KR20200043369A - 나노 니들 및 관련된 기기 및 방법 - Google Patents

나노 니들 및 관련된 기기 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200043369A
KR20200043369A KR1020207000907A KR20207000907A KR20200043369A KR 20200043369 A KR20200043369 A KR 20200043369A KR 1020207000907 A KR1020207000907 A KR 1020207000907A KR 20207000907 A KR20207000907 A KR 20207000907A KR 20200043369 A KR20200043369 A KR 20200043369A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flow channel
nanoneedle
cell
cells
nano
Prior art date
Application number
KR1020207000907A
Other languages
English (en)
Inventor
델리 왕
Original Assignee
님 싸이언티픽 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 님 싸이언티픽 인코포레이티드 filed Critical 님 싸이언티픽 인코포레이티드
Publication of KR20200043369A publication Critical patent/KR20200043369A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/04—Cell isolation or sorting
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M37/00—Other apparatus for introducing media into the body; Percutany, i.e. introducing medicines into the body by diffusion through the skin
    • A61M37/0015—Other apparatus for introducing media into the body; Percutany, i.e. introducing medicines into the body by diffusion through the skin by using microneedles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/16—Microfluidic devices; Capillary tubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/22—Transparent or translucent parts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/16—Hollow fibers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M33/00—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus
    • C12M33/04—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus by injection or suction, e.g. using pipettes, syringes, needles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M35/00—Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M35/00—Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
    • C12M35/04—Mechanical means, e.g. sonic waves, stretching forces, pressure or shear stimuli
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M37/00—Other apparatus for introducing media into the body; Percutany, i.e. introducing medicines into the body by diffusion through the skin
    • A61M37/0015—Other apparatus for introducing media into the body; Percutany, i.e. introducing medicines into the body by diffusion through the skin by using microneedles
    • A61M2037/0023—Drug applicators using microneedles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M37/00—Other apparatus for introducing media into the body; Percutany, i.e. introducing medicines into the body by diffusion through the skin
    • A61M37/0015—Other apparatus for introducing media into the body; Percutany, i.e. introducing medicines into the body by diffusion through the skin by using microneedles
    • A61M2037/003—Other apparatus for introducing media into the body; Percutany, i.e. introducing medicines into the body by diffusion through the skin by using microneedles having a lumen
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
    • A61M2205/02—General characteristics of the apparatus characterised by a particular materials
    • A61M2205/0244—Micromachined materials, e.g. made from silicon wafers, microelectromechanical systems [MEMS] or comprising nanotechnology
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y5/00—Nanobiotechnology or nanomedicine, e.g. protein engineering or drug delivery

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

나노 니들을 사용하여 세포 내부의 시험 관내 프로빙을 수행하기 위한 장치 및 방법이 본원에 개시된다. 본 출원의 일부 태양은 유동 채널에 배치된 수직 나노 니들을 갖는 장치에 관한 것으로, 유동 채널은 나노 니들을 갖는 유동 채널에서 유체에 재순환되는 세포의 고정화 및 나노 니들로 세포막의 침투를 용이하게 하도록 형성된다. 본 출원의 태양은 또한 유동 채널과 세포 분류기 사이의 통합을 제공하여 선별된 관심있는 세포와 세포 내에서 선택적으로 그리고 연속적으로 통신하는 의료 시스템을 형성한다.

Description

나노 니들 및 관련된 기기 및 방법
본 출원은 발명의 명칭이 "NANONEEDLE AND RELATED APPARATUS AND METHODS"이고 대리인 문서번호가 No. N0601.70000US00인 35 U.S.C.§119(e) 하의 미국 특허출원 제62/521,276호의 우선권을 주장하며, 상기 참조문헌은 전체적으로 본 명세서에 참조로 합체되어 있다.
세포 내부의 시험관 내 프로빙은 전형적으로 세포를 기판 상에 고정화하거나 배양한 후, 패치 클램프와 같은 프로브를 세포 내부에 삽입함으로써 수행된다.
본 발명의 내용에 포함됨.
일부 실시예에 따르면, 장치가 제공된다. 장치는 제 1 유동 방향을 따라 순환하는 세포를 포함하는 제 1 유체를 수용하도록 구성된 제 1 유동 채널; 및 상기 제 1 유동 채널 내에 배치되고 상기 세포를 침투하도록 구성된 나노 니들을 포함하고, 상기 제 1 유동 채널은 상기 나노 니들에 인접한 협착부를 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 나노펌프 장치를 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은 나노스케일 와이어를 형성하는 단계; 상기 나노스케일 와이어를 둘러싸는 측벽 재료를 형성하는 단계; 상기 나노스케일 와이어를 제 1 유동 채널 내에 배치하는 단계; 상기 나노스케일 와이어를 상기 제 1 유동 채널 내에 배치한 후에, 상기 측벽 재료로부터 나노 니들을 형성하기 위해 상기 나노와이어를 선택적으로 제거하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 기기의 작동 방법이 제공된다. 기기는 제 1 유동 채널, 제 2 유동 채널, 상기 제 1 유동 채널에 배치된 제 1 개구 및 상기 제 2 유동 채널에 배치된 제 2 개구를 포함하는 나노 니들을 구비한다. 상기 제 1 유동 채널은 상기 나노 니들에 인접한 협착부를 포함한다. 상기 방법은 상기 제 1 유동 채널에서 제 1 유동 방향을 따라 세포를 포함하는 제 1 유체를 순환시키는 단계; 상기 나노 니들로 상기 세포를 침투하는 단계; 상기 제 2 유동 채널 내에 시약을 함유한 제 2 유체를 수용하는 단계; 및 상기 나노 니들을 통해 상기 제 2 유체로부터 세포 내로 시약을 수송하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 의료 시스템이 제공된다. 의료 시스템은 제 1 유동 채널, 시약을 포함하는 유체를 갖는 제 2 유동 채널, 상기 제 1 유동 채널에 배치된 제 1 개구부 및 상기 제 2 유동 채널에 배치된 제 2 개구부를 포함하는 나노 니들을 포함하는 나노펌프를 구비한다. 상기 제 1 유동 채널은 사용자로부터 세포를 포함하는 제 1 샘플을 수용하도록 구성된다. 상기 나노 니들은 상기 세포 내부에 침투하여 시약을 수송하도록 구성된다.
본 발명의 내용에 포함됨.
하기의 도면들을 참조로 다양일 태양들 및 실시예들을 설명할 것이다. 첨부도면은 실제 크기대로 도시된 것이 아니다. 도면에서, 다양한 도면에 도시된 각각의 동일하거나 거의 동일한 구성요소는 동일한 참조번호로 표시된다. 명확히 하기 위해, 모든 도면에 모든 구성요소가 표시되지 않을 수 있다.
도 1a는 일부 실시예에 따른 나노 니들을 갖는 기기(100)의 횡단면도를 도시한 개략도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 바와 같이 수직면(A-A')을 따라 취해진 제 1 부(126) 내의 기기(100)의 횡단면도를 도시한 개략도이다.
도 2a는 일부 태양들에 따른 기기(200)의 평면도를 예시하는 개략도이다.
도 2b는 일부 태양들에 따른 기기(200)의 제 1 유동 채널(220)의 커버(206)의 평면도를 예시하는 개략도이다.
도 3a는 베이스(304)에서 규칙적인 2차원 어레이로 배열된 다수의 나노 니들(302)을 갖는 기기(300A)의 평면도를 도시한 개략도이다.
도 3b는 베이스(304)에서 2차원 어레이로 랜덤 배열된 다수의 나노 니들(302)을 갖는 기기(300B)의 평면도를 도시한 개략도이다.
도 3c는 베이스(304)에 배열된 다수의 나노 니들(302a, 302b, 302c 및 302d)을 갖는 기기(300C)의 평면도를 도시한 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 일부 태양들에 따라 기판(410)에서 하부 채널(430)을 형성하기 위한 예시적인 제조 순서를 도시한 개략도이다.
도 5a 내지 도 5e는 도 1a 및 도 1b에 도시된 유형의 기기에서 베이스(504) 상에 나노 니들(502)을 형성하기 위한 예시적인 제조 순서를 도시한 개략도이다.
도 6a 및 6b는 본 출원의 일 태양에 따라 제 1 유동 채널에 대한 예시적인 제조 순서의 평면도를 도시한 개략도이다.
도 7a 내지 도 7c는 일부 태양에 따라 나노 니들을 형성하고 나노 니들을 제 1 및 제 2 유동 채널에 부착하기 위한 예시적인 제조 순서를 도시한 개략도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 출원의 일부 실시예에 따라 나노 니들 어레이를 형성하고 상기 나노 니들 어레이를 제 1 및 제 2 유동 채널에 부착하기 위한 제조 순서의 횡단면도를 도시한 개략도이다.
도 9a는 대안적인 실시예에 따른 기기(900)의 횡단면도를 도시한 개략도이다.
도 9b는 기기(900)의 평면도를 도시한 개략도이다.
도 10a 내지 도 10j는 일부 태양에 따라 기기(900)를 형성하기 위한 예시적인 제조 순서를 도시한 개략도이다.
도 11은 본 출원의 일 태양에 따른 나노펌프(1102) 및 압전 멤브레인 드라이버(1112)를 갖는 기기(1100)의 횡단면도를 도시한 개략도이다.
도 12a는 본 출원의 일 태양에 따른 나노펌프(1202)의 횡단면도를 도시한 개략도이다.
도 12b는 바이어스 전압 하에서 도 12a에 도시된 실시예에 따른 나노펌프(1202)의 횡단면도를 도시한 개략도이다.
도 13은 본 출원의 일 태양에 따른 나노펌프 장치(1340)를 포함하는 예시적인 의료 시스템(1300)을 도시한 개략도이다.
도 14는 본 출원의 다른 태양에 따른 예시적인 의료 시스템(1400)을 도시한 개략도이다.
도 15는 본 출원의 일 태양에 따른 예시적인 기기(1500)를 도시한 개략도이다.
세포 내부로 주입, 세포로부터 추출 또는 세포와 전기화학적으로 통신하기 위한 세포 내 프로빙은 체외 진단, 치료법 및 뇌 연구에 광범위한 응용을 제공할 수 있다. 본 발명자는 스루풋을 개선하기 위한 하나의 접근법은 세포 내 프로빙의 연속 조작을 허용하기 위해 하나 이상의 나노 니들을 포함하는 유동 채널 내에서 세포의 연속 순환을 제공하는 것임을 인식하고 이해했다. 본 출원의 태양은 유동 채널과 세포 분류기 간에 통합을 제공하여 환자의 혈액 샘플로부터 선별된 관심 세포와 선택적으로 그리고 연속적으로 세포 내 통신하는 의료 시스템을 형성한다.
본 출원의 일부 태양은 유동 채널 내에 배치된 수직 나노 니들을 갖는 기기에 관한 것으로, 유동 채널은 상기 나노 니들을 이용해 상기 유동 채널내 유체에 재순환하는 세포의 고정과 상기 나노 니들로 세포막의 침투를 용이하게 하도록 형성된다. 본 발명자는 나노 니들이 배치된 유동 채널의 영역이 세포의 크기와 실질적으로 동일하거나 작은 폭 및/또는 높이 방향으로 감소된 치수를 가질 수 있음을 인식하고 이해했다. 이러한 방식으로, 유동 채널은 세포의 유동 채널에 있는 나노 니들 위로 흐를 때(또는 통과할 때) 세포가 꽉 끼이거나 약간 압착되도록 구성되어 세포에 나노 니들의 팁의 삽입을 용이하게 한다. 일부 태양에 따르면, 유동 채널의 영역은 나노 니들이 세포핵의 유동 경로에 있도록 세포핵의 크기와 실질적으로 동일하거나 작은 폭 및/또는 높이 방향으로 감소된 치수를 갖게 크기가 더 조정되어 세포핵 내부에 나노 니들의 삽입을 용이하게 한다. 또 다른 태양에 따르면, 유동 채널은 세포들이 나노 니들을 가로질러 흐름에 따라 유동 채널 내부에 있는 세포의 이미징을 가능하도록 투명할 수 있다. 세포 고정 및 침투를 용이하게 하기 위한 흐름 제어와 함께 이미징 피드백이 사용될 수 있다.
본 출원의 일부 태양은 나노 니들을 제조하는 방법에 관한 것이다. 나노 니들은 희생 템플릿(sacrificial template) 위에 나노 니들 측벽 재료를 증착함으로써 형성된 중공의 튜브형 구조를 가질 수 있다. 희생 템플릿은 상기 희생 템플릿이 제거된 후 나노 니들의 내부 횡단면을 정의하는 횡단면 치수를 갖는 수직 나노와이어일 수 있다. 상기 나노 니들 측벽 재료는 선택될 수 있고 세포 고정 및 세포막 침투를 용이하게 하도록 더 기능화될 수 있다. 나노 니들 팁의 횡단면 형상 및 치수는 세포가 실질적으로 생존 가능한 상태로 유지된 상태에서 세포막 및/또는 세포핵 내부로의 침투를 허용하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 세포 내부에 대한 전생애의 연구가 수행될 수 있다.
일부 태양에 따르면, 나노 니들은 수직 배향되고 수평한 제 1 유동 채널에 배치된다. 나노 니들의 팁 개구는 제 1 유동 채널에서 액체 또는, 세포가 팁 상에 고정될 때, 유동 채널에서 세포의 세포 내 유체와 유체 소통된다. 일부 실시예에서, 제 2 유동 채널이 나노 니들 아래에 제공될 수 있고 나노 니들의 내부에 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 나노 니들은 세포 내부로부터 분석물을 추출하여 진단 분석을 위해 분석물을 제 2 유동 채널로 수송할 수 있다. 다른 실시예에서, 나노 니들은 예를 들어 치료 약물 수송을 수행하기 위해 제 2 유동 채널로부터 물질이 세포 내부 또는 핵 내부로 주입되게 수송할 수 있다.
본 발명자는 나노 니들을 통해 세포 내외로 유체의 제어된 펌핑과 이에 따라 나노펌프로서 상기 나노 니들을 사용하도록 하기 위한 다양한 방법이 제공될 수 있음을 인식하고 이해했다. 일 태양에서, 예를 들어 전기습윤 효과(electrowetting effect)를 이용하여 액체 흐름을 제어하기 위해 나노 니들 측벽을 따라 그리고 나노 니들의 베이스에 전극재료가 제공될 수 있다. 다른 태양에서, 나노펌프 액체 흐름을 구동하기 위해 유동 채널 중 하나에 압전구동모듈이 제공될 수 있다. 일부 태양에 따르면, 세포 내외부로 나노 니들을 통한 제어된 펌핑은 사전결정된 타이밍 및 용량에 따라 동기화된 유체 소통을 허용할 수 있다. 또 다른 태양에 따르면, 제어된 펌핑은 나노 니들상에 세포의 선택적 부착 및 분리를 용이하게 하는데 사용될 수 있다.
일부 태양에 따르면, 복수의 나노 니들이 유동 채널의 영역에 제공될 수 있다. 나노 니들 각각은 동일하거나 상이한 액체에 연결되도록 구성될 수 있다. 일 예에서, 나노 니들 중 한 열은 유동 채널 내부에 유동 방향을 따라 배치되어 세포가 제 1 나노 니들에 부착되고, 이어서 제 1 나노 니들로부터 분리된 후, 제 2 나노 니들에 부착되는 등 복수의 나노 니들에 대해 반복하는 식으로 될 수 있다. 나노 니들 중 하나 이상은, 그리고 일부 경우에 각각은, 예를 들어 치료 약물 수송을 수행하기 위해 소정 용량의 선택된 일련의 생화학 분자를 동일한 세포에 주입하도록 구성될 수 있다. 나노 니들 중 하나 이상은, 및 일부 경우에 각각은, 나노 니들에 순차적으로 또는 동시에 부착된 하나 이상의 세포 내로 선택된 일련의 생화학 분자를 주입하도록 구성될 수 있다.
일부 태양에 따르면, 인간 환자의 혈류 또는 체액으로부터 세포를 추출하고 분리하는 세포 분류기, 상기 세포 분류기로부터 순환되는 세포의 내부와 연통하고 세포 또는 핵 내부에 가령 유전자 편집 또는 약물 수송을 수행하기 위해 유동 채널 내에 있는 나노 니들을 포함하는 의료 시스템이 제공될 수 있다. 일 예에서, 유전자 편집된 세포가 배양되고 자가이식(self-transplantation)에 의해 인간 환자에게 다시 주입될 수 있다. 일부 태양에 따르면, 세포 분류기와 나노 니들 및 유동 채널 기기를 포함하는 자가이식 시스템은 암 면역요법 장치를 형성할 수 있다.
도 1a는 일부 실시예에 따른 기기(100)의 횡단면도를 도시한 개략도이다. 기기(100)는, 본 출원의 일 태양에 따라, 제 1 유동 채널(120)에 수직으로 배치되고 세포(10)의 핵(12) 내부에 유체 소통하는 나노 니들(102)을 포함한다. 기기(100)는 기판(110) 내에 배치되고 나노 니들(102)과 유체 소통하는 제 2 유동 채널(130)을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 제 1 유동 채널(120)을 세포 유동 채널이라 하고, 나노 니들(102)은 나노펌프이며, 제 2 유동 채널(130)을 나노펌프 유동 채널이라 하여 나노펌프(102)가 제 2 유동 채널(130)로부터 유체를 세포(10) 또는 세포핵(12) 내로 펌핑한다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 세포(10)는 제 1 유동 채널(120) 내에 유체(미도시)에 의해 수용되고 유동 방향(122)을 따라 이동한다. 일부 실시예에서, 나노펌프(102)는 나노펌프 유동 채널(130)로부터 제 1 유동 채널(120)을 향해 유체를 펌핑할 수 있다. 제 1 유동 채널(120)은 도 1a에 도시된 바와 같은 협착부(124)를 포함한다. 제 1 유동 채널(120)은 협착부(124) 내부의 제 1 부(126) 및 협착부 외부의 제 2 부(128)를 갖는다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 협착부(124)가 유동 채널의 내측으로 돌출되기 때문에, 협착부(124) 외부의 제 2 부(128)에서 더 큰 크기(129)에 비해 액체가 흐를 수 있도록 제 1 부(126)는 더 작은 크기(127)를 갖는다. 제 1 부(126)의 크기(127)는 유동 방향(122)에 직교하는 거리일 수 있어서, 세포(10)가 협착부(124)에 진입할 때 세포(10)가 나노 니들(102)에 인접해 흐로도록 보내져, 나노 니들(102)이 세포(10)와 상호 작용할 확률을 높인다. 협착부(124)는 바람직하게 나노 니들(102)에 의한 세포 침투가 촉진되도록 세포(10)의 유동을 유도하기 위해 나노 니들(102)에 인접하게 배치되는 것으로 인식된다. 인접한 나노 니들(102)에 의해, 협착부(124)는 일부 실시예에서 나노 니들로부터 100㎛ 미만, 50㎛ 미만, 또는 10㎛ 미만의 거리 내에, 위에, 옆에, 주변에 또는 전반적으로 배치될 수 있다.
크기(127 및 129)는 각각, 도 1a에 도시된 바와 같이, 커버(106)와 베이스(104) 사이의 제 1 부(126) 및 제 2 부(128)에서 제 1 유동 채널의 높이일 수 있다. 임의의 방향으로, 가령, 제 1 유동 채널(120)의 하단을 형성하는 베이스(104)의 표면에 평행한 측면 방향을 따라, 제 1 유동 채널(120)이 협착부(124)에서 좁아 질 수 있기 때문에 크기(127/129)의 방향은 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 또한, 협착부(124)는 유체 흐름을 제한하기 위해 유동 방향을 따라 임의의 적절한 형상을 취할 수 있으며, 제 1 부(126)에서의 크기(127)가 유동 방향(122)을 따라 균일할 필요가 없음이 인식된다. 일부 실시예에서, 협착부(124)는 커버(106)의 일부로서 형성될 수 있지만, 협착부(124)는 커버(106)와 다른 재료를 갖는 별도의 구조로서 형성될 수 있음을 이해해야 한다.
일부 실시예에서, 협착부(124)는 세포(10)의 내부에 또는 세포(10)의 세포핵(12) 내부에 나노 니들(102)의 삽입을 용이하게 하도록 구성된다. 세포(10)는 동물 세포, 식물 세포, 박테리아 세포, 또는 진균 세포일 수 있다. 세포(10)는 생물학적으로 살아 있는 세포, 또는 미생물과 같은 세포와 유사한 생물학적 소포일 수 있다. 세포 삽입을 용이하게 하기 위해 제 1 유동 채널(120)의 제 1 부(126)에 제 1 크기(127)의 임의의 적절한 크기가 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 크기(127)는 세포(10)의 평균 직경의 0.25배 내지 5배, 0.5배 내지 2배, 또는 0.25배 내지 10배일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 세포(10)의 평균 직경은 단일 세포가 불규칙적으로 형성될 수 있는 경우 다수의 측정 축을 따른 단일 세포의 측정된 측면 범위의 평균일 수 있거나, 관심 세포 그룹에 대해 측정된 평균 직경을 지칭할 수 있다. 당업계에 공지된 바와 같이 임의의 적절한 세포 크기 측정이 세포(10)의 평균 직경을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 제 1 크기(127)는 0.2㎛ 내지 300㎛, 0.25㎛ 내지 200㎛, 0.5㎛ 내지 100㎛, 1㎛ 내지 100㎛ 사이 또는 10㎛ 내지 100㎛일 수 있다.
일부 실시예들에서, 세포(10)의 구조 및 기능은 그대로 유지하면서, 세포(10)는 부분적으로 협착부(124) 및/또는 나노 니들(102)로부터의 침투로 인해 제 1 부(126) 내에서 물리적으로 변형된다. 일부 실시예에서, 제 1 유동 채널(120)은 미세 유체 채널일 수 있고, 하나 이상의 세포(10)를 함유한 유체가 나노 니들(102)이 여러 세포(10)를 침투할 수 있도록 제 1 유동 채널(120) 내에서 연속적으로 순환된다.
나노 니들(102)이 세포(10)를 침투할 때, 세포(10) 내에 정의된 침투 깊이는 다양한 수단들로, 예를 들어 세포의 크기에 대한 소정의 나노 니들 높이로 선택적으로 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 세포(10)는 제 1 유동 채널(120) 내의 제 1 유체에 함유되고 나노 니들(102)은 선택적으로 제어된 양, 유속, 지속 시간으로 세포(10)의 세포막 또는 세포벽 내부에 또는 세포핵(12) 내부에 제 2 유동 채널(130)에 수용된 하나 이상의 시약(미도시)을 함유한 제 2 유체를 선택적으로 수송할 수 있다. 주입은 또한 바늘 ID를 나타내는 물질을 포함할 수 있다. 제 2 액체의 내용물은 약물, 소분자, 게놈, 성장 인자, 핵산, 단백질, 지질, 게놈 편집 패키지, CRISPR 포뮬라, RNA 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 국한되지 않는다. 이러한 방식으로 나노 니들에 의한 세포 내 주입은 암, HIV 또는 다른 질병과 관련된 세포 수준 진단 또는 치료적 적용을 가능하게 할 수 있다.
일부 실시예에서, 세포(10) 내부의 외부 물질의 수송 이외에, 나노 니들(102)은 또한 침투된 세포 내부로부터 유체를 추출할 수 있다. 세포 내 유체에 함유된 분석물의 추가 분석을 위해 추출된 세포 내 유체의 내용물은 나노 니들(102)을 통해 제 2 유동 채널(130)로 보내질 수 있다. 일부 실시예에서, 세포 내 유체의 추출은 분자 수준 검출, 생세포 모니터링, 약물 발견을 허용할 수 있고, 게놈 편집, 단일 세포 연구, 암 연구, HIV 등의 연구를 도울 수 있다.
일부 실시예에서, 나노 니들(102)을 통한 주입/추출은 나노 니들 내부의 유체에 가해지는 외부 압력에 의해 구동될 수 있다. 외부 압력의 구동은 압전 장치, MEMS(microelectromechanical system) 액추에이터 또는 펌프에 의해, 또는 전기 습윤(electrowetting)에 의해 이루어질 수 있다. 일부 실시예에서, 나노 니들(102)을 통한 주입/추출은 연속 작업으로서 수행될 수 있다.
도 1a는 기기(100) 내의 단일 나노 니들(102)을 도시하고 있으나, 순차적 인 주입, 추출 또는 이들의 조합을 허용하기 위해 다수의 나노 니들(102)이 기기(100) 내에 제공될 수 있음을 이해해야 한다. 여러 시약의 주입, 시간 경과 분석 또는 실시간 생체 반응 및 분석도 또한 제공될 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같은 기기(100)는 혈액과 관련된 질병, 암, HIV 등에 관한 치료 및 진단 적용을 위한 기기(100) 내에서 하나 이상의 나노 니들(102)에 의해 침투하기 위해 제 1 유동 채널(120)을 통한 세포의 연속 유동을 허용하는 의료 시스템을 형성하기 위해 세포 분류기와 같은 세포 순환 장치와 통합될 수 있다. 세포주와의 통합한, 독립형 하이스루풋(High Throughput) 장치에 세포 편집 및 변형을 위한 기기(100)가 제공될 수 있으며, 이는 CRISPR과 같은 유전자 편집 기술과 관련될 수 있다. 기기(100)를 포함하는 의료 시스템은 또한 줄기 세포 연구, 생물 반응장치, 약물 발견 및 농업 등에 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 단일 나노펌프/나노 니들 또는 나노펌프/나노 니들 어레이는 강성 또는 가요성 재료를 포함할 수 있고, 진단 및 치료법뿐만 아니라 마이크로 바이옴(microbiome) 연구, 진단 및 치료제를 포함하여 뇌 연구 및 질병 치료에 사용될 수 있다.
도 1b는 도 1a에 도시된 바와 같이 수직면(A-A')을 따라 취해진 제 1 부(126) 내의 기기(100)의 단면도를 도시한 개략도이다. 도 1b에서 나노 니들에 인접한 제 1 유동 채널(120)의 폭은 상기 나노 니들에 인전합 제 1 유동 채널(120)의 폭이 y이고, 커버(106)와 베이스(104)의 상부면 사이 제 1 유동 채널(120)의 높이가 z이며, 제 1 유동 채널(120)의 제 1 단부(101)과 제 2 유동 채널(130) 내부의 제 2 단부(103) 사이 나노 니들(102)의 높이가 h이고, 나노 니들의 직경이 d인 것을 도시한다. 나노 니들(102)은 측벽 재료를 포함한 중공 구조이고, 양 단부(101 및 103)는 각각 제 1 유동 채널(120) 및 제 2 유동 채널(130)과 유체 소통하는 개구이다.
일부 실시예에서, 높이(z)는 협착부(124)에서 세포 유동을 보내도록 구성된 제 1 크기(127)일 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 폭(y)은 협착부(124)에서 세포 유동을 보내도록 구성된 제 1 크기(127)일 수 있다.
일부 실시예에서, 나노 니들 높이(h)는 단지 세포막 내부 또는 세포핵 내로의 주입/추출에 필요한 침투 깊이에 기초하여 조절될 수 있다. 나노 니들 높이(h)는 0.2㎛ 내지 1000㎛, 0.25㎛ 내지 500㎛, 0.5㎛ 내지 200㎛ 또는 1㎛ 내지 100㎛일 수 있다.
일부 실시예에서, 나노 니들 직경(d)은 나노 니들(102)의 내경 또는 외경일 수 있으며, 주입되는 양과 유속, 및 침투된 세포의 크기 및 유형과 같은 요인에 기초하여 선택될 수 있다. 나노 니들 직경(d)은 2nm 내지 2000nm, 2nm 내지 1500nm, 5nm 내지 1500nm 또는 5nm 내지 1000nm 일 수 있다.
도 1b는 나노 니들 아래의 제 2 유동 채널(130)이 실질적으로 베이스(104)의 측면 영역을 통해 뻗어 있는 것을 도시하고 있으나, 이러한 배열은 단지 예일 뿐이며 제한하는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 제 2 유동 채널(130)은 나노 니들(102)이 아래의 제 2 유동 채널(130) 내로 붕괴되는 것을 방지하기 위해 상기 제 2 유동 채널(103) 외부의 베이스(104)의 나머지 부분이 기판(110)에 의해 지지되도록 베이스의 일부 아래에만 제공될 수 있다.
도 2a는 일부 태양들에 따른 기기(200)의 평면도를 예시하는 개략도이다. 기기(200)는 많은 측면에서 기기(100)와 유사하다. 기기(200)는 제 1 유동 채널(220) 내에 수직으로 배치된 나노 니들(102)을 포함한다. 기기(200)는 나노 니들(102)과 유체 소통하는 제 2 유동 채널(230)을 더 포함한다. 제 1 유동 채널(220)은 커버(206)에 형성될 수 있고, 가령 매질 펌프 또는 세포 분류기로부터 세포를 함유한 제 1 유체의 순환을 위해 구성된 포트(221 및 223)를 포함한다. 제 2 유동 채널(230)은 나노 니들(102)을 통해 세포로 주입하기 위해 제 2 유체를 순환시키거나, 측정 및 분석을 위해 나노 니들(102)로부터 추출된 세포 내 유체를 수송하도록 구성된 포트(231 및 233)를 포함한다. 일부 실시예에서, 포트(231 및 233)는 제 2 유동 채널(130)에 유체 접근을 제공하기 위해 커버(206)를 통해 수직으로 뻗어 있다.
도 2b는 일부 태양에 따른 기기(200)의 제 1 유동 채널(220)의 커버(206)의 평면도를 예시한 개략도이다. 기기(200)는 제 1 유동 채널(220) 내에 협착부(224)를 갖는다. 제 1 유동 채널(220)에서, 액체가 포트(221 및 223) 사이의 유동 방향을 따라 유동하도록 구성된다. 협착부(224)는 나노 니들(102)에 의해 침투되는 세포를 보내기 위해 유동 채널의 폭(y)을 좁히도록 내측으로 돌출될 수 있이며, 길이 X를 갖는다. 길이 X는 1㎛ 내지 500㎛, 1㎛ 내지 200㎛, 2㎛ 내지 200㎛ 또는 5㎛ 내지 200㎛일 수 있다.
일부 실시예들에서, 다수의 나노 니들이 장치에 제공되고 규칙적인 어레이로 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 3a는 베이스(304)에서 규칙적인 2차원 어레이로 배열된 다수의 나노 니들(302)을 갖는 기기(300A)의 평면도를 도시한 개략도이다. 다수의 나노 니들(302)의 어레이는 제 1 유동 채널 내로 뻗어 있는 동일한 높이(h)를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 나노 니들 어레이(302)의 적어도 일부는 상이한 높이(h)를 가질 수 있고, 제 1 유동 채널에 있는 한 세포가 나노 니들 어레이에 부착될 때 상이한 깊이로 침투하거나, 하나 이상의 세포들의 상이한 깊이로 침투하도록 구성된다.
일부 다른 실시예에서, 다수의 나노 니들이 랜덤하게 분포된 어레이로 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 3b는 베이스(304)에서 랜덤 2차원 어레이로 배열된 다수의 나노 니들(302)을 갖는 기기(300B)의 평면도를 도시한 개략도이다.
도 3c는 베이스(304)에 배열된 다수의 나노 니들(302a, 302b, 302c 및 302d)을 갖는 기기(300C)의 평면도를 도시한 개략도이다. 예시적인 기기(300C)에서 4개의 나노 니들이 도 3c에 도시되어 있으나, 본 출원의 태양에 따른 기기에서 임의의 수의 다수의 나노 니들이 존재할 수 있음을 이해해야 한다. 도 3c에서, 나노 니들(302a, 302b, 302c, 302d)은 동일하거나 상이한 재료 조성물, 높이, 내경 및/또는 외경을 가질 수 있다. 나노 니들은 또한 하나 이상의 유동 채널(미도시)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 나노 니들(302a)은 베이스(304) 아래의 제 1 나노펌프 유동 채널에 연결될 수 있고 세포를 침투하는 동안 제 1 유형의 유체를 주입하도록 구성될 수 있은 반면, 나노 니들(302b)은 제 2 나노펌프 유동 채널에 연결되고 같은 세포를 침투하는 동안 제 2 유형의 유체를 주입하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 각각의 투여량으로 제 1 및 제 2 유형의 유체에 함유된 상이한 시약의 세포 내로의 선택적 수송이 제공될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 나노 니들(302c)은 나노 니들(302a)이 침투한 세포로부터 세포 내 유체를 추출하도록 구성된 제 3 나노펌프 유동 채널에 연결될 수 있어, 나노 니들(302a)에 의해 세포 내에 시약의 동시적 수송 및 나노 니들(302c)에 의해 동일한 세포의 세포 내 유체의 추출이 제공될 수 있다. 동시적 세포 내 수송 및 추출은 단일 세포 수준에서 생화학 적 반응의 실시간 모니터링을 가능하게 할 수 있다. 하나 이상의 세포에 주입하거나 이로부터 추출하도록 구성된 나노 니들 어레이의 임의의 조합이 기기 내 동일한 베이스 상에 제공될 수 있음을 이해해야 한다.
도 4a 및 도 4b는 일부 태양에 따라 기판(410)에서 하단 채널(430)을 형성하기 위한 예시적인 제조 순서를 도시한 개략도이다. 프로세스는 도 4a에 도시된 바와 같이 기판(410)으로 시작할 수 있다. 기판(410)은 단층 웨이퍼일 수 있거나, 또는 복수층의 복합물일 수 있다. 일부 실시예에서, 기판(410)은 Si 또는 실리콘 산화물과 같은 반도체 재료를 포함할 수 있으나 이에 국한되지 않으므로, 표준 미세 제작 기술이 연이은 제조 단계에 사용될 수 있다.
도 4b에서, 표준 포토리소그래피 또는 전자빔 리소그래피는 기판(410)의 일부를 패턴화하고 에칭 제거하여 제 2 유동 채널(430)에서 유체의 순환을 위한 액체 접근을 제공하도록 구성된 포트(434 및 436)를 갖는 제 2 유동 채널(430)을 정의하기 위해 사용될 수 있다. 유동 채널(430)은 시약 또는 분석물 유동에 적합한 임의의 깊이 및 폭을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 제 2 유동 채널(430)은 20㎛ 내지 200㎛, 50㎛ 내지 200㎛, 또는 50㎛ 내지 100㎛의 폭을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 제 2 유동 채널(430)은 20㎛ 내지 200㎛, 50㎛ 내지 200㎛, 또는 50㎛ 내지 100㎛의 깊이를 가질 수 있다. 제 2 유동 채널(430)의 부분(432)은 그 위에 나노 니들이 배치되도록 구성된다. 제 2 유동 채널(430)은 상기 제 2 유동 채널(430)의 나머지와 상기 부분(432)에 걸쳐 균일한 폭을 가질 수 있거나, 부분(432)은 나노 니들로 또는 나노 니들로부터 시약 또는 분석물 유동을 용이하게 하기 위해 제 2 유동 채널(430)의 나머지와 다른 적절한 형상 및 치수를 가질 수 있다.
도 5a 내지 5e는 도 1a 및 도 1b에 도시된 유형의 기기에서 베이스(504) 상에 나노 니들(502)을 형성하기 위한 예시적인 제조 순서를 도시한 개략도이다. 프로세스는 도 4a에 도시된 바와 같이 웨이퍼(501)로 시작할 수 있다. 베이스(501)는 단일 구성 웨이퍼일 수 있거나 또는 다층의 복합물일 수 있다. 일부 실시예에서, 웨이퍼(501)는 적합한 반도체 에칭 기술에 의해 에칭될 수 있는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 비제한적인 예에서, 베이스(501)는 Ge 웨이퍼이다.
도 5b에서, 나노와이어(503)는 Ge 웨이퍼(501)의 상부면에 수직으로 형성된다. 임의의 적합한 마이크로 제조 또는 나노 제조 기술이 나노와이어(503)를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 나노와이어(503)는 균일한 재료층을 증착하고 나노와이어(503) 외부의 재료 중 일부를 이방성으로 에칭 제거하기 위해 마스크를 사용함으로써 형성될 수 있다. 대안으로, 나노와이어(503)는 당업계에 공지된 바텀업 성장 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, VLS(Vapor-Liquid-Solid Growth) 성장 또는 VS(Vapor-Solid) 성장 공정이 사용될 수 있다. 비제한적인 일례에서, 나노와이어(503)는 에칭으로부터 나노와이어(503)의 횡단면적을 보호하는 에칭 마스크로 Ge 웨이퍼(501)를 이방성으로 에칭하여 형성될 수 있다. 에칭은 습식 에칭 또는 건식 에칭, 바람직하게는 이방성 반응성 이온 에칭(RIE)을 사용하여 수행될 수 있다. 형성된 나노와이어(503)는 직경이 20nm 내지 300nm, 50nm 내지 200nm, 또는 100nm 내지 200nm인 임의의 적절한 횡단면 형상을 가질 수 있다. 나노와이어(503)의 길이는 원래 웨이퍼(501)로부터의 에칭 깊이에 의해 제어될 수 있고, 5㎛ 내지 10㎛의 값을 가질 수 있다. 나노와이어(503)의 횡단면 형상 및 직경은 나노와이어(503)가 희생적으로 제거된 후 최종 나노 니들의 내경 및 형상을 결정한다.
도 5c에서, 베이스 재료(504)의 컨포멀층이 증착되고 웨이퍼(501)의 상부뿐만 아니라 나노와이어(503)의 측벽 및 상부를 덮는다. 베이스 재료(504)는 반도체 재료일 수 있고, 바람직하게는 베이스(504) 상에 형성된 최종 나노 니들을 지지하기에 충분한 기계적 강성을 갖는 고체 반도체 재료일 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 베이스 재료(504)는 실리콘 산화물을 포함한다.
도 5d에서, 베이스(504)의 상부면뿐만 아니라 나노와이어(503) 위의 베이스 재료(504)의 상부면 및 측벽을 덮는 층(506)이 증착된다. 층(506)은 제 1 유동 채널에서 액체에 대한 호환성뿐만 아니라 아래의 층들에 대한 보호를 제공하는 재료일 수 있다. 일부 실시예에서, 층(506)은 폴리디메틸실록산(PDMS)과 같은 폴리머 또는 SU-8과 같은 에폭시 수지를 포함할 수 있다.
도 5e에서, 나노와이어(503)가 그 상부면 상에 노출되도록, 나노와이어(503)의 팁의 상부 위에 층(506) 및 베이스 재료(504)의 일부를 선택적으로 에칭하기 위해 에칭이 수행된다.
도 6a 및 도 6b는 본 출원의 일 태양에 따른 제 1 유동 채널(621)에 대한 예시적인 제조 순서의 평면도를 예시하는 개략도이다. 프로세스는 도 6a에 도시된 바와 같이 커버 재료(606)로 시작할 수 있다. 본 출원의 일부 태양은 Si 또는 SiO2와 같은 반도체 기판, 또는 가요성의 몰딩된 폴리머 기판인 커버 재료 상에 제조된 제 1 유동 채널(621)을 제공하지만, 임의의 적합한 기판이 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 비제한적인 일례에서, 커버 재료(606)는 PDMS를 포함한다.
도 6b에서, 제 1 유동 채널(620)은 커버(606)의 하부 표면에 형성된다. 일부 실시예에서, 제 1 유동 채널(620)은 50㎛ 내지 100㎛의 폭을 갖는다. 제 1 유동 채널(620)은 나노 니들이 내부에 배치되도록 구성된 협착부(624)를 포함한다. 협착부(624)에 적합한 임의의 형상(624)이 도 1a 및 도 1b에 도시된 기기(100)와 관련된 논의에 따른 크기로 사용될 수 있다. 제 1 유동 채널(620)의 나머지로부터 협착부(624)로의 전환은 점진적일 수 있거나 갑작스러운 인터페이스일 수 있다. 일부 실시예에서, 협착부(624)는 20㎛ 내지 50㎛, 예를 들어 40㎛의 길이를 가질 수 있다. 포트(621 및 623)는 제 2 유동 채널(620)에 도달하도록 베이스(606)를 에칭함으로써 형성되고, 세포를 함유한 제 1 유체의 순환을 위해 구성된다. 포트(631, 633)는 또한 제 2 유동 채널(620)에 도달하도록 베이스(606)를 에칭함으로써 형성되고 나노 니들을 통해 세포로 주입하기 위한 제 2 유체를 순환시키도록 구성된다.
도 7a 내지 7c는 일부 태양에 따라 나노 니들을 형성하고 상기 나노 니들을 제 1 및 제 2 유동 채널에 부착하기 위한 예시적인 제조 순서를 도시한 개략도이다.
도 7a에서, 베이스(606)는 먼저 도 5e에 도시된 완성된 구조 및 도 6b에 도시된 구조를 함께 가져와 베이스(606)에 있는 제 1 유동 채널(629)과 나노 니들(502)을 주의깊게 정렬함으로써 층(506)의 상부면에 결합된다. 일부 실시예에서, PDMS층(506) 위에 PDMS 베이스(606)의 결합은 산소 플라즈마 처리에 의해 촉진되어 두 재료 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다. 커버(606)가 층(506) 위에 결합될 때 열악한 측면 정렬로 인해 나노 니들(502)이 파손될 할 수 있음을 알아야 한다. 일부 실시예에서, 제 1 유동 채널(620)의 폭(y)은 본딩 정렬을 고려하여 선택될 수 있고, 다수의 나노 니들이 제공되는 경우 단일 나노 니들 기기에 비해 증가해야 한다.
도 7b에서, 웨이퍼(501) 및 나노와이어(503) 모두는 적절한 에칭 프로세스에 의해 제거된다. 일 실시예에서, 웨이퍼(501) 및 나노와이어(503)는 모두 Ge이고, H2O2를 포함한 습식 에칭용액에서 제거된다. 나노와이어(503)가 제거된 후, 측벽 재료(504)는 나노 니들(502)의 구조를 형성하고 제 1 개구(601)와 제 2 개구(603) 사이에서 뻗어 있다는 것을 이해해야 한다.
도 7c에서, 기판(410)은 도 7b에 도시된 완성된 구조 및 도 4b에 도시된 구조를 가져와 기판(410)에 있는 제 2 유동 채널(430)과 나노 니들(502)을 주의깊게 정렬함으로써 베이스(504)의 하부면에 결합된다.
도 8a 및 도 8b는 본 출원의 일부 실시예에 따라 나노 니들 어레이를 형성하고 상기 나노 니들 어레이를 제 1 및 제 2 유동 채널에 부착하기 위한 제조 순서의 횡단면도를 도시한 개략도이다. 도 8a는 나노와이어 어레이(503)를 갖는 층(506) 위에 도 5e에 도시된 완성된 구조의 베이스(606)를 도시한다. 웨이퍼(501) 및 나노와이어(503) 모두는 적절한 에칭 프로세스에 의해 제거된다. 일 실시예에서, 웨이퍼(501) 및 나노와이어(503)는 모두 Ge이고, H2O2를 포함한 습식 에칭용액에서 제거된다. 나노와이어(503)를 에칭한 후, 측벽(504)은 나노 니들(502)이 된다.
도 8b에서, 기판(410)은 베이스(504)의 하부 표면 아래에 접합되어, 나노 니들(502)의 어레이가 제 2 유동 채널(430)에 배치된다. 제 1 유동 채널(620)의 폭(y)은 나노 니들 어레이(502)의 여러 나노 니들을 수용하도록 선택될 수 있다.
도 9a는 대안적인 실시예에 따른 기기(900)의 횡단면도를 도시한 개략도이다. 기기(900)는 많은 측면에서 도 1b에 도시된 기기(100)와 유사하나, 한 가지 차이점은 나노 니들(102)이 기판(904)에 배치되고 기판에 의해 지지된다는 것이다. 기판(904)은 나노 니들(102)의 하부 개구(903)와 일치하는 개구(905)를 포함한다. 도 9b는 기기(900)의 평면도를 도시한 개략도이다.
도 10a 내지 10j는 일부 태양에 따라 기기(900)를 형성하기 위한 예시적인 제조 순서를 도시한 개략도이다. 프로세스는 도 10a에 도시된 바와 같이 Ge 웨이퍼(1001)로 시작할 수 있다. 도 10b에서, 유전체층(1004)은 Ge 웨이퍼(1001)의 상부면 위에 증착된다. 유전체층은 임의의 적합한 반도체 재료일 수 있다. 일부 실시예에서, 유전체층은 실리콘 질화물이다. 일 예에서, 약 500nm 두께의 실리콘 질화물이 화학기상증착 공정을 통해 유전체층(1004)으로서 증착된다.
도 10c에서, 개구(1005)는 RIE와 같은 적절한 에칭 기술로 포토 리소그래피 또는 전자빔 리소그래피를 사용하여 유전체층(1004)에 형성된다. 개구(1005)의 측면 크기 또는 직경은 예를 들어 150nm일 수 있다.
도 10d로 진행하면, 추가적인 반도체 재료(1007)가 유전체층(1004) 및 개구(1005)를 덮도록 증착된다. 일부 실시예들에서, 반도체 재료(1007)는 Ge이고 화학기상증착(CVD) 또는 원자층 증착과 같은 적절한 기체상 증착 프로세스를 사용하여 증착될 수 있다. .
도 10e에서, Ge 나노와이어(1003)는 증착된 Ge 재료(1007)를 에칭함으로써 형성된다. Ge 나노와이어(1003)는 최종 나노 니들의 내경의 크기 및 형상을 한정할 수 있은 임의의 적합한 직경 또는 형상을 가질 수 있다. 일 예에서, Ge 나노와이어(1003)는 100nm의 직경을 갖는다.
도 10f에서, 컨포멀층(1006)이 증착되고 유전체층(1004)의 상부뿐만 아니라 나노와이어(1003)의 측벽 및 상부를 덮는다. 일부 실시예에서, 컨포멀층(1006)은 CVD 증착된 실리콘 산화물이다. 비제한적인 일례에서, 실리콘 산화물(1006)의 두께는 150nm이다.
도 10g에서, RIE 에칭이 수행되어 나노와이어(1003)가 상부면 상에 노출되도록 상기 나노와이어(1003)의 상부 위의 층(1006)의 일부를 선택적으로 에칭한다.
도 10h에서, 제 1 유동 채널을 갖는 베이스(606)가 유전체층(1006)의 상부면 위에 본딩된다. 도 10i에서, Ge 웨이퍼(1001) 및 나노와이어(1003)는 H2O2를 포함한 습식 에칭용액을 사용하는 것과 같이 적절한 Ge 에칭 프로세스에 의해 제거된다. 나노와이어(1003)가 제거된 후, 측벽 재료(1006)는 도 10j에 도시된 바와 같이 나노 니들(1002)의 구조를 형성한다는 것을 이해해야 한다. 또한 도 10j에 도시된 바와 같이, 제 2 유동 채널(430)을 갖는 기판(410)이 유전체층(1004)의 하부면 아래에 본딩된다.
본 발명자는 대안적인 기기(900)에서 나노 니들에 대한 더 작은 치수 및 제 1 유동 채널 내부의 협착부가 전자빔 리소그래피와 같은 정밀한 나노 리소그래피 기술을 사용하여 제공될 수 있음을 이해하고 인정하였다. 예를 들어, 도 10j에 도시된 바와 같이, 가장 좁은 지점에서 제 1 유동 채널의 높이(z) 및 폭(y)은 5㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 나노 니들(1002)의 높이(h)는 증착된 Ge 재료(1007)의 두께에 의해 선택적으로 제어될 수 있으며, 1㎛ 내지 5㎛, 또는 2㎛ 내지 4㎛일 수 있다.
도 11은 본 출원의 일 태양에 따른 나노펌프(1102) 및 압전 멤브레인 드라이버(1112)를 갖는 기기(1100)의 횡단면도를 도시한 개략도이다. 압전 멤브레인 드라이버(1112)는 나노 니들(1102)의 개구(1103)를 향하는 기판(1110)의 표면 근처에 형성될 수 있고, 제 2 유동 채널(1130)에서 액체에 압력을 가하여 제 1 유동 채널(620)에서 나노 니들(1102)이 침투한 세포로부터의 유체의 주입 및 추출을 제어하도록 구성될 수 있다.
도 12a는 본 출원의 일 태양에 따른 나노펌프(1202)의 횡단면도를 도시한 개략도이다. 나노펌프(1202)는 측벽 재료(1202)로 구성되며 반도체 또는 폴리머 기판(1204)으로부터 뻗어 있다. 유전체(1206) 또는 다른 층이 기판 상에 형성될 수 있으며, 그 위에 나노 니들(1202)의 베이스(1208)가 형성될 수 있다. 나노 니들(1202)의 측벽(1205)은 나노 니들이 제조될 수 있은 상술한 재료들 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 플루오로폴리머(예를 들어, 테플론) 또는 다른 소수성(예를 들어 소수성 또는 초소수성 폴리머) 코팅(1207)이 나노 니들 측벽(1205)의 외부면 상에 도포될 수 있다. 코팅은, 예를 들어, 기상증착 또는 용액 화학 반응에 의해 형성될 수 있은 하나 이상의 박막을 포함할 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 나노 니들 측벽(1205)은 금속과 같은 전도성 재료, 예를 들어 금, 은, 구리 또는 티타늄으로 형성될 수 있다. 나노 니들(1202)이 배치된 유동 채널에서 액체와 접촉하는 카운터 전극(미도시)이 제공될 수 있어, 나노 니들(1202)의 전도성 측벽(1205)과 카운터 전극 사이에 전압이 인가될 수 있다. 전압은 나노 니들(1202)의 개구(1201)로부터 유체(1210)의 흡입 및 배출을 제어하는데 사용될 수 있다.
액체(1210)는 나노 니들(1202)의 개구(1201)가 상기 나노 니들(1202)이 침투한 후 세포 또는 세포핵 내에 위치될 경우 세포 내 유체일 수 있다. 도 12a는 바이어스 전압이 인가되지 않을 때 나노펌프(1202)를 도시한 것이다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 나노 니들(1202)의 외부면은 일반적으로 친수성이기 때문에 액체(1210)가 개구(1201)를 통해 나노 니들(1202) 내부로 유입되지 않을 것이다.
도 12b는 본 출원의 일 태양에 따른 바이어스 전압 하에 나노펌프(1202)의 횡단면도를 도시한 개략도이다. 전도성 측벽(1205)과 카운터 전극 사이에 바이어스 전압이 인가될 때, 나노 니들(1202)을 형성하는 전도성 측벽(1205) 상에 양전하가 형성되고 유체(1210)는 전기 습윤 효과 및 모세관 작용에 의해 하부 개구(1203)를 통해 개구(1201)를 거쳐 나노 니들(1202)로 인출된다. 이어서, 바이어스 전압이 지속적으로 인가되면서 나노 니들(1202)이 세포 내부로부터 출수될 수 있다. 철수 후, 바이어스 전압이 제거되어 모세관 작용 및 외부면의 소수성의 결과로서 유체가 나노 니들(1202)로부터 배출될 수 있다.
도 13은 본 출원의 일 태양에 따른, 나노펌프 장치(1340)를 포함하는 예시적인 의료 시스템(1300)을 도시한 개략도이다. 피험자(1310)는 환자, 사용자, 의료 시스템(1300)의 조작자, 또는 일부 실시예에서 자기 진단 또는 치료적 사용을 위한 환자 및 의료 시스템(1300)의 조작자 둘 다일 수 있다. 기기(1340)는 도 1a 내지 도 12b와 관련하여 상술한 실시예들과 유사한, 나노 니들을 갖는 나노펌프일 수 있다. 기기(1340)는 편집 유닛(1350)과 함께 장치(1360) 내에 배치될 수 있다. 피험자(1310)로부터의 혈액 또는 체액 샘플과 같은 샘플이 세포 분류기(1330)에서 처리될 수 있으며, 여기서 세포는 하이스루풋(High Throughput) 및 높은 선택도로 분리되지만, 다른 유형의 세포 처리 기기가 또한 사용될 수 있다. 관심 세포를 함유하는 유체가 세포 분류기(1330)에서 장치(1360)로 수송되거나 순환된다. 장치(1360) 내에서, 편집 유닛(1350)은 화학 약물 화합물의 첨가, CRISPR과 같은 당업계에 공지된 다양한 수단을 사용하여 DNA, RNA, 지질, 단백질 또는 게놈의 편집과 같은 기능을 수행할 수 있다. 편집 유닛은 이전 단락 중 어느 한 단락에서 언급된 바와 같은 방법으로 나노펌프 장치(1340)를 사용하여 관심 세포를 처리할 수 있다. 장치(1360)는 편집 유닛(1350)에서의 처리의 결과로서 하나 이상의 편집된 세포를 세포 배양 유닛(1320)으로 출력할 수 있다. 세포 배양 유닛(1320)의 출력물은 피험자(1310)에 있는 하나 이상의 질병에 대한 치료용액으로서 피험자(1310)에 다시 주입될 수 있다.
일부 실시예에서, 장치(1360) 내의 하나 이상의 구성요소는 동일하거나 상이한 구성 세트를 갖는 새로운 애플리케이션을 위해 장치(1360)를 재구성하는데 유연성을 허용하는 소모품일 수 있다. 예를 들어, 나노펌프 장치(1340)는 소모품 카트리지의 형태로 제공될 수 있어서, 전체 장치(1360)를 바꿀 필요 없이, 니들 치수와 같은 상이한 나노 니들 구성을 갖는 상이한 나노펌프 장치 또는 생화학적 기능화가 이전에 사용된 나노펌프 장치 카트리지를 대체하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 소모품 카트리지는 의료 시스템(1300)을 구성 및 재구성하는 비용을 감소시킬 수 있다.
도 14는 본 출원의 다른 태양에 따른 예시적인 의료 시스템(1400)을 도시한 개략도이다. 의료 시스템(1400)에서, 세포 분류기(1430)는 T-세포, NK 세포, 줄기 세포 등과 같은 특정 관심 세포 그룹을 스크리닝하고 분리할 수 있다. 장치(1460)는 세포 용해, DNA 분리, PCR-유전자 증식 또는 NK 세포 유전자 주입 방법을 수행하기 위해 이전 단락 중 어느 하나를 수행하는 데 있어 상술한 기기와 같은 나노펌프 장치를 사용할 수 있다. 장치(1460)로부터의 출력물이 세포 배양 유닛(1420)에서 처리된 후, 세포 배양 유닛(1420)의 출력물이 하나 이상의 질병에 대한 치료용액으로서 환자에게 다시 주입될 수 있다.
도 15는 본 출원의 일 태양에 따른 예시적인 기기(1500)를 도시한 개략도이다. 기기(1500)는 나노 니들의 하단 개구에 연결된 별개의 제 2 유동 채널 내의 유체에 기초하여 개별화된 주입 및/또는 추출을 가능하게 하기 위해, 서로 구별되고 분리된 각각의 제 2 유동 채널(1530a, 1530b 및 1530c)에 각각 연결된 다수의 나노 니들(1502a, 1502b, 1502c)을 포함한다. 도 15에 도시된 실시예에서, 다수의 나노 니들(1502a, 1502b, 1502c)은 다른 높이를 가지며, 제 1 유동 채널의 세포가 다수의 나노 니들(1502a, 1502b, 1502c)에 부착되거나 하나 이상의 세포들의 상이한 깊이로 침투하도록 구성될 경우 상이한 깊이로 침투하도록 구성된다. 기판(1510)은 폴리머 또는 직물과 같은 가요성 및 신축성 재료로 형성될 수 있어, 기기(1500)는 예를 들어 뇌의 세포/조직을 전기적으로 또는 전기 화학적으로 자극함으로써 뇌 연구를 위한 가요성 어레이일 수 있다. 더욱이, 이러한 기기는 또한 뇌의 세포 또는 조직에 약물, 유전자, 신경전달물질 등을 주입할 수 있다.
본 발명자는 본원에 기술된 장치와 같은 기능성 장치의 제조로 뇌 연구 및 신경계 질환 치료가 가능해 질 수 있음을 인식하고 인정하였다. 나노 니들(1502a- 1502c) 각각은 나노펌프일 수 있지만, 하나 이상의 유동 채널(1530a-1530c)이 유체 펌핑을 수행하기 위해 외부 마이크로 펌프에 연결될 수 있다.
따라서, 본 발명의 적어도 하나의 실시예의 여러 태양을 기술하였지만, 다양한 변경, 수정 및 개선이 당업자에게 용이하게 발생할 것임을 이해해야 한다. 이러한 변경, 수정 및 개선은 본 개시의 일부로 의도되어 있고 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 있도록 의도되어 있다. 또한, 본 발명의 이점을 나타내었지만, 본 명세서에 서술된 기술의 모든 실시예가 모든 서술된 이점을 포함하는 것이 아님을 이해해야 한다. 일부 실시예는 본 명세서에서 이점적인 것으로 서술된 임의의 특징을 구현하지 않을 수 있으며, 일부 경우에 서술된 특징들 중 하나 이상이 추가 실시예를 달성하도록 구현될 수 있다. 따라서, 상술한 설명 및 도면은 단지 예일 뿐이다.
본 발명의 다양한 태양은 단독으로, 조합하여 또는 상술한 실시예에서 구체적으로 언급하지 않은 다양한 구성으로 사용될 수 있으며, 따라서 상술한 명세서에 나타내거나 도면에 도시된 구성요소의 세부 사항 및 구성에 적용되는 것으로 국한되지 않는다. 예를 들어, 일 실시예에 기술된 태양들은 다른 실시예에 기술된 태양들과 임의의 방식으로 조합될 수 있다.
또한, 본 발명은 일예가 제공된 방법으로서 구현될 수 있다. 방법의 일부로서 수행되는 동작은 임의의 적절한 방식으로 순번지어질 수 있다. 따라서, 예시적인 실시예에서 순차적인 동작으로 도시되어 있지만, 일부 동작을 동시에 수행하는 것을 포함하여, 도시된 것과 다른 순서로 동작이 수행되는 실시예가 구성될 수 있다.
이러한 변경, 수정 및 개선은 본 개시의 일부로 의도되어 있고 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 있도록 의도되어 있다. 또한, 본 발명의 이점을 나타내었지만, 본 발명의 모든 실시예가 모든 설명된 이점을 포함하는 것은 아님을 이해해야 한다. 일부 실시예는 본 명세서 및 일부 경우에 이점적인 것으로 기술된 특징을 구현하지 않을 수 있다. 따라서, 상기 명세서 및 도면은 단지 예일 뿐이다.
청구항 요소를 수정하기 위한 청구항에서 "제 1", "제 2", "제 3" 등과 같은 서수 용어의 사용은 그 자체로 방법의 동작이 수행되나 청구항 요소를 식별하기 위해 특정 명칭을 갖는 한 청구항 요소를 (서수 용어를 사용하기 위해) 동일한 명칭을 갖는 다른 요소와 구별하기 위한 단지 라벨로서 사용되는 다른 순서 또는 시간적 순서보다 한 청구항 요소의 우선순위, 상위 또는 순서를 의미하지 않는다.
"대략" 및 "약"이라는 용어는 일부 실시예에서 목표치의 ±20% 이내, 일부 실시예에서 목표치의 ±10% 이내, 일부 실시예에서 목표치의 ±5% 이내, 그리고 여전히 일부 실시예에서 목표치의 ±2% 내에 있는 것을 의미하는 것으로 사용될 수 있다. "대략" 및 "약"이라는 용어는 그 목표치를 포함할 수 있다.
또한, 본원에 사용된 어구 및 용어는 설명을 위한 것이며 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 본 명세서에서 "포함하는", "구비하는" 또는 "갖는", "함유하는", "관련하는" 및 그 변형의 사용은 이후에 열거된 항목 및 그 등가물뿐만 아니라 추가 항목을 포함하는 것으로 의도되어 있다.

Claims (42)

  1. 제 1 유동 방향을 따라 순환하는 세포를 포함하는 제 1 유체를 수용하도록 구성된 제 1 유동 채널; 및
    상기 제 1 유동 채널 내에 배치되고 상기 세포를 침투하도록 구성된 나노 니들을 포함하고,
    상기 제 1 유동 채널은 상기 나노 니들에 인접한 협착부를 포함하는 기기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유동 채널은 상기 협착부 내의 제 1 부분 및 상기 협착부 외부의 제 2 부분을 가지며, 상기 제 1 부분은 제 1 유동 방향에 수직인 제 1 방향을 따라 제 1 크기를 갖고, 상기 제 2 부분은 상기 제 1 방향을 따라 제 2 크기를 가지며, 상기 제 1 크기는 상기 제 2 크기보다 작은 기기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 크기는 상기 제 1 유동 채널 내의 세포가 상기 나노 니들에 의해 침투되게 하도록 구성되는 기기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 크기는 세포 평균 직경의 0.25배 내지 5배인 기기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 크기는 세포 평균 직경의 0.5배 내지 2배인 기기.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 크기는 0.25㎛ 내지 200㎛인 기기.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 크기는 0.5㎛ 내지 100㎛인 기기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 세포는 동물 세포, 식물 세포, 박테리아 세포 또는 진균 세포인 기기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 세포는 핵을 포함하고, 상기 나노 니들은 상기 세포의 핵을 침투하도록 구성되는 기기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 세포는 핵을 포함하고, 상기 나노 니들은 상기 세포의 막을 침투하도록 구성되는 기기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    제 2 유체를 수용하도록 구성된 제 2 유동 채널을 더 포함하고,
    상기 나노 니들은 상기 제 1 유동 채널에 배치된 제 1 개구 및 상기 제 2 유동 채널에 배치된 제 2 개구를 포함하며, 상기 제 2 유동 채널은 상기 나노 니들을 통해 상기 제 1 유동 채널과 유체 소통하도록 구성되는 기기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    제 2 유체를 수용하도록 구성된 제 2 유동 채널을 더 포함하고,
    상기 나노 니들은 상기 제 1 유동 채널에 배치된 제 1 개구 및 상기 제 2 유동 채널에 배치된 제 2 개구를 포함하며, 상기 제 2 유동 채널은 상기 나노 니들을 통해 상기 세포의 내부와 유체 소통하도록 구성되는 기기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 유동 채널에 배치되고 상기 나노 니들을 통해 상기 세포의 내부로 유체를 주입하거나 유체를 추출하도록 구성된 기계식 액추에이터를 더 포함하는 기기.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 나노 니들은 전도성 측벽을 갖는 나노펌프를 포함하고, 상기 나노펌프는 상기 나노 니들을 통해 상기 세포의 내부로 유체를 주입하거나 유체를 추출하도록 구성되는 기기.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 니들은 상기 제 1 유동 채널에서 상기 제 1 유체에 노출되도록 구성되고 길이가 0.5㎛ 내지 100㎛인 제 1 나노 니들 세그먼트를 포함하는 기기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 나노 니들 세그먼트는 5nm 내지 1000nm의 평균 외부 크기를 갖는 제 1 개구를 포함하는 기기.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 나노 니들 세그먼트는 5nm 내지 1000nm의 평균 내부 크기를 갖는 제 1 개구를 포함하는 기기.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유동 채널의 제 1 부분은 광학 현미경 조명 파장에 대해 투명한 기기.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 니들은 제 1 나노 니들이며, 상기 기기는:
    상기 제 1 유동 채널 내에 배치되고 상기 세포를 침투하도록 구성된 제 2 나노 니들을 더 포함하는 기기.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 나노 니들은 제 1 나노 니들이고, 상기 기기는 제 3 유체를 수용하도록 구성된 제 3 유동 채널, 및 상기 제 1 유동 채널 내에 배치되고 상기 세포를 침투하도록 구성된 제 2 나노 니들을 더 포함하며,
    상기 제 2 나노 니들은 상기 제 1 유동 채널에 배치된 제 3 개구 및 상기 제 3 유동 채널에 배치된 제 4 개구를 포함하고, 상기 제 3 유동 채널은 상기 제 2 나노 니들을 통해 상기 세포의 내부와 유체 소통되도록 구성되는 기기.
  21. 나노스케일 와이어를 형성하는 단계;
    상기 나노스케일 와이어를 둘러싸는 측벽 재료를 형성하는 단계;
    상기 나노스케일 와이어를 제 1 유동 채널 내에 배치하는 단계;
    상기 나노스케일 와이어를 상기 제 1 유동 채널 내에 배치한 후에, 상기 측벽 재료로부터 나노 니들을 형성하기 위해 상기 나노와이어를 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 나노펌프 장치의 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 나노스케일 와이어를 형성하는 단계는 반도체 기판 상에 나노스케일 와이어를 형성하는 단계를 포함하여, 상기 나노스케일 와이어가 반도체 기판의 평면에 실질적으로 수직인 방향을 따라 신장되는 나노펌프 장치의 제조 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 나노스케일 와이어는 반도체 기판에 의해 지지되는 제 1 단부 및 상기 제 1 단부에 대해 먼 제 2 단부를 가지며, 상기 측벽 재료는 상기 나노스케일 와이어의 제 1 단부를 둘러싸는 제 1 부분 및 상기 나노스케일 와이어의 제 2 단부를 둘러싸는 제 2 부분을 포함하고, 상기 방법은:
    유동 채널 부착면이 상기 반도체 기판의 평면으로부터 멀리 대면하는 지지 층에 상기 나노스케일 와이어의 제 1 단부 및 상기 측벽 재료의 제 1 부분을 매립하는 단계를 더 포함하는 나노펌프 장치의 제조 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 유동 채널 내부에 나노스케일 와이어를 배치하는 단계는 상기 나노스케일 와이어의 제 1 단부가 상기 제 1 유동 채널 내부에 배치되도록 상기 지지층의 유동 채널 부착면을 상기 제 1 유동 채널에 결합시키는 단계를 포함하는 나노펌프 장치의 제조 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 반도체 기판을 제거하는 단계를 포함하는 나노펌프 장치의 제조 방법.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 방법은:
    나노 니들을 형성하기 위해 나노와이어를 제거한 후, 상기 제 2 유동 채널이 상기 나노 니들을 통해 상기 제 1 유동 채널과 유체 소통되도록 상기 나노 니들을 제 2 유동 채널에 노출시키는 단계를 더 포함하는 나노펌프 장치의 제조 방법.
  27. 제 21 항에 있어서,
    상기 측벽 재료로부터 나노 니들을 형성하기 위해 상기 나노스케일 와이어를 선택적으로 제거하는 단계는 상기 나노스케일 와이어의 선택적 습식 에칭을 포함하는 나노펌프 장치의 제조 방법.
  28. 제 21 항에 있어서,
    상기 나노 니들은 제 1 나노 니들이고, 상기 방법은:
    제 2 나노 니들을 형성하는 단계;
    상기 제 1 유동 채널 내에 상기 제 1 나노 니들의 제 1 단부 및 상기 제 2 나노 니들의 제 1 단부를 배치하는 단계를 포함하는 나노펌프 장치의 제조 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 제 2 유동 채널이 상기 제 1 나노 니들을 통해 상기 제 1 유동 채널과 유체 소통되도록 상기 제 1 나노 니들의 제 2 단부를 제 2 유동 채널에 배치하는 단계; 및
    상기 제 3 유동 채널이 상기 제 2 나노 니들을 통해 상기 제 1 유동 채널과 유체 소통되도록 상기 제 2 나노 니들의 제 2 단부를 제 3 유동 채널에 배치하는 단계를 포함하는 나노펌프 장치의 제조 방법.
  30. 제 1 유동 채널, 제 2 유동 채널, 상기 제 1 유동 채널에 배치된 제 1 개구 및 상기 제 2 유동 채널에 배치된 제 2 개구를 포함하는 나노 니들을 구비하고, 상기 제 1 유동 채널은 상기 나노 니들에 인접한 협착부를 포함하는 기기의 작동 방법으로서,
    상기 제 1 유동 채널에서 제 1 유동 방향을 따라 세포를 포함하는 제 1 유체를 순환시키는 단계;
    상기 나노 니들로 상기 세포를 침투하는 단계;
    상기 제 2 유동 채널 내에 시약을 함유한 제 2 유체를 수용하는 단계; 및
    상기 나노 니들을 통해 상기 제 2 유체로부터 세포 내로 시약을 수송하는 단계를 포함하는 기기의 작동 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 제 1 유동 채널은 협착부 내의 제 1 부분 및 협착부 외부의 제 2 부분을 가지며, 상기 제 1 부분은 제 1 유동 방향에 수직인 제 1 방향을 따라 제 1 크기를 갖고, 상기 제 2 부분은 제 1 방향을 따라 제 2 크기를 가지며,
    상기 제 1 크기는 상기 제 2 크기보다 작은 기기의 작동 방법.
  32. 제 30 항에 있어서,
    시약을 상기 제 2 유동 채널로부터 세포의 핵으로 수송하는 단계를 더 포함하는 기기의 작동 방법.
  33. 제 30 항에 있어서,
    세포의 막을 통해 상기 제 2 유동 채널로부터 시약을 수송하는 단계를 더 포함하는 기기의 작동 방법.
  34. 제 30 항에 있어서,
    기설정된 순환 타이밍으로 상기 제 1 유동 채널 내에서 세포를 순환시키는 단계; 및
    상기 기설정된 순환 타이밍에 적어도 부분적으로 기초한 타이밍 및 투여량으로 시약의 수송을 제어하는 단계를 더 포함하는 기기의 작동 방법.
  35. 제 30 항에 있어서,
    상기 세포로부터 분석물을 상기 제 2 유동 채널로 수송하는 단계를 포함하는 기기의 작동 방법.
  36. 제 30 항에 있어서,
    상기 세포는 상기 나노 니들로 세포를 침투시킨 후에도 생존 가능한 기기의 작동 방법.
  37. 제 30 항에 있어서,
    상기 나노 니들로 세포를 침투시킨 데 이어, 상기 세포가 제 1 유체에서 재순환되도록 상기 세포로부터 나노 니들을 제거하는 단계를 더 포함하는 기기의 작동 방법.
  38. 제 30 항에 있어서,
    상기 나노 니들은 제 1 나노 니들이고 상기 기기는 상기 제 1 유동 채널에 배치된 제 2 나노 니들을 더 포함하며, 상기 방법은:
    상기 나노 니들로 세포를 침투시킨 데 이어, 상기 제 2 나노 니들로 세포를 침투시키는 단계를 더 포함하는 기기의 작동 방법.
  39. 제 1 유동 채널, 시약을 포함하는 유체를 갖는 제 2 유동 채널, 상기 제 1 유동 채널에 배치된 제 1 개구 및 상기 제 2 유동 채널에 배치된 제 2 개구를 포함하는 나노 니들을 포함하는 나노펌프를 구비하고,
    상기 제 1 유동 채널은 사용자로부터 세포를 포함하는 제 1 샘플을 수용하도록 구성되며,
    상기 나노 니들은 상기 세포 내부에 침투하여 시약을 수송하도록 구성되는 의료 시스템.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 나노펌프가 제 2 샘플을 사용자에게 수송하도록 구성되는 의료 시스템.
  41. 제 39 항에 있어서,
    상기 사용자로부터 체액을 받고 세포를 포함하는 상기 제 1 샘플을 상기 제 1 유동 채널로 수송하도록 구성된 세포 분류기를 더 포함하는 의료 시스템.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 나노펌프 및 상기 세포 분류기가 하우징 내에 배치되는 의료 시스템.
KR1020207000907A 2017-06-16 2018-06-15 나노 니들 및 관련된 기기 및 방법 KR20200043369A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762521276P 2017-06-16 2017-06-16
US62/521,276 2017-06-16
PCT/US2018/037825 WO2018232287A1 (en) 2017-06-16 2018-06-15 Nanoneedle and related apparatus and methods

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200043369A true KR20200043369A (ko) 2020-04-27

Family

ID=64659925

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207000907A KR20200043369A (ko) 2017-06-16 2018-06-15 나노 니들 및 관련된 기기 및 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20200115671A1 (ko)
EP (1) EP3638798A4 (ko)
JP (1) JP2020524001A (ko)
KR (1) KR20200043369A (ko)
CN (1) CN111356765A (ko)
WO (1) WO2018232287A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115605572A (zh) * 2020-03-10 2023-01-13 哈因斯科技株式会社（Jp） 经由复合纳米管的细胞内物质导入和提取技术

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000020554A1 (en) * 1998-10-08 2000-04-13 Astrazeneca Ab Microfabricated cell injector
US6686299B2 (en) * 2001-06-21 2004-02-03 Carlo D. Montemagno Nanosyringe array and method
US20040063100A1 (en) * 2002-09-30 2004-04-01 Wang Chung Lin Nanoneedle chips and the production thereof
JP2005278480A (ja) * 2004-03-29 2005-10-13 Fujitsu Ltd 物質導入装置及び物質導入用チップ
US20070249038A1 (en) * 2006-04-21 2007-10-25 Andrea Adamo Microfluidic device for single cell targeted operations
EP2421595A1 (en) * 2009-04-23 2012-02-29 National University of Singapore An apparatus that includes nano-sized projections and a method for manufacture thereof
JP5504535B2 (ja) * 2010-03-11 2014-05-28 独立行政法人産業技術総合研究所 細胞の分離法および分離装置
WO2013059343A1 (en) * 2011-10-17 2013-04-25 Massachusetts Institute Of Technology Intracellular delivery
US20130101482A1 (en) * 2011-10-21 2013-04-25 Nanoinjection Technologies, L.L.C. Systems and devices for restraining a micro-object and associated methods
US20130171722A1 (en) * 2012-01-03 2013-07-04 City University Of Hong Kong Method and apparatus for delivery of molecules to cells
CN104178414B (zh) * 2014-07-15 2017-05-03 香港城市大学 一种向细胞内递送物质的装置和方法
NL2013393B1 (en) * 2014-08-30 2016-06-21 Univ Delft Tech Integrated (bio) detection with micro fluidic micro needles for analytical application.
KR20170082629A (ko) * 2014-11-13 2017-07-14 님 싸이언티픽 인코포레이티드 대규모, 저 비용 나노센서, 나노니들 및 나노펌프 어레이
EP3037518B1 (en) * 2014-12-28 2020-05-06 Femtobiomed Inc. Device for putting material into cell
JP6449057B2 (ja) * 2015-03-10 2019-01-09 国立研究開発法人産業技術総合研究所 ナノニードルアレイを用いた細胞への物質導入法
CN105483002B (zh) * 2016-01-27 2018-06-29 河海大学常州校区 可控剂量显微注射装置及其操作方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018232287A8 (en) 2019-01-10
JP2020524001A (ja) 2020-08-13
US20200115671A1 (en) 2020-04-16
EP3638798A1 (en) 2020-04-22
EP3638798A4 (en) 2021-03-03
WO2018232287A1 (en) 2018-12-20
CN111356765A (zh) 2020-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4213160B2 (ja) 膜タンパク質分析用平面脂質二重膜の形成方法とその装置
JP6449266B2 (ja) 流体ピックアップを備えるマイクロ流体システム
DE69637443T2 (de) Integrierte Nukleinsäure-Diagnostikvorrichtung
US20200354781A1 (en) Cell analysis device, apparatus, and cell analysis method using same
EP1967581B1 (en) CMOS compatible method for manufacturing microneedle structures
US8594762B2 (en) System for and method of positioning cells and determining cellular activity thereof
US20030180965A1 (en) Micro-fluidic device and method of manufacturing and using the same
US9462969B2 (en) Microneedle
JP3035608B2 (ja) マイクロキャピラリーアレイ、その製造方法、及び物質注入装置
JP2003511699A (ja) 液体環境内にある細胞の測定を行なう方法および装置
CN109689214B (zh) 利用标准硅技术制造的芯片上器官装置的多用途3d可拉伸微环境
US20050009171A1 (en) Device and method for analyzing ion channels in membranes
JP2008194573A (ja) 脂質二重膜形成方法
WO2013158021A1 (en) A nanocapillary device for biomolecule detection, a fluidic network structure and a method of manufacturing thereof
CN100506969C (zh) 测量细胞膜的电生理性质的基片和方法
KR20200043369A (ko) 나노 니들 및 관련된 기기 및 방법
CN109097264B (zh) 一种用于细胞膜片钳的微流控细胞吸附芯片
WO2008051169A1 (en) Tip electrode chamber for small volume electroporation
KR100897524B1 (ko) 혈장 분리용 마이크로 필터 소자
JP6827847B2 (ja) 洗浄機能付き単一細胞解析装置
Stumpp et al. Scalable mesh microelectrode arrays for neural spheroids and organoids
Jeffries et al. Open Volume Microfluidic Probes
Konishi et al. Self-aligned bio probe with novel operating mechanism for extra and intra cellular measurement
JP2012145501A (ja) サンプル液濃縮用容器、サンプル液供給容器セット、マイクロチップセット及びサンプル液濃縮方法