KR20180032165A - Micro device for selecting microalgae strains - Google Patents
Micro device for selecting microalgae strains Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180032165A KR20180032165A KR1020170066333A KR20170066333A KR20180032165A KR 20180032165 A KR20180032165 A KR 20180032165A KR 1020170066333 A KR1020170066333 A KR 1020170066333A KR 20170066333 A KR20170066333 A KR 20170066333A KR 20180032165 A KR20180032165 A KR 20180032165A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- droplet
- microalgae
- micro
- channel
- oil phase
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
- B01L3/502761—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip specially adapted for handling suspended solids or molecules independently from the bulk fluid flow, e.g. for trapping or sorting beads, for physically stretching molecules
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
- B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
- C12Q1/24—Methods of sampling, or inoculating or spreading a sample; Methods of physically isolating an intact microorganisms
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
- G01N35/0098—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor involving analyte bound to insoluble magnetic carrier, e.g. using magnetic separation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
- G01N35/08—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a stream of discrete samples flowing along a tube system, e.g. flow injection analysis
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
- B01L2200/06—Fluid handling related problems
- B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
- B01L2200/0652—Sorting or classification of particles or molecules
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a microdevice for microbial strain selection.
미세조류는 식물플랑크톤(Phytoplankton)이라고 한다. 원래 뿌리, 줄기, 잎이 체계적으로 분화되지 않은 하등식물 중에서 엽록소로 광합성을 하는 식물을 조류라고 하며, 조류는 다시 단단한 구조물에 부착하여 서식하는 미역, 다시마와 같은 해조류와 육안으로 볼 수 없어 현미경을 통해서만 볼 수 있으며 물속에서 자유로이 부유하며 살아가는 생물인 미세조류로 나뉘어진다. 이러한 미세조류는 크기가 50 ㎛ 이하의 단세포 조류이다. 또한 미세조류는 자연계의 먹이사슬에서 최하위에 위치하기 때문에 광합성을 통해 유기물을 생산하는 독립영양생물이다.Microalgae are called phytoplankton. Among the lower plants whose roots, stems and leaves are not systemically differentiated, plants that are photosynthesized by chlorophyll are called algae. Algae are attached to rigid structure again and can not be seen by seaweeds such as seaweed, sea tangle and visually. It is divided into microalgae, which can be seen only through it, and living creatures that float freely in water. These microalgae are single-celled algae with a size of 50 ㎛ or less. In addition, microalgae are independent organisms that produce organic matter through photosynthesis because they are located at the bottom in the food chain of nature.
이러한 미세조류를 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 미세조류는 광합성이 가능한 원핵 또는 진핵 미세유기체로서 그들의 단세포적이거나 단순한 다세포적인 구조로 인해 혹독한 환경에서도 빠르게 성장이 가능하다. 또한 미세조류는 태양에너지를 화학에너지로 바꾸는 광합성을 이용해서 그들 스스로 번식하고 수 일 안에 전체의 성장주기를 완성한다. 이러한 과정 중에 태양에너지를 이용하여 이산화탄소 및 무기물을 후에 바이오디젤로 전환이 가능한 다량의 중성지질로 축적할 수 있는 능력을 갖고 있기 때문에 화석연료 사용으로 급증하는 에너지자원 고갈문제 및 온실가스 배출문제를 해결할 수 있는 대안으로 주목받고 있다.More specifically, these microalgae are prokaryotic or eukaryotic microorganisms capable of photosynthesis, and can grow rapidly in harsh environments due to their single-celled or simple multicellular structure. Microalgae also reproduce themselves by using photosynthesis, which converts solar energy into chemical energy, and completes the entire growth cycle in a few days. In this process, we have the ability to accumulate carbon dioxide and minerals into large quantities of neutral lipids that can be converted back into biodiesel using solar energy, so we can solve the problem of depletion of energy resources and greenhouse gas emissions It is attracting attention as an alternative.
이러한 미세조류를 바이오디젤 생산에 사용하는 것은 다른 바이오매스에 비해 여러 이점을 갖는다. 먼저, 실용적인 관점에서, 미세조류는 배양이 간편하다. 더욱이, 미세조류는 특정한 영양분이나 충분한 공기 주입을 통해 성장 속도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 태양빛과 간단한 영양분이 공급되는 단순한 환경에서도 쉽게 성장할 수 있다. 특정 미세조류 종들은 다양한 환경적 조건에서 살 수 있도록 적응할 수 있다. 따라서, 현재 바이오디젤의 공급 원료로 사용되는 대두, 해바라기 그리고 야자수의 성장이 불가능한 특정 환경에서도 성장이 가능한 미세조류 종들을 발굴하는 것이 가능하다. 뿐만 아니라, 미세조류는 현재 보편적인 바이오디젤 공급원료들에 비해 성장 속도 및 생산성이 뛰어나고 더 적은 재배 면적이 필요하다. 미세조류를 활용한 바이오디젤은 황을 포함하지 않기 때문에 미세먼지, 일산화탄소, 탄화수소 그리고 황산화물의 배출을 억제하면서 석유에서 얻어낸 디젤만큼의 효과를 발휘할 수 있다. 그리고 미세조류의 생고정 능력을 이용하면 바이오디젤을 생산하면서 배출되는 온실가스 및 이산화탄소의 양을 줄일 수 있다. 미세조류는 폐수에 포함된 오염 물질을 영양분으로 활용할 수 있기 때문에 폐수처리에도 큰 도움이 된다. 또한, 바이오디젤 추출 후 결과물로 남은 미세조류 바이오매스는 에탄올, 메탄, 가축의 원료 및 유기 비료로 사용될 수 있다. 이처럼 미세조류는 상업적으로 널리 사용되는 고부가가치 생물학적 부산물을 얻을 수 있기 때문에 생물공학분야에서 그 잠재적 가치가 매우 클 것으로 기대된다.The use of these microalgae in the production of biodiesel has several advantages over other biomass. First, from a practical standpoint, microalgae are easy to cultivate. Moreover, microalgae can not only increase growth rate through specific nutrients or sufficient air infusion, but can also grow easily in simple environments with sunlight and simple nutrients. Certain microalgae species can adapt to live in a variety of environmental conditions. Therefore, it is possible to identify microalga species that can be grown in specific environments where growth of soybeans, sunflowers and palm trees is not possible, which is currently used as feedstock for biodiesel. In addition, microalgae are required to have better growth rates and productivity and fewer cultivation areas compared to currently available biodiesel feedstocks. Biodiesel using microalgae does not contain sulfur, so it can exert as much effect as diesel obtained from petroleum while suppressing emissions of fine dust, carbon monoxide, hydrocarbons and sulfur oxides. The use of biodegradability of microalgae can reduce the amount of greenhouse gases and carbon dioxide emitted while producing biodiesel. Since microalgae can utilize the pollutants contained in the wastewater as nutrients, it is very useful for wastewater treatment. In addition, microalgae biomass remaining as a result of biodiesel extraction can be used as a raw material for ethanol, methane, livestock, and organic fertilizer. Such microalgae are expected to have a very high potential value in the field of biotechnology because they can obtain commercially valuable high value-added biological by-products.
이와 같이 잠재적 활용성이 높은 미세조류이지만 상업적으로 이를 활용하기 위해서는 현재 미세조류의 야생종에 비해 좀 더 성장성이 좋고 지질 축적량이 많은 균주가 필요하다. 하지만 미세조류는 대장균 같은 미생물과 달리 일반적인 유전자조작 방법으로는 균주 개량에 어려움이 있다. 따라서 현재는 임의로 유전자를 삽입해 다양한 균주들을 얻고 이를 실제 배양시키면서 원하는 목적에 맞는 균주들을 선별하는 방법으로 우수한 미세조류 균주를 획득하고 있다. 하지만 일반적인 균주 선별 방법은 시간이 오래 걸리고 노동집약적이며 비용이 많이 들기 때문에 이를 해소하기 위한 다양한 연구가 진행되어오고 있다.In order to utilize these microalgae as potential microalgae, it is necessary to have strains that have more growth potential and higher lipid accumulation than wild-type microalgae. However, unlike microorganisms such as Escherichia coli, microalgae have difficulties in improving the strain by general gene manipulation methods. Therefore, at present, a microalgae strain is obtained by inserting a gene at random and obtaining a variety of strains and culturing the strains and selecting strains suitable for a desired purpose. However, since a general strain selection method is time-consuming, labor-intensive and costly, various studies have been conducted to solve this problem.
마이크로 시스템에 쓰이는 고분자물질인 PDMS(Polydimethylsiloxane)는 생물체에 대한 독성이 없고 다공성으로 생물활성에 필요한 물질전달이 용이한 장점을 가지고 있다. PDMS를 이용한 마이크로 시스템은 분석하고자 하는 대상과 목적에 적합한 환경을 위한 맞춤설계가 가능하다. 특히 높은 투명도 및 미세구조를 기반으로 광학현미경을 통한 개별 세포에 대한 지속적이고 자세한 모니터링 및 효율적인 고속선별을 가능하게 함으로써 성장성과 광합성 효율이 우수한 균주를 선별하는데 큰 기여를 할 수 있다.PDMS (Polydimethylsiloxane), a macromolecular material used in micro systems, has no toxicity to living organisms and has the advantage of facilitating the transfer of substances necessary for biological activity by being porous. The PDMS-based microsystem can be custom designed for the environment that is suitable for the target and purpose to be analyzed. In particular, based on high transparency and microstructure, continuous microscopic monitoring of individual cells through an optical microscope and efficient high-speed line-by-line analysis are possible, thereby contributing to selection of strains having excellent growth and photosynthetic efficiency.
또한 마이크로 시스템은 내부에 미세조류 균주를 배양하는 공간인 미세액적을 포함하는 장치가 개발되었으며, 이러한 미세액적은 화학 및 생물학 연구에서 다양한 기회들을 제공할 수 있다. 피코리터 단위의 극도로 작은 부피를 갖는 하나의 미세액적 내부에는 단일 세포, 단일 입자 그리고 다양한 화학물질들이 포함될 수 있기 때문에 각각의 미세액적은 개별적인 반응기로 활용될 수 있다. 따라서 미세액적 내부에서 동시에 화학적, 생물학적 반응들의 개별적인 관찰이 용이하고 수~수백 Hz의 속도로 미세액적들을 생성하는 것이 가능하기 때문에 고속처리가 필요한 실험에도 매우 적합하다. 또한, 마이크로 장치의 설계에 따라 미세액적에 다양한 기계적, 전기적 그리고 자기적 자극을 가할 수 있고 이에 따라 단일 세포 및 입자들의 반응을 관찰하기에도 용이하다. 그리고 미세액적은 그 부피 및 무게가 매우 작기 때문에 관성보다 표면장력이 더 지배적이고 작은 부피를 갖는 미세액적은 일반적인 환경에 비해서 열 및 물질 전달률이 매우 크기 때문에 개별 세포의 빠른 성장 및 화학물질들의 빠른 반응 속도를 유발할 수 있다.In addition, the microsystem has developed a microvolume-containing device which is a space for microalgae cultivation inside, and these microgrooves can provide various opportunities in chemical and biological studies. Since microvolume with extremely small volumes in picoliter can contain single cells, single particles and various chemicals, each micro-volume can be used as an individual reactor. Therefore, it is very suitable for experiments requiring high-speed processing because it is possible to simultaneously observe chemical and biological reactions simultaneously and to generate microcavity at a rate of several hundreds of Hz. In addition, depending on the design of the microdevice, various mechanical, electrical, and magnetic stimuli can be applied to the microvolume, and thus it is easy to observe the response of single cells and particles. Because the volume and weight of the micro liquid are very small, the surface tension is more dominant than the inertial, and the micro liquid having a small volume has a very high heat and mass transfer ratio compared with the general environment. Therefore, rapid growth of individual cells and rapid reaction of chemicals Speed.
한편, 상기 검토한 바와 같이 미세조류는 상업적으로 잠재적 가치가 크기 때문에, 성장성 및 광합성 능력이 우수한 미세조류 균주를 선별해 상업적으로 활용하는 것이 중요함에도 불구하고, 이러한 균주를 선별하기 위한 노력은 많이 부족한 실정이다. 뿐만 아니라 상기 미세액적을 활용하여 성장성 및 광합성 능력이 우수한 미세조류 균주를 선별하기 위한 연구는 크게 부족한 실정이다.On the other hand, as mentioned above, since the microalgae have a large commercial value, it is important to select microalgae strains having good growth and photosynthetic ability and to use them commercially, but efforts to select such strains are insufficient It is true. In addition, studies for selecting microalgae strains having excellent growth and photosynthetic ability by utilizing the microcapsules are insufficient.
본 발명과 관련된 선행기술문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2014-0106933호(특허문헌 1)가 개시되어 있는데, 상기 특허문헌 1에서는 메쉬-그리드가 도입된 미세액적 마이크로웰 어레이를 이용하여 목적 유용 효소 활성의 탐색 방법 등이 개시되어 있다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2014-0106933 (Patent Document 1) discloses a prior art document related to the present invention. In
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 미세조류 균주를 배양하는 미세액적 내에 자성나노입자가 포함되고, 미세액적이 흐르는 마이크로 채널 주변에 자기장을 형성함으로써, 미세액적의 가속도 차이를 이용해 성장성이나 광합성 능력이 우수한 미세조류 균주를 선별하는 마이크로 장치를 제공하기 위한 것이다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method for culturing a microalgae strain, which comprises magnetic nanoparticles in a microcavity and forms a magnetic field around microchannels, And to provide microdevices for selecting microalgae strains having excellent growth and photosynthetic ability using difference in acceleration of microcavities.
본 발명의 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치는 마이크로 채널 구조를 갖는 마이크로 장치에 있어서, 자성나노입자 및 미세조류 균주가 포함된 미세액적이 주입되는 액적 주입구; 상기 미세액적이 분리 배출되는 다수의 액적 배출구; 상기 액적 주입구에서부터 상기 액적 배출구까지 연통되어, 상기 미세액적을 수송하는 액적 수송채널; 및 상기 액적 수송채널 주변에 자기장을 형성하여, 상기 미세조류 균주의 세포수에 따른 질량 차이에 따라 상기 미세액적을 분리하는 자석;을 포함한다.A microdevice for microbial strain selection according to an embodiment of the present invention is a microdevice having a microchannel structure. The microdevice has a microdevice containing a magnetic nanoparticle and a microalgae strain; A plurality of droplet discharge ports through which the micro liquid droplets are separated and discharged; A droplet transport channel communicated from the droplet discharge port to the droplet discharge port to transport the droplet; And a magnet for generating a magnetic field around the droplet transporting channel and separating the microcavities according to a difference in mass depending on the number of cells of the microalgae strain.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 있어서, 제1 유상(oil phase)이 주입되는 제1 유상 주입구; 및 상기 제1 유상 주입구로부터 상기 액적 수송채널의 양측으로 연통되는 한 쌍의 제1 유상 채널;을 더 포함한다.The micro-algae microorganism selecting microorganism according to the embodiment of the present invention may further include: a first oil injection port into which a first oil phase is injected; And a pair of first oil phase channels communicating from the first oil phase inlet to both sides of the droplet transport channel.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 있어서, 상기 미세액적을 생성하는 액적 생성기;를 더 포함한다.Further, in the microdevice selection microorganism according to the embodiment of the present invention, the droplet generator for generating the microdroplet may be further included.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 있어서, 상기 액적 생성기는 마이크로 플루이딕 본체; 상기 마이크로 플루이딕 본체의 일단에 형성되고, 액적 생성물질을 주입하는 물질 주입구; 상기 마이크로 플루이딕 본체 상에, 지그재그 형태로 형성되되, 일단이 상기 물질 주입구와 연통되어, 상기 미세액적을 생성하는 액적 생성채널; 상기 액적 생성채널의 타단과 연통되어, 상기 미세액적을 수용하는 PCR 튜브; 제2 유상이 주입되는 제2 유상 주입구; 및 상기 제2 유상 주입구로부터 상기 액적 생성채널 일단의 양측으로 연통되는 한 쌍의 제2 유상 채널;을 포함한다.Further, in the micro-algae microorganism selecting apparatus according to an embodiment of the present invention, the droplet generator includes a microfluidic main body; A material inlet formed at one end of the microfluidic main body for injecting a droplet generating material; A droplet generating channel formed in a zigzag shape on the microfluidic body and having one end communicating with the material injection port to generate the micro liquid; A PCR tube communicating with the other end of the droplet generating channel to receive the undiluted solution; A second oil phase inlet through which the second oil phase is injected; And a pair of second oil-phase channels communicating from the second oil-phase injection port to both sides of one end of the droplet production channel.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 있어서, 상기 액적 생성물질은 자성나노입자 및 미세조류 균주를 포함하는 세포 서스펜션(cell suspension)이다.In addition, in the microdevice selection microorganism according to the embodiment of the present invention, the droplet generating material is a cell suspension including magnetic nanoparticles and microalgae strains.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 있어서, 상기 제2 유상에 계면활성제가 함유된다.Further, in the microdevice strain selection microorganism according to the embodiment of the present invention, the surfactant is contained in the second oil phase.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 있어서, 상기 액적 주입구와 상기 액적 수송채널을 연통시키는 챔버; 및 상기 챔버 내부에 배치되어, 소정의 크기 이상의 상기 미세액적을 걸러내는 필터;를 더 포함한다.In addition, the microdevice strain microdevice selecting microdevice according to an embodiment of the present invention may further include: a chamber communicating the droplet inlet port and the droplet transport channel; And a filter disposed inside the chamber to filter out the undiluted liquid of a predetermined size or more.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 있어서, 상기 액적 수송채널은 상기 액적 배출구 방향으로 갈수록, 폭이 점점 넓어진다.In addition, in the microalgae microinfection apparatus for sorting microalgae according to an embodiment of the present invention, the width of the droplet transporting channel is gradually widened toward the droplet discharge port.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings.
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 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to that, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best explain its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
본 발명에 따르면, 미세조류 균주 및 자성나노입자를 포함하는 미세액적의 수송채널에 자기장을 형성함으로써, 성장속도가 다른 미세조류 균주의 세포수에 따라 질량이 서로 다른 미세액적의 가속도 차이를 이용하여, 성장성이나 광합성 능력이 우수한 미세조류 균주를 용이하게 선별하는 것이 가능하다.According to the present invention, by forming a magnetic field in a micro-fluidic transport channel containing a microalgae strain and magnetic nanoparticles, micro-algae can be produced by using a micro-algae acceleration difference having different masses depending on the number of cells of microalgae strains having different growth rates , It is possible to easily select a microalgae strain having excellent growth and photosynthesis ability.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 의한 분리 효율을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치의 액적 생성기를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치의 평면도이다.
도 5는 도 4의 원 A를 확대한 확대도이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 의한 분리 효율을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 의해 분리되는 미세액적의 사진이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 의한 미세액적 분리 비율을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치의 평면도이다.
도 10은 도 9의 원 B를 확대한 확대도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 의해 분리되는 미세액적의 사진이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 의한 미세액적 분리 비율을 나타내는 그래프이다.1 is a perspective view of a microdevice for microbial strain selection according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the separation efficiency of the microalgae strain microdevice according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing a droplet generator of a microdevice for microbial strain selection according to the first embodiment of the present invention.
4 is a plan view of a microdevice for sorting microalgae according to a second embodiment of the present invention.
5 is an enlarged view of circle A of Fig.
6A to 6D are graphs showing the efficiency of separation by a micro apparatus for sorting microalgae strains according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a micrograph of a micro-algae strain micro-device separated according to a second embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 8 is a graph showing the micro-algal separation ratio by the micro-algae microorganism selecting apparatus according to the second embodiment of the present invention.
9 is a plan view of a microdevice for microbial strain selection according to the third embodiment of the present invention.
10 is an enlarged view of circle B of Fig.
FIG. 11 is a micrograph of microalgae separated by a microdevice sorting microarray according to the third embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 12 is a graph showing the micro-algal separation ratio by the micro-algae microorganism selecting apparatus according to the third embodiment of the present invention.
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, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The objectives, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. It should be noted that, in the present specification, the reference numerals are added to the constituent elements of the drawings, and the same constituent elements are assigned the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings. Also, the terms "first "," second ", and the like are used to distinguish one element from another element, and the element is not limited thereto. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, detailed description of related arts which may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치의 사시도이다.1 is a perspective view of a microdevice for microbial strain selection according to a first embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치는 마이크로 채널 구조를 갖는 마이크로 장치에 있어서, 자성나노입자 및 미세조류 균주가 포함된 미세액적(1)이 주입되는 액적 주입구(10), 미세액적(1)이 분리 배출되는 다수의 액적 배출구(20), 액적 주입구(10)에서부터 액적 배출구(20)까지 연통되어, 상기 미세액적(1)을 수송하는 액적 수송채널(30), 및 액적 수송채널(30) 주변에 자기장을 형성하여, 미세조류 균주의 세포수에 따른 질량 차이에 따라 미세액적(1)을 분리하는 자석(40)을 포함한다.As shown in FIG. 1, the microdevice for microbial strain selection according to the first embodiment of the present invention is a microdevice having a microchannel structure. Microdevices having magnetic microparticles and microalgae (1) is communicated from the droplet injection port (10) into which the liquid droplet (1) is injected, a plurality of droplet discharge ports (20) A magnetic field is formed around the
크기가 50 ㎛ 이하의 단세포 조류인 미세조류는 물속에서 부유하며 살아가는데, 혹독한 환경에서도 성장이 가능하고, 광합성을 이용해 스스로 번식한다. 이러한 성장 과정에서 이산화탄소 및 무기물을 후에 바이오디젤로 전환이 가능한 다량의 중성지질로 축적할 수 있으므로, 장래 화석연료를 대용할 수 있는 에너지원으로 주목받고 있다. Microalgae, single - cell algae of size less than 50 ㎛, live by floating in water, can grow in harsh environments, and propagate themselves by using photosynthesis. In this growth process, carbon dioxide and minerals can be accumulated in a large amount of neutral lipids capable of being converted into biodiesel, which is attracting attention as an energy source capable of substituting fossil fuels in the future.
다만, 미세조류는 일반적인 유전자조작 방법으로는 균주 개량이 어렵기 때문에 종래에는 임의로 유전자를 삽입하여 다양한 균주를 얻고 이를 실제 배양시키면서 원하는 목적에 맞는 균주를 선별하여 우수한 미세조류 균주를 획득하였다. However, since microalgae are difficult to be improved by a general genetic engineering method, conventionally, various microbial strains were obtained by inserting a gene at an arbitrary position, and microbial strains were obtained by selecting strains suitable for a desired purpose while actually culturing them.
그러나, 일반적인 균주 선별방법은 시간이 오래 걸리고, 노동집약적이며, 비용이 많이 소요되는 문제가 있다. 이에, 종래 미세조류 균주의 선별 방법의 문제점을 개선하고자 본 발명에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치가 안출되었다.However, general strain selection methods are time consuming, labor intensive, and costly. Accordingly, micro-algae strain micro-organisms according to the present invention have been developed in order to overcome the problems of conventional microalgae strain selection methods.
본 발명에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치는 마이크로 채널 구조를 갖는 마이크로 장치에 있어서, 액적 주입구(10), 액적 배출구(20), 액적 수송채널(30), 및 자석(40)을 포함한다.A microdevice for microbial strain selection according to the present invention is a microdevice having a microchannel structure, including a droplet inlet (10), a droplet outlet (20), a droplet transport channel (30), and a magnet (40).
본 발명에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치는 마이크로플루이딕(microfluidic) 등과 같은 마이크로 시스템을 이용한 미세유체 장치로서, 미세조류 균주를 배양하는 공간인 미세액적(1)을 활용하여 분리함으로써 종국적으로 미세조류 균주를 선별한다. The microdevice for selecting a microalgae strain according to the present invention is a microfluidic device using a micro system such as microfluidic. The microfluidic device is a microfluidic device using a micro-fluidic (1) The microalgae strains are selected.
여기서, 미세액적(1)은 피코리터 단위의 극도로 작은 부피를 갖고 무게가 매우 작으므로, 관성보다 표면장력이 더 지배적이고, 열 및 물질 전달률이 매우 커서 개별 세포의 빠른 성장 및 화학물질들의 빠른 반응 속도를 유발할 수 있다. 나아가, 그 미세액적(1) 내부에는 단일 세포, 단일 입자 그리고 다양한 화학물질 등을 포함할 수 있으므로, 미세액적(1) 내부에서 화학적, 생물학적 반응들의 개별적 관찰이 가능하고, 다양한 기계적, 전기적, 자기적 자극을 가할 수 있다.Here, the micro liquid (1) has an extremely small volume of picoliters and is very small in weight, so that surface tension is more dominant than inertia, and heat and mass transfer rate are very high, It can cause a rapid reaction rate. Furthermore, since the microcapsule (1) can contain single cells, single particles and various chemical substances, it is possible to individually observe the chemical and biological reactions inside microcapsule (1) , Magnetic stimulation can be applied.
본 발명에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 사용되는 미세액적(1)은 미세조류 균주뿐만 아니라, 자성나노입자를 포함한다. 여기서, 미세조류 균주는 미세액적(1) 내부에서 성장하는데, 성장속도가 각각 다르기 때문에 각각의 미세액적(1) 내부에서의 세포수가 다르다. 이러한 미세액적(1) 내부에서의 세포수 차이는 미세액적(1)의 질량 차이를 발생시킨다. The micro liquid (1) used in the micro-algae microorganism selection microorganism according to the present invention includes micro-algae strains as well as magnetic nanoparticles. Here, the microalgae strain grows inside the microvolume (1), and since the growth rates are different from each other, the number of cells in each microvolume (1) is different. This difference in the number of cells within the microvolume (1) generates a mass difference of microvolume (1).
또한, 각각의 미세액적(1)은 동일한 농도의 자성나노입자를 함유한다. 여기서, 자성나노입자는 덱스트란(Dextran)으로 코팅된 산화철 나노파티클로서, 그 직경은 20 ㎚이고, 농도는 5 mg/mL일 수 있다. 다만, 자성나노입자가 반드시 상술한 직경과 농도를 갖는 산화철 나노파티클에 한정되는 것은 아니다. 이때, 각각의 미세액적(1) 내부에 포함된 자성나노입자는 동일한 농도를 가지므로, 후술할 자석(40)에 의해 형성된 자기장 내에서 동일한 자력을 받게 된다.In addition, each micro liquid (1) contains magnetic nanoparticles of the same concentration. Here, the magnetic nanoparticles are iron oxide nanoparticles coated with Dextran and have a diameter of 20 nm and a concentration of 5 mg / ml. However, the magnetic nanoparticles are not limited to iron oxide nanoparticles having the above-mentioned diameters and concentrations. At this time, the magnetic nanoparticles included in each micro fluid (1) have the same concentration, so that they receive the same magnetic force in the magnetic field formed by the
이렇게 질량 차이가 있고, 자기장에서 자력을 받는 미세액적(1)은 액적 주입구(10)로 주입되어, 액적 수송채널(30)을 따라 이송되다가, 가속도 차이로 인해 분리되어 다수의 액적 배출구(20a, 20b, 20c)로 배출된다. The
이때, 액적 수송채널(30)은 액적 주입구(10)에서부터 액적 배출구(20)까지 연통되어 형성되고, 액적 배출구(20)는 분리된 각각의 미세액적(1)을 배출하므로 다수 개가 구비된다. 즉, 액적 수송채널(30)의 일단은 액적 주입구(10)에 연결되고, 액적 수송채널(30)의 타단은 여러 갈래로 분기되어 다수의 액적 배출구(20a, 20b, 20c, 20d) 각각에 연결된다. 여기서, 각각의 미세액적(1)은 액적 수송채널(30)에서의 가속도 차이로 인해 분리되는데, 그 가속도 차이는 미세액적(1)에 포함된 미세조류 균주의 세포수 차이에 기인한다. 이러한 가속도 차이는 결국 자기장 내에서 미세액적(1)의 이동거리 차이를 유발하여, 미세액적(1)을 분리시킨다.At this time, the
구체적으로, 액적 수송채널(30)의 좌측, 또는 우측에 자석(40)이 배치됨으로써, 액적 수송채널(30) 주변에 자기장이 형성된다. 따라서, 자성나노입자를 포함하는 미세액적(1)은 액적 수송채널(30)을 이동하면서 자력을 받게 된다. 이때, 각각의 미세액적(1) 내부에 포함된 미세조류 균주의 세포수 차이에 따른 질량 차이는 뉴턴의 제2 법칙에 따라 가속도 차이를 발생시키고, 그 가속도 차이로 인해 자석(40)이 배치된 일측 방향으로 이동하는 거리 차이가 생긴다. 따라서, 미세액적(1) 내 세포수가 많아 질량이 큰 미세액적(1)은 자기장에 크게 영향을 받지 않고 직진하여 액적 수송채널(30)과 동일 축 상에 배치된 어느 하나의 액적 배출구(20b)를 통해 빠져나가고, 세포수가 적어 질량이 작은 미세액적(1)의 경우는 자기장에 영향을 받아 자석(40)이 배치된 일측 방향으로 휘어지면서, 액적 수송채널(30)을 기준으로 자석(40)이 배치된 방향으로 분기된 다른 하나의 액적 배출구(20c)로 빠져나간다. 결국, 액적 수송채널(30)의 길이방향을 따라 직진하여 선별된 미세액적(1)을 획득함으로써, 미세액적(1) 내부에서 성장속도가 빨라 세포수가 많은 미세조류 균주를 선별할 수 있다.Specifically, a magnetic field is formed around the
종합적으로, 본 발명에 따르면, 미세조류 균주 및 자성나노입자를 포함하는 미세액적(1) 수송되는 마이크로 채널 주변에 자기장을 형성함으로써, 성장속도가 다른 미세조류 균주의 세포수에 따라 질량이 서로 다른 미세액적(1)의 가속도 차이를 이용하여, 성장성이나 광합성 능력이 우수한 미세조류 균주를 용이하게 선별하는 것이 가능하다.In summary, according to the present invention, by forming a magnetic field around microchannels transported by microvolume (1) containing microalgae strains and magnetic nanoparticles, masses of microalgae strain It is possible to easily select microalgae strains having excellent growth and photosynthetic ability using the difference in acceleration of the microalgae (1).
또한, 본 발명에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치는 제1 유상 주입구(50), 및 제1 유상 채널(60)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 유상 주입구(50)를 통해 주입된 제1 유상(oil phase)은 제1 유상 채널(60)을 따라 이동하는데, 이때, 제1 유상 채널(60)은 한 쌍으로서, 제1 유상 주입구(50)로부터 액적 수송채널(30)의 양측, 즉 하나의 제1 유상 채널(60)은 액적 수송채널(30)의 우측에, 다른 하나의 제1 유상 채널(60)은 액적 수송채널(30)의 좌측에 각각 연통된다. 따라서, 액적 수송채널(30)의 양측으로 유입되는 제1 유상은 미세액적(1)의 플로우(flow)를 눌러서, 미세액적(1)이 액적 수송채널(30)의 중심을 따라 이동하게 함으로써, 미세액적(1)이 자기장에 의해 보다 효과적으로 분리되도록 한다.In addition, the microdevice for sorting microalgae according to the present invention may further include a first
상술한 제1 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 의한 미세균주 선별 효과는 실험적으로 확인할 수 있는바, 이하에서 설명한다.The microbial strains selecting microorganism according to the first embodiment of the present invention can be tested for microbial strains.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 의한 분리 효율을 나타내는 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing the separation efficiency of the microalgae strain microdevice according to the first embodiment of the present invention.
도 2에서는 실제 세포를 포함하고 있는 미세액적과 세포를 포함하지 않은 미세액적이 어느 정도의 효율로 분리되는지 확인하기 위해 실험을 진행하였다.In FIG. 2, experiments were conducted to determine the degree of efficiency of the microfluidic system containing the actual cells and the microfluidic system without the cells.
먼저, 자석이 존재하지 않는 상황에서 세포를 포함하는 미세액적과 세포를 포함하지 않는 미세액적은 100%의 확률로 Ch. 2의 액적 배출구(도 1의 20b)로 빠져나왔다. 이는 제1 유상이 미세액적을 액상 수송채널의 중심으로 모아주기 때문으로 사료된다.First, in the absence of a magnet, micro-fluid containing cells and micro-fluid containing no cells has a probability of 100%. 2 (20b in Fig. 1). This is considered to be because the first oil phase collects the micro liquid at the center of the liquid transport channel.
다음으로, 자석을 위치시켜 자기장을 형성해 주었을 때, 미세액적의 이동경로를 관찰해본 결과, 세포를 포함하는 미세액적의 경우에는 95%가 Ch. 2의 액적 배출구로, 5%가 Ch. 3의 액적 배출구(도 1의 20c)로 유입되었고, 세포를 포함하지 않는 미세액적의 경우에는 4.8%가 Ch. 2로 빠져나왔으며, 95.2%는 Ch. 3으로 빠져나왔다. 따라서, 동일한 농도의 자성나노입자를 포함하는 미세액적은 내부에 포함된 미세조류 균주의 세포수에 따라 질량이 달라지면, 자기장 내에서 효과적으로 분리됨을 확인할 수 있다.Next, when the magnet was placed to form a magnetic field, the migration path of microcapsules was observed. As a result, 95% of the microcapsules containing cells contained Ch. 2, and 5% is the liquid outlet of Ch. 3 (Fig. 1, 20c). In the case of microcapsules containing no cells, 4.8% of the cells were transferred to Ch. 2, and 95.2% of them were in Ch. 3. Therefore, it can be confirmed that the micro-liquid containing the magnetic nanoparticles of the same concentration is effectively separated in the magnetic field when the mass varies according to the number of cells of the microalgae strains contained therein.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치의 액적 생성기를 도시한 평면도이다. FIG. 3 is a plan view showing a droplet generator of a microdevice for microbial strain selection according to the first embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치는 미세액적(1)을 생성하는 액적 생성기(70)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 액적 생성기(70)는 미세액적(1) 내부에 자성나노입자와 미세조류 균주가 포함되도록 설계된다.As shown in FIG. 3, the microdevice strain microdevice selecting apparatus according to the first embodiment of the present invention may further include a
구체적으로, 액적 생성기(70)는 마이크로 채널 구조를 갖는 미세유체 장치로서, 마이크로 플루이딕 본체(71), 액적 생성물을 주입하는 물질 주입구(72), 액적 생성물로부터 미세액적(1)을 생성하는 액적 생성채널(73), 생성된 미세액적(1)을 수용하는 PCR 튜브(74), 제2 유상을 주입하는 제2 유상 주입구(75), 및 한 쌍의 제2 유상 채널(76)을 포함할 수 있다. Specifically, the
여기서, 물질 주입구(72)는 마이크로 플루이딕 본체(71)의 일단에 형성되고, 액적 생성채널(73)은 마이크로 플루이딕 본체(71) 상에 지그재그 형태로 구불구불하게 형성되며 그 일단이 물질 주입구(72)와 연통되어 액적 생성물로부터 미세액적(1)을 생성한다. 여기서, 액적 생성물은 자성나노입자 및 미세조류 균주를 포함하는 세포 서스펜션(cell suspension)을 사용할 수 있다. 예를 들어, TAP-C 배지에 자성나노입자가 동일한 농도로 포함되고, 소정의 농도로 미세조류 세포를 포함할 수 있다. 이때, TAP-C 배지의 구성성분은 하기 표와 같다.Here, the
[TAP-C 배지의 구성성분][Components of TAP-C medium]
한편, PCR 튜브(74)는 액적 생성채널(73)의 타단과 연통되므로, 액적 생성채널(73)에서 생성된 미세액적(1)을 수용한다.On the other hand, since the
여기서, 한 쌍의 제2 유상 채널(76)은 제2 유상 주입구(75)로부터 액적 생성채널(73)의 일단의 양측으로 연통되어, 제2 유상 채널(76)을 따라 흐르는 제2 유상이 액적 생성채널(73)로 유입되는 액적 생성물을 모아준다. 이때, 제2 유상에는 계면활성제가 포함됨으로써, 에멀전의 안정성을 증가시켜, 액적 생성채널(73) 내에서의 미세액적(1)의 융합을 방지할 수 있다. Here, the pair of second oil-
종합적으로, 제2 유상과 액적 생성물이 펌프에 의해 flow-focusing 구조를 갖는 액적 생성기(70)로 주입되어 미세액적(1)을 생성하는데, 여기서 미세액적(1)은 약 160 ㎛의 직경을 갖고, 40 ㎐의 속도로 생성되며, 이때 제2 유상과 액적 생성물은 각각 170 mbar와 180 mbar의 압력으로 주입될 수 있다.Collectively, the second oil phase and the droplet product are injected by a pump into a
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치의 평면도이고, 도 5는 도 4의 원 A를 확대한 확대도이다.FIG. 4 is a plan view of a micro-algae microorganism sorting apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an enlarged view of circle A of FIG.
도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치는 액적 주입구(10)와 액적 수송채널(30)을 연통시키는 챔버(80), 및 챔버(80) 내부에 배치되는 필터(90)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 필터(90)는 소정의 크기 이상의 미세액적(1)을 걸러내므로, 미세액적(1) 중 크기가 균일하지 않은 미세액적(1)이 분리된다. 4 to 5, the microdevice strain microdevice sorting microdevice according to the second embodiment of the present invention includes a
이때, 액적 수송채널(30)은 확장 채널 구조로서, 액적 배출구(20) 방향으로 갈수록 폭이 점점 넓어지도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 액적 수송채널(30)의 중심을 지나는 중심선을 기준으로, 내측면이 약 2° 정도 비스듬히 기울어져 확장되고, 이때 액적 배출구(20)가 7개 구비되며, 그 폭은 약 200 ㎛ 일 수 있다. 다만, 액적 수송채널(30)의 내측면의 기울기 및 액적 배출구(20)의 개수와 폭이 반드시 상술한 바와 같이 한정되어야 하는 것은 아니다.At this time, the droplet transport channel (30) has an extended channel structure and may be formed so as to have a gradually wider width toward the droplet discharge port (20). Specifically, on the basis of the center line passing through the center of the
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치의 효과에 대해 실험 결과를 토대로 설명한다.Hereinafter, the effect of the micro-algae strain micro-organizing apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described based on experimental results.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 의한 분리 효율을 나타내는 그래프이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 의해 분리되는 미세액적의 사진이며, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 의한 미세액적 분리 비율을 나타내는 그래프이다.6A to 6D are graphs showing the separation efficiencies of the microalgae strains selecting microorganisms according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a graph showing the microalgae strains selecting microarray according to the second embodiment of the present invention. FIG. 8 is a graph showing the micro-algal separation ratio by the micro-algae microorganism selecting apparatus according to the second embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6d에서는 미세액적을 최적의 효율로 분리하기 위한 조건을 확보하기 위해서 상기 제2 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치를 활용하여 실험하였다.6A to 6D, micro-algae microorganisms according to the second embodiment were used in order to ensure the conditions for separating the micro-algae at the optimum efficiency.
이때, 도 6a는 미세액적의 이동속도(447.35 ㎛ s-1, 769.30 ㎛ s-1, 820.14 ㎛ s-1, 1677.56 ㎛ s-1, 2419.75 ㎛ s-1), 도 6b는 자석의 위치(앞, 중간, 뒤), 도 6c는 자력의 세기(자석과 액적 수송채널 사이의 거리 기준 527.81 ㎛, 1205.61 ㎛, 1680.07 ㎛, 2628.99 ㎛, 3781.25 ㎛), 도 6d는 미세액적의 직경 차이(80 ㎛, 160 ㎛)에 따른 Empty 미세액적과 High density 미세액적이 분리효율을 조사하였다. 여기서, Empty 미세액적은 미세조류 균주가 포함되지 않은 경우이고, High density 미세액적은 액적 생성물에 2×108 cell/mL의 농도로 미세조류 세포가 포함되어 생성된 미세액적을 의미한다.In this case, Figure 6a US Tax enemy movement speed (447.35 ㎛ s -1, 769.30 ㎛ s -1, 820.14 ㎛ s -1, 1677.56 ㎛ s -1, 2419.75 ㎛ s -1), Figure 6b is a position of the magnet (front 6D is a graph showing the relationship between the intensity of the magnetic force (527.81 mu m, 1205.61 mu m, 1680.07 mu m, 2628.99 mu m, 3781.25 mu m based on the distance between the magnet and the droplet transporting channel) 160 ㎛), the separation efficiencies of empty and high density microcapsules were investigated. In this case, Empty is the micro-algae that does not contain microalgae, and micro-algae that contain microalgae cells at a concentration of 2 × 10 8 cells / mL in the droplet product with a high density of microalgae.
도 7에서는 도 6a 내지 도 6d로부터 확보된 조건들을 바탕으로 Empty 미세액적, Low density 미세액적, High density 미세액적을 분리하는 실험을 진행하였다. 이때, Low density 미세액적은 액적 생성물에 1×108 cell/mL의 농도로 미세조류 세포가 포함되어 생성된 미세액적을 의미한다.In FIG. 7, experiments were performed to separate Empty, Low density, and High density microvolume based on the conditions obtained from FIGS. 6A to 6D. At this time, microdissociated microalgae cells were produced at a concentration of 1 × 10 8 cells / mL in the low droplet volume droplet product.
그 결과, Empty 미세액적은 7개의 액적 배출구 중 2번 액적 배출구(outlet)로, Low density 미세액적은 2, 3번 액적 배출구의 중간으로, High density 미세액적은 3번 액적 배출구로 향하고, 미세액적들은 y 축 방향, 즉 자석을 향하는 방향으로 약 80 ㎛의 거리 차이를 갖는 것을 확인했다.As a result, the Empty liquid droplet is directed to the
도 8에서는 실제 Empty 미세액적, Low density 미세액적, High density 미세액적이 분리되는 비율을 확보하였다. 결과적으로, Empty 미세액적의 경우에는 1번 액적 배출구로 20.93%, 2번 액적 배출구로 72.09%, 3번 액적 배출구로 6.98%가 빠져나가며, Low density 미세액적의 경우에는 1번 액적 배출구로 1.72%, 2번 액적 배출구로 37.93%, 3번 액적 배출구로 60.34%가 빠져나가고, High density 미세액적의 경우에는 3번 액적 배출구로 77.27%, 4번 액적 배출구로 22.73%가 빠져나갔다.In FIG. 8, the ratio of the actual empty amount, the low density amount and the high density amount is obtained. As a result, in the case of Empty micro liquid, 20.93% as the No. 1 droplet outlet, 72.09% as the No. 2 droplet discharge outlet, 6.98% as the No. 3 droplet discharge outlet, and 1.72% 37.93% for the No. 2 droplet outlet, 60.34% for the No. 3 droplet outlet, and 77.27% for the No. 3 droplet outlet and 22.73% for the No. 4 droplet outlet in the case of the High density unused amount.
따라서, 미세액적의 밀도 차이에 의해 서로 다른 액적 배출구로 미세액적이 선별됨을 확인할 수 있다. Therefore, it can be confirmed that the micro liquid droplets are sorted into different droplet discharging ports due to the difference in density of micro liquid.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치의 평면도이고, 도 10은 도 9의 원 B를 확대한 확대도이다.FIG. 9 is a plan view of a micro-algae microorganism selecting apparatus according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 10 is an enlarged view of circle B of FIG.
도 9 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치는 액적 수송채널(30)이 소정의 구간별로 약 2°씩 단계적으로 확장되는 구조로 형성될 수 있다. 이때, 확장되는 구간은 각각 4,000 ㎛의 길이를 가지고, 액적 배출구(20)는 9개까지 증가될 수 있으며, 액적 배출구(20) 각각의 폭은 200 ㎛일 수 있다.As shown in FIGS. 9 to 10, the micro-algae strain selecting micro-device according to the third embodiment of the present invention is formed in a structure in which the
이하는 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치의 효과에 대해 실험 결과이다.Hereinafter, experimental results on the effect of the microdevice sorting microdevice according to the third embodiment of the present invention are shown.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 의해 분리되는 미세액적의 사진이고, 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치에 의한 미세액적 분리 비율을 나타내는 그래프이다.FIG. 11 is a microscopic photograph of microalgae sorted according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a micrograph of microalgae strains sorted according to the third embodiment of the present invention. This graph is a graph showing a microcavity separation ratio.
도 11에서는 Empty 미세액적(droplets), Low density 미세액적, High density 미세액적이 각각 1, 2, 3번 액적 배출구로 빠져나가는 것을 확인하였고, 이를 바탕으로 실제 미세액적의 분리비율(%)을 조사한 바, 그 결과는 하기 [표 1] 및 도 12와 같다.In Fig. 11, it was confirmed that Empty droplets, Low density microdroplets and High density microdroplets were discharged to the
Empty 미세액적, Low density 미세액적, High density 미세액적들은 각각, 91.90 ± 3.37 %, 87.12 ± 0.66 %, 90.66 ± 1.90 %의 확률로, 순서대로 1, 2, 3번 액적 배출구로 빠져나갔다.Empty microdiversity, low density microdischarge, and high density microdischarge drove in succession to 1, 2, 3 droplet outlets in the order of 91.90 ± 3.37%, 87.12 ± 0.66%, and 90.66 ± 1.90%, respectively .
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the present invention. It is obvious that the modification or improvement is possible.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속한 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
1: 미세액적
10: 액적 주입구
20: 액적 배출구
30: 액적 수송채널
40: 자석
50: 제1 유상 주입구
60: 제1 유상 채널
70: 액적 생성기
71: 마이크로 플루이딕 본체
72: 물질 주입구
73: 액적 생성채널
74: PCR 튜브
75: 제2 액상 주입구
76: 제2 유상 채널
80: 챔버
90: 필터 1: Uncounted 10: Droplet inlet
20: droplet discharge port 30: droplet transport channel
40: magnet 50: first oil injection inlet
60: first oil-filled channel 70: droplet generator
71: Microfluidic body 72: Material inlet
73: droplet generation channel 74: PCR tube
75: second liquid phase inlet port 76: second oil phase channel
80: chamber 90: filter
Claims (8)
자성나노입자 및 미세조류 균주가 포함된 미세액적이 주입되는 액적 주입구;
상기 미세액적이 분리 배출되는 다수의 액적 배출구;
상기 액적 주입구에서부터 상기 액적 배출구까지 연통되어, 상기 미세액적을 수송하는 액적 수송채널; 및
상기 액적 수송채널 주변에 자기장을 형성하여, 상기 미세조류 균주의 세포수에 따른 질량 차이에 따라 상기 미세액적을 분리하는 자석;
을 포함하는 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치.
In a microdevice having a microchannel structure,
A microdroplet injection port including a magnetic nanoparticle and a microalgae strain;
A plurality of droplet discharge ports through which the micro liquid droplets are separated and discharged;
A droplet transport channel communicated from the droplet discharge port to the droplet discharge port to transport the droplet; And
A magnet for forming a magnetic field around the droplet transporting channel and separating the microcavities according to a mass difference according to the number of cells of the microalgae strain;
Wherein the microbial strain is selected from the group consisting of:
제1 유상(oil phase)이 주입되는 제1 유상 주입구; 및
상기 제1 유상 주입구로부터 상기 액적 수송채널의 양측으로 연통되는 한 쌍의 제1 유상 채널;
을 더 포함하는 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치.
The method according to claim 1,
A first oil phase inlet through which a first oil phase is injected; And
A pair of first oil-filled channels communicating from the first oil phase inlet to both sides of the droplet transport channel;
Further comprising a microbial strain selecting microorganism.
상기 미세액적을 생성하는 액적 생성기;
를 더 포함하는 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치.
The method according to claim 1,
A droplet generator for generating the sub-droplet;
Further comprising a microbial strain selecting microorganism.
상기 액적 생성기는
마이크로 플루이딕 본체;
상기 마이크로 플루이딕 본체의 일단에 형성되고, 액적 생성물질을 주입하는 물질 주입구;
상기 마이크로 플루이딕 본체 상에, 지그재그 형태로 형성되되, 일단이 상기 물질 주입구와 연통되어, 상기 미세액적을 생성하는 액적 생성채널;
상기 액적 생성채널의 타단과 연통되어, 상기 미세액적을 수용하는 PCR 튜브;
제2 유상이 주입되는 제2 유상 주입구; 및
상기 제2 유상 주입구로부터 상기 액적 생성채널 일단의 양측으로 연통되는 한 쌍의 제2 유상 채널;
을 포함하는 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치.
The method of claim 3,
The droplet generator
A microfluidic body;
A material inlet formed at one end of the microfluidic main body for injecting a droplet generating material;
A droplet generating channel formed in a zigzag shape on the microfluidic body and having one end communicating with the material injection port to generate the micro liquid;
A PCR tube communicating with the other end of the droplet generating channel to receive the undiluted solution;
A second oil phase inlet through which the second oil phase is injected; And
A pair of second oil-filled channels communicating from the second oil-phase injection port to both sides of one end of the droplet production channel;
Wherein the microbial strain is selected from the group consisting of:
상기 액적 생성물질은 자성나노입자 및 미세조류 균주를 포함하는 세포 서스펜션(cell suspension)인 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치.
The method of claim 4,
Wherein the droplet generating material is a cell suspension comprising magnetic nanoparticles and microalgae strains.
상기 제2 유상에 계면활성제가 함유되는 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치.
The method of claim 4,
And the surfactant is contained in the second oil phase.
상기 액적 주입구와 상기 액적 수송채널을 연통시키는 챔버; 및
상기 챔버 내부에 배치되어, 소정의 크기 이상의 상기 미세액적을 걸러내는 필터;
를 더 포함하는 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치.
The method according to claim 1,
A chamber communicating the droplet inlet port and the droplet transport channel; And
A filter disposed inside the chamber for filtering out the undiluted liquid of a predetermined size or more;
Further comprising a microbial strain selecting microorganism.
상기 액적 수송채널은 상기 액적 배출구 방향으로 갈수록, 폭이 점점 넓어지는 미세조류 균주 선별용 마이크로 장치.
The method of claim 7,
And the width of the droplet transporting channel is gradually widened toward the droplet discharge port.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20160120713 | 2016-09-21 | ||
| KR1020160120713 | 2016-09-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180032165A true KR20180032165A (en) | 2018-03-29 |
| KR102009557B1 KR102009557B1 (en) | 2019-08-09 |
Family
ID=61907058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170066333A KR102009557B1 (en) | 2016-09-21 | 2017-05-29 | Micro device for selecting microalgae strains |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102009557B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113441099A (en) * | 2021-06-28 | 2021-09-28 | 北京理工大学 | Nondestructive transfer liquid drop surface, preparation method and nondestructive transfer liquid drop method |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230039582A (en) | 2021-09-14 | 2023-03-21 | 고려대학교 산학협력단 | Selection method of microalgae strains based on gel microdroplet |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011522219A (en) * | 2008-04-10 | 2011-07-28 | ヴァルティオン・テクニッリネン・トゥトキムスケスクス | Microfluidic chip device and use thereof |
| US20140194313A1 (en) * | 2011-06-06 | 2014-07-10 | Cornell University | Microfluidic device for extracting, isolating, and analyzing dna from cells |
| KR20140106933A (en) | 2013-02-27 | 2014-09-04 | 한국생명공학연구원 | Single Cell-based Screening Method of Useful Enzyme Resources Using Mesh-integrated Microdroplet Array |
| KR20150020335A (en) * | 2013-08-12 | 2015-02-26 | 한국에너지기술연구원 | microalgae harvesting method using paramagnetic nanoparticle and external magnetic field |
| KR20150104274A (en) * | 2014-03-05 | 2015-09-15 | 한국과학기술원 | System and method for culturing single cell in fine droplet |
| WO2016059182A1 (en) * | 2014-10-15 | 2016-04-21 | Espci Innov | Method of analysing the content of drops and associated apparatus |
| KR20160056832A (en) * | 2014-11-12 | 2016-05-20 | 고려대학교 산학협력단 | Selection method of microalgae strains and micro device for selecting microalgae strains |
-
2017
- 2017-05-29 KR KR1020170066333A patent/KR102009557B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011522219A (en) * | 2008-04-10 | 2011-07-28 | ヴァルティオン・テクニッリネン・トゥトキムスケスクス | Microfluidic chip device and use thereof |
| US20140194313A1 (en) * | 2011-06-06 | 2014-07-10 | Cornell University | Microfluidic device for extracting, isolating, and analyzing dna from cells |
| KR20140106933A (en) | 2013-02-27 | 2014-09-04 | 한국생명공학연구원 | Single Cell-based Screening Method of Useful Enzyme Resources Using Mesh-integrated Microdroplet Array |
| KR20150020335A (en) * | 2013-08-12 | 2015-02-26 | 한국에너지기술연구원 | microalgae harvesting method using paramagnetic nanoparticle and external magnetic field |
| KR20150104274A (en) * | 2014-03-05 | 2015-09-15 | 한국과학기술원 | System and method for culturing single cell in fine droplet |
| WO2016059182A1 (en) * | 2014-10-15 | 2016-04-21 | Espci Innov | Method of analysing the content of drops and associated apparatus |
| KR20160056832A (en) * | 2014-11-12 | 2016-05-20 | 고려대학교 산학협력단 | Selection method of microalgae strains and micro device for selecting microalgae strains |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Magnetophoretic Sorting of Single Cell-Containing Microdroplets(Younggeun Jo, Micromachines, March 2016)* * |
| Microdroplet photobioreactor for the photoautotrophic culture of microalgal cells (Y.J. Sung, RSC Analyst, Dec. 2015)* * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113441099A (en) * | 2021-06-28 | 2021-09-28 | 北京理工大学 | Nondestructive transfer liquid drop surface, preparation method and nondestructive transfer liquid drop method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102009557B1 (en) | 2019-08-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Fon Sing et al. | Production of biofuels from microalgae | |
| Molino et al. | Bench-scale cultivation of microalgae Scenedesmus almeriensis for CO2 capture and lutein production | |
| US11517901B2 (en) | High-efficiency particle encapsulation in droplets with particle spacing and downstream droplet sorting | |
| Moreno Osorio et al. | A review of microalgal biofilm technologies: definition, applications, settings and analysis | |
| US4693983A (en) | Reactor for cultivating biological material such as immobilized cells | |
| Um et al. | Mesh-integrated microdroplet array for simultaneous merging and storage of single-cell droplets | |
| CN107916226A (en) | The screening of one strain capable of high-efficiency processing pig farm livestock and poultry sewage and the microalgae of recycling | |
| KR102009557B1 (en) | Micro device for selecting microalgae strains | |
| KR101740886B1 (en) | Selection method of microalgae strains and micro device for selecting microalgae strains | |
| KR20220158230A (en) | biofilm bioreactor | |
| Allouzi et al. | Current advances and future trend of nanotechnology as microalgae-based biosensor | |
| Zheng et al. | Microfluidic chemostatic bioreactor for high-throughput screening and sustainable co-harvesting of biomass and biodiesel in microalgae | |
| WO2020069019A1 (en) | High-efficiency particle encapsulation in droplets with particle spacing and downstream droplet sorting | |
| CN106676004B (en) | The method of micro-fluidic culture apparatus and its culture cell of application or microorganism | |
| Wang et al. | The automatic and high‐throughput purification and enrichment of microalgae cells using deterministic lateral displacement arrays with different post shapes | |
| Verburg et al. | Enhancement of microalgae growth using magnetic artificial cilia | |
| Alias et al. | Microfluidic microalgae system: A review | |
| US11162061B2 (en) | Concentrically baffled reactors and systems that incorporate them | |
| KR101663108B1 (en) | Light Tube for Photo-Bioreactor for Cultivation of Photosynthesis Autotrophic Organisms | |
| KR101862550B1 (en) | Strains culture device using microdroplet and strains culture method using the same | |
| CN106635796B (en) | Device and fixed cultural method for cell fixation culture | |
| L’Haridon et al. | New approaches for bringing the uncultured into culture | |
| Chen et al. | based device for separation and cultivation of single microalga | |
| Karacaoğlu et al. | Microfluidic systems as a novel approach for microalgal bioprocess | |
| US20180057786A1 (en) | Nano Biofuel Production Processes: Using Nantechnology to Enhance Produciton fo Biofuels |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |