KR20120048639A - 세포 분석을 행하는 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 형태들은 일반적으로 세포 분석을 행하는 방법 및 장치를 포함한다. 구체적으로, 본 발명의 실시 형태들은 세포 분석 칩 및 홀더를 포함한 세포 분석 시스템에 샘플 유체를 공급하는 장치를 포함한다. 세포 분석 칩은 샘플 유체 포트로부터 출력 채널로 샘플 유체를 전달하기 위한 것이다. 홀더는 그 내부에 세포 분석 칩을 보유하도록 구성된다. 홀더는 세포 분석 칩과, 샘플 유체 소스, 세스 유체 소스 또는 전하 소스 중 적어도 하나 사이에 계면을 포함한다. 방법의 실시 형태들은 샘플 유체를 세포 분석 칩에 공급하기 위해 상기 장치를 이용하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명의 실시 형태들은 일반적으로 유세포 분석법(flow cytometry)에 관한 것으로, 특히 홀더(holder) 및 세포 분석 셀(cytometry cell)을 구비한 미세 유체 어셈블리를 이용하여 세포 분석을 행하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
유세포 분석법 기반의 세포 분류는 각종 생명 과학 연구(예컨대, 유전학, 면역학, 분자 생물학, 환경 과학 및/또는 기타 등등)에 광범위하게 이용된다. 유세포 분석법 기반의 세포 분류는 세포들의 측정, 구분 및/또는 분류를 용이하게 해준다. 그러한 분류는 초당 수천 개 세포의 속도로 행해질 수 있다. 유세포 분석법 기반의 세포 분류를 활용하여 이종 세포 샘플로부터 세포들의 고순도 소개체군(sub-population)을 추출해 낼 수 있다.
유세포 분석 시스템은 샘플 유체 내의 세포들을 분석할 뿐 아니라 샘플 유체 액적들을 생성하여 세포 분류를 용이하게 하는데 이용되는 미세 유체 칩을 포함한다. 미세 유체 칩은 미세 유체 채널을 통해 샘플 유체의 흐름을 제어하며, 이 미세 유체 칩 내에서 샘플 유체 내의 세포들을 광학적으로 분석할 수 있다. 미세 유체 채널의 증류에 압전 변환기를 연결시켜 액적들을 생성한다. 미세 유체 칩은 또한 샘플 유체에 결합된 전극을 포함하여 샘플 유체 내의 세포들의 대전을 용이하게 한다. 이어서, 대전된 액적들이 정전기 분류 어셈블리 내에서 정전기적으로 분류된다.
일반적으로, 세포 분석을 용이하게 하기 위해, 미세 유체 채널을 통해 흐르는 샘플 유체 내의 세포들을 집속된 고강도 빔(예컨대, 레이저 빔 및/또는 기타 등등)에 노출시킨다. 세포들이 집속된 고강도 빔을 통과할 때, 각 세포는 조명을 받으므로, 형광을 방출한다. 컴퓨터를 이용하여 각 세포의 방출 강도를 감시하고 분석하여, 분석에 기반한 결과를 산출한다. 그 후에, 데이터를 이용하여 각 세포를 분류를 위해 각 세포를 구분한다. 이러한 유세포 분석 기반의 세포 분류는, 예를 들어, AIDS 연구를 위한 희귀 개체군의 면역 체계 세포들의 단리, 암 연구를 위한 비전형적인 세포들의 생성, 유전자 연구를 위한 특이(specific) 염색체의 단리, 환경 연구를 위한 다양한 종의 미생물의 단리 및/또는 기타 등등과 같은 광범위한 응용 분야에서의 분석을 용이하게 해준다. 예를 들어, 성인 줄기 세포를 골수로부터 단리시킬 수 있으며, 그리고 환자에게 도로 재주입시킬 수 있다.
현재, 광학 분석 후의 세포들을 분류하는데 액적 세포 분류기가 널리 사용된다. 액적 세포 분류기는 컨테이너로서 미세 액적을 이용하여 선택된 세포들을 수집 용기로 분류한다. 미세 액적들은 초음파 에너지를 미세 유체 채널 내의 유체 샘플 스트림에 결합시킴에 의해 형성된다. 선택된 세포들을 포함한 액적들이 이어서 수집 용기로 정전기적으로 진행된다. 이러한 분류 프로세스를 통해, 상당수의 세포들을 비교적 단시간에 분류할 수 있다.
전형적인 세포 분석 시스템에서는, 샘플들을 한 장소에서 수집하여 세포 분석 시스템의 장소로 이송시킨다. 이어서, 샘플들을 세포 분석 칩에 결합된 샘플 저장소에 전달한다. 세포 분석 칩은 세포 분석 시스템의 정보 보완물이다. 각각의 사용 후에는, 새로운 샘플에 대한 처리가 이전 샘플에 의해 오염되지 않도록 세포 분석 칩을 클리닝하고 멸균처리하는데 상당한 노력이 소용된다.
그러므로, 본 기술에서는 샘플 오염의 확률이 낮은 미세 유체 어셈블리를 이용하여 세포 분석을 행하는 방법 및 장치가 요구된다.
본 발명의 실시 형태는 일반적으로 세포 분석을 행하는 방법 및 장치를 포함한다. 구체적으로는, 본 발명의 실시 형태는 세포 분석 칩 및 홀더를 구비한 세포 분석 시스템에 샘플 유체를 공급하는 장치를 포함한다. 세포 분석 칩은 샘플 유체 포트로부터 출력 채널로 샘플 유체를 전달(channeling)하기 위한 것이다. 홀더는 그 내부에 세포 분석 칩을 보유하도록 구성된다. 홀더는 세포 분석 칩과, 샘플 유체 소스, 시스(sheath) 유체 소스 또는 전하 소스 중 적어도 하나 사이에 계면을 포함한다.
다른 실시 형태는 상기 장치를 이용하여 샘플 유체를 세포 분석 시스템에 공급하는 방법을 포함한다. 이 방법은 샘플 유체를 샘플 저장소에 공급하는 단계 - 샘플 저장소는 홀더 내에 형성되고, 홀더는 세포 분석 칩을 보유함 - ; 홀더의 샘플 저장소로부터 세포 분석 칩의 샘플 유체 포트에 샘플 유체를 공급하는 단계; 홀더 내의 포트를 통해 시스 유체를 세포 분석 칩 내의 시스 유체 포트에 공급하는 단계; 및 샘플 유체 및 시스 유체를 세포 분석 칩을 통해 배출 채널로 전달하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기 언급한 특징들을 상세히 이해할 수 있도록 하기 위해, 위에서 개략적으로 요약한 본 발명의 특정 설명은 실시 형태들을 참조하여 기술하였으며, 이들 중 일부 실시 형태는 첨부된 도면에서 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 단지 전형적인 실시 형태만을 예시한 것이므로, 본 발명의 다른 등가의 실시 형태들을 포함할 수 있는 범주를 제한하려는 의도는 아님에 주목해야 한다.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른, 세포 분석 시스템의 단순화된 개략 블록도.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른, 미세 유체 어셈블리의 상부 평면도의 블록도.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른, 미세 유체 어셈블리의 측면도.
도 4는 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른, 세포 분석 칩의 횡단면도.
도 5는 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른, 세포 분석 칩의 종단면도.
도 6은 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른, 미세 유체 어셈블리의 상세 단면도.
도 7은 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른, 홀더의 단면도.
도 8은 세포 분석 칩을 위한 홀더를 구비한 미세 유체 어셈블리의 다른 실시 형태의 투시도.
도 9는 세포 분석 칩을 위한 홀더를 구비한 미세 유체 어셈블리의 다른 실시 형태의 단면도.
도 10은 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른, 세포 분석 칩의 다른 실시 형태의 횡단면도.
도 11은 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른, 도 10의 세포 분석 칩의 다른 실시 형태의 종단면도.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른, 세포 분석 시스템의 단순화된 개략 블록도.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른, 미세 유체 어셈블리의 상부 평면도의 블록도.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른, 미세 유체 어셈블리의 측면도.
도 4는 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른, 세포 분석 칩의 횡단면도.
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도 6은 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른, 미세 유체 어셈블리의 상세 단면도.
도 7은 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른, 홀더의 단면도.
도 8은 세포 분석 칩을 위한 홀더를 구비한 미세 유체 어셈블리의 다른 실시 형태의 투시도.
도 9는 세포 분석 칩을 위한 홀더를 구비한 미세 유체 어셈블리의 다른 실시 형태의 단면도.
도 10은 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른, 세포 분석 칩의 다른 실시 형태의 횡단면도.
도 11은 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른, 도 10의 세포 분석 칩의 다른 실시 형태의 종단면도.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른, 세포 분석을 행하는 시스템(100)의 단순화된 개략 블록도이다. 시스템(100)은 샘플 용기(102), 미세 유체 어셈블리(104), 시스 용기(106), 광학 모듈(108), 압전 변환기(110) 및 전하 소스(112)를 포함하며, 이들 각각은 미세 유체 어셈블리(104)에 연결되어 있다. 시스템(100)은 하나 이상의 편향판(114), 타겟 샘플 용기(116) 및 폐기물 수집 용기(120)에 연결된 폐기물 용기(118)를 더 포함한다.
일 실시 형태에서, 샘플 용기(102)는 분석 및/또는 분류해야 할 세포들을 포함한 샘플 유체를 미세 유체 어셈블리(104)에 공급한다. 각종 실시 형태에 따르면, 미세 유체 어셈블리(104)는 홀더(122) 및 세포 분석 칩(124)을 포함한다. 홀더(122)는 세포 분석 칩(124)과 샘플 용기, 전하 소스 및 시스 용기 사이에 계면을 제공한다. 세포 분석 칩(124)은 샘플 유체의 3차원(3D) 층류(laminar flow)를 제공하도록 구성된다. 하나 이상의 실시 형태에서, 세포 분석 칩(124)은 사출 성형된 것이다. 다른 실시 형태에서, 세포 분석 칩(124)은 COP(Cyclo Olefin Polymer) 물질과 같은 산업용 플라스틱 또는 기타 플라스틱을 포함한다. 그 결과, 세포 분석 칩(124)은 투명하여, 광학 모듈(108)이 후술하는 바와 같이 샘플 유체 스트림을 분석할 수 있다. 일 실시 형태에서, 미세 유체 어셈블리(104)는 폐기 처분가능하다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 시스 용기(106)는 세포 분석 칩(124)을 통해 샘플의 안정된 흐름 발생을 촉진하는 시스 유체를 포함한다. 시스 유체는 후술하는 바와 같이, 샘플 유체 내의 세포들을 일렬 종대로 끌어들일 수 있다. 시스 유체는 분류된 세포들과 함께 시스템(100)에 의해 수집되므로, 세포 분석을 행하는 분류-후(post-sort) 환경의 일부를 형성한다. 따라서, 시스 유체가 세포들과의 접촉 시에 세포들에 대한 보호 효과를 제공하는 것이 바람직하다. 일 실시 형태에서, 시스 유체는 버퍼(buffer) 또는 완충액(buffered solution)을 포함한다. 예를 들어, 시스 유체는 약 pH 7.0의 물 중에 0.96% 둘비코 인산 완충 식염수(w/v), 0.1% BSA(w/v)를 포함한다.
각종 실시 형태에 따르면, 미세 유체 어셈블리(104)는 진공 소스(130)에 연결된 진공 포트를 포함한다. 세포 분석 칩(124)의 채널에서 막힘(clog)이 발생하면 미세 유체 어셈블리(104)를 진공 상태로 만들어 미세 유체 어셈블리(104)로부터의 유체의 추출을 촉진시킨다.
각종 실시 형태에서, 광학 모듈(108)은 미세 유체 어셈블리(104)의 출력물(output)에 인접한 영역에서의 유체 스트림에 대해 전자기 방사 빔을 집속시키는 하나 이상의 광학 렌즈를 포함한다. 따라서, 기술된 실시 형태는 소위 유세포 시스템을 형성한다. 일 실시 형태에서, 광학 모듈(108)은 유체 스트림에 대한 전자기 방사의 빔(예컨대, 레이저 광)을 빔 스폿으로 집속하도록 구성되므로, 분석해야 할 세포들은 빔 스폿을 통과하게 된다. 빔은 예를 들어, 약 300 내지 1000 nm의 파장을 갖는 스펙트럼의 가시 부분 또는 자외선 부분의 레이저 광일 수 있지만, 다른 파장을 이용할 수 있다. 레이저 광의 파장은 세포들을 분석하는데 이용되는 특정 형광 색소를 여기시킬 수 있도록 선택될 수 있다.
하나 이상의 실시 형태에서는, 압전 변환기(110)를 신호 소스(126)에 연결시켜, 유체 스트림이 액적들로 분해되게끔 하는 주파수의 에너지를 유체 스트림에 전달할 수 있다. 일 실시 형태에서, 압전 변환기(110)는 10 킬로헤르쯔(10 KHz)의 주파수로 동작하도록 구성된다. 일 실시 형태에서는, 압전 변환기(110)를 미세 유체 어셈블리(104)에 연결시켜 후술된 개개의 샘플 세포들을 포함하는 액적들을 생성한다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 전하 소스(112)는 시스 유체에 정전하를 제공하도록 구성된다. 전하 소스(112)(예컨대, 20 볼트의 전원 회로)는 액적들을 형성하기 전에 유체 스트림을 대전시키거나 대전시키지 않도록 구성된다. 액적들은 액적이 유체 스트림으로부터 분리되는 순간에 유체 스트림과 동일한 전하를 갖는다. 그러면, 대전되거나 대전되지 않은 액적들은 하나 이상의 편향판(114) 중 어느 하나를 통과하여 그 전하에 의해 타겟 샘플 용기(116) 및/또는 폐기물 용기(118) 내로 분류된다. 예시된 시스템(100)이 정전 분류 프로세스를 이용하여 두 그룹 또는 개체군의 액적들을 생성하지만, 액적들에 대해 서로 다른 전하 레벨 및/또는 극성들을 부여함으로써 입자들은 1 내지 N개의 임의수의 개체군으로 분리될 수 있다. 전하량 및/또는 전하 극성은 액적들이 편향판(114)을 통과할 때 초래되는 편향량을 제어한다. 각종 전하 레벨 및/또는 극성을 갖는 액적들을 포획하기 위해 서로 다른 샘플 용기를 제공할 수 있다.
각종 실시 형태에 따르면, 하나 이상의 편향판(114)은 정전 대전되며, 액적들을 전하 및/또는 극성에 따라 타겟 샘플 용기(116) 및 폐기물 용기(118) 내로 분류하도록 구성된다. 편향판(114)을 윤기없고 발광성이 낮은 코팅재(예컨대, 에폭시 또는 페인트)로 코팅하여 편향판(114)에 의해 반사되거나 방출되는 광을 제한시키는 것이 바람직하다. 하나 이상의 실시 형태에서, 편향판(114)은 임의의 적합한 전원(128)에 의해 충전될 수 있다. 일반적으로, 완전히 충전된 두 편향판(114) 간에서의 전위는 2000 내지 4000 볼트의 범위에 속하는 것이 바람직하다. 그러나, 편향판(114) 간에서의 전위는 약 1000 내지 6000 볼트 사이 중 어느 것일 수 있다.
타겟 샘플 용기(116)는 전하 및/또는 극성에 기초하여 분류된 세포들을 수집한다. 마찬가지로, 폐기물 용기(118)는 유체 스트림으로부터 폐세포들을 수집하여 폐기물 수집 용기(120)로 전달한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 미세 유체 어셈블리(200)의 상부 평면도의 블록도이다. 미세 유체 어셈블리(200)는 세포 분석 칩(202) 및 세포 분석 칩(202)을 보유하는 칩 홀더(204)를 포함한다. 칩 홀더(204) 및 세포 분석 칩(202)은 미세 유체 어셈블리(200)를 형성하기 위한 조립 전 및/또는 조립 후에 멸균시키는 것이 가능하다.
일 실시 형태에서, 세포 분석 칩(202)은 세포들을 분류하도록 구성된 미세 유체 역학 칩(microfluidics chip)이다. 세포 분석 칩(202)은 액적 형태의 칩 출력물(220)로부터 샘플 유체의 3차원(3D) 층류를 생성한다. 액적 형성을 용이하게 하기 위해, 세포 분석 칩(202)은 칩 출력물(220)에서 액적들을 생성하도록 구성된 변환기(218)에 연결된다.
칩 홀더(204)는 세포 분석 칩(202)을 보유하도록 구성된다. 일 실시 형태에서, 칩 홀더(204)는 세포 분석 칩(202)을 압입(pressure fit)에 의해 보유한다. 그래서, 압력을 가하기 위해 복수의 나사(206)를 이용할 수 있다. 나사들(206)을 조여 칩 홀더(204) 내에서 세포 분석 칩(202)을 고정시킨다. 다른 실시 형태에서는, 열 결합(thermal bond), 접착제, 에폭시 또는 다른 결합제(bonding agent)를 이용하여 칩 홀더(204)를 세포 분석 칩(202)에 결합시킬 수 있다. 칩 홀더(204)는 주입구(inlet)(208); 일방 밸브(210), 시스 포트(212), 전극 포트(214) 및 진공 포트(216)를 포함한다. 후술하는 바와 같이, 포트(212, 214 및 216)는 세포 분석 칩(202) 상의 대응하는 포트에 연결된다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 주입구(208)는 샘플을 칩 홀더(204) 내에 위치된 샘플 저장소(도시되지 않음)에 공급하도록 구성된다. 샘플은 분류될 세포들 또는 다른 물질을 포함한다. 주입구(208)는 일방 밸브(210)를 통해 샘플 저장소에 연결된다. 일방 밸브(210)는 압축 기체(예컨대, 공기, 불활성 기체 및/또는 기타 등등)를 오직 한 방향으로만 흐르게 하여, 샘플이 샘플 포트(도시 안됨)를 통해 세포 분석 칩(202) 내로 유입되게끔 샘플에 압력을 가하도록 구성된다. 일방 밸브(210)의 이용으로, 샘플은 처리 중에 오염되지 않는 것이 보장되며, 또한 샘플이 주위로 빠져나갈 수 없는 것도 보장된다. 그래서, 샘플은 칩 홀더(204)에서 수집되고, 주위로부터 밀폐되고, 더 이상의 분석 및/또는 분류를 위해 실험실로 전달될 수 있다. 따라서, 미세 유체 어셈블리(200)는 도 1의 시스템(100)에서 동작하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시 형태에서, 미세 유체 어셈블리(200)는 시스템(100)의 폐기 처분가능한 구성요소이다. 그래서, 샘플을 현장(field)에서 수집하여 칩 홀더(204)의 저장소 내로 주입시키고, 샘플을 분석하는 시스템(100)으로 이송시킬 수 있으며, 그 후에 미세 유체 어셈블리(200)를 폐기시킨다.
미세 유체 어셈블리(200)를 시스템(100)에 삽입시킴에 의해, 시스 포트가 시스 유체 소스(예컨대, 도 1의 시스 용기(106))에 연결되고, 전극 포트(214)가 전하 소스(예컨대, 도 1의 전하 소스(112))에 연결되고, 진공 포트(216)가 진공 소스(예컨대, 도 1의 진공 소스(130))에 연결된다. 일 실시 형태에서, 변환기(218)는 세포 분석 시스템(100)의 일 구성요소일 수 있으므로, 미세 유체 어셈블리(200)를 시스템(100)에 삽입할 시에 변환기는 세포 분석 칩(202)에 접하게 된다. 다른 실시 형태에서, 변환기(218)는 미세 유체 어셈블리(200)의 일 구성요소일 수 있다. 어느 실시 형태에서나, 변환기(218)는 칩 출력물(220)에서 샘플 유체 및/또는 시스 유체의 액적들을 생성하도록 구성된다. 일 실시 형태에서, 변환기(218)는 진동하여 액적들을 생성하도록 구성된 압전 음향 변환기이다. 일단 세포들이 분류되면, 세포 분석 칩(202) 및 칩 홀더(204)를 폐기 처분하기 전에 진공 포트(216)를 이용하여 클리닝한다. 채널 막힘이 발생할 경우에도 진공 포트(216)를 이용하여 샘플 흐름 방향을 반대로 한다.
칩 홀더(204)는 미세 유체 어셈블리(200)를 추적하기 위한 수단(222)을 포함할 수 있다. 그러한 수단 중 하나가, 미세 유체 어셈블리(200)에 부착되어 미세 유체 어셈블리(200)를 식별하고 추적하도록 원격으로 스캐닝될 수 있는 RFID(무선 주파수 식별 태그)이다. 원격으로 스캐닝될 수 있는 다른 그러한 수단으로서는 바코드가 있다. 어셈블리를 식별하기 위한 정보를 추출하기 위해 접촉을 필요로 하는 추적 수단은 시리얼 넘버 및/또는 프로세스/샘플 이력 정보를 포함하는 고상 메모리이다.
도 3은 본 발명의 각종 실시 형태에 따른 미세 유체 어셈블리(200)의 측면도이다. 미세 유체 어셈블리(200)는 세포 분석 칩(202), 칩 홀더(204) 및 옵션 온도 제어기(302)를 포함한다.
예시된 실시 형태에서, 칩 홀더(204)는 옵션 온도 제어기(302)를 포함한다. 옵션 온도 제어기(302)는 칩 홀더(204)의 하면에 물리적으로 연결된다. 다른 실시 형태에서는, 온도 제어기(202)는 홀더(204)의 다른 부분에 연결될 수 있다. 온도 제어기(302)(예컨대, 펠티에 온도 제어기)는 샘플을 특정 온도로 유지하도록 구성된다. 본 발명의 일 실시 형태에서, 샘플의 온도는 샘플 내의 세포들이 살아 있을 정도의 수준으로 유지된다.
도 4는 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른, 도 3의 선 4-4를 따라 절취한 세포 분석 칩(202)의 상부 단면도이다. 일 실시 형태에서, 세포 분석 칩(202)은 COP(Cyclo Olefin Polymer) 물질 등의 산업용 플라스틱 물질을 사출 성형함에 의해 형성된다. COP 물질은 투명하여, 샘플이 세포 분석 칩(202)을 통해 흐를 때 샘플의 광학적 분석을 용이하게 해준다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 세포 분석 칩(202)은 두 개의 절반부를 포함한다. 두 절반부는 예를 들어, 열적 결합을 이용하여 함께 연결된다. 두 절반부를 연결하는 다른 방법은, 통상의 기술자라면 세포 분석 칩(202)의 제조에 이용되는 물질에 따라 결정됨을 쉽사리 알 수 있을 것이다.
세포 분석 칩(202)은 이미 설명한 시스 포트(212), 전극 포트(214) 및 진공 포트(216)를 포함한다. 세포 분석 칩(202)은 또한, 샘플 포트(402), 샘플 채널(404), 시스 채널(406) 및 진공 채널(412)을 포함한다. 더욱이, 세포 분석 칩(202)은 광 검출 영역(408) 및 출력 포트(410)를 포함한다.
각종 실시 형태에 따르면, 샘플 포트(402)는 예를 들어, 세포 분석 칩(202)을 이용하여 분류해야 할 세포들을 포함하는 샘플 유체를 수용하도록 구성된다. 샘플 포트(402)는 샘플 채널(404)에 연결된다. 샘플 유체는 샘플 채널(404)을 통해 샘플 유체를 액적들로 형성하는 출력 포트(410) 쪽으로 흐른다. 샘플 채널(404)은 샘플 유체의 층류를 촉진시키는 직사각형 단면을 갖는다. 샘플 채널의 치수는, 예를 들어, 100 마이크로미터 x 100 마이크로미터이다.
마찬가지로, 시스 포트(212)는 시스 채널(406)에 연결된다. 시스 유체는 시스 채널(406)을 통해 흘러, 샘플 유체를 양측부터 둘러싸는데, 예를 들어, 시스 채널(406)은 샘플 채널(404)의 양측부터 샘플 채널(404)에 연결되어 샘플 유체와의 시스 유체의 균형잡힌 결합을 용이하게 해주는 타원형 평면 형상을 갖는다. 시스 유체는 샘플 유체와 혼합되지 않고, 샘플 유체에 대한 보호층을 제공하여 유체들의 층류를 촉진시킨다.
샘플 유체 및 시스 유체는 광 검출 영역(408)을 통과하는 출력 채널(414)을 통해 흐른다. 광학 모듈(예컨대, 도 1의 광학 모듈(108))을 이용하여 샘플 유체 및 샘플 유체를 둘러싸는 시스 유체에 대해 고강도 빔을 집속시킨다. 샘플 유체 내의 각 세포는 조명을 받고, 세포들을 분석하는 데 이용되는 광 검출기가 포착한 광을 반사시킨다. 광 검출 영역(408) 내의 출력 채널(414)은 직사각형 채널을 포함한다. 하나 이상의 실시 형태에서, 광 검출 영역(408) 내의 출력 채널(414)의 치수는 200 마이크로미터 x 125 마이크로미터이다. 일 실시 형태에서, 출력 채널(414)은 예를 들어, 7 mm의 길이를 가지는데, 그 중 광 분석을 위한 영역의 길이는 약 5 mm이다.
하나 이상의 실시 형태에서, 이미 기술된 바와 같이, 액적들은 음향 변환기를 이용하여 출력 포트(410)에서 생성된다. 일 실시 형태에서, 출력 포트(410)는 예를 들어, 100 마이크로미터의 직경을 갖는 원형 오리피스이다. 세포 분석 칩의 일 실시 형태에서, 세포 분석 칩은 치수가 75 mm x 25 mm인 직사각형 평면 형상을 갖는다.
일단 샘플 세포들을 이용한 분석이 완료되면, 진공 포트(216)를 이용하여 세포 분석 칩(202)으로부터 샘플 유체 및 시스 유체를 뽑아낸다. 진공 포트(216)는 샘플 채널(404), 시스 채널(406), 출력 채널(414) 등의 각종 채널 및 출력 포트(410)를 포함하여 세포 분석 칩(202)을 클리닝하는 진공 채널(412)용의 진공 소스에 연결되도록 구성된다. 그러한 클리닝에 의해 세포 분석 칩(202)을 폐기처분하기 전에, 세포 분석 칩으로부터 생물학적으로 위험한 물질들을 제거하는 것이 용이해진다. 진공 채널(412)은 진공 포트(216)를 출력 채널(414)의 양측부터 출력 채널(414)에 연결하는 타원형 평면 형상을 갖는다.
칩 홀더(204)에 대한 세포 분석 칩(202)의 정렬을 용이하게 하기 위해, 세포 분석 트립(202)은 적어도 하나의 오목부(detent; 416) 또는 개구부를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 오목부(416)는 칩 홀더의 하면으로부터 연장하는 돌기부와 상호 작용한다.
도 5는 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 따른, 도 4의 선 5-5를 따라 절취한 세포 분석 칩(202)의 단면도이다. 세포 분석 칩(202)은 제1 부분(502) 및 제2 부분(504)을 포함한다. 제1 부분(502) 및 제2 부분(504)을 사출 성형시키고, 이어서, 예를 들어, 두 부분을 함께 열적으로 결합시킴에 의해 서로 연결한다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 제1 부분(502)은 세포 분석 칩(202)의 상부를 포함한다. 일 실시 형태에서, 제1 부분(502)의 두께는 1 밀리미터(1 mm)이다. 제1 부분(502)은 오목부(416), 시스 포트(212), 전극 포트(214), 진공 포트(216) 및 샘플 포트(402)를 포함한다. 이들 포트는 제1 부분(502)의 중심축을 따라 중심에 위치된다. 이들 포트는 잘 알려진 사출 성형 기법을 이용하여 개구부로서 형성된다. 밀링(milling)과 같은 다른 제조 기법을 이용할 수 있다.
하나 이상의 실시 형태에서, 제2 부분(504)은 세포 분석 칩(202)의 하부를 포함한다. 일 실시 형태에서, 제2 부분(504)의 두께는 1 밀리미터(1 mm)이다. 제2 부분(504)은 도 4와 관련하여 설명한 바와 같은 각종 채널을 포함한다. 이들 채널은 잘 알려진 사출 성형 기법을 이용하여 형성된다. 밀링과 같은 다른 제조 기법을 이용할 수 있다. 제2 부분(504)의 각 채널을 조립하여 결합시키면, 각 채널은 제1 부분(502)에 형성된 해당 포트에 연결된다. 예를 들어, 시스 채널은 시스 포트(212)에 연결되고, 샘플 채널은 샘플 포트(402)에 연결되는 등의 기타 등등이 다.
도 6은 하나 이상의 실시 형태에 따른 세포 분석 유닛(200)의 상세 단면도이다. 앞서 설명한 바와 같이, 미세 유체 어셈블리(200)는 세포 분석 칩(202) 및 칩 홀더(204)를 포함한다. 칩 홀더(204)는 시스 포트(212) 전극(214), 진공 포트(216) 및 샘플 포트(402) 등의 각종 포트를 포함한다. 그러한 포트들은 세포 분석 칩(202)의 해당 채널에 연결된다. 칩 홀더(204)와 세포 분석 칩(202)의 정렬을 용이하게 하기 위해, 칩 홀더(204)의 하면(612)으로부터 세포 분석 칩(202)의 상면(614) 내의 오목부(416) 내로 돌기부(616)(예컨대, 핀)가 연재된다. 그러한 정렬 수단의 이용으로, 칩 홀더(204)와 세포 분석 칩(202) 모두를 통과하는 포트들의 정렬이 용이해진다. 다른 실시 형태에서, 돌기부는 세포 분석 셀(202)의 상면(614) 상에 위치되어, 칩 홀더(204)의 하면(612) 상에 위치된 오목부와 상호 작용한다. 각종 포트는 나사식 끼워 맞춤(도시 안 됨) 및/또는 기타 등등을 통해 압입 커플러에 의해 세포 분석 시스템(100)에 연결될 수 있다. 하나 이상의 실시 형태에서, 전극 포트(214)는 도전성 전극 노드(602)를 포함한다.
도전성 전극 노드(602)는 예를 들어, 전하 소스(예컨대, 도 1의 전하 소스(112))에 의해 공급되는 전하를 전도한다. 도전성 전극 노드(602)는 도전성 전극 노드(602)의 선단면(606)이 시스 채널(406)에 접촉되도록 칩 홀더(204) 및 세포 분석 칩의 제1 부분(502)을 통해 연장된다. 도전성 전극 노드(602)에 변조된 전압을 인가함으로써, 시스 유체는 전하를 획득한다. 변조 주파수는 액적 빈도에 따라 좌우된다.
칩 홀더(204)는 각기 해당하는 포트(212, 214, 216, 402)를 구획하는 O-링 밀봉부(604)를 포함한다. 일 실시 형태에서, 각각의 O-링 밀봉부는 환형 채널(610) 내에 위치된 토러스(torus) 형상 가스켓(608)을 포함한다. 가스켓(608)은 예를 들어, 고무로 구성되어 있다. 각종 실시 형태에 따르면, O-링 밀봉부(604)는 세포 분석 칩(202)과의 계면에서 각각의 포트를 구획하도록 구성된다. 미세 유체 어셈블리(200)를 조립할 시에, 칩 홀더(204)의 하면(612)을 세포 분석 칩(202)의 상면(614)에 대해 압입시켜(pressure fit) O-링 밀봉부(604)를 형성한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 도 3의 선 7-7을 따라 절취한 칩 홀더(204)의 단면도이다. 칩 홀더(204)는 주입구(208), 일방 밸브(210), 샘플 포트(402) 및 샘플 저장소(702)를 포함한다.
샘플(706)을 샘플 저장소(702)에 주입시키고, 일방 밸브(210)를 설치하여 샘플을 주위로부터 밀폐시키고, 세포 분석을 행하는 동안 이용될 때까지 샘플을 샘플 저장소(702)에 보관한다. 샘플 주입구(208)는 샘플(706)이 샘플 저장소(702)에 들어갈 수 있게끔 구성된다. 주입구(208)는 일방 밸브(210)를 통해 샘플 저장소(702)에 연결되어, 압축 가스가 샘플(706)의 흐름을 한 방향으로 - 저장소 세포 분석 칩으로 일어나게끔 하는 것을 보장한다. 이런 구성으로 인해, 샘플이 저장소(702)로부터 압축 가스 소스로 "후퇴(pull back)"되는 것이 방지된다. 따라서, 샘플은 오염되지도 않을뿐더러, 주위 또는 세포 분석 시스템 구성요소(예컨대, 압축 가스 소스)를 오염시킬 수도 없다.
각종 실시 형태에 따르면, 샘플 저장소(702)의 벽(704)은 샘플(706) 내의 세포들이 샘플 저장소 벽(704)에 들러붙지 않는 것을 보장하도록 처리될 수 있다(예컨대, 코팅재(708)를 포함함). 샘플 저장소(702)는 코팅재(708)로서 또는 저장소 내에 다른 방식(예컨대, 펠릿, 구체, 등)으로 놓여져 샘플(706)을 보존하는 것으로서 방부제(preservatives) 및/또는 자양제(nutrients)를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 샘플 저장소(702)는 샘플 처리를 도와주는 하나 이상의 반응제(reagents)를 포함할 수 있다. 그러한 반응제는 샘플 저장소(702)의 벽(704) 상의 코팅재(708) 및/또는 필름, 샘플 저장소(702)에 놓여진 적어도 하나의 자구체(710), 적어도 하나의 반응제 펠릿(도시 안 됨) 및/또는 기타 등등을 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서는, 적어도 하나의 자구체(710)를 이용하여 샘플을 자화시킴으로써 줄기 세포의 분류를 촉진한다. 적어도 하나의 자구체(710)를 포함하는 것에 의해, 샘플 홀더(204)가 자화 기능을 제공하는 것이 가능한데, 이러한 자화 기능은, 그렇지 않은 경우에는, 세포 분석을 행하기에 앞서 별도의 어셈블리에서 행해져야만 될 것이었다. 따라서, 일체형 샘플 저장소를 갖는 칩 홀더(204)를 이용함으로써 줄기 세포 분류 시스템으로부터 하루(day) 자화 어셈블리를 제거시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 대체 실시 형태에 따른 미세 유체 어셈블리(800)의 투시도이다. 미세 유체 어셈블리(800)는 세포 분석 칩(202)에 연결된 칩 홀더(802)를 포함한다. 칩 홀더(802)는 칩 홀더(204)외 유사한 방식으로 기능한다. 그러나, 칩 홀더(802)는 그 안에 샘플 저장소를 포함하지 않는다. 칩 홀더(802)는 시스 포트(212), 샘플 포트(402), 진공 포트(216) 등의 각종 포트와 전극 노드(602)를 포함한다. 포트 각각은 도 6에 도시된 미세 유체 어셈블리(200)에 관해 기술된 바와 동일하게 세포 분석 칩(202)에 연결되도록 구성된다. 미세 유체 어셈블리의 이런 변형(800)은 샘플 소스(예컨대, 도 1의 샘플 용기(102))가 칩 홀더(802)로부터 분리되어 있는 세포 분석 시스템(100)에서 사용되는 것으로 확인된다.
도 9는 미세 유체 어셈블리(900)의 다른 실시 형태의 단면도이다. 미세 유체 어셈블리(800)는 칩 홀더(902) 및 세포 분석 칩(202)을 포함한다. 칩 홀더(902)는 도 7의 칩 홀더(204)의 특징들 이외에, 시스 유체 저장소(904) 및 시스 유체 주입구(906)를 포함한다. 일 실시 형태에서, 시스 유체 주입구(906)는 일방 밸브(908)를 포함한다. 샘플 저장소(702)에서와 같이, 시스 유체(910)를 시스 유체 주입구(906)에 공급한 후, 일방 밸브(908)를 설치하여 칩 홀더(902)에 시스 유체를 보유하여 오염을 방지한다. 압축 가스를 일방 밸브(908)에 공급하여 저장소를 가압시켜 시스 유체(910)를 시스 유체 포스트(212)를 통해 세포 분석 칩(202)으로 나가게 한다. 이 실시 형태에서, 미세 유체 어셈블리(900)는 시스 유체(910) 및/또는 샘플 유체(707)로 미리 충전될 수 있는 폐기 처분가능한 유닛을 제공한다.
도 10 및 도 11 각각은 세포 분석 칩(1000)의 다른 실시 형태의 횡단면도 및 종단면도이다. 이 실시 형태에서는, 샘플 포트(402)로부터 접합 채널(1006)까지 연장되는 중심 채널(404) 내에 관(1002)을 삽입시키며, 여기서 채널(406 및 412)은 중심(샘플) 채널(404)과 합류한다. 일 실시 형태에서, 사출 성형 칩은 관(1002)을 수용하는 치수로 만들어진 중심 채널(404)을 갖는다. 관(1002)은 관(1002)의 외경보다 더 넓은 접합 채널(1006) 내에서 끝난다. 이와 같이 하여, 채널(406) 내의 유체는 관(1002)의 말단(1004)을 지나 출력 채널(414)로 전달될 수 있다. 부분(502)의 위치를 정해 부분(504)에 접합시킬 때 관(1002)이 채널(404)에 보유된다. 일 실시 형태에서는, 관(1002)을 수용하는 채널(1100)을 부분(502) 내부에 형성하여 부분(502)과 부분(504) 사이에 관(1002)을 보유시킨다. 일 실시 형태에서, 관은 니켈 또는 니켈 합금 등으로 만들어진다. 다른 실시 형태에서는, 관은 금속 또는 비금속 물질로 만들어질 수 있다.
도 10 및 도 11의 실시 형태에서 도시된 금속관을 사용할 경우, 샘플 스트림은 1 m/s 내지 20 m/s 범위의 안정한 유속을 가졌다. 그러한 세포 분석 셀 구조체는 출력 채널(414) 내에서의 3차원 샘플 코어 스트림의 생성을 촉진한다.
스트림으로부터 샘플 액적들을 생성하기 위해, 광 영역(414)에 앞서 칩 표면(1102)에 얇은(예컨대, 0.1 mm 내지 2 mm 두께) 관형 변환기(110)를 접합시킬 수 있다. 변환기(110)는 접착 테이프 또는 접착제 결합 물질에 의해 접착될 수 있다. 변환기(110)는 10 내지 50 KHz 범위의 주파수로 구동된다. 변환기(110)를 주위로부터 보호하기 위해, 변환기(110)를 방수 필름으로 코팅할 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명을 기술할 목적으로 특정 실시 형태를 참조하여 기술하였다. 그러나, 앞서 기술한 예시한 논의들은 본 발명을 포괄적으로 포함하거나 본 발명을 기술된 특정 형태로만 제한하려는 것은 아니다. 상기한 교시에 비추어 다양한 수정 및 변형 실시 형태들이 가능하다. 본 발명의 원리 및 그 실제 응용을 최적으로 설명하기 위한 실시 형태들을 선택하여 기술하였으므로, 통상의 기술자가 고려되는 특정 용도에 적합할 수 있는 각종 수정예와 함께 본 발명 및 각종 실시 형태를 최적으로 이용할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 실시 형태에 대해 기술하였지만, 본 발명의 기타 다른 실시 형태를 본 발명의 기본 범위를 벗어나지 않고 창출해 낼 수 있으며, 본 발명의 기본 범위는 이하의 청구범위에 의해 정해진다.
Claims (29)
- 세포 분석 시스템에 샘플 유체를 공급하는 장치로서,
샘플 유체 포트로부터 출력 채널로 샘플 유체를 전달하는 세포 분석 칩 및
상기 세포 분석 칩을 내부에 보유하도록 구성된 홀더
를 포함하며,
상기 홀더는 상기 세포 분석 칩과, 샘플 유체 소스, 시스 유체 소스 또는 전하 소스 중 적어도 하나 사이에 계면을 포함하는, 샘플 유체 공급 장치. - 제1항에 있어서,
상기 홀더는 상기 샘플 유체를 보유하는 샘플 저장소를 더 포함하는, 샘플 유체 공급 장치. - 제2항에 있어서,
상기 샘플 저장소는 적어도 하나의 반응제를 더 포함하는, 샘플 유체 공급 장치. - 제2항에 있어서,
상기 샘플 저장소는 상기 샘플 저장소의 벽에 세포의 점착을 금지시키는 물질을 포함하는, 샘플 유체 공급 장치. - 제1항에 있어서,
상기 홀더는 샘플 저장소용의 일방 밸브를 포함하는, 샘플 유체 공급 장치. - 제1항에 있어서,
상기 홀더는 온도 제어기를 더 포함하는, 샘플 유체 공급 장치. - 제1항에 있어서,
상기 세포 분석 칩은 미세 유체 채널들을 포함하는, 샘플 유체 공급 장치. - 제1항에 있어서,
상기 세포 분석 칩은 사출 성형된 것인, 샘플 유체 공급 장치. - 제1항에 있어서,
상기 홀더에 대해 상기 세포 분석 칩을 정렬시키는 정렬 수단을 더 포함하는, 샘플 유체 공급 장치. - 제1항에 있어서,
상기 계면은 적어도 하나의 포트를 구획하는 적어도 하나의 밀봉부를 더 포함하는, 샘플 유체 공급 장치. - 제10항에 있어서,
상기 적어도 하나의 밀봉부는 환형 채널 및 토러스(torus) 형상 가스켓을 포함하는, 샘플 유체 공급 장치. - 제1항에 있어서,
상기 샘플 유체 공급 장치를 식별하는 수단을 더 포함하는, 샘플 유체 공급 장치. - 제1항에 있어서,
상기 홀더는 상기 세포 분석 칩의 표면에 근접하여 위치된 변환기를 포함하는, 샘플 유체 공급 장치. - 제1항에 있어서,
상기 샘플 유체 포트부터 상기 출력 채널까지 연장하는 상기 세포 분석 칩 내의 채널의 적어도 일부는 관(tube)을 포함하는, 샘플 유체 공급 장치. - 세포 분석 시스템에 샘플 유체를 공급하는 방법으로서,
샘플을 샘플 저장소 - 상기 샘플 저장소는 홀더 내에 형성되며, 상기 홀더는 세포 분석 칩을 보유함 - 에 공급하는 단계,
상기 홀더의 상기 샘플 저장소로부터 상기 세포 분석 칩의 샘플 유체 포트에 샘플 유체를 공급하는 단계,
상기 홀더 내의 포트를 통해 시스 유체를 상기 세포 분석 칩 내의 시스 유체 포트에 공급하는 단계, 및
상기 세포 분석 칩을 통해 상기 샘플 유체 및 상기 시스 유체를 배출 채널로 전달하는 단계
를 포함하는, 샘플 유체 공급 방법. - 제15항에 있어서,
샘플 유체를 포함한 액적들을 생성하기 위해 상기 세포 분석 칩을 진동시키는 단계를 더 포함하는, 샘플 유체 공급 방법. - 제15항에 있어서,
상기 홀더로부터의 전하를 상기 세포 분석 칩의 시스 유체 채널에 결합시키는 전극을 통해 상기 시스 유체에 전하를 공급하는 단계를 더 포함하는, 샘플 유체 공급 방법. - 제15항에 있어서,
상기 홀더를 거쳐 상기 세포 분석 칩의 진공 채널까지 연장되는 진공 포트를 통해 상기 세포 분석 칩을 클리닝하는 단계를 더 포함하는, 샘플 유체 공급 방법. - 제15항에 있어서,
시스 유체 저장소로부터 상기 시스 유체를 공급하는 단계를 더 포함하며, 상기 시스 유체 저장소는 상기 홀더 내에 형성되는, 샘플 유체 공급 방법. - 제19항에 있어서,
상기 샘플 저장소 또는 상기 시스 유체 저장소 중 적어도 하나에 압축 가스를 공급하는 단계를 더 포함하는, 샘플 유체 공급 방법. - 제16항에 있어서,
상기 샘플 유체 포트를 상기 배출 채널에 연결시키는 채널의 적어도 일부는 관을 포함하는, 샘플 유체 공급 방법. - 세포 분석 시스템으로서,
미세 유체 어셈블리 - 상기 미세 유체 어셈블리는 샘플 유체 포트로부터 출력 채널로 샘플 유체를 전달하는 세포 분석 칩 및 상기 세포 분석 칩을 내부에 고정하도록 구성된 홀더를 포함함 - ,
상기 미세 유체 어셈블리에 연결되어 상기 출력 채널에서 샘플 유체 액적들을 생성하는 변환기, 및
상기 액적들을 수용하여 분류하는 세포 분류 어셈블리
를 포함하는, 세포 분석 시스템. - 제22항에 있어서,
상기 홀더는 상기 샘플 유체를 보유하는 샘플 저장소를 포함하는, 세포 분석 시스템. - 제23항에 있어서,
상기 샘플 저장소는 상기 샘플 유체의 성분을 자화시키는 적어도 하나의 자구체를 포함하며, 상기 세포 분류 어셈블리는 자화된 상기 성분에 기초하여 상기 액적들을 분류하는, 세포 분석 시스템. - 제24항에 있어서,
상기 샘플 유체는 줄기 세포들을 포함하는, 세포 분석 시스템. - 제22항에 있어서,
상기 세포 분류 어셈블리는 전하에 기초하여 상기 액적들을 분류하는 정전 플레이트를 더 포함하는, 세포 분석 시스템. - 줄기 세포 분류를 용이하게 하는 장치로서, 홀더는 세포 분석 칩을 고정시키도록 구성되고, 상기 홀더는
샘플 줄기 세포들을 보유하는 샘플 저장소,
상기 샘플 저장소에 위치되어 상기 줄기 세포들과 반응하여, 상기 샘플 저장소 내의 줄기 세포들을 자화시키는 적어도 하나의 자구체, 및
상기 샘플 저장소로부터 나온 자화된 상기 줄기 세포들을 상기 세포 분석 칩에 결합시키는 샘플 포트
를 포함하는, 장치. - 제27항에 있어서,
상기 샘플 포트부터 배출 채널까지 연장되는 채널을 갖는 세포 분석 칩을 더 포함하며, 상기 채널의 적어도 일부는 관을 포함하는, 장치. - 제28항에 있어서,
상기 세포 분석 칩에 연결되어 상기 배출 채널 내에 샘플 줄기 세포들을 포함한 액적들을 형성하는 변환기를 더 포함하는, 장치.
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Legal Events
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| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
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| FPAY | Annual fee payment |
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