KR20190131572A - 표적 셀의 감지 및 분리를 위한 마이크로팍스 - Google Patents

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라빈드라 게이크와드
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자야프라카쉬 케이 에스
아비쉑 라즈 디
스네하 마리아 엠
프리얀카 쉬브해어
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Abstract

본 발명은 미세 유체 및 셀 분류 기술 (MicroFACS)에 기초한 표적 셀의 검출 및 분리에 관한 것이다. 이 방법에서, 생물학적 셀 및 미립자는 유체 역학적으로 생성 된 방울 내부에 캡슐화되고, 형광 및 산란 신호에 기초하여 적합한 광학(optic)을 사용하여 분석된다. 일단 표적 셀이 검출되면, 광학은 표적 셀을 수성 스트림으로 분류하기 위해 전기-응집을 트리거한다.

Description

표적 셀의 감지 및 분리를 위한 마이크로팍스
본 발명은 미세유체공학 기술(microfluidic technology) 분야의 진보를 이용함으로써 의료 진단 및 생물학적 연구에 사용되는 셀 분류 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 표적 셀을 손상없이 방울(droplets)에서 신속하게 추출하는 것에 관한 것이다.
형광 활성화 셀 분류기 (Fluorescence Activated Cell Sorter, FACS)는 소량의 유체를 조사하여 유체 표본 속의 생물학적 셀의 존재를 탐지하고 분류하는 기기이다[J. S. Kim, et al., PAN Stanford Publishing, Singapore, 2010]. 현재, 세밀한 분석 능력 덕분에 FACS는 생물 표본 분석의 당업계의 기술이다[R. B. L. Gwatkin., et al., Practical flow cytometry, 1994; Mol. Reprod. Dev., 1995]. FACS는 면역학을 위한 생의학 연구, 단셀 분석(single cell analysis) 그리고 분자생물학 등 다방면에서 응용할 수 있다. 그러나, 통상적인 FACS 시스템은 매우 비싸기 때문에 집중 연구 기관과 주요 의료기관에서만 이용이 가능하다[R. B. L. Gwatkin., et al., Practical flow cytometry, 1994; Mol. Reprod. Dev., 1995]. 유사하게, 그것의 복잡성 때문에, 정기적인 보수가 필요하고 기기의 작동, 데이터의 분석과 리포트 작성에는 숙련된 전문가가 필요하다. 또한, 작동 오류의 해결과 기기 수리를 위하여 숙련된 기술자 역시 필요하다. 이러한 요인들은 기기 유지에 상당한 비용을 추가시키고 통상적인 FACS를 이용한 진단 시 테스트당 비용이 증가한다. 지난 몇 년간, 진보된 미세 유체 공학 분야를 이용해 비용 효율적이며 휴대가 가능한 마이크로팍스(이하, 'MicroFACS'라 함)를 설계하기 위한 연구가 진행되었다. 그러나, MicroFACS의 개발의 주요한 방해요소는 마이크로채널(microchannel) 내부로 흐르는 생물학적 셀의 3차원적 포커싱과 광학 창(optical window) 내에서 그들 사이의 거리를 조절하는 복잡한 기술에 있다 [P. K. Shivhare, et al., Microfluid. Nanofluidics, 2016]. MicroFACS의 개발의 또 다른 난점은 탐지 이후 표적 셀 하류(downstream)의 분리이다. 문헌에서는 유체 역학(hydrodynamic) [A. Wolff et al., Lab Chip, 2003], 유전 영동(dielectrophoresis) [D. Holmes et al., Micro Total Anal. Syst, 2004], 광학(optical) [M. M. Wang et al., Nat. Biotechnol 2005] 및 압전(piezoelectric) [A. Wolff et al., Lab Chip, 2003]과 같은 표적 셀의 분리를 달성하기 위한 다양한 기술이 보고되었다. 그러나, 이러한 기술은 셀 생존력 및 셀 특성에 영향을 미치는 고전압(high voltage) 또는 높은 전단력(high shear)이 필요하고, 낮은 처리량을 제공하고, 복잡한 계측을 사용하므로 미세 유체 분류기(microfluidic sorter)의 개발에 적합하지 않다 [S. H. Cho et al., Biomicrofluidics, 2010]. 또한, 이들 기술 중 어느 것도 단일 셀 포멧으로 표적 셀을 추출하고 분리하는데 적합하지 않다.
많은 간행물들이 미립자(microparticle)의 추출을 위한 방울의 응집과 방울의 분류에 전기장(electric field)이 사용됨을 보여준다 [K. Ahn C et al., Appl. Phys. Lett., 2006; L. M. Fidalgo et al., Angew. Chemie, 2008; L. Mazutis et al., Lab Chip, 2012; T. Szymborski et al., Appl. Phys. Lett, 2011; A. R. Thiam et al., Phys. Rev. Lett, 2009]. 에멀젼에서 유동 방향을 따른 방울의 응집이 연구되었다 [Keunho Ahn et al., Appl. Phys. Lett, 2006]. 유동 방향에 수직인 방향으로 수성(aqueous)상의 평행한 스트림(stream)을 갖는 수성 방울의 응집도 조사되었다 [V. Chokkalingam et al., Lab Chip, 2014]. 그러나, 후자의 장치는 매우 높은 전압 (수천 볼트) 및 전기장 (107 V/m)을 필요하므로 셀 생존의 문제로 인해 생물학적 응용에 적합하지 않다.
따라서, 본 발명은 셀이 단일 층(single-file) 스트림으로 포커싱되고 이어서 채널 정션(channel junction)에서 방울 내부로 캡슐화되는(encapsulate) 기술에 관한 것이다. 셀이 캡슐화된 방울(cell encapsulated droplets)은 비-관성 상승력(non-inertial lift force)으로 인해 채널 중심을 향해 자동 정렬(self-align)되고 단일 층으로 탐지 창(detection window)으로 이동함으로 위에서 언급한 문제를 해결한다. 방울 속에 캡슐화된 표적 셀이 탐지되면, 전기 응집(electro-coalescence)을 이용해 방울속 단일 셀 포멧으로나 하류 분석(downstream analysis)을 위한 수성상으로 이 셀들을 추출한다.
본 발명은 미세유체공학 기술 분야의 진보를 이용하는 셀 분류 시스템에 관한 것이다. 구체적으론 표적 셀을 손상없이 방울에서 신속하게 추출하는 것에 관한 것이다.
탐지된 방울로 캡슐화된 표적 셀은 전기 응집되어 방울속 단일 셀 포멧으로나 하류 분석을 위한 수성상으로 이 셀들을 추출한다. 셀들을 포함하는 수성 방울들은 전기장 영역에 들어가기 전에 연속상(continuous phase)과 공류(co-flowing)하는 수성상 사이의 계면(interface)에 연속적으로 접촉하고 있으므로 현저히 낮은 전압과 전기장이 필요하다. 이러한 접근법은 셀을 손상없이 방울에서 수성상의 공류 스트림으로나 단일 셀 포멧으로 표적 셀의 미립자를 신속하게 추출할 수 있게 한다.
일 실시예에서, 본 발명은 다양한 응용을 위해서 뿐만 아니라 생물학적 셀과 미립자의 분석 및 분류를 위해 독립적으로 사용이 가능한 3개의 상이한 모듈로 이루어진 표적 셀의 분리를 위한 MicroFACS의 개발이다. 3개의 상이한 모듈은 (i) 포커싱 및 캡슐화 모듈(focusing and encapsulation module), (ii) 광학 감지 모듈(optical detection module) 및 (iii) 전기-응집 모듈(electro-coalescence module)이다.
다른 실시예에서, 본 발명은 셀이 단일 층 스트림으로 포커싱되고 이어서 채널 정션에서 방울 내부로 캡슐화되는 기술을 제공한다. 캡슐화된 방울(encapsulated droplets)은 비-관성 상승력으로 인해 채널 중심을 향해 자동 정렬되고 탐지 창으로 단일 층 스트림으로 이동한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 캡슐화된 방울이 감지 모듈을 향해 이동하여 표적 셀이 표지한 셀 및 표지하지 않은 셀로부터 각각 수신된 형광 신호 및 산란 신호를 사용하여 감지되는 것을 보여준다. 감지된 방울은 전기-응집 모듈로 향해 이동된다. 전기 응집은 표적 셀을 분류하는 데 사용된다. 이 모듈은, 두 개의 입구(inlet)가 있는 마이크로채널을 포함하는데, 하나는 (셀 혹은 미세입자가 담긴) 방울을 포함하는 섞이지 않는 연속상(오일)을 도입하기 위한 것이고 다른 하나는 공류 수성 스트림을 도입하기 위한 것이고, 그리고 교류(AC) 전원에 연결에 연결된 하나 이상의 쌍의 전극을 포함한다. 방울을 유체 스트림으로 응집시키기 위해 전기적 압력(electrical pressure)이 필요하다. 여기서, 섞이지 않는 연속상 (오일)으로 흐르는 방울은 수성 스트림의 위치로 인해 계면과 접촉하게 된다. 필요한 전압은 25V이거나 해당 전기장 (105 V/m)은 기존 방법에 비해 최소 2 차수(order) 작은 크기이다.
다른 실시예에서, 본 발명은 표적 셀 또는 미립자를 함유하는 수성 방울을 수성상으로 연속적으로 혹은 필요에 따라(on-demand) 응집하여 별개의 방울로부터 셀 및 미립자를 추출하는 방법과 추가로 그러한 셀 혹은 미립자 하류를 처리하는 방법을 제공한다. 셀, 미립자 또는 방울 (내부에 셀 또는 미립자가 없는) 방울의 연속적인 응집은 연속적인 전기장을 통하여 이뤄낼 수 있다. 그러나, 필요에 따라 작동하는 전기-응집은 표적 셀, 미립자 또는 방울이 광학 감지 모듈에서 감지 될 때만 전극의 활성화를 요구한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 광학 감지 및 전기-응집 모듈의 통합에 의한 MicroFACS 방법을 제공한다. 표적 셀 또는 미립자는 광학적으로 감지되고, 이들 표적 셀 또는 미립자를 공류 수성상 스트림으로 분류하는 것은 전기-응집 모듈에서 전극을 트리거함으로써 달성된다. 이 방법은 특정 크기의 표적 유체 또는 방울을 포함하는 방울을 필요에 따라 응집시킬 때 사용된다.
도 1에서, (a)는 포커싱 및 캡슐화 모듈의 개략도이고, (b)는 셀의 포커싱을 보여주는 실험 이미지이고, (c)는 방울 내의 미립자 및 셀의 캡슐화를 보여주는 실험 이미지이다.
도 2에서, (a)는 광학 감지 모듈의 개략도이고, (b)는 FSC, SSC 및 형광 데이터에 기초한 셀의 감지를 나타내는 실험 결과와, 광학 창을 통과하는 셀 캡슐화 방울의 이미지를 또한 보여준다.
도 3에서, (a)는 전기-응집 모듈의 개략도이고, (b)는 셀 캡슐화 방울의 전기-응집을 보여주는 실험결과인데, 응집 이전에는 셀이 방울 속에 캡슐화 되어 있고, 응집 이후에는 셀이 수성 스트림에 있으며, 전압은 25V이다.
도 4는 계면 활성제 분자가 포함된 수성 방울과 계면 활성제 분자가 포함된 수성 평면 계면(planar interface)에 접촉하는 것을 보여준다.
도 5는 방울이 평면 계면에 접촉하는 것을 보여준다.
도 6은 MicroFACS의 개략도로, (a)는 표적 셀이 수성상으로 분류된 경우이고, (b)는 단일 셀 포멧으로 방울속에 있는 표적 셀로 된 경우이다.
도면을 참조하여, 본 발명의 실시예가 추가로 설명된다. 도면은 반드시 축척대로 도시된 것은 아니며, 일부 경우에 도면은 단지 예시를 위해 과장되거나 단순화되었다. 당업자는 다음의 본 발명의 가능한 실시예에 기초하여 본 발명의 많은 가능한 응용 및 변형을 이해할 수 있을 것이다.
다음의 상세한 설명에서, 본 명세서의 일부를 형성하고 실시될 수 있는 특정 실시예가 예시로서 도시된 첨부 도면을 참조한다. 실시예는 당업자가 실시예를 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명되며, 실시예의 범위를 벗어나지 않고 논리적, 기계적 및 다른 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야한다. 그러므로, 다음의 상세한 설명은 제한적인 의미로 취해져서는 안된다.
제안된 발명은 미세유체공학 기술 분야의 진보를 이용한 셀 분류 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 셀에 대한 손상없이 방울로부터 표적 셀의 신속한 추출에 관한 것이다. 본 발명은 다양한 응용을 위해서 뿐만 아니라 생물학적 셀과 미립자의 분석 및 분류를 위해 독립적으로 사용될 수 있는 3 개의 상이한 모듈로 이루어진 표적 셀의 분류를 위한 MicroFACS의 개발이다. 3 개의 상이한 모듈은 (i) 포커싱 및 캡슐화 모듈, (ii) 광학 감지 모듈 및 (iii) 전기-응집 모듈이다.
포커싱 및 캡슐화 모듈(Focusing and encapsulation module)
유체 역학 포커싱 및 캡슐화 모듈 (도 1)은 샘플 유체 (셀 또는 미립자를 포함하는 수성 유체)를 도입하는 제 1 입구와, 셀 또는 미립자를 단일 층 스트림으로 포커싱하기 위한 시스 유체(sheath fluid)(수성 유체)를 도입하는 제 2 입구와, 플로우 포커싱(flow focusing) 또는 T-정션(T-junction)에서 안정적인 방울을 생성하기 위한 섞이지 않는 상(immiscible phase)(적합한 계면활성제를 갖는 생체 적합성 오일(biocompatible oil))을 도입하는 제 3 입구로 구성된다. 유체 역학적 포커싱은 방울 발생기(droplet generator) 정션의 막힘을 방지하고 단일 방울에 하나 이상의 셀의 캡슐화를 피하기 위해 시스-대-샘플(sheath-to-sample) 유량비를 조정함으로써 임의의 두 개의 인접하는 셀 또는 미립자 사이의 필요한 거리를 보장한다. 별개의 상(discrete phase) (즉, 샘플 + 시스) 및 섞이지 않는 연속상 (생체 적합성 오일)의 유속의 비는 방울의 크기를 셀 또는 미립자의 크기의 차수와 동일하게 제어하도록 조정된다. 빈 방울(셀이나 미립자가 담기지 않은)의 수를 줄이기 위해서 방울 정션에서 셀 또는 미립자의 도달 속도가 방울의 생성 속도와 일치하도록 샘플, 시스 및 연속상의 유속이 조절된다.
광학 감지 모듈(Optical detection module)
광학 감지 모듈은 유체(fluidic) 채널, 유체 채널과 미리 정해진 각도로 배치된 다수의 광학 홈, 레이저 소스, 광섬유, 필터 및 고속 감지기로 구성된다 (도 2). 마이크로채널(microchannel)은 포커싱되어 자체 정렬된 방식으로 흐르는, 셀 및 미립자를 캡슐화한 방울을 포함한다. 셀이 캡슐화된(cell-encapsulated) 방울은 유동성 힘(fluidic force) (비관성 상승력을 포함함) 및 자체 정렬로 인해 채널 중심 쪽으로 이동한다. 방울 내부의 셀 캡슐화 및 자체 정렬은 종종 MicroFACS의 개발을 제한하는, 복잡한 3 차원 포커싱 기술의 필요성을 제거한다. 방울 내부에 캡슐화된 셀 또는 미립자를 조사하기 위해, 레이저(또는 다른 적합한 광원)가 자극(excitation)을 위해 사용된다. 광섬유는 장치의 레이저 소스와 감지 영역 사이에 빛을 연결한다. 레이저 빔의 스폿 크기는 필요한 시준(collimation)에 따라 다른 크기의 적절한 섬유를 사용하여 제어된다. 셀 (또는 미립자)이 캡슐화된 방울이 레이저 빔을 통과 할 때, 수신 섬유에 의해 수집되고 고속 감지기 (Single Photon Counting Module-SPCM, Photomultiplier tube-PMT)를 사용하여 포착되는 광학 신호가 생성된다. 셀 또는 미립자가 적합한 형광 물질로 표지되거나 태그된 경우, 형광 신호는 캡슐화된 셀 또는 미립자의 광학적 특성으로 감지기에 의해 포착된다. 셀 및 형광 물질에 따라, 적합한 광학 필터는 형광 신호를 최대화하기 위해 수집 광학계와 결합한다. 형광 신호에 기초하여, 상이한 셀 또는 미립자가 감지된다. 셀이 형광 물질로 표지되거나 태그되지 않으면, 산란 신호가 수신된다. 검출기는 캡슐화된 방울 및 캡슐화된 셀 또는 미립자의 포워드 산란(forward scatter) 신호를 수신한다. 방울의 순방향 산란 신호는 총 산란 신호로부터 분리되어 캡슐화된 셀 또는 미립자의 산란 신호만을 얻는다. 순방향 산란 신호는 캡슐화된 셀 또는 미립자의 크기에 관한 정보를 제공한다. 셀 또는 미립자의 내부 구조를 나타내는 측면 산란(side scatter) 신호가 수집되고 감지를 위한 셀 또는 미립자를 구별하기 위해 사용된다. 형광, 포워드 산란 및 측면 산란의 특성의 조합을 사용함으로써, 표적 셀 또는 미립자가 감지된다.
검출 모듈은 방울 내부에 포함된 유체의 형광 특성에 기초하여 관심있는 유체를 함유하는 (임의의 셀 또는 미립자가 없는) 표적 방울의 검출에 사용될 수 있다.
전기 응집 모듈(Electro-coalescence module)
전기-응집 모듈은 2 개의 입구를 갖는 마이크로채널로 구성된다: 하나는 (셀 또는 미립자가 담긴) 방울을 함유하는 섞이지 않는 연속상 (오일)을 도입하고 다른 하나는 공류 수성 스트림을 도입하기 위한 것이고, 적어도 한 쌍 이상의 전극이 교류 전원 (AC)에 연결된다 (도 3).
공류하는 수성 스트림의 유량비는 섞이지 않는 연속상 (오일)에서 흐르는 방울이 계면과 접촉하도록 조정된다. 방울의 크기에 변동이 있는 경우, 가장 작은 방울이 접촉하고 더 큰 방울이 계면과 자동적으로 접촉하도록 계면 위치가 조정된다. 이 경우, 수성 방울 및 수성상의 스트림은 방울의 안정화를 위해 계면활성제 박막(very thin film)에 의해 분리되고 (도 4), 시스템은 전기장 하에 놓이게 된다. 보고된 문헌에 의하면, 동일한 (수성) 상(phase)의 방울 및 유체 스트림은 제 2의 (계면활성제가 없는 오일) 상에 의해 분리되고, 시스템이 전기장 하에 놓일 때, 그에 따른 맥스웰 응력(Maxwell stress)이 방울과 유체 스트림 표면을 변형시키고 계면의 장력을 변화시킨다. 변형된 방울과 유체 스트림 표면이 서로 접촉하자 마자 응집이 발생한다. 그러나, 여기에서는 방울은 (오일상(oil phase)인) 계면활성제에 의해 안정화되기 때문에, 응집이 일어나기 위해서는 전기적 압력이 계면활성제의 존재로 인한 분리 압력을 극복하기 위해 필요하며, 방울의 변형이나 필요한 계면은 없다. 방울과 유체 스트림 계면이 서로 접촉할 때 방울을 유체 스트림으로 응집시키는 데 필요한 전기적 압력은, 안정화된 방울과 유체 스트림 표면이 일정 거리에 있는 경우보다 훨씬 작다. 이는 다음과 같은 이유 때문이다; 후자의 경우 전기적 압력은 먼저 방울과 유체 스트림이 만나기 위해서 방울과 유체 스트림 계면을 변형시켜야 하고 그 이후 계면활성제로 인한 분리 압력 역시 극복해야 한다. 본 발명의 경우, 수성 스트림의 위치로 인해 방울이 이미 계면과 접촉해 있기 때문에 필요한 전압(25V) 또는 그에 대응하는 전기장(105 V/m)는 현재 존재하는 방법보다 적어도 2 차수 작은 크기이다(수천 볼트, 107 V/m) [V. Chokkalingam, Y. et al., Lab Chip, 2014].
계면활성제에 의해 안정화된 방울과 평면-계면이 도 5에 보여준 바와 같이 서로 접촉하는 경우, 2 개의 방울 내의 계면활성제 분자가 서로 반발할 것이기 때문에 응집되지 않을 것이다. 방울을 응집시키려면 먼저 계면활성제 분자에 의해 생성되는 반발성 분리 압력(repulsive disjoining pressure)을 극복해야 한다.
응집을 달성하기 위해, 전기장은 방울과 평면-계면을 변형시키고 계면들 사이를 접촉시켜야 한다. 접촉이 이뤄지면, 전기장은 계면활성제 분자에 의해 생성된 반발성 분리 압력을 극복해야 한다. 방울을 변형시키기 위해 요구되는 전기장 세기는 분리 압력을 극복하기 위해 요구되는 전기장 세기에 비해 매우 높다. 따라서 다른 계면과 접촉하지 않는 방울을 응집시키는데 필요한 전기장(~ 107 V/m)은 다른 계면과 접촉하는 방울의 경우(~ 105 V/m)에 비해 1 내지 2 차수 더 크다 [Liu, Z, et al., Lab on a Chip, 2014] [V. Chokkalingam Y, et al., Lab Chip, 2014]. 방울이 다른 방울 또는 평면 계면과 접촉하는 경우, 더 작은 전기장 (~ 105 V/m)을 인가하여 쉽게 응집할 수 있다. 셀 손상 문제는 5 x 105 V/m 미만의 전기장 강도에서 완전히 방지된다 [Gascoyne P. R. C, et al., Cancers, 2014].
본 발명에서 제안된 방법은, 별개의 방울로부터 셀 및 미립자를 추출하고 이러한 셀 또는 미립자 하류를 추가 처리하기 위하여, 표적 셀 또는 미립자를 함유하는 수성 방울을 수성상과 연속적으로 또는 필요에 따라 응집하는데 사용될 수 있다. 이 방법은, 다양한 응용에서 중요성을 갖는 방울의 해유화(demulsification) 또는 분류를 위하여, 섞이지 않는 연속 오일상에 존재하는 (임의의 셀 또는 입자가 없는) 방울을 수성상과 연속적으로 또는 필요에 따라 응집하는데 사용될 수 있다. 셀 또는 미립자를 함유한 방울 또는 임의의 셀 또는 미립자가 없는 방울의 연속 응집은 연속적인 전기장을 이용하여 달성될 수 있다. 그러나, 필요에 따른 전기-응집은 타겟 셀, 미립자 또는 방울이 광학적 감지 모듈에서 감지될 때만 전극의 활성화를 요구한다.
광학 감지 및 전기 응집 모듈의 통합 (혹은 결합)(Integration of the optical detection and electro-coalescence modules)
MicroFACS를 제공하기 위해 광학 감지 및 전기 응집 모듈은 통합되어 있다 (도 6). 표적 셀 또는 미립자가 광학적으로 감지되면, 이들 셀 또는 미립자를 공류 수성상 스트림으로 분류하는 것은 전기-응집 모듈에서 전극을 트리거함으로써 달성된다 (도 6의 (a)). 광학 감지 및 전기-응집 유닛은 전기-응집 영역의 전극의 스위치를 마이크로컨트롤러를 이용해 켜짐 또는 꺼짐으로 제어하여 동기화된다. 셀 또는 미립자가 광학 감지기에 의해 감지 되면, 신호는 마이크로컨트롤러로 전달되고, 그곳에서 신호를 처리 후 전극을 트리거 한다. 마이크로채널에서의 방울의 속도가 알려져 있기 때문에, 광학 신호의 포착과 전극의 트리거링 사이의 시간 차이는 표적 셀 또는 미립자를 함유하는 방울을 정확하게 응집시키도록 조정된다. 본 명세서에서 제안된 방법은 특정 크기의 표적 유체 또는 방울을 함유하는 방울을 필요에 따라 응집하는데 사용될 수 있다. 이러한 방울이 광학 감지 모듈에서 검출되면, 전극은 공류하는 수성 스트림과 이들 표적 방울의 전기-응집을 위해 활성화 될 수 있다.
마찬가지로 단일 셀 분석이 필요한 응용의 경우, 단일 셀 포맷으로 방울 내부에 캡슐화된 표적 셀이 장치의 출구에서 얻어질 수 있다(도 6의 (b)). 이 경우, 전기장을 연속적으로 인가함으로써, (표적 셀 이외의) 셀의 연속적인 응집이 가능하다. 표적 셀이 감지될 때, 감지 모듈에서 전기-응집 모듈로 신호를 보내 전기장을 끄게 해서 표적 셀이 응집되지 않고 방울 내부에 캡슐화된 상태로 하류로 흘러 가도록 한 뒤 출구에서 단일 셀 포맷으로 수집된다.
당업자라면, 본 명세서의 도면, 실시예 및 상세한 설명은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 복합 혼합물로부터 생물학적 셀 및 미립자를 분석, 분류 및 해유화하기 위한 미세 유체 장치로서,
    a. 포커싱 및 캡슐화 모듈과,
    b. 광학 감지 모듈과,
    c. 전기-응집 모듈을 포함하고,
    여기서 셀에 손상을 주지 않고 표적 셀 혹은 미립자를 방울로부터 수성상의 공류 스트림으로 혹은 단일 셀 포멧으로 신속하게 추출하되,
    여기서 유체역학적 포커싱 및 캡슐화 모듈은, 샘플 유체를 도입하기 위한 제 1 입구와, 시스 유체를 도입하여 셀 또는 미립자를 단일 층 스트림으로 포커싱하기 위한 제 2 입구와, 섞이지 않는 상을 도입하기 위한 제 3 입구로 구성되고, 여기서 샘플, 시스 및 연속상의 유속은 캡슐화 모듈에서 조정되어 방울 정션에서 셀 또는 미립자의 도달 속도가 방울 발생 속도와 일치하도록 하여 빈 방울의 수가 감소되게 하고,
    여기서 광학 감지 모듈은 유체 채널, 유체 채널과 미리 정해진 각도로 배치된 다수의 광학 홈, 레이저 소스, 광섬유, 필터 및 고속 감지기로 이루어지며, 여기서 표적 셀이나 미립자는 형광, 포워드 산란 및 측면 산란의 특성의 조합을 사용함으로써 감지하게 되며,
    여기서 전기-응집 모듈은 2 개의 입구를 갖는 마이크로채널로 구성되며, 셀을 포함하는 수성 방울은 전기장에 들어가기 전에 연속상과 공류 수성상 사이의 계면에 연속적으로 접촉하기 때문에 낮은 전압 및 전기장을 필요로 하게 되는, 미세 유체 장치.
  2. 복합 혼합물로부터 생물학적 셀 및 미립자를 분석, 분류 및 해유화하는 방법으로써,
    a. 방울 캡슐화된 표적 셀을 감지하는 단계,
    b. 전기 응집을 이용한 하류 분석을 위해, 방울 내부의 단일 셀 포맷 또는 수성상으로 방울 캡슐화된 표적 셀을 추출하는 단계를 포함하되,
    여기서 셀을 함유하는 수성 방울은 전기장에 들어가기 전에 연속 상과 공류 수성상 사이의 계면과 연속 접촉하고,
    여기서 전기-응집에 필요한 전압은 20 - 25 V로 낮고,
    여기서 상기 방법은 필요에 따라 표적 셀이나 미립자를 포함하는 수성 방울을 수성상과 응집시켜서 별개의 방울로부터 셀이나 미립자를 추출하고,
    여기서 전극은 광학적 감지 모듈에서 표적 셀이나 미립자 또는 방울이 감지될 경우에만 작동하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 셀 캡슐화된 방울은 비관성 상승력으로 인해 상기 채널의 중심을 향해 자기 정렬되고 단일 층으로서 상기 감지 모듈 내로 이동하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    광학 감지 모듈에서의 포워드 산란 신호는 캡슐화된 셀 또는 미립자의 크기에 관한 정보를 제공하는 미세 유체 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    광학 감지 모듈의 측면 산란 신호는 셀이나 미립자의 내부 구조를 나타내고 이는 수집되어 감지를 위해 셀이나 미립자를 구별하는 것에 사용되는 미세 유체 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    수성 방울과 수성상의 스트림은 방울의 안정화를 위해 계면 활성제 박막으로 분리되어 있는 미세 유체 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    캡슐화된 방울과 수성 스트림의 응집은 아주 낮은 전압을, 바람직하게는 25V를 인가하여 일어나는 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    광학 감지 모듈은 전기-응집 모듈과 통합되어 있는 방법.
  9. 제2항에 있어서,
    표적 셀 또는 미립자는 광학적으로 감지되고 전기-응집 모듈의 전극을 트리거 하면서 공류 수성상 스트림으로 분류되는 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 방법은 셀의 손상 없이 단일 셀 포맷으로 표적 셀을 분리하는 방법.
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