀에 이동가능하게 결합된 필러, 및 상기 필러에 형성되며, 생체물질를 내장하는 바이오 매트릭스를 포함하여 베이스 부재로부터 바이오 매트릭스를 이격되도록 구성함으로써 목적하지 않는 배양액 및 시약으로부터 생체물질를 보호할 수 있다.

Description

세포칩{Cell Chip}
본 발명은 세포칩에 관한 것이다.
어레이 기반 세포칩은 기판 위에 어레이 배열을 갖는 작은 홈이 다수 형성된 구조이며, 상기 홈에 생체물질을 위치시킨 후 생체물질을 배양하며 다양한 시약에 대한 생체물질의 반응을 측정하는데 이용된다. 어레이 기반 세포칩은 단일기판에 다수의 생체물질을 위치시킬 수 있어 저비용으로 다양한 실험을 수행할 수 있는 장점을 가진다. 그러나, 이러한 어레이 기반 세포칩은 생체환경과 유사하지 않아 부정확한 실험결과를 발생시키는 문제점이 있었다.
종래에 또 다른 세포칩은 평평한 기판 위에 세포를 내장하는 바이오 매트릭스(Bio Matrix)를 구비한 구조를 갖는다. 이러한 세포칩은 바이오 매트릭스에 투입된 배양액과 시약이 확산에 의해 세포에 공급되어 생체환경과 유사한 환경을 제공한다.
그러나 이러한 세포칩은 바이오 매트릭스가 기판에 바로 형성되기 때문에 복수의 바이오 매트릭스를 기판에 형성하는 경우, 서로 다른 바이오 메트릭스가 결합되는 경우나 서로 영향을 주는 경우가 생겨서 독립적인 실험을 할 수가 없다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 필러(돌출부재) 위에 세포를 포함한 바이오 매트릭스를 형성하는 세포칩으로, 관통홀이 형성된 베이스 부재에 이동가능하게 결합하는 상기 필러를 포함하고, 상기 필러의 일면에 바이오 매트릭스를 형성하여, 베이스 부재로부터 바이오 매트릭스가 이격되도록 구성함으로써 목적하지 않는 배양액, 시약 및 바이오 매트릭스가 필러에 접촉하는 것을 막는 세포칩을 제안한다.
본 발명은 세포칩에 관련된 것으로, 복수의 관통홀이 형성된 베이스 부재, 상기 관통홀에 이동가능하게 결합된 필러, 및 상기 필러에 형성되며, 생체물질를 내장하는 바이오 매트릭스를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 필러는 원기둥 또는 다각기둥 형상이며, 상기 바이오 매트릭스는 상기 필러의 일면에 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 필러의 단면형상이 상기 관통홀의 단면형상에 대응하며 상기 필러가 마찰이동하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 복수의 관통홀이 어레이 배열로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 바이오 매트릭스는 콜라겐 또는 알지네이트로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 바이오 매트릭스는 반구형인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 필러와 상기 바이오 매트릭스의 접촉면 사이에 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 필러의 측면에 돌출되게 형성되어 상기 관통홀로부터 상기 필러의 이탈을 방지하는 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 돌출부는 상기 필러의 양단에 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 베이스 부재는 상기 관통홀의 표면에서 두께방향으로 형성되어 상기 돌출부를 고정하는 고정홈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 관통홀은 중심부의 단면적이 외측보다 더 크고, 상기 돌출부는 상기 필러의 이탈을 방지하기 위해 상기 관통홀의 중심부에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 돌출부는 상기 관통홀 중심부의 내면에 접촉하여 마찰이동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 세포칩은 바이오 매트릭스에 내장된 세포에 확산을 통해 영양분 및 약물을 공급하므로 생체환경과 유사한 환경에서 세포를 배양할 수 있다.
또한, 본 발명은 베이스 부재로부터 바이오 매트릭스를 이격되도록 구성함으로써 목적하지 않는 배양액 및 시약으로부터 생체물질를 보호할 수 있다.
또한, 본 발명은 이동가능하게 결합한 복수의 필러를 포함하여 스탬핑 방식으로 세포칩을 제조함에 있어서, 필러에 생체시료를 내장하는 바이오 매트릭스를 선택적으로 형성할 수 있다.
또한, 하나의 기판에 복수의 단위 세포칩을 어레이 배열을 형성하여 종류가 다른 배양액 및 시약을 단위 세포칩에 공급할 수 있어 다양한 환경에서 배양되는 세포를 관찰할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세포칩을 간략하게 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 세포칩의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 세포칩의 작동방법을 도시한 단면도이다.
도 4 및 도 5는 도 1에 도시된 세포칩의 변형예를 간략하게 도시한 단면도이다.
도 6 및 도 7은 도 5에 도시된 세포칩의 변형예를 간략하게 도시한 단면도이다.
도 8은 도 1에 도시된 세포칩의 또 다른 변형예를 간략하게 도시한 단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세포칩을 간략하게 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 세포칩의 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 세포칩의 작동방법을 도시한 단면도이다. 이를 참조하여 본 발명에 따른 세포칩을 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 세포칩(100)은 복수의 관통홀(112)이 형성된 베이스 부재(110), 관통홀(112)에 이동가능하게 결합 된 필러(120), 및 필러(120)에 형성되며, 생체물질(C)를 내장하는 바이오 매트릭스(130)를 포함한다.
베이스 부재(110)는 유리기판, 플라스틱기판, 세라믹기판 등으로 구성된다. 이러한 베이스 부재(110)의 형상은 제한되지 않으며, 두께는 임으로 조절될 수 있다.
또한, 베이스 부재(110)에는 후술하는 필러(120)가 결합되는 관통홀(112)이 형성된다. 관통홀(112)이 형성되는 위치에 생체물질(C)를 내장하는 바이오 매트릭스(130)가 배열되기 때문에 관통홀(112)은 어레이 배열로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 세포칩은 하나의 베이스 부재(110)에 다수의 생체물질을 동시에 실험할 수 있어 비교, 대조가 간편한 장점이 있다. 한편, 관통홀(112)은 단면상 원형, 다각형 등으로 변형되어 실시될 수 있다.
필러(120)는 관통홀(112)에 이동가능하게 결합된다. 필러(120)의 이동은 도 3을 참조하여 후술하는 것과 같이, 필러(120)에 따라 다른 종류의 생체물질(C)을 내장하는 바이오 매트릭스(130)를 선택적으로 형성할 수 있도록 한다.
또한, 필러(120)는 바이오 매트릭스(130)를 베이스 부재(110)의 표면에서 이격시키기 위해 관통홀(112)의 길이보다 더 길게 형성된다. 이는 바이오 매트릭스(130)에 내장된 생체물질(C)에 배양액 또는 시약(이하, 이와 대등하는 물질을 포함하여 유체라고 지칭함)를 공급함에 있어서, 잔여 배양액 또는 잔여 시약이 인접하는 바이오 매트릭스(130)에 흡수되는 것을 방지하기 위함이다.
이때, 필러(120)는 원기둥 또는 다각기둥 형상이며, 바이오 매트릭스(130)는 필러의 일면에 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 필러(120)가 원기둥 또는 다각기둥 형상을 갖는 경우 측면(126)을 제외한 2개의 밑면(122, 124)이 형성되는데, 바이오 매트릭스(130)는 2개의 밑면(122, 124) 중 일면에 형성된다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 바이오 매트릭스(130)가 형성된 일면을 상면(124)이라 지칭하고 타면을 하면(122)이라 지칭하기로 한다.
필러(120)의 단면형상은 관통홀(112)에 결합되기 위해 상술한 관통홀(112)의 단면형상에 대응하는 것이 바람직하다. 단면형상이 대응하는 경우 별도의 구성을 추가하지 않고도, 관통홀(112)에 필러(120)가 결합될 수 있고, 관통홀(112)의 내면과 필러(120)의 측면(126)이 마찰된 상태로 이동할 수 있기 때문에 필러(120)가 관통홀(112)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 필러(120)는 베이스 부재(110)와 동일한 재료로 구성될 수 있고, 특정한 재료에 한정되지 않는다.
필러(120)에 형성되는 바이오 매트릭스(130)는 생체물질(C)을 내장한다. 이때, 생체물질이라는 용어는 다양한 생체 분자 또는 물질을 일컫는다. 이러한 분자로서 핵산 배열(예를 들면, DNA, RNA, 올리고 뉴클레오티드(oligo nucleotide), cDNA, 핵외 유전자(plasmid) 등), 펩타이드(peptid), 단백질, 지방질, 단백질 또는 지질막, 유기 또는 무기 화학 분자(예를 들면, 제약 또는 다른 곳의 화합물), 바이러스(Virus) 입자,진핵 세포 또는 원핵 세포, 아세포 성분 또는 세포 소기관 등이 될 수 있다.
바이오 매트릭스(130)는 졸-겔, 무기재료, 유기 폴리머, 또는 유기-무기 복합재료로 구성될 수 있다. 특히, 바이오 매트릭스(130)는 다공성 구조를 갖고 확산을 통해 유체를 이동시키는 콜라겐 또는 알지네이트가 채용되는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 실시예에 따른 세포칩(100)의 사용 태양을 검토하면, 피펫과 같은 유체공급장치(D)에서 제공된 유체는 바이오 매트릭스(130) 내부에서 확산을 통해 생체물질(C)에 공급된다. 바이오 매트릭스(130)는 일정량의 유체를 유지하며 확산에 의해 생체물질에 공급하기 때문에 일정량의 유체에 대해 지속적으로 생체물질에 공급할 수 있다.
이때, 바이오 매트릭스(130)에 내장된 세포물질(C)에 유체를 균등하게 공급하기 위해 바이오 매트릭스(130)는 반구형인 것이 바람직하다. 유체공급장치(D)를 통해 반구형의 바이오 매트릭스(130)에 시약과 같은 유체를 스팟팅하면, 유체가 바이오 매트릭스(130)의 외주면을 따라 바이오 매트릭스(130) 전체에 흡수되어 바이오 매트릭스에 내장된 생체물질(C)에 균등하게 유체를 공급하게 된다.
한편, 유체공급장치(D)에서 공급되는 유체의 종류는 공지된 범위에서 세포칩의 목적에 맞게 변경되어 적용될 수 있다.
또한, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 세포칩의 제조방법을 검토한다. 도 3에 도시된 것과 같이, 베이스 부재(110)에 복수의 관통홀(112)이 형성되고, 관통홀(112)에 필러(120)가 결합된 상태에서 필러(120)의 위치를 변경시켜가며 필러(120)의 일면에 바이오 매트릭스(130)를 형성한다.
생체물질(C)과 바이오 매트릭스(130)를 수용하는 소정의 공간을 갖는 공급부(160)를 사용하여 스탬핑 방식에 의해 세포칩(100)을 제조하게 되는데, 복수의 필러(120) 중 목적하는 필러를 공급부(160) 방향으로 이동시켜 해당 필러(120)에 바이오 매트릭스(130)를 접촉시킨다. 1차 스탬핑이 종료되면, 바이오 매트릭스(130)가 형성된 필러(120)를 상측으로 이동시키고, 또 다른 생체물질과 바이오 매트릭스가 수용된 공급부를 준비한 후 바이오 매트릭스(130)가 형성되지 않은 필러(120)를 이동시켜 2차 스탬핑을 실시한다. 스탬핑의 횟수는 목적에 부합하도록 조절할 수 있다.
이와 같이 이동가능하게 결합된 필러(120)는 생체물질(C)을 내장한 바이오 매트릭스(130)를 베이스 부재(110)로부터 이격시킬 수 있을 뿐 아니라, 하나의 세포칩(100)에 다른 종류의 생체물질(C)을 내장한 바이오 매트릭스(130)를 상기와 같은 방법으로 형성할 수 있는 장점이 있다.
도 4 및 도 5는 도 1에 도시된 세포칩의 변형예를 간략하게 도시한 단면도이고, 도 6 및 도 7은 도 5에 도시된 세포칩의 변형예를 간략하게 도시한 단면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 세포칩을 설명하기로 한다.
도 4에 도시된 세포칩(100-1)은 필러(120)와 바이오 매트릭스(130)의 결합력을 증가시키기 위해 필러(120)와 바이오 매트릭스(130)의 접촉면 사이에 접착층(140)이 배치된다. 이러한 접착층(140)은 폴리-엘-리신(PLL)-염화바륨 혼합물이 채용될 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 따른 세포칩(100-2)은 필러(120)의 이탈을 방지하는 돌출부(128)를 더 포함한다.
이러한 돌출부(128)는 필러(120)의 측면(126)에 돌출되게 형성된다. 돌출부(128)는 작은 기둥형상을 갖고 복수로 형성되거나, 필러(128)의 측면을 따라 띠 형상을 갖고 형성될 수 있다. 이러한, 돌출부(120)는 도 5에 도시된 것과 같이 필러의 하면(122) 측에 형성되어 필러(120)에 바이오 매트릭스(130)를 스탬핑할 때 필러(120)의 이탈을 방지하고, 세포칩(100-2)의 사용 태양에 있어서 베이스 부재(100)를 지면으로부터 일정간격 이격시키는 기능을 수행한다.
또한, 돌출부(128)는 도 6에 도시한 것과 같이 필러(120)의 양단에 형성되는 것이 더욱 바람직하다. 돌출부(128)의 간격이 필러(120)의 이동거리를 조절하게 되며, 세포칩(100-2)이 어떠한 배치에 있게 되더라도 필러(120)의 이탈을 방지할 수 있다.
즉, 하면(122) 측에 형성된 제1 돌출부(128-1)는 스탬핑시 필러(120)의 이탈을 방지하고, 상면 측에 형성된 제2 돌출부(128-2)는 스탬핑 후 세포칩(100-2)의 사용을 위해 베이스 부재(110)를 회전시킬 때 필러(120)의 이탈을 방지한다. 이러한 구조의 세포칩(100-2)은 세포칩의 사용에 따라 필러(120)와 관통홀(112)의 마찰력이 감소하여 필러(120)가 관통홀(112)에 약하게 결합된 경우 더 유용하다.
그리고, 도 7에 도시된 세포칩(100-3)의 베이스 부재(110)는 상기 관통홀(112)의 표면에서 두께방향으로 형성되어 돌출부(128)를 고정하는 고정홈(114)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 도 7에는 돌출부(128)가 필러(120)의 양단에 형성되어 고정홈(114 : 114-1, 114-2)이 베이스 부재(110)의 양면에 형성되어 있지만, 돌출부(128)가 필러(120)의 일단에 형성되는 경우 고정홈(114) 역시 일면에만 형성될 수 있다.
바이오 매트릭스(130)를 필러(120)에 스탬핑할 때 제1 돌출부(128-1)가 제1 고정홈(114-1)에 결합되어 필러(120)를 고정한다. 이때, 바이오 매트릭스(130)가 형성되지 않는 필러(120)는 제2 돌출부(128-2)가 제2 고정홈(114-2)에 결합되어 바이오 매트릭스(130)가 필러(120)에 접촉하지 않도록 필러(120)를 베이스 부재(110)에 고정시킨다. 즉, 필러(120)의 측면(126)과 관통홀(112) 내면에서 마찰력에 의해 필러(120)가 고정될 때 돌출부(128)와 고정홈(114)의 결합은 필러(120)의 고정을 강화시킨다.
도 8은 도 1에 도시된 세포칩의 또 다른 변형예를 간략하게 도시한 단면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 세포칩을 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 세포칩(100-4)의 관통홀(112)은 중심부의 단면적이 관통홀 외측의 단면적보다 더 크고, 상기 돌출부(128)는 관통홀(112)의 중심부에 배치된다.
관통홀(112) 외측의 단면적은 중심부의 단면적보다 작기 때문에, 중심부에 배치된 돌출부(128)는 관통홀(112)을 통과할 수 없고, 그에 따라 필러(120)의 이탈은 방지된다.
이때, 관통홀(112) 외측의 내면과 필러(120)의 측면에서 마찰이동하며 필러(120)의 위치를 변경할 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 것과 같이 돌출부(128)가 관통홀(112) 중심부의 내벽과 마찰된 상태로 이동할 수 있다. 그에 따라 관통홀(112)에 대한 필러(120)의 결합력(마찰력에 의한)은 더욱 강화된다. 이를 위해 돌출부(128)를 포함하는 필러(120)의 단면적은 관통홀(112) 중심부의 단면적에 대응하는 것이 바람직하다.
한편, 세포칩(100-4)을 형성하기 위해서 베이스 부재(110)는 대칭하는 2개의 부재를 접착제 등에 의해 결합하여 형성할 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
100, 100-1 내지 100-4 : 세포칩 110 : 베이스 부재
112 : 관통홀 114 : 고정홈
120 : 필러 128 : 돌출부
130 : 바이오 매트릭스 140 : 접착층
C : 생체물질 D : 유체공급장치

Claims (12)

  1. 복수의 관통홀이 형성된 베이스 부재;
    상기 관통홀에 이동가능하게 결합된 필러; 및
    상기 필러에 형성되며, 생체물질를 내장하는 바이오 매트릭스;
    를 포함하는 세포칩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 필러는 원기둥 또는 다각기둥 형상이며, 상기 바이오 매트릭스는 상기 필러의 일면에 형성된 것을 특징으로 하는 세포칩.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 필러의 단면형상은 상기 관통홀의 단면형상에 대응하며 상기 필러가 마찰이동하는 것을 특징으로 하는 세포칩.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 관통홀은 어레이 배열로 형성된 것을 특징으로 하는 세포칩.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 바이오 매트릭스는 콜라겐 또는 알지네이트로 구성된 것을 특징으로 하는 세포칩.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 바이오 매트릭스는 반구형인 것을 특징으로 하는 세포칩.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 필러와 상기 바이오 매트릭스의 접촉면 사이에 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포칩.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 필러의 측면에 돌출되게 형성되어 상기 관통홀로부터 상기 필러의 이탈을 방지하는 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포칩.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 필러의 양단에 형성된 것을 특징으로 하는 세포칩.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 베이스 부재는 상기 관통홀의 표면에서 두께방향으로 형성되어 상기 돌출부를 고정하는 고정홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포칩.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 관통홀은 중심부의 단면적이 외측보다 더 크고, 상기 돌출부는 상기 필러의 이탈을 방지하기 위해 상기 관통홀의 중심부에 배치되는 것을 특징으로 하는 세포칩.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 관통홀 중심부의 내면에 접촉하여 마찰이동하는 것을 특징으로 하는 세포칩.
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