KR20140032094A - 표적 물질 포획이 용이한 미세유동 장치 및 상기 미세유동 장치를 이용한 표적 물질 분리 방법 - Google Patents

표적 물질 포획이 용이한 미세유동 장치 및 상기 미세유동 장치를 이용한 표적 물질 분리 방법 Download PDF

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이정건
임명선
정효일
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Abstract

표적 물질 포획이 용이한 미세유동 장치 및 상기 미세유동 장치를 이용한 표적 물질 분리 방법을 제공한다.

Description

표적 물질 포획이 용이한 미세유동 장치 및 상기 미세유동 장치를 이용한 표적 물질 분리 방법{Microfluidic device easy to capture target material and method for separating target material using the same}
표적 물질 포획이 용이한 미세유동 장치 및 상기 미세유동 장치를 이용한 표적 물질 분리 방법에 관한 것이다.
암은 조기 발견이 중요하기 때문에, 빠르고 간편하며 정확한 검사 방법을 찾기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 최근에는 혈액 내에 포함되어 있는 순환 종양 세포(circulating tumor cell; CTC)를 혈액으로부터 포획하여 암을 진단하는 방법이 제안되고 있다. 그러나 CTC는 109 개의 세포 중에서 1 개가 발견될 정도로 그 양이 매우 적기 때문에 포획하기가 매우 어렵다. 예를 들어, 유방암의 경우에는 혈액 약 7.5㎖ 중에 약 5개 미만의 CTC가 발견되며, 대장암의 경우에는 혈액 약 7.5㎖ 중에 약 3개 미만의 CTC가 발견될 수 있다. 따라서, 정확한 암진단을 위해서는 희소한 CTC를 소실없이 포획하는 것이 중요하다. 뿐만 아니라, CTC는 쉽게 사멸되기 때문에 세포에 악영향을 미치는 환경을 최소화하면서 포획이 이루어져야 한다.
CTC의 포획은 예를 들어 혈액 내의 적혈구와 백혈구를 흘려보내고 CTC만을 걸러내는 필터 유닛을 이용할 수 있다. 그러한 필터 유닛은 통상적으로 혈액이 흐를 수 있는 미세 유로 내에 기둥 형태의 다수의 복잡한 패턴들이 형성된 구조를 갖는다. 그러면 비교적 크기가 작은 적혈구와 백혈구는 패턴들 사이를 지나갈 수 있지만, 크기가 큰 CTC는 패턴들 사이에 포획될 수 있다. 그러나, 이러한 구조의 필터 유닛에서는 포획된 CTC에 의해 유로가 폐색될 수 있다. 일단 폐색이 발생하게 되면, CTC에 스트레스가 작용하여 CTC가 손상될 수도 있으며, CTC와 함께 백혈구들이 포획되어 분석 효율이 저하되고 분석 시간이 증가하게 될 수 있다.
최근 연구 보고에 의하면 백혈구와도 비슷한 크기를 갖는 CTC가 발견되어 크기만으로는 CTC 분리에 한계가 있다는 보고가 있다.
일 양상은 표적 물질 포획이 용이한 미세유동 장치를 제공한다.
다른 양상은 상기 미세유동 장치를 이용한 표적 물질 분리 방법을 제공한다.
일 양상은 제1 채널, 및 제1 채널에 유체 소통 가능하게 연결된 필터 유닛을 포함하는 미세유동 장치로서, 제1 채널은 제1 영역과 제2 영역을 포함하며, 제1 영역과 제2 영역은 서로 각지게 배치된 미세유동 장치를 제공한다.
제1 영역과 제2 영역은 1 이상의 개일 수 있다. 예를 들면, 제1 영역과 제2 영역은 1 내지 30 개, 5 내지 28 개, 10 내지 25 개, 또는 15 내지 20 개일 수 있다. 제1 영역과 제2 영역은 서로 각지게 배치될 수 있다. 제1 영역과 제2 영역의 개수가 다를 수 있다. 제1 영역과 제2 영역의 제1 채널 높이에 대한 폭의 비는 1 보다 클 수 있다. 종횡비는 예를 들면 1 : 2-15, 1 : 3-15, 1 : 4-15, 1 : 5-15, 1 : 6-15, 1 : 7-15, 1 : 8-15, 1: 9-15, 1 : 10-15, 1 : 11-15, 1 : 12-15, 1 : 13-15, 또는 1 : 14-15일 수 있다. 제1 영역 및 제2 영역의 폭은 동일하거나 상이할 수 있다. 또한 제1 영역 및 제2 영역의 길이는 동일하거나 상이할 수 있다. 제1 영역과 제2 영역은 서로 각지게 배치될 수 있으며, 제1 영역과 제2 영역의 경사진 각은 다양할 수 있다. 예를 들면, 제1 영역과 제2 영역의 경사진 각은 10 내지 170°, 25 내지 150°, 40 내지 130°, 55 내지 110°, 또는 70 내지 90°일 수 있다.
필터 유닛은 필터 유닛의 유입구, 필터부, 필터 유닛의 배출구를 포함할 수 있다. 상기 필터 유닛은 제1 유로, 또는 제2 유로를 더 포함할 수 있다. 상기 필터 유닛의 유입구는 제1 채널과 유체 소통하게 연결될 수 있다. 상기 필터 유닛의 유입구는 제1 채널의 말단과 유체 소통하게 연결될 수 있다.
상기 미세유동 장치는 제1 채널과 상기 필터 유닛이 집적된 미세유동 장치일 수 있다. 즉, 제1 채널과 필터 유닛은 집적될 수 있다. 상기 필터 유닛의 유입구와 제 1 채널의 말단은 상하로 동일한 위치에 배치될 수 있다.
상기 필터부는 필터 유닛의 유입구와 필터 유닛의 배출구 사이에 배치될 수 있다. 상기 필터부는 필터 유닛의 제1 유로와 제2 유로 사이에 배치될 수 있다. 제1 유로에 흐르는 유체 중에 포함된 표적 물질을 포획할 수 있다. 상기 필터부는 상기 표적 물질의 크기를 이용하여 표적 물질을 포획할 수 있다.
다른 양상은 시료를 미세유동 장치에 도입하여 제1 채널 및 필터 유닛을 통하여 이동시키는 단계를 포함하는, 시료로부터 표적 물질을 분리하는 방법으로서, 상기 미세유동 장치는 제1 채널, 및 제1 채널에 유체 소통 가능하게 연결된 필터 유닛을 포함하고, 제1 채널은 제1 영역과 제2 영역을 포함하며, 제1 영역과 제2 영역은 서로 각지게 배치된, 시료로부터 표적 물질을 분리하는 방법을 제공한다.
상기 도입은 주입되는 시료의 속도 및 농도는 펌프를 이용하여 시료를 도입할 수 있다. 펌프는 압력작용을 이용하여 관을 통하여 유체를 수송하는 것일 수 있다. 펌프는 당해 기술분야에서 널리 이용되는 펌프를 사용할 수 있다.
상기 시료는 표적 물질을 포함하는 시료 및 상기 표적 물질에 결합하는 물질일 수 있다. 상기 표적 물질을 포함하는 시료는 혈액일 수 있다. 상기 표적 물질은 종양 세포 또는 혈액 세포일 수 있다. 상기 종양세포는 예를 들면, CTC일 수 있다. 상기 표적 물질에 결합하는 물질은 종양 세포에 특이적으로 결합하는 물질일 수 있다. 상기 표적 물질에 결합하는 물질은 항체, 항체 단편(antibody fragment), 조작된 항체(engineered antibody), 펩티드, 앱타머 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 항체는 EpCAM(Epithelial cell adhension molecule), MUC1(Mucin-1), MUC3(Mucin-3), MUC4(Mucin-4), MUC16(Mucin-16), CEA(carcinoembryonic antigen) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 항원에 결합하는 것일 수 있다. MUC은 유방암, 폐암, 난소암, 전립선암, 결장암, 방광암, 및 위암에서 발견되는 종양에서 과다발현되는 트랜스멤브레인 당단백질이다.
상기 시료의 주입 속도는 100 내지 800 ul/분일 수 있다. 상기 시료의 주입속도는 예를 들면, 150 내지 700 ul/분, 200 내지 600 ul/분, 250 내지 500 ul/분, 또는 300 내지 400 ul/분일 수 있다.
상기 표적 물질에 결합하는 물질의 농도는 1 ml 당 2.0 ⅹ 107 내지 1.5 ⅹ 108일 수 있다. 상기 표적 물질에 결합하는 물질의 농도는 예를 들면 1 ml당 2.2 ⅹ 107 내지 1.2 ⅹ 108 , 3.0 ⅹ 107 내지 9.0 ⅹ 107, 3.5 ⅹ 107 내지 8.0 ⅹ 107 , 4.0 ⅹ 107 내지 7.0ⅹ 107 , 또는 4.5 ⅹ 107 내지 6.0 ⅹ 107일 수 있다.
개시된 제1 채널은 표적 물질의 포획을 위한 전처리를 용이하게 할 수 있다.
개시된 제1 채널과 필터 유닛을 포함하는 미세유동 장치는 표적 물질의 전처리가 별도로 필요로 하지 않으므로 표적 물질의 포획 시간을 단축할 수 있으며, 데드 볼륨(dead volume) 및 표적 물질 손실을 최소화할 수 있다.
개시된 미세유동 장치는 제1 채널과 필터 유닛을 일체의 미세유동 장치로 집적함으로써, 제1 채널과 필터 유닛을 보다 콤팩트하게 할 수 있다.
개시된 미세유동 장치는 표적 물질의 크기를 크게 하여, 표적 물질의 포획이 더 용이할 수 있다.
도 1은 일 구체예에 따른 제1 채널과 필터 유닛이 집적된 미세유동 장치의 사시도이다.
도 2는 일 구체예에 따른 제1 채널을 나타낸 도면이다.
도 3은 일 구체예에 따른 제1 채널의 믹서 부분을 나타낸 도면이다.
도 4는 제1 채널의 일부 영역의 단면에서 일어나는 와류를 나타낸 도면이다.
도 5는 유입된 시료가 제1 채널을 통과하여 혼합된 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 제1 영역과 제2 영역의 각도 및 제1 채널의 유량에 따른 혼합 효율을 나타낸 도면이다.
도 7은 비드 농도에 따른 결합 효율을 나타낸 도면이다.
도 8은 제1 채널의 유입구를 통과한 표적 물질의 크기가 증폭됨을 나타낸 도면이다.
도 9는 항-EpCAM 항체의 세포에 대한 특이적 결합을 나타낸 도면이다.
이하 본 발명을 구체예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 구체예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 구체예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 일 구체예에 따른 제1 채널과 필터 유닛이 집적된 미세유동 장치(100)의 사시도이다. 미세유동 장치는 제1 채널(110)과 필터 유닛(160)이 집적될 수 있다. 여기서 ‘집적’이라는 표현은 제1 채널(110)과 필터 유닛(160)이 일체의 미세유동 장치로 집적되어 있다는 것을 의미한다. 상기 필터 유닛(160)은 필터 유닛의 유입구, 필터부, 또는 필터 유닛의 배출구를 포함할 수 있다. 상기 필터 유닛(160)은 필터 유닛의 유입구, 제1 유로, 필터부, 제2 유로, 또는 필터 유닛의 배출구를 포함할 수 있다. 상기 미세유동 장치는 제1 채널의 말단 및 이와 유체 소통 가능하게 연결되는 필터 유닛의 유입구를 포함할 수 있다. 상기 필터 유닛의 유입구와 제 1 채널의 말단은 상하로 동일한 위치에 배치될 수 있다. 또한, 상기 미세유동 장치는 필터 유닛의 배출구 및 이와 유체 소통 가능하게 연결되는 배출구(173a)를 포함할 수 있다. 상기 배출구(173a)는 필터 유닛에 배치될 수 있다. 제1 유로는 필터 유닛의 유입구와 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다. 제2 유로는 필터 유닛의 배출구와 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다. 상기 필터부는 제1 유로와 제2 유로 사이에 배치될 수 있다. 상기 필터부는 제1 유로에 흐르는 유체 중에 포함된 표적 물질을 포획할 수 있다. 상기 필터부는 상기 표적 물질의 크기를 이용하여 표적 물질을 포획할 수 있다.
도 2는 일 구체예에 따른 제1 채널(110)을 나타낸 도면이다. 제1 채널은 마이크로 또는 나노 단위 크기일 수 있다. 제1 채널의 유입구는 하나 이상의 유입구를 포함할 수 있다. 제1 채널의 유입구는 예를 들면, 두 개의 유입구(121a 및 121b)를 포함할 수 있다. 그 중 하나의 유입구(121a)를 통해 표적 물질을 포함하는 시료가 주입될 수 있다. 다른 하나의 유입구(121b)를 통해 표적 물질에 결합하는 물질을 포함하는 시료가 주입될 수 있다. 주입되는 시료의 속도 및 농도는 펌프를 이용하여 조절될 수 있다. 펌프는 당해 기술분야에서 널리 이용되는 펌프를 사용할 수 있다. 상기 유입구를 통해 주입된 시료들은 제1 채널을 통하여 혼합될 수 있다. 제1 채널 내 시료들이 서로 혼합되는 부분, 믹서(115)를 포함할 수 있다. 상기 믹서(115)에는 당해 기술분야에서 널리 이용되는 믹서를 사용할 수 있다. 상기 믹서를 통과한 시료들은 제1 채널의 말단(119)을 통과하여 필터 유닛으로 유입될 수 있다. 제1 채널(110)은 실리콘 기반의 폴리머 재료 또는 폴리머 재료로 형성될 수 있으며, 예를 들어, PDMS(Polydimethylsiloxane), 파릴렌(parylene) 등으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 채널(110)은 실리콘 웨이퍼로 형성될 수 있는데, 실리콘 웨이퍼를 식각하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 채널(110)은 실리콘-온-글래스(silicon-on-glass, SOG) 웨이퍼를 식각하여 형성될 수 있다.
도 3은 일 구체예에 따른 제 1 채널(110)을 상세히 나타낸 도면이다. 두 개의 제1 채널의 유입구(121a, 121b)를 통하여 주입된 시료들은 제1 영역(111) 및 제2 영역(112)을 교대로 통과하면서 시료 내 표적 물질 및 상기 표적 물질에 결합하는 물질이 혼합될 수 있다. 제1 영역과 제2 영역이 이루는 각(θ)은 다양할 수 있으며, 제1 영역 및 제2 영역의 높이(H1) 대비 폭(W1)은 클수록 시료들의 혼합 효율을 증대시킬 수 있다. 제1 영역 및 제2 영역의 길이(L1)는 동일할 수 있고, 다를 수도 있다.
도 4는 제1 채널의 일부 영역의 예, 제1 영역 또는 제2 영역의 단면에서 일어나는 와류(116)를 나타낸 도면이다. 상기 믹서 내 제1 영역(111) 및 제2 영역(112)의 단면에는 유체의 와류가 형성되어 주입되는 시료들의 혼합 효율을 증대시킬 수 있다. 상기 와류는 사용되는 믹서에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 제1 채널의 높은 종횡비는 상기 와류가 제1 영역 및 제2 영역의 큰 높이에 비례하여 수 개 형성되어 혼합 효율을 증대시킬 수 있다. 상기 와류는 하나의 와류가 형성되면 이에 인접하여 와류가 형성될 수 있다. 인접하여 형성되는 와류의 방향은 인접한 와류의 방향과 반대방향으로 형성될 수 있다. 점점 형성되는 와류의 수가 증가할 수 있다. 형성되는 와류의 한 예로 테일러-괴틀러 와류(Taylor-Gortler vortex)가 형성될 수 있다.
도 5는 유입된 시료가 제1 채널을 통과하여 혼합된 결과를 나타낸 도면이다. 일 구체예에 따라 표적 물질을 포함하는 혈액 시료를 제1 채널의 유입구에 주입하고, 다른 제1 채널의 유입구에는 표적 물질에 결합하는 물질을 주입할 수 있다. 상기 표적 물질을 포함하는 혈액 시료에는 CTC(131), 백혈구(132), 적혈구 등이 포함될 수 있다. 상기 표적 물질에 결합하는 물질에는 입자(136)와 결합된 항체(135)가 포함될 수 있다. 상기 입자와 결합된 항체는 예를 들면, EpCAM, MUC1, MUC3, MUC4, MUC14, CEA 등에 결합하는 항체가 포함될 수 있다. 상기 항체는 CTC에 특이적으로 결합할 수 있다. 상기 항체는 CTC에 특이적으로 결합할 수 있으므로, 제1 채널을 통과하면서 상기 항체와 CTC가 상호 결합하여 상기 항체가 CTC에 결합한 산물(이하 'CTC 복합체'라 함)(139)이 제1 채널에서 빠져나오고, 나머지 백혈구(132)를 포함하는 혈액 세포들은 그대로 제1 채널을 빠져나올 수 있다. 상기 CTC 복합체(139)는 CTC(131)에 비하여 상기 CTC에 결합한 입자 및 항체의 크기만큼 크기가 증폭될 수 있다. 크기가 증폭된 CTC 복합체는 추후 필터 유닛에서 다른 혈액 세포로부터 보다 효율적으로 분리할 수 있다.
도 6은 일 구체예에 따른 필터 유닛(160)의 사시도이다. 도 7은 이러한 기판(170, 180, 190)의 표면 구조를 보이는 본 구체예에 따른 필터 유닛(160)의 개략적인 분해 사시도이다.
실시예 1: 미세유동 장치의 제조 및 시료의 제조
1. 미세유동 장치의 제조
미세유동 장치의 제1 채널은 물질들의 혼합 전에 유체가 유입되는 두 개의 유입구를 갖는다. 제1 유입구는 CTC를 포함하는 시료를 유입하기 위한 것이고, 제2 유입구는 표지 용액을 유입하기 위한 것으로, 표지 용액은 예를 들면 항체와 비드의 복합체의 용액이다. 제1 영역 및 제2 영역은 높은 종횡비를 가졌고, 이러한 높은 종횡비를 갖는 제1 영역 및 제2 영역으로 이루어진 제1 채널은 항체-항원 반응 및 이들의 효과적인 혼합을 가능케 하였다. 또한 제1 영역과 제2 영역이 서로 각지게 배치된 제1 채널은 항체-항원 반응 및 이들의 효과적인 혼합을 가능케 하였다. 제1 영역과 제2 영역을 통하여 종방향 와류(longitudinal vortex)가 형성되어 상기 시료 및 상기 표지 용액의 혼합 효율을 증대시켰다. 이러한 종방향 와류는 테일러-괴틀러 와류로 불리는 오목한 표면에 대한 원심성 불안정성(centrifugal instability)에 기초한 2차적 와류 형태이다. TG 와류의 일종인 종방향 와류가 좁은 공간(spacing)을 갖는 곡선의 직각의 단면을 갖는 채널(curved rectangular section channel)에서 관찰되었다. 제1 채널은 80 um(폭) × 400 um(높이) × 320 um(길이)의 크기이다. 또한, 제1 영역과 제2 영역의 각은 90°, 110° 및 130°이다. 제1 영역 및 제2 영역이 교대로 반복되며, 제1 영역 및 제 영역의 개수의 총합은 20이다. 제1 채널에 필터유닛을 집적하여 미세유동 장치를 제조하였다. 미세유동 장치는 일체화된 제1 채널과 필터유닛을 갖는다. 상기 미세유동 장치는 데드볼륨을 최소화할 수 있다. 또한 미세유동 장치는 이에 유입되는 시료의 전처리를 상기 미세유동 장치 내에서 할 수 있어 표적 물질의 포획 시간을 단축할 수 있다. 또한, 제1 채널과 필터 유닛을 영구 접합할 수 있다. 영구 접합된 미세유동 장치는 유입되는 시료의 압력에 대하여 내구성을 지닐 수 있다.
2. 시료의 제조
5 um(녹색, 468/508 nm), 및 15 um(적색, 542/612 nm)의 직경을 갖는 형광성 폴리스티렌 마이크로스피어를 혼합 효율을 측정하기 위하여 사용하였다(Thermo FisherScientific Inc., Massachusetts). 두 마이크로스피어 크기의 비중은 약 1.05이고, 상기 마이크로스피어를 0.1% w/v Tween 80(Fisher Chemical)을 함유한 탈이온수로 입자 서스펜션을 0.1% v/v까지 희석하여 제조하였다. 유방암종 세포주 (MCF-7 및 MDA-MB-231)를 와류 마이크로믹서를 통한 항-EpCAM 항체와 접합된 마이크로비드로와 CTC와의 결합 효율을 평가하기 위하여 사용하였다. 사혈 전문의사가 건강한 지원자로부터 시료로 사용할 혈액을 수집하였다. 혈액 내 적혈구(RBC) 및 백혈구(WBC)를 밀도구배분리를 이용하여 분리하였다. 모든 혈액 세포는 처음에 피콜-페이크(Ficoll Paque) (GE Healthcare Bio-Sciences Corp., Uppsala, Sweden)에 띄운 후, 290 g에서 30분 동안 원심분리한 후, 버피 코트(buffy coat)를 분리하였다. 분리된 버피 코트를 세척하고 PBS(phosphate buffered saline)에서 희석하여 잔여 피콜-페이크를 제거하였다. 최종 단계는 150g에서 10분 동안 더 원심분리하여 혈소판의 오염을 감소시켰다. 유방암종 세포주를 ATCCTM(American Type Culture Collection)에 의하여 제안된 성장 배지에서 배양하고 거의 컨플루언시(confluency)가 될 때까지 5% CO2에 37℃에서 인큐베이트(incubate)하였다. 마이크로비드(3-um 직경)을 항-EpCAM 항체로 화학적으로 관능화하였다. 이러한 항-EpCAM 항체는 테일러-괴틀러 와류를 통하여 유방암 세포와 마이크로비드 사이에서 특이적 결합을 제공하였다. 여기에서 사용된 상기 MCF-7 및 MDA-MB-231 세포를 5% BSA(bovine serum albumin)을 함유한 PBS에서 재부유시켜 세포 응집을 감소시켰다. 항-EpCAM 항체와 접합된 마이크로비드를 다른 농도에서 동일한 용액에서 재부유시켰다. 세포 서스펜션의 크기 분포 및 농도를 헤모사이토미터(hemocytometer) 및 스캡터 세포 계수기(Scepter cell counter)를 이용하여 측정하였다.
실시예 2: 제1 영역과 제2 영역의 각도에 따른 혼합 효율
실시예 1에서의 제1 채널 중 제1 영역과 제2 영역의 각(θ)이 90°, 110° 및 130°인 경우의 항-EpCAM 항체와 접합된 마이크로비드와 결합된 CTC('CTC 복합체'라 한다)의 혼합 효율의 값을 비교하였다. 처음에, 5 um 마이크로스피어를 함유하는 액체는 녹색 형광을 나타내고, 15 um 마이크로스피어를 함유하는 액체는 적색 형광을 나타내었다. 마이크로스피어를 함유하는 액체를 혼합시, 액체는 적색 형광과 녹색 형광의 조합으로 노랑색으로 점점 바뀌었다. 형광 현미경으로 관찰하여 획득한 형광 이미지를 이용하여, 입자수를 간접적으로 나타내는 정량적 입자 분포를 분석하기 위하여 획득한 형광의 세기를 평가하였다. 획득한 형광 이미지 데이터를 이미지 J(NIH, Maryland, USA)를 이용하여 수치 데이터로 전환하였다. 혼합 효율은 기준으로 사용된 첫 번째 접합 섹션(Ii o)과 각각의 제1 영역 및 제2 영역(Ii) 간의 픽셀 세기의 표준편차를 나타내는 P(%)에 의하여 평가하였다. 상기 혼합 효율을 하기 식을 이용하여 평가하였다.
<식>
Figure pat00001
상기 식에서, N, Ii, Ii 0 및
Figure pat00002
는 각각 픽셀의 총합, 관심 영역의 픽셀 i의 15 um 마이크로스피어의 형광 세기, 혼합 또는 확산이 발생하지 않은 픽셀 i의 15 um 마이크로스피어의 형광 세기 및 픽셀 i의 혼합된 용액의 평균 세기다. 도 6은 제1 채널의 말단 부분에서의 제1 영역과 제2 영역의 각도에 따른 혼합 효율을 나타낸 도면이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, θ가 130°, 110°, 90°순으로 혼합 효율이 증가하였다. 제1 영역과 제2 영역이 서로 이루는 각이 작아질수록 2차적 와류의 형성이 촉진되어 혼합 효율이 증가하는 것으로 판단된다.
실시예 3: 유량에 따른 혼합 효율
실시예 1에서의 제1 채널에 유입되는 시료의 유량에 따른 혼합 효율의 값을 나타내었다. 상기 혼합 효율은 실시예 2에 개시된 식에 의하여 평가하였다. 도 6은 제1 채널의 유량에 따른 혼합 효율을 나타낸 도면이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 유량이 600 ul/분으로 증가할수록 혼합 효율이 증가하는 것으로 나타났다. 제1 채널의 혼합 효율은 제1 채널의 유량에 의하여 결정되는 것으로 판단된다.
실시예 4: 비드의 농도에 따른 결합 효율
실시예 1에서의 제1 채널에 유입되는 시료 중 비드의 농도에 따른 결합 효율의 값을 나타내었다. 비드와 세포 간의 최적 결합 비율을 결정하기 위하여, 2.38 × 107/ml, 4.76 × 107/ml, 7.14 × 107/ml, 9.52 × 107/ml 및 1.19 × 108/ml의 농도인 항-EpCAM 항체가 접합된 비드 각각을 600 ul/분의 유속으로 제1 채널에 주입하여 6.1 × 105/ml의 고정된 농도를 갖는 MCF-7 유방암 세포주와 혼합하였다. 도 7은 상기 비드 농도에 따른 결합 효율을 나타낸 도면이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 비드의 농도가 증가할수록 결합 효율이 증가하는 것으로 나타났다. 2.38 × 107/ml로부터 1.19 × 108/ml까지 비드의 농도가 증가할수록 결합효율은 약 69%에서 89%로 증가함을 알 수 있다. 상기 비드의 농도가 1.19 × 108/ml인 경우, 혼합 효율은 195:1(1.19 × 108/6.1 × 105)이었다. 혼합 효율이 100:1인 경우, 예를 들면 상기 비드의 농도가 6.1 × 107/ml인 경우에는 10개 이상의 비드가 코팅된 세포수를 기준으로 CTC의 80% 이상이 상기 비드로 코팅되었다.
실시예 5: 제1 채널을 통과한 세포의 크기 증대
실시예 1에서 제1 채널을 통과한 CTC의 크기 증가를 측정하였다. 유입구에서 13 um의 크기를 가진 세포가 제1 채널을 통과 후 배출구(제1 채널의 말단)에서 15 um의 크기를 가짐을 자동 세포 계수기(ScepterTM 2.0, Millipore)로 측정하였다. 도 8은 제1 채널의 유입구를 통과한 표적 물질의 크기가 증폭됨을 나타낸 도면이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, CTC가 항-EpCAM 항체가 접합된 마이크로비드와 결합하였음을 알 수 있다.
실시예 6: 항- EpCAM 항체의 특이성
실시예 1에서 제1 채널의 유입구에 주입된 MCF-7(EpCAM 양성) 및 MDA-MB-213(EpCAM 음성) 중에서 배출구(제1 채널의 말단)에서 마이크로비드가 표지된 세포는 EpCAM에 대하여 양성인 MCF-7의 개수가 MDA-MB-231에 비하여 현저하게 많음을 측정하였다. 도 9는 항-EpCAM 항체의 세포에 대한 특이적 결합을 나타낸 도면이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 항-EpCAM 항체의 선택적인 결합력을 보여준다.
100 : 미세유동 장치
110 : 제1 채널 111 : 제1 영역
112 : 제2 영역 115 : TG-믹서
116 : TG 와류(vortex) 119 : 제1 채널의 말단
120 : 제1 기판 121 : 제1 채널의 유입구
160 : 필터 유닛
173a : 배출구

Claims (13)

  1. 제1 채널, 및
    제1 채널에 유체 소통 가능하게 연결된 필터 유닛을 포함하는 미세유동 장치로서,
    제1 채널은 제1 영역과 제2 영역을 포함하며, 제1 영역과 제2 영역은 서로 각지게 배치된 것인 미세유동 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 제1 영역과 제2 영역은 1 내지 30개인 것인 미세유동 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 제1 영역과 제2 영역의 제1 채널 높이에 대한 폭의 비는 1:4 내지 6인 것인 미세유동 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 제1 영역과 제2 영역은 10 내지 170°로 배치된 것인 미세유동 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 미세유동 장치는 제1 채널과 상기 필터 유닛이 집적된 것인 미세유동 장치.
  6. 시료를 미세유동 장치에 도입하여 제1 채널 및 필터 유닛을 통하여 이동시키는 단계를 포함하는, 시료로부터 표적 물질을 분리하는 방법으로서,
    상기 미세유동 장치는 제1 채널, 및 제1 채널에 유체 소통 가능하게 연결된 필터 유닛을 포함하고,
    제1 채널은 제1 영역과 제2 영역을 포함하며, 제1 영역과 제2 영역은 서로 각지게 배치된 것인, 시료로부터 표적 물질을 분리하는 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 시료는 표적 물질을 포함하는 것인, 시료로부터 표적 물질을 분리하는 방법.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 시료의 주입 속도는 200 내지 600 ㎕/분인 것인, 시료로부터 표적 물질을 분리하는 방법.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 표적 물질에 결합하는 물질의 농도는 1 ml 당 2.0 ⅹ 107 내지 1.5 ⅹ 108인 것인, 시료로부터 표적 물질을 분리하는 방법.
  10. 청구항 6에 있어서, 상기 표적 물질은 종양 세포인 것인, 시료로부터 표적 물질을 분리하는 방법.
  11. 청구항 7에 있어서, 상기 표적 물질에 결합하는 물질은 종양 세포에 특이적으로 결합하는 물질인 것인, 시료로부터 표적 물질을 분리하는 방법.
  12. 청구항 7에 있어서, 상기 표적 물질에 결합하는 물질은 항체, 항체 단편(antibody fragment), 조작된 항체(engineered antibody), 펩티드, 앱타머 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 시료로부터 표적 물질을 분리하는 방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 항체는 EpCAM, MUC1, MUC3, MUC4, MUC16, CEA 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 항원에 결합하는 것인, 시료로부터 표적 물질을 분리하는 방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101667149B1 (ko) 2015-04-28 2016-10-17 이화여자대학교 산학협력단 표적 단백질 또는 표적 펩타이드 검출용 미세 유동 장치, 이의 제조방법 및 이를 이용한 표적 단백질 또는 표적 펩타이드 검출 방법
KR101667148B1 (ko) 2015-04-28 2016-10-17 이화여자대학교 산학협력단 표적 소분자 검출용 미세 유동 장치, 이의 제조방법 및 이를 이용한 표적 소분자 검출 방법
KR20170091050A (ko) 2016-01-29 2017-08-08 이화여자대학교 산학협력단 표적 돌연변이 유전자 검출용 미세 유동 장치, 및 표적 유전자 검출용 미세 유동 장치의 검출 효율을 개선하는 방법
KR20220057826A (ko) * 2020-10-30 2022-05-09 주식회사 네오나노텍 나노입자 생성을 위한 미세유체 칩 및 그 제조방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100764022B1 (ko) * 2006-10-02 2007-10-08 포항공과대학교 산학협력단 응집반응을 기초로 하는 혈액형 진단용 미세 유체 바이오칩
KR20080027392A (ko) * 2005-07-14 2008-03-26 나노디텍 코포레이션 미세유체장치와 미세유체장치의 제작 및 사용방법
KR20110101072A (ko) * 2010-03-05 2011-09-15 삼성전자주식회사 표적 세포의 분리 방법 및 키트

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080027392A (ko) * 2005-07-14 2008-03-26 나노디텍 코포레이션 미세유체장치와 미세유체장치의 제작 및 사용방법
KR100764022B1 (ko) * 2006-10-02 2007-10-08 포항공과대학교 산학협력단 응집반응을 기초로 하는 혈액형 진단용 미세 유체 바이오칩
KR20110101072A (ko) * 2010-03-05 2011-09-15 삼성전자주식회사 표적 세포의 분리 방법 및 키트

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101667149B1 (ko) 2015-04-28 2016-10-17 이화여자대학교 산학협력단 표적 단백질 또는 표적 펩타이드 검출용 미세 유동 장치, 이의 제조방법 및 이를 이용한 표적 단백질 또는 표적 펩타이드 검출 방법
KR101667148B1 (ko) 2015-04-28 2016-10-17 이화여자대학교 산학협력단 표적 소분자 검출용 미세 유동 장치, 이의 제조방법 및 이를 이용한 표적 소분자 검출 방법
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KR20220057826A (ko) * 2020-10-30 2022-05-09 주식회사 네오나노텍 나노입자 생성을 위한 미세유체 칩 및 그 제조방법

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