KR20210015247A - 전기천공장치 - Google Patents

전기천공장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20210015247A
KR20210015247A KR1020190093804A KR20190093804A KR20210015247A KR 20210015247 A KR20210015247 A KR 20210015247A KR 1020190093804 A KR1020190093804 A KR 1020190093804A KR 20190093804 A KR20190093804 A KR 20190093804A KR 20210015247 A KR20210015247 A KR 20210015247A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
inlet
outlet
flow
anode
cathode
Prior art date
Application number
KR1020190093804A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102721325B1 (ko
Inventor
이동기
이준영
임예훈
최종영
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020190093804A priority Critical patent/KR102721325B1/ko
Priority claimed from KR1020190093804A external-priority patent/KR102721325B1/ko
Publication of KR20210015247A publication Critical patent/KR20210015247A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102721325B1 publication Critical patent/KR102721325B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS 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
    • C12M35/00Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
    • C12M35/02Electrical or electromagnetic means, e.g. for electroporation or for cell fusion
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS 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
    • C12M23/00Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02Form or structure of the vessel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS 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
    • C12M45/00Means for pre-treatment of biological substances
    • C12M45/07Means for pre-treatment of biological substances by electrical or electromagnetic forces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N13/00Treatment of microorganisms or enzymes with electrical or wave energy, e.g. magnetism, sonic waves
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/87Introduction of foreign genetic material using processes not otherwise provided for, e.g. co-transformation

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

본 명세서는 전기천공법에 의해 세포 내 도입대상물질을 도입하는 전기천공장치에 관한 것이다.

Description

전기천공장치{DEVICE FOR ELECTROPORATION}
본 명세서는 전기천공법에 의해 세포 내 도입대상물질을 도입하는 전기천공장치에 관한 것이다.
전기천공법(electroporation)은 세포에 전기장을 가해 세포막의 투과율을 높여 약, 화학물질, DNA 등을 세포 내로 도입하는 방법이다. 동물, 식물, 미생물을 막론하고 여러 세포 종에 적용이 가능하여 널리 사용되고 있다.
세포에 전기장이 가해지면 세포막의 지질(lipid) 일부 분자들이 이동해 위치가 달라지게 되면서 친수성 구멍으로 이루어진 나노 미터 크기의 전도성 길이 생긴다. DNA의 경우 세포를 DNA 용액에 현탁하여 직류고전압의 펄스를 가하면 세포막에 구멍이 뚫림과 동시에 DNA 분자가 전기영동(electrophoresis)의 작용으로 세포 내에 DNA가 도입된다.
화학적 성질이 달라지지 않는다는 장점이 있지만, 일정 역치 이상의 전기장을 가해야 하므로 세포의 생존성을 확보해야 하는 문제가 수반된다.
또한, 온도, 펄스의 반복횟수, 지속시간, 전압, DNA 농도, 버퍼 용액의 종류 등 매우 다양한 변수에 영향을 받으므로 높은 효율을 얻을 수 있는 조건을 찾기 어렵다는 단점이 있다.
특히, 기존 전기천공법에서는 세포가 전기장에 노출되는 면적이 적어 효율을 높이기 어렵다.
세포의 생존성도 확보하면서, 도입물질이 세포에 도입되는 효율을 높일 수 있는 방법 및 장치에 대한 연구가 필요하다.
본 명세서는 전기천공법에 의해 세포 내 도입대상물질을 도입하는 전기천공장치를 제공하고자 한다.
본 명세서는 세포 및 도입대상물질을 포함하는 시료가 유입되는 유입구; 상기 세포 내에 상기 도입대상물질이 도입된 최종물이 배출되는 배출구; 상기 유입구와 일측 단부가 연결되고 상기 배출구에 타측 단부가 연결되며, 내부가 비어있고 스프링구조를 갖는 유로관; 상기 유로관의 진행방향을 따라 상기 유로관의 표면에 구비된 양극과 음극; 및 상기 양극과 상기 음극에 각각 연결된 전원을 포함하며,
상기 배출구와 연결되는 유로관의 타측 단부의 단면적은 상기 유입구와 연결되는 유로관의 일측 단부의 단면적보다 큰 것인 전기천공장치를 제공한다.
본 명세서의 전기천공장치를 이용하는 경우, 세포의 생존율이 높아지는 장점이 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유로관의 제1 구조이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유로관의 제1 구조에 구비된 전극구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유로관의 제1 구조에서, 전위분포를 나타낸 것이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유로관의 제1 구조에서, 유로관의 중심축에 수직인 단면의 전기장분포를 나타낸 것이다.
도 5 내지 도 8은 각각 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유로관의 수직단면 구조에서 전극의 배치를 나타낸 것이다.
이하에서 본 명세서에 대하여 상세히 설명한다.
본 명세서는 전기천공법에 의해 세포 내 도입대상물질을 도입하는 전기천공장치를 제공한다.
본 명세서는 세포 및 도입대상물질을 포함하는 시료가 유입되는 유입구; 상기 세포 내에 상기 도입대상물질이 도입된 최종물이 배출되는 배출구; 상기 유입구와 일측 단부가 연결되고 상기 배출구에 타측 단부가 연결되며, 내부가 비어있고 스프링구조를 갖는 유로관; 상기 유로관의 진행방향을 따라 상기 유로관의 표면에 구비된 양극과 음극; 및 상기 양극과 상기 음극에 각각 연결된 전원을 포함하는 전기천공장치를 제공한다.
본 명세서에 있어서, 상기 유입구는 세포 및 도입대상물질을 포함하는 시료가 유로관으로 유입되는 통로 또는 구멍을 의미한다. 상기 시료가 유로관으로 유입되는 것에 문제가 없다면, 상기 유입구의 형태 및 재질은 특별히 한정하지 않는다. 상기 유입구의 형태 및 재질은 당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 것을 채용할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 유입구는 1 이상일 수 있다.
상기 시료가 세포 및 도입대상물을 포함하는 혼합물인 경우, 상기 유입구는 하나일 수 있다.
상기 시료가 세포를 포함하는 제1 시료와, 도입대상물을 포함하는 제2 시료를 따로 준비하여, 상기 유입구는 상기 제1 시료가 유입되는 제1 유입구와 상기 제2 시료가 유입되는 제2 유입구를 포함하고, 상기 유입구에서 상기 제1 및 제2 시료가 섞여 혼합 시료를 이루고, 세포 및 도입대상물질을 포함하는 혼합 시료가 유로관으로 유입될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 배출구는 상기 세포 내에 상기 도입대상물질이 도입된 최종물이 배출되는 통로 또는 구멍을 의미한다.
트랜스펙션 효율을 높이기 위해서는 전기장이 강해져야 하지만, 전기장이 강해질수록 전기장으로 인해 발생하는 줄열(Joule heating)이 높아져 세포의 생존률이 낮아진다. 세포의 생존률을 확보하기 위해, 일정수준의 전기장을 사용하게 되며, 세포가 전기장에 노출되는 면적이 적어 트랜스펙션 효율을 높이기 어렵다.
그러나, 본 명세서의 전기천공장치를 사용하는 경우, 스프링구조에서 발생된 딘흐름(dean flow)을 통해 세포가 회전하여 보다 넓은 면적이 전기장에 노출되어 더 많은 구멍이 발생하므로 도입물질이 세포에 도입되는 효율을 높일 수 있다.
상기 시료는 세포 및 도입대상물을 포함하는 혼합시료이거나, 세포를 포함하는 제1 시료와 도입대상물을 포함하는 제2 시료를 포함하는 개별시료일 수 있다.
상기 시료의 온도는 대체로 상온(20℃ 이상 25℃ 이하)으로 유지되어 유로관 내로 유입시킬 수 있다. 그러나, 전기장을 여러 번 가해야 하는 등 생존성에 문제가 발생할 수 있는 경우 온도를 4℃ 내외로 낮추어 진행할 수 있다.
상기 세포는 전기천공법으로 트랜스펙션될 수 있는 세포라면 특별히 한정하지 않으며, 동물세포, 식물세포, 미생물 등 제약없이 선택될 수 있다.
상기 도입대상물은 목적에 따라 대상 세포에 도입되어야 할 물질이라면 특별히 한정하지 않으며, 약, 화학물질, DNA 등일 수 있다.
상기 시료에 유동성을 부여하기 위해, 상기 시료는 완충용액(buffer solution)을 더 포함한다. 이때, 완충 용액이란 일반적으로 산이나 염기를 가해도 공통 이온 효과에 의해 그 용액의 수소 이온 농도(pH)가 크게 변하지 않는 용액을 말한다.
상기 완충용액(buffer solution)의 종류는 특별히 한정하지 않으며, 당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 것을 채용할 수 있다. 구체적으로, 상기 완충용액(buffer solution)은 인산완충생리식염수(Phosphate Buffered saline), 4-(2-하이드록시에틸)-1-피페라진 에탄 술폰산 완충액(HEPES(4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid) buffer) 및 hypoosmolar buffer로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 특별히 세포가 환경에 민감한 경우, 상기 완충용액으로 hypoosmolar buffer를 사용하는 것이 좋다.
본 명세서에 있어서, 상기 유로관은 유입구와 일측 단부가 연결되고 상기 배출구에 타측 단부가 연결된다. 또한, 상기 유로관은 내부가 비어있어, 내부에 유입구로부터 유입된 시료가 흐를 수 있다.
상기 유로관의 재질은 특별히 한정하지 않는다. 상기 유로관의 재질은 당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 것을 채용할 수 있다. 예를 들면, 상기 유로관의 재질은 유리, 폴리메틸 메타크릴레이트 등과 같은 아크릴 수지 또는 폴리에틸렌 등과 같은 폴리올레핀 수지일 수 있다.
상기 유로관 내, 시료의 평균 유속은 유동의 쏠림이 일어나지 않는다면, 크게 한정하지 않는다. 상기 유로관 내, 시료의 평균 유속은 0.3 m/s 이하일 수 있으며, 이에 한정되지 않고 시료, 다른 공정조건 등에 따라 조절될 수 있다.
상기 유로관 내, 평균온도는 세포 및 조건에 따라 조절될 수 있다. 동물세포를 사용하는 경우, 상기 유로관 내, 평균온도는 대부분 상온으로 유지된다. 그러나, 펄스를 여러 번 가해야 하는 등 세포의 생존에 위험도가 높다고 판단되면 약 4℃까지 온도를 낮추어 진행할 수 있으며, 이때의 전압은 상온에 비해 약 2배 정도 높여서 진행한다.
본 명세서에 있어서, 상기 유로관은 내부가 비어있고 스프링구조를 가질 수 있다. 상기 유로관의 스프링구조로 인해 유로관 내부로 흐르는 유체에 딘흐름(dean flow)이 발생하여 세포가 회전하여 보다 넓은 면적이 전기장에 노출되어 더 많은 구멍이 발생하므로 도입물질이 세포에 도입되는 효율을 높일 수 있다.
상기 유입구와 연결되는 유로관의 일측 단부에서의 시료의 유속은 상기 배출구와 연결되는 유로관 타측 단부에서의 최종물의 유속보다 2배 이상, 3배 이상, 또는 4배 이상 빠를 수 있으며, 10배 이하, 9배 이하, 8배 이하, 7배 이하, 6배 이하, 또는 5배 이하로 빠를 수 있다. 다시 말하면, 상기 배출구와 연결되는 유로관 타측 단부에서의 최종물의 유속은 상기 유입구와 연결되는 유로관의 일측 단부에서의 시료의 유속보다 2배 이상, 3배 이상, 또는 4배 이상 느릴 수 있으며, 10배 이하, 9배 이하, 8배 이하, 7배 이하, 6배 이하, 또는 5배 이하로 느릴 수 있다. 상기 배출구에 가까워질 때, 세포막의 구멍이 메워질 시간적 여유를 제공할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 유로관의 진행방향에 수직인 단면은 직사각형이다. 이 경우, 상기 유로관이 삽입되어 전극을 구비하는 몸체없이, 유로관의 표면에 전극을 구비하기 용이하다.
본 명세서에 있어서, 상기 유로관의 진행방향에 수직인 단면인 직사각형의 높이는 0.5 mm 이상 10 mm 이하일 수 있으며, 구체적으로 0.6 mm 이상 5 mm 이하일 수 있고, 더 구체적으로 0.7 mm 이상 4 mm 이하일 수 있다.
여기서, 직사각형의 높이는 직사각형의 마주보는 두 쌍의 변 중 길이가 더 짧은 한 쌍의 변 사이의 거리를 의미하며, 양극과 음극이 직사각형의 마주보는 두 쌍의 변 중 길이가 더 짧은 한 쌍의 변에 구비되는 경우, 직사각형의 높이는 양극과 음극의 거리에 해당할 수 있다.
상기 직사각형의 폭은 0.2 mm 이상 5 mm 이하일 수 있으며, 구체적으로 0.3 mm 이상 4 mm 이하일 수 있고, 더 구체적으로 0.35 mm 이상 2 mm 이하일 수 있다.
여기서, 직사각형의 폭은 직사각형의 마주보는 두 쌍의 변 중 길이가 더 긴 한 쌍의 변 사이의 거리를 의미하며, 양극과 음극이 직사각형의 마주보는 두 쌍의 변 중 길이가 더 긴 한 쌍의 변에 구비되는 경우, 직사각형의 폭은 양극과 음극의 거리에 해당할 수 있다.
상기 배출구와 연결되는 유로관의 타측 단부의 단면적은 상기 유입구와 연결되는 유로관의 일측 단부의 단면적보다 클 수 있다. 여기서, 단면적은 상기 유로관의 진행방향에 수직인 단면의 면적을 의미하며, 유로관의 진행방향에 수직인 단면이 직사각형인 경우, 이의 단면적은 높이와 폭의 곱이다.
상기 배출구와 연결되는 유로관의 타측 단부의 단면적은 상기 유입구와 연결되는 유로관의 일측 단부의 단면적보다 2배 이상, 또는 3배 이상일 수 있으며, 10배 이하, 9배 이하, 8배 이하, 7배 이하, 6배 이하, 5배 이하, 또는 4배 이하로 클 수 있다. 상기 배출구에 가까워질 때, 세포막의 구멍이 메워질 공간적 여유를 제공할 수 있다.
상기 유입구에서 상기 배출구까지 상기 유로관의 단면적이 점차적으로 증가할 수 있다. 이로 인해, 상기 유입구로부터 배출구까지 점차적으로 공간이 증가하여 세포막의 구멍이 메워질 공간적 여유를 점진적으로 제공할 수 있다.
상기 배출구와 연결되는 유로관의 타측 단부에서의 양극과 음극의 거리는 상기 유입구와 연결되는 유로관의 일측 단부에서의 양극과 음극의 거리보다 길 수 있다. 구체적으로, 상기 배출구와 연결되는 유로관의 타측 단부에서의 양극과 음극의 거리는 상기 유입구와 연결되는 유로관의 일측 단부에서의 양극과 음극의 거리보다 1.2배 이상, 1.4배 이상, 1.6배 이상, 1.8배 이상, 또는 2배 이상 길 수 있고, 10배 이하, 9배 이하, 8배 이하, 7배 이하, 6배 이하, 5배 이하, 4배 이하, 또는 3배 이하로 길 수 있다. 이로 인해, 상기 배출구와 연결되는 유로관 타측 단부에서의 전기장은 상기 유입구와 연결되는 유로관의 일측 단부에서의 전기장보다 감소될 수 있다. 이 경우, 상기 배출구에 가까워질 때, 전기장이 약해져 세포막이 메워질 수 있다.
상기 유입구에서 상기 배출구까지 양극과 음극의 거리가 점차적으로 증가하여, 상기 유입구에서 상기 배출구까지 상기 유로관 내 전기장이 점차적으로 감소할 수 있다. 이 경우, 이로 인해, 상기 유입구로부터 배출구까지 점진적으로 세포막이 메워지고 시료 내 온도가 낮아져 세포의 생존률이 높아진다.
상기 유로관의 진행방향(500)은 도 1에 도시된 바와 같이, 전체 유로관이 유입로부터 배출구까지 이어진 방향을 의미하고, 상기 유로관의 진행방향의 수직인 단면, 즉 수직단면은 다각형, 나아가 사각형일 수 있다. 또한, 도 1에는 배출구(200)와 연결되는 유로관의 타측 단부에서의 수직단면(210)과 유입구(100)와 연결되는 유로관의 일측 단부에서의 수직단면(110)이 도시되어 있다. 이들 수직단면은 도 5 내지 도 8과 같이 도시될 수 있으며, 구체적으로 직사각형의 높이(370)는 직사각형의 마주보는 두 쌍의 변 중 길이가 더 짧은 한 쌍의 변 사이의 거리를 의미하고, 직사각형의 폭(380)은 직사각형의 마주보는 두 쌍의 변 중 길이가 더 긴 한 쌍의 변 사이의 거리를 의미하고, 이의 단면적은 높이(370)와 폭(380)의 곱이다.
상기 유입구에서 상기 배출구까지 상기 스프링 구조가 회전하며 이루는 원의 지름이 점차적으로 증가할 수 있다. 이로 인해, 상기 유입구로부터 배출구까지 점차적으로 유속이 감소하여 세포막의 구멍이 메워질 시간적 여유를 점진적으로 제공할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 유입구(100)에서 상기 배출구(200)까지 상기 스프링 구조가 회전하며 이루는 원의 지름(400)이 점차적으로 증가할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유로관의 제1 구조로 도 1과 같이 유로관의 진행방향을 따라 도 5와 같이 유로관의 내부면에 양극(350)과 음극(360)을 구비하여 각각 80V와 0V의 전압을 인가하는 경우, 도 3과 같은 전위분포, 및 도 4와 같은 수직단면의 전기장분포를 나타낸다. 이때, 도 5를 기준으로, 유입구측 단부에서의 수직단면(110)에서 유로관의 폭은 0.5 mm이고, 유로관의 높이는 1 mm이고, 배출구측 단부에서의 수직단면(210)에서 유로관의 폭은 1 mm이고, 유로관의 높이는 2 mm이다.
본 명세서에 있어서, 상기 양극과 음극은 각각 이격되어 상기 유로관의 진행방향을 따라, 상기 유로관의 표면에 구비되며, 구체적으로 상기 유로관의 외주면 또는 내부면에 구비될 수 있다.
도 5 내지 도 8을 바탕으로 설명하면, 상기 양극(350)과 음극(360)이 상기 내부면에 구비되는 경우, 도 5 또는 도 7과 같이 양극과 음극이 구비되고, 상기 유로관의 외주면에 구비되는 경우, 도 6 또는 도 8과 같이 양극과 음극이 구비될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 양극과 음극이 상기 유로관의 진행방향을 따라, 상기 유로관의 내부면에 구비되어, 상기 양극과 음극이 시료의 버퍼용액과 접촉하는 경우 유전율이 일정하여 균일한 전기장이 형성된다.
상기 양극과 음극이 상기 유로관의 진행방향을 따라, 상기 유로관의 내부면에 구비되는 경우, 도 4에 도시한 바와 같이, 각각의 수직단면에서 균일한 전기장이 형성된다.
본 명세서에 있어서, 상기 양극과 음극이 상기 유로관의 진행방향을 따라, 상기 유로관의 외부면에 구비되는 경우, 양측 전극 사이에 버퍼용액 외에 유전율이 다른 유로관이 추가되므로, 전기장이 균일하게 분포할 수 있도록 유로관의 폭과 높이의 비율을 조절할 필요가 있다.
이에 따라, 상기 양극과 음극이 상기 유로관의 진행방향을 따라, 상기 유로관의 외부면에 구비되는 경우, 유로관의 폭과 높이의 비율은, 폭이 1일 때, 높이가 1 이상 2 이하로 조절하는 것이 바람직하다.
상기 유로관의 단면이 직사각형인 경우, 상기 직사각형의 마주보는 두 쌍의 변 중 어느 한 쌍의 변에 각각 상기 양극과 상기 음극이 구비된다. 구체적으로, 상기 직사각형의 마주보는 두 쌍의 변 중 길이가 더 긴 한 쌍의 변에 각각 상기 양극과 상기 음극이 구비되거나, 상기 직사각형의 마주보는 두 쌍의 변 중 길이가 더 짧은 한 쌍의 변에 각각 상기 양극과 상기 음극이 구비될 수 있다.
상기 유로관의 단면이 직사각형인 경우, 상기 직사각형의 마주보는 두 쌍의 변 중 길이가 더 긴 한 쌍의 변에 각각 상기 양극과 상기 음극이 구비되는 경우, 양측 전극의 거리가 짧아 보다 낮은 전위차를 전극에 인가해도 의도한 전기장을 생성할 수 있다.
상기 양극 및 음극 각각의 재질은 특별히 한정하지 않는다. 상기 양극 및 음극 각각의 재질은 당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 것을 채용할 수 있다. 예를 들면, 상기 양극의 재질은 백금, 금, 은, 구리 또는 알루미늄일 수 있고, 상기 음극의 재질은 백금, 금, 은, 구리 또는 알루미늄일 수 있다. 바람직하게는, 상기 양극의 재질이 백금이고, 상기 음극의 재질이 백금일 수 있다. 이 경우, 쉽게 산화되지 않는 장점이 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 전원은 양극과 음극에 각각 연결된다. 상기 전원은 양극과 음극으로 각각 직류고전압의 펄스를 공급하는 것이다.
상기 양극과 음극의 전위차는 20V 이상 240V 이하일 수 있으며, 구체적으로, 40V 이상 150V 이하, 더 구체적으로 65V 이상 95V 이하일 수 있다. 전원에 의해서 양극과 음극에 인가되는 전위차를 조절하여 전기장의 세기를 조절할 수 있다.
상기 양극과 음극에 의해서, 유로관 내 가해지는 펄스의 반복횟수는 세포에 따라 선택될 수 있으며, 1회 이상 6회 이하일 수 있고, 구체적으로 2회 이상 6회 이하일 수 있으며, 바람직하게는 4회일 수 있다.
세포에 가해지는 펄스의 종류는 세포에 따라 선택될 수 있으며, 동물세포에는 사각파(square wave pulse)를, 박테리아나 효모 등에는 Exponential decay wave pulse를 사용할 수 있다.
전체 유로관에서, 세포가 유입되어 배출되기까지의 총 공정시간은 1 초 이상 10 초 이하일 수 있고, 구체적으로 2 초 이상 8 초 이하, 더 구체적으로 2 초 이상 5 초 이하일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 하나의 펄스의 지속시간은 수백 마이크로초 이상 수 밀리초 이하일 수 있고, 구체적으로 100 마이크로초 이상 1 밀리초 이하일 수 있다. 이때, 펄스를 4회 반복하는 경우, 펄스의 길이는 400 마이크로초 이상 4 밀리초 이하일 수 있다.
본 명세서의 전기천공장치는 스프링구조에서 발생된 딘흐름(dean flow)을 통해 세포가 회전하여 보다 넓은 면적이 전기장에 노출되어 더 많은 구멍이 발생하므로 도입물질이 세포에 도입되는 효율을 높일 수 있기 때문에, 종래 대비 상대적으로 약한 전기장으로도 동일한 효율을 낼 수 있다. 구체적으로, 상기 유로관 내 평균 전기장은 25 KV/m 이상, 50 KV/m 이상, 또는 80 KV/m 이상일 수 있으며, 2400 KV/m 이하, 1200 KV/m 이하, 500 KV/m 이하, 300 KV/m 이하, 또는 120 KV/m 이하일 수 있다.
상기 유로관 내 개별 전기장은 80 KV/m 이상, 90 KV/m 이상, 100 KV/m 이상, 110 KV/m 이상, 또는 120 KV/m 이상일 수 있다. 이는 전기천공법으로 트랜스펙션할 수 있는 최소 요구 전기장이다.
여기서, 전기장의 평균은 유로부 전체 부피에 대한 전기장 평균값으로 계산될 수 있다.
10: 시료 20: 최종물
100: 유입구 110: 유입구의 수직단면
200: 배출구 210: 배출구의 수직단면
300: 유로관
330: 유로관의 수직단면의 밑변
340: 유로관의 수직단면의 윗변
350: 양극 360: 음극
370: 유로관의 높이 380: 유로관의 폭
400: 유로관의 스프링 구조가 회전하며 이루는 원의 지름
500: 유로관의 진행방향

Claims (11)

  1. 세포 및 도입대상물질을 포함하는 시료가 유입되는 유입구;
    상기 세포 내에 상기 도입대상물질이 도입된 최종물이 배출되는 배출구;
    상기 유입구와 일측 단부가 연결되고 상기 배출구에 타측 단부가 연결되며, 내부가 비어있고 스프링구조를 갖는 유로관;
    상기 유로관의 진행방향을 따라 상기 유로관의 표면에 구비된 양극과 음극; 및
    상기 양극과 상기 음극에 각각 연결된 전원을 포함하며,
    상기 배출구와 연결되는 유로관의 타측 단부의 단면적은 상기 유입구와 연결되는 유로관의 일측 단부의 단면적보다 큰 것인 전기천공장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 배출구와 연결되는 유로관의 타측 단부의 단면적은 상기 유입구와 연결되는 유로관의 일측 단부의 단면적보다 2배 이상 10배 이하로 큰 것인 전기천공장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 유입구에서 상기 배출구까지 상기 유로관의 단면적이 점차적으로 증가하는 것인 전기천공장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 배출구와 연결되는 유로관의 타측 단부에서의 양극과 음극의 거리는 상기 유입구와 연결되는 유로관의 일측 단부에서의 양극과 음극의 거리보다 긴 것인 전기천공장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 배출구와 연결되는 유로관의 타측 단부에서의 양극과 음극의 거리는 상기 유입구와 연결되는 유로관의 일측 단부에서의 양극과 음극의 거리보다 1.2배 이상 10배 이하로 긴 것인 전기천공장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 유입구와 연결되는 유로관의 일측 단부에서의 시료의 유속은 상기 배출구와 연결되는 유로관 타측 단부에서의 최종물의 유속보다 2배 이상 10배 이하로 빠른 것인 전기천공장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 배출구와 연결되는 유로관 타측 단부에서의 전기장은 상기 유입구와 연결되는 유로관의 일측 단부에서의 전기장보다 감소된 것인 전기천공장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 유입구에서 상기 배출구까지 상기 유로관 내 전기장이 점차적으로 감소하는 것인 전기천공장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 유로관 내 평균 전기장은 25 KV/m 이상인 것인 전기천공장치.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 양극과 상기 음극은 상기 유로관의 진행방향을 따라 상기 유로관의 내부면에 구비되는 것인 전기천공장치.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 유입구에서 상기 배출구까지 상기 스프링 구조가 회전하며 이루는 원의 지름이 점차적으로 증가하는 것인 전기천공장치.
KR1020190093804A 2019-08-01 전기천공장치 KR102721325B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190093804A KR102721325B1 (ko) 2019-08-01 전기천공장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190093804A KR102721325B1 (ko) 2019-08-01 전기천공장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210015247A true KR20210015247A (ko) 2021-02-10
KR102721325B1 KR102721325B1 (ko) 2024-10-23

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10982182B2 (en) Flow electroporation device
US6300108B1 (en) Controlled electroporation and mass transfer across cell membranes
Wang et al. Single-cell electroporation
KR102546174B1 (ko) 전기 천공 디바이스 및 세포 형질 감염 방법
US9029109B2 (en) Microfluidic vortex-assisted electroporation system and method
Wang et al. Microfluidic electroporation for delivery of small molecules and genes into cells using a common DC power supply
CN101990574B (zh) 带空间可变电场的电穿孔样品池
US20210018465A1 (en) Devices and Methods for Processing Fluid Samples
KR100807852B1 (ko) 폴리전해질 염다리를 갖는 전기천공용 마이크로유동칩
US20080138876A1 (en) Transfection in electronically driven continuous flow
US11278606B2 (en) Methods of preparing cancer treatments and methods of treating cancer
KR102721325B1 (ko) 전기천공장치
KR20210015247A (ko) 전기천공장치
KR20210015248A (ko) 전기천공장치
KR102710207B1 (ko) 전기천공장치
KR20210015249A (ko) 전기천공장치
KR20210015241A (ko) 전기천공장치
KR102279611B1 (ko) 플라즈마 분광 분석 방법
KR100814477B1 (ko) 폴리전해질 염다리를 갖는 마이크로유동칩 상에서의 저전압전기천공법
CA3122890A1 (en) Specific electroporation and lysis of eukaryotic cells
EP4347819A2 (en) Systems and methods for applying voltages within droplet-based systems
Gupta DNA Translocation and Cell Electroporation in Micro and Nanofluidic Devices
Dong et al. Electroporation introduction of diclofenac sodium into human erythrocytes and its determination
Zeng et al. Effect of salicylate on membrane electromechanics

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal