KR20210062976A - Curved microfluidic chip, Preparation method thereof, and Sperm screening method using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a microfluidic chip for segregating sperm by imitation of a female reproductive system, a method for manufacturing the same, and a method for selecting sperm using the same, wherein the microfluidic chip can select excellent sperm under conditions similar to those of a body without a separate pump and chemical inducing materials, thereby increasing the possibility of pregnancy of infertile couples.

Description

곡선 형태의 미세유체칩, 이의 제조방법 및 이를 이용한 정자를 선별하는 방법{Curved microfluidic chip, Preparation method thereof, and Sperm screening method using the same}Curved microfluidic chip, manufacturing method thereof, and method of screening sperm using the same {Curved microfluidic chip, Preparation method thereof, and Sperm screening method using the same}

본 발명은 여성생식기관을 모방하여 정자 분리하는 미세유체칩, 이의 제조방법 및 이를 이용한 정자를 선별하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microfluidic chip for separating sperm by imitation of a female reproductive system, a method for manufacturing the same, and a method for selecting sperm using the same.

전세계적으로 난임부부가 점점 늘어나는 추세로, 우리나라의 경우도 결혼한 10쌍 중 1~2쌍의 부부는 난임부부인 것으로 보고되고 있다. 난임부부는 난임을 극복하기 위해서 체외수정(in vitro fertilization; IVF), 정자 미세주입술(Intra Cytoplasmic Sperm Injection ICSI)과 자궁강내 인공수정(intrauterine insemination; IUI)같은 생식보조기술들을 이용하여, 아이를 얻기 위한 노력을 하고 있다. 전세계적으로 오백만명의 아기들이 생식보조기술을 통해 태어나고 있으며, 이 기술을 통해 태어난 아기의 수는 점진적으로 증가할 예정이다.As the number of infertile couples is increasing worldwide, it is reported that in Korea, 1 to 2 couples out of 10 married couples are infertile couples. To overcome infertility, infertile couples use reproductive technologies such as in vitro fertilization (IVF), Intra Cytoplasmic Sperm Injection ICSI, and intrauterine insemination (IUI) to obtain a child. are making efforts for Five million babies worldwide are being born with assisted reproductive technology, and the number of babies born with this technology is expected to gradually increase.

모든 난임에 남성이 차지하는 비율을 30~50%이고, 남성 난임의 40~88%는 정자수가 적거나 정자의 움직임(Sperm motility) 감소, 정자의 비정상적인 형태(abnormal morphology)와 정자의 DNA 손상이 원인이다. 상기 원인으로 인해 난자와 수정이 저해되거나 수정이 되더라도 낮은 배아발달과 임신율에 영향을 미쳐 난임의 원인이 되고, 난임 남성으로부터 임신가능성을 높이기 위해서는 좋은 정자를 분리해내는 것이 매우 중요하다.Males account for 30-50% of all infertility cases, and 40-88% of male infertility cases are caused by low sperm count, decreased sperm motility, abnormal morphology, and DNA damage in sperm. to be. Even if the ovum and fertilization are inhibited or fertilized due to the above causes, it affects the low embryonic development and fertility rate and causes infertility, and it is very important to isolate good sperm from infertile men to increase the fertility.

그러나, 대부분의 난임클리닉에서 좋은 정자를 형태(morphology)와 운동성으로 분리하기 위해, 밀도구배 원심분리법(density gradient centrifugation;DGC)과 swim-up method들을 사용하고 있지만 이런 방법들은 시간이 오래 걸리고 좋은 정자들을 분리하는데 한계를 가지고 있다. 상기와 같은 정자를 분리하는 기존 방법들은 여성의 생식기관을 모방한 환경들을 전혀 고려하지 않았고, 생식보조기술은 해마다 발전함에도 불구하고 난임부부의 임신율은 여전히 답보 상태이다.However, in most fertility clinics, density gradient centrifugation (DGC) and swim-up methods are used to separate good sperm by morphology and motility, but these methods are time consuming and use good sperm. There is a limit to separating them. Existing methods for isolating sperm as described above do not take into account environments that mimic the female reproductive system at all, and despite advances in reproductive technology, the pregnancy rate of infertile couples is still at a standstill.

따라서, 여성의 체내 생식기관을 모방하여 좋은 정자를 분리할 수 있는 칩에 대한 연구 및 개발이 필요한 상황이다.Therefore, there is a need for research and development on a chip capable of separating good sperm by mimicking the female reproductive system.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0130280호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2015-0130280

본 발명의 목적은 곡선 형태의 미세 채널과 미세 채널 내에 점도를 가지는 수용성 고분자를 포함하는 미세유체칩, 이의 제조방법 및 이를 이용한 정자를 선별하는 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a microfluidic chip comprising a curved microchannel and a water-soluble polymer having a viscosity in the microchannel, a method for manufacturing the same, and a method for screening sperm using the same.

본 발명은, 정자를 제공하기 위한 주입구;The present invention provides an injection port for providing sperm;

주입구로부터 제공되는 정자가 이동하는 채널로서, 주입구로부터 곡선 형태로 형성된 미세 채널; 및A channel through which sperm provided from the inlet moves, the microchannel formed in a curved shape from the inlet; And

상기 미세 채널을 이동한 정자가 수집되는 분리구를 포함하고,and a separation hole in which the sperm that have moved through the microchannel are collected,

미세 채널은 1% 내지 5%의 수용성 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유체칩을 제공한다.The microchannel provides a microfluidic chip comprising 1% to 5% of a water-soluble polymer.

또한, 본 발명은 상판 및 하판을 이루는 고분자 기재에 주입구, 미세 채널 및 분리구를 형성하는 단계;In addition, the present invention comprises the steps of forming an injection hole, a microchannel and a separation hole in the polymer substrate constituting the upper plate and the lower plate;

상기 제조한 상판 및 하판을 합지하는 단계; 및laminating the prepared upper and lower plates; And

상기 미세 채널의 배지에 1% 내지 5%의 수용성 고분자를 첨가하는 단계를 포함하는 미세유체칩의 제조방법을 제공한다.It provides a method of manufacturing a microfluidic chip comprising adding 1% to 5% of a water-soluble polymer to the medium of the microchannel.

아울러, 본 발명은 상기 서술한 미세유체칩을 이용하여 정자를 선별하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for screening sperm using the above-described microfluidic chip.

본 발명은 여성의 생식기관을 모방한 미세유체칩으로 별도의 펌프와 화학유도물질 없이도 체내와 유사한 조건에서 우수한 정자를 선별할 수 있고, 이에 따라 난임부부의 임신 가능성을 높일 수 있다. The present invention is a microfluidic chip that mimics a female reproductive system, and it is possible to select excellent sperm under conditions similar to those of the body without a separate pump and chemical inducing substances, thereby increasing the possibility of pregnancy of infertile couples.

도 1은 본 발명에 따른 미세유체칩을 도식화학 이미지 및 실제 미세유체칩의 이미지이다.
도 2는 본 발명에 따른 미세유체칩을 이용하여 미세 채널의 고분자 농도에 따른 정자의 운동성을 위상차 현미경으로 촬영한 이미지이다.
도 3은 본 발명에 따른 미세유체칩을 이용하여 미세 채널의 고분자 농도별 시간에 따른 정자의 운동성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 미세유체칩을 이용하여 미세 채널의 고분자 농도별 시간에 따른 정자를 위상차 현미경으로 촬영한 이미지이다.
도 5는 본 발명에 따른 미세유체칩을 이용하여 미세 채널의 고분자 농도에 따른 액포의 수 분포를 나타낸 이미지와 그래프이다.
1 is a schematic chemical image of a microfluidic chip according to the present invention and an image of an actual microfluidic chip.
FIG. 2 is an image obtained by using a microfluidic chip according to the present invention to capture sperm motility according to a polymer concentration in a microchannel using a phase-contrast microscope.
3 is a graph showing sperm motility according to time for each polymer concentration in a microchannel using the microfluidic chip according to the present invention.
4 is an image taken with a phase contrast microscope of sperm according to time for each concentration of polymer in a microchannel using the microfluidic chip according to the present invention.
5 is an image and graph showing the distribution of the number of vacuoles according to the polymer concentration of the microchannel using the microfluidic chip according to the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다.In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

기존의 정자 분류칩은 운동성이 우수한 정자를 선별하기 위해서 정자 분류칩 내에 별도의 펌프를 이용하여 정자 운동과 반대되는 흐름을 형성하고, 정자가 도달하는 포집구에 화학유도물질을 첨가하여 정자를 유도하는 반면, 본 발명에 따른 미세유체칩은 별도의 펌프 및 화학유도물질 없이도 우수한 정자를 선별할 수 있어 저비용으로 우수한 정자를 얻을 수 있다.Existing sperm sorting chips use a separate pump in the sperm sorting chip to select sperm with excellent motility to form a flow opposite to the sperm movement and induce sperm by adding a chemical inducing substance to the collecting port where the sperm arrives. On the other hand, the microfluidic chip according to the present invention can select excellent sperm without a separate pump and chemical inducing material, so that excellent sperm can be obtained at low cost.

본 발명은 정자를 제공하기 위한 주입구;The present invention provides an injection port for providing sperm;

주입구로부터 제공되는 정자가 이동하는 채널로서, 주입구로부터 곡선 형태로 형성된 미세 채널; 및A channel through which sperm provided from the inlet moves, the microchannel formed in a curved shape from the inlet; And

상기 미세 채널을 이동한 정자가 수집되는 분리구를 포함하고,and a separation hole in which the sperm that have moved through the microchannel are collected,

미세 채널은 1% 내지 5%의 수용성 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유체칩을 제공한다.The microchannel provides a microfluidic chip comprising 1% to 5% of a water-soluble polymer.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 미세유체칩은 여성 생식기관을 모방하여 제조하였다. 구체적으로, 고분자 플라스틱 기재에 주입구, 미세 채널 및 분리구가 형성되고, 상기 미세 채널은 곡선 형태를 가지고 일정 함량의 수용성 고분자를 포함하여 여성의 생식 기관과 유사한 물리적인 점성 환경을 구현한 것이다. 또한, 상기 미세 채널은 분리구로 가까워질수록 직경이 좁아져 정자 분리가 수월할 수 있다.As shown in Fig. 1, the microfluidic chip according to the present invention was manufactured by mimicking the female reproductive system. Specifically, an injection hole, a microchannel, and a separation hole are formed in a polymer plastic substrate, and the microchannel has a curved shape and contains a certain amount of water-soluble polymer to realize a physical viscous environment similar to that of a female reproductive organ. In addition, the microchannel may have a narrower diameter as it approaches the separation hole, thereby making it easier to separate sperm.

예를 들어, 주입구, 미세 채널 및 분리구가 연속적으로 연결되어 있고, 주입구와 분리구는 직선으로 xy 평면을 기준으로 x축 또는 y축 선상에 동일하게 위치할 수 있다. 또한, 주입구 및 분리구를 연결하는 미세 채널은 곡선의 형태를 가질 수 있다. 상기와 같은 구조를 가짐으로써, 여성의 생식기관과 유사한 조건에서 운동성이 우수한 정자를 선별할 수 있다.For example, the injection hole, the microchannel, and the separation hole are continuously connected, and the injection hole and the separation hole may be positioned in a straight line on the x-axis or the y-axis line based on the xy plane. In addition, the microchannel connecting the inlet and the separation port may have a curved shape. By having the structure as described above, it is possible to select sperm having excellent motility under conditions similar to those of female reproductive organs.

구체적으로 미세유체칩은 상판과 하판이 합지된 구조일 수 있다. 상판과 하판에 각각 주입구, 미세 패널 및 분리구가 형성되어 합지된 구조로 미세 채널을 밀봉된 형태일 수 있다.Specifically, the microfluidic chip may have a structure in which an upper plate and a lower plate are laminated. An injection hole, a micro panel, and a separation hole are formed on the upper plate and the lower plate, respectively, and the micro channel may be sealed in a laminated structure.

예를 들어, 상판과 하판은 독립적으로 폴리아크릴레이트, 폴리디메틸실록산 및 폴리스티렌 고분자로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 고분자 기재일 수 있다. 구체적으로, 상판과 하판은 독립적으로 폴리아크릴레이트, 폴리디메틸실록산 또는 폴리스티렌 고분자를 포함하는 고분자 기재일 수 있다. 상기와 같은 고분자 기재를 포함함으로써 미세유체칩은 시료가 움직이는 것을 육안으로 볼 수 있고, 필요시 정자를 현미경으로 관찰할 수 있다.For example, the upper plate and the lower plate may independently be a polymer substrate including at least one selected from polyacrylate, polydimethylsiloxane, and polystyrene polymer. Specifically, the upper plate and the lower plate may independently be a polymer substrate including polyacrylate, polydimethylsiloxane, or polystyrene polymer. By including the polymer substrate as described above, the microfluidic chip can visually observe the movement of the sample and, if necessary, observe the sperm with a microscope.

하나의 예로서, 미세 채널은 1% 내지 5%의 수용성 고분자를 포함할 수 있다. 구체적으로, 미세 채널은 1% 내지 4%, 1% 내지 3%, 2% 내지 5%, 2% 내지 4%, 2% 내지 3% 또는 2.5% 내지 3.5%의 수용성 고분자를 포함할 수 있다. 상기와 같은 함량으로 수용성 고분자를 포함함으로써, 본 발명에 따른 미세유체칩은 여성의 생식기관과 유사한 점성 환경을 구현하여 운동성이 우수한 정자를 선별할 수 있다. 상기 수용성 고분자의 함량은 부피%일 수 있다.As an example, the microchannel may contain 1% to 5% of a water-soluble polymer. Specifically, the microchannel may contain 1% to 4%, 1% to 3%, 2% to 5%, 2% to 4%, 2% to 3%, or 2.5% to 3.5% of a water-soluble polymer. By including the water-soluble polymer in the above content, the microfluidic chip according to the present invention realizes a viscous environment similar to that of a female reproductive organ, thereby selecting sperm with excellent motility. The content of the water-soluble polymer may be volume %.

상기 수용성 고분자는 미세 채널에 점성 환경을 형성할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 폴리비닐피롤 리돈(PVP), 폴리비닐알코올 및 폴리에틸렌옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 수용성 고분자는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알코올 또는 폴리에틸렌옥사이드일 수 있다.The water-soluble polymer is not particularly limited as long as it can form a viscous environment in the microchannel. For example, it may include at least one selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol, and polyethylene oxide. Specifically, the water-soluble polymer may be polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol or polyethylene oxide.

또한, 미세 채널은 평균 1000㎛ 미만의 직경을 가질 수 있다. 구체적으로, 미세 채널의 직경은 평균 900㎛ 미만, 800㎛ 미만, 600㎛ 내지 1000㎛, 600㎛ 내지 900㎛, 600㎛ 내지 800㎛, 700㎛ 내지 1000㎛, 700㎛ 내지 900㎛, 700㎛ 내지 800㎛ 또는 700㎛ 내지 900㎛일 수 있다.Also, the microchannels may have an average diameter of less than 1000 μm. Specifically, the average diameter of the microchannel is less than 900 μm, less than 800 μm, 600 μm to 1000 μm, 600 μm to 900 μm, 600 μm to 800 μm, 700 μm to 1000 μm, 700 μm to 900 μm, 700 μm to It may be 800 μm or 700 μm to 900 μm.

예를 들어, 미세 채널은 주입구에서 분리구로 갈수록 미세 채널의 직경이 줄어들 수 있다. 구체적으로, 분리구에 연결된 미세 채널의 직경은 100㎛ 내지 600㎛일 수 있다. 보다 구체적으로, 분리구로부터 0.5mm 내지 5mm, 0.5mm 내지 3mm 또는 1mm 내지 2mm 떨어진 영역의 미세 채널의 직경은 100㎛ 내지 600㎛, 100㎛ 내지 500㎛, 100㎛ 내지 400㎛, 200㎛ 내지 600㎛, 200㎛ 내지 500㎛, 200㎛ 내지 400㎛, 300㎛ 내지 600㎛, 300㎛ 내지 500㎛ 또는 300㎛ 내지 400㎛일 수 있다. 상기와 같이 좁은 직경을 가짐으로써, 본 발명에 따른 미세유체칩은 별도의 펌프 없이도 유동적으로 정자가 이동할 수 있고, 효율적으로 정자를 분리해낼 수 있다.For example, the diameter of the microchannel may decrease from the injection hole to the separation hole. Specifically, the diameter of the microchannel connected to the separation hole may be 100㎛ to 600㎛. More specifically, the diameter of the microchannel in the region 0.5mm to 5mm, 0.5mm to 3mm, or 1mm to 2mm away from the separation hole is 100 μm to 600 μm, 100 μm to 500 μm, 100 μm to 400 μm, 200 μm to 600 μm, 200 μm to 500 μm, 200 μm to 400 μm, 300 μm to 600 μm, 300 μm to 500 μm, or 300 μm to 400 μm. By having a narrow diameter as described above, in the microfluidic chip according to the present invention, the sperm can move freely without a separate pump, and the sperm can be separated efficiently.

또한, 상판 및 하판을 이루는 고분자 기재에 독립적으로 주입구, 미세 채널 및 분리구를 형성하는 단계;In addition, independently forming the injection hole, the microchannel and the separation hole in the polymer substrate constituting the upper plate and the lower plate;

상기 제조한 상판 및 하판을 합지하는 단계; 및laminating the prepared upper and lower plates; And

상기 미세 채널의 배지에 1% 내지 5%의 수용성 고분자를 첨가하는 단계를 포함하는 미세유체칩의 제조방법을 제공한다.It provides a method of manufacturing a microfluidic chip comprising adding 1% to 5% of a water-soluble polymer to the medium of the microchannel.

구체적으로, 상기 미세 채널의 배지에 수용성 고분자를 첨가하는 단계는 1% 내지 5%의 수용성 고분자를 첨가할 수 있다. 구체적으로, 미세 채널의 배지에 수용성 고분자를 첨가하는 단계는 1% 내지 4%, 1% 내지 3%, 2% 내지 5%, 2% 내지 4%, 2% 내지 3% 또는 2.5% 내지 3.5%의 수용성 고분자를 첨가할 수 있다. 상기와 같은 함량으로 수용성 고분자를 첨가함으로써, 본 발명에 따른 미세유체칩은 여성의 생식기관과 유사한 점성 환경을 구현하여 운동성이 우수한 정자를 선별할 수 있다. 상기 수용성 고분자의 첨가량은 부피%일 수 있다.Specifically, in the step of adding the water-soluble polymer to the medium of the microchannel, 1% to 5% of the water-soluble polymer may be added. Specifically, the step of adding the water-soluble polymer to the medium of the microchannel is 1% to 4%, 1% to 3%, 2% to 5%, 2% to 4%, 2% to 3%, or 2.5% to 3.5% of water-soluble polymer may be added. By adding the water-soluble polymer in the same amount as described above, the microfluidic chip according to the present invention realizes a viscous environment similar to that of a female reproductive organ, thereby selecting sperm with excellent motility. The amount of the water-soluble polymer added may be volume %.

상기 수용성 고분자는 미세 채널에 점성 환경을 형성할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알코올 및 폴리에틸렌옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 수용성 고분자는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알코올 또는 폴리에틸렌옥사이드일 수 있다.The water-soluble polymer is not particularly limited as long as it can form a viscous environment in the microchannel. For example, it may include one or more selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol, and polyethylene oxide. Specifically, the water-soluble polymer may be polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol or polyethylene oxide.

하나의 예로서, 상판 및 하판을 이루는 고분자 기재에 주입구, 미세 채널 및 분리구를 형성하는 단계는 레이저를 이용하여 고분자 기재의 상판 및 하판에 각각 주입구, 미세 채널 및 분리구를 순차로 형성할 수 있다. 구체적으로, 상판 및 하판을 형성하는 고분자 기재는 레이저를 이용하여 정자를 포함하는 용액을 주입하는 주입구와 미세 채 널을 거쳐 분리된 분리구를 형성하되, 상판과 하판에 미세 채널을 형성할 때 레이저로 홈을 형성하여 제조할 수 있다.As an example, in the step of forming the injection hole, the microchannel, and the separation hole in the polymer substrate constituting the upper plate and the lower plate, the injection hole, the microchannel and the separation hole are sequentially formed in the upper plate and the lower plate of the polymer substrate by using a laser. have. Specifically, the polymer substrate forming the upper and lower plates uses a laser to form an injection hole for injecting a solution containing sperm and a separation hole through a microchannel, but when forming microchannels on the upper and lower plates, the laser It can be manufactured by forming a groove with

또한, 미세 채널의 직경은 평균 1000㎛ 이하로 형성할 수 있다. 구체적으로, 미세 채널의 직경은 평균 900㎛ 미만, 800㎛ 미만, 600㎛ 내지 1000㎛, 600㎛ 내지 900㎛, 600㎛ 내지 800㎛, 700㎛ 내지 1000㎛, 700㎛ 내지 900㎛, 700㎛ 내지 800㎛ 또는 700㎛ 내지 900㎛으로 형성할 수 있다.In addition, the diameter of the microchannel may be formed to an average of 1000 μm or less. Specifically, the average diameter of the microchannel is less than 900 μm, less than 800 μm, 600 μm to 1000 μm, 600 μm to 900 μm, 600 μm to 800 μm, 700 μm to 1000 μm, 700 μm to 900 μm, 700 μm to It can be formed in 800㎛ or 700㎛ to 900㎛.

또한, 상기 미세 채널은 주입구에서 분리구로 갈수록 미세 채널의 직경이 줄어들도록 형성할 수 있다. 구체적으로, 분리구에 연결된 미세 채널의 직경은 100㎛ 내지 600㎛으로 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 분리구로부터 0.5mm 내지 5mm, 0.5mm 내지 3mm 또는 1mm 내지 2mm 떨어진 영역의 미세 채널의 직경은 100㎛ 내지 600㎛, 100㎛ 내지 500㎛, 100㎛ 내지 400㎛, 200㎛ 내지 600㎛, 200㎛ 내지 500㎛, 200㎛ 내지 400㎛, 300㎛ 내지 600㎛, 300㎛ 내지 500㎛ 또는 300㎛ 내지 400㎛으로 형성할 수 있다.In addition, the microchannel may be formed such that the diameter of the microchannel decreases from the injection hole to the separation hole. Specifically, the diameter of the microchannel connected to the separation hole may be formed in a range of 100 μm to 600 μm. More specifically, the diameter of the microchannel in the region 0.5mm to 5mm, 0.5mm to 3mm, or 1mm to 2mm away from the separation hole is 100 μm to 600 μm, 100 μm to 500 μm, 100 μm to 400 μm, 200 μm to 600 μm, 200 μm to 500 μm, 200 μm to 400 μm, 300 μm to 600 μm, 300 μm to 500 μm, or 300 μm to 400 μm.

상기와 같이 좁은 직경을 형성함으로써, 본 발명에 따른 미세유체칩은 별도의 펌프 없이도 유동적으로 정자가 이동할 수 있고, 효율적으로 정자를 분리해낼 수 있다.By forming the narrow diameter as described above, in the microfluidic chip according to the present invention, the sperm can move freely without a separate pump, and the sperm can be separated efficiently.

하나의 예로서, 상판 및 하판을 합지하는 단계는 주입구, 미세 채널 및 분리구가 형성된 고분자 기재를 합지하여 밀폐된 미세 채널을 형성할 수 있다. 상기 상판과 하판의 고분자 기재는 독립적으로 폴리아크릴레이트, 폴리디메틸실록산 및 폴리스티렌 고분자로부터 선택된 1종 이상으로 형성할 수 있다. 구체적으로, 상판과 하판의 고분자 기재는 독립적으로 폴리아크릴레이트, 폴리디메틸실록산 또는 폴리스티렌 고분자를 포함하는 고분자 기재로 형성할 수 있다. 상기와 같은 고분자 기재를 사용함으로써 미세유체칩은 시료가 움직이는 것을 육안으로 볼 수 있고, 필요시 정자를 현미경으로 관찰할 수 있다.As an example, in the step of laminating the upper plate and the lower plate, a closed microchannel may be formed by laminating a polymer substrate having an injection hole, a microchannel, and a separation hole formed thereon. The polymer substrate of the upper plate and the lower plate may be independently formed of at least one selected from polyacrylate, polydimethylsiloxane, and polystyrene polymer. Specifically, the polymer substrate of the upper plate and the lower plate may be independently formed of a polymer substrate including polyacrylate, polydimethylsiloxane, or polystyrene polymer. By using the polymer substrate as described above, the microfluidic chip can see the movement of the sample with the naked eye and, if necessary, observe the sperm with a microscope.

구체적으로, 상판 및 하판을 합지하는 단계는 상판과 하판의 고분자 기재에 접착제를 상판과 하판이 접하는 부위에 도포하여 합지시킬 수 있다. 상기 접착제는 접착성을 가지는 예를 들어, 상기 접착제는 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리이미드, 폴리에스터, 폴리우레탄 또는 폴리에틸렌을 사용할 수 있다.Specifically, the step of laminating the upper plate and the lower plate may be laminated by applying an adhesive to the polymer substrate of the upper plate and the lower plate to the portion in contact with the upper plate and the lower plate. The adhesive may have adhesive properties, for example, polydimethylsiloxane (PDMS), polyimide, polyester, polyurethane or polyethylene may be used as the adhesive.

본 발명에 따른 미세유체칩의 제조방법은 상판 및 하판을 합지하는 단계 이후에 열을 가하여 접착제를 경화시키는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상판 및 하판을 합지한 후 50℃ 내지 100℃의 온도에서 1시간 내지 10시간 동안 유지하여 접착제를 경화시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 상판 및 하판을 합지한 후 50℃ 내지 90℃, 50℃ 내지 80℃, 50℃ 내지 70℃ 또는 60℃ 내지 70℃의 온도에서 1시간 내지 8시간, 2시간 내지 8시간, 3시간 내지 7시간 또는 4시간 내지 6시간 동안 유지하여 접착제를 경화시킬 수 있다.The method of manufacturing a microfluidic chip according to the present invention may include curing the adhesive by applying heat after laminating the upper and lower plates. Specifically, after laminating the upper and lower plates, the adhesive may be cured by maintaining it at a temperature of 50° C. to 100° C. for 1 hour to 10 hours. More specifically, after laminating the upper plate and the lower plate at a temperature of 50 ℃ to 90 ℃, 50 ℃ to 80 ℃, 50 ℃ to 70 ℃ or 60 ℃ to 70 1 hour to 8 hours, 2 hours to 8 hours, 3 The adhesive can be cured by holding for hours to 7 hours or 4 hours to 6 hours.

아울러, 본 발명은 상술한 미세유체칩을 이용하여 정자를 선별하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for screening sperm using the above-described microfluidic chip.

하나의 예로서, 상기 미세유체칩의 주입구에 정자 시료를 주입하는 단계; 및 분리구에 있는 정자를 수집하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 미세유체칩의 주입구에 정자 시료를 주입하는 단계에서 정자 시료는 남성으로부터 얻은 정자액(raw semen)일 수 있고, 상기 정자액은 액포를 가진 정자 및/또는 액포가 없는 정자를 포함될 수 있다. 상기 정자 시료를 주입구에 주입하면 시료 내 정자가 미세유체칩의 미세 채널을 따라 이동하는데 미세 채널의 점도에 따라 운동성이 우수한 정자만이 미체 채널을 통과할 수 있다.As an example, injecting a sperm sample into the injection hole of the microfluidic chip; And it may include the step of collecting the sperm in the separation port. Specifically, in the step of injecting the sperm sample into the injection port of the microfluidic chip, the sperm sample may be raw semen obtained from a male, and the sperm fluid may include sperm with vacuoles and/or sperm without vacuoles. can When the sperm sample is injected into the injection hole, the sperm in the sample moves along the microchannel of the microfluidic chip, and only the sperm with excellent motility can pass through the microchannel according to the viscosity of the microchannel.

본 발명에 따른 정자를 선별하는 방법은 미세유체칩에 정자 시료를 주입하고 10분 내지 60분 동안 수행할 수 있다. 구체적으로, 미세유체칩에 정자 시료를 주입하고 10분 내지 50분, 10분 내지 40분, 10분 내지 30분, 20분 내지 60분, 20분 내지 50분, 20분 내지 40분, 20분 내지 30분, 30분 내지 50분 또는 30분 내지 40분 동안 수행할 수 있다.The method for screening sperm according to the present invention may be performed for 10 to 60 minutes after injecting a sperm sample into a microfluidic chip. Specifically, after injecting the sperm sample into the microfluidic chip, 10 minutes to 50 minutes, 10 minutes to 40 minutes, 10 minutes to 30 minutes, 20 minutes to 60 minutes, 20 minutes to 50 minutes, 20 minutes to 40 minutes, 20 minutes to 30 minutes, 30 minutes to 50 minutes, or 30 minutes to 40 minutes.

하나의 예로서, 분리구에 있는 정자를 수집하는 단계는 분리구에 수집된 정자를 피펫으로 흡입하여 수집할 수 있다. 상기 분리구에 있는 정자는 정자 시료에 포함된 정자 중에서 운동성이 우수하고 액포가 없는 정자일 수 있다.As an example, the step of collecting the sperm in the separator may be collected by suctioning the sperm collected in the separator with a pipette. The sperm in the separation port may be a sperm with excellent motility and no vacuole among the sperm included in the sperm sample.

또한, 분리구에 있는 정자를 수집하는 단계 이후에 수집한 정자를 현미경으로 관찰하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 수집한 정자를 현미경으로 관찰하는 단계는 수집한 정자가 운동성이 우수하고 액포가 없는 정자인지 판단하는 단계일 수 있다.In addition, it may further include the step of observing the collected sperm under a microscope after the step of collecting the sperm in the separation sphere. The step of observing the collected sperm under a microscope may be a step of determining whether the collected sperm has excellent motility and does not have vacuoles.

이하 본 발명에 따르는 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Examples and the like according to the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the Examples presented below.

실시예 1Example 1

본 발명에 따른 미세유체칩은 2D 오토캐드(2D Auto Cad)를 이용하였으며, 미세유체칩의 상판과 하판은 1.3mm 두께의 18 mm Х 16 mm 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA)를 레이저 커터(laser cutter, MYL-0705 Model, MYCNC company)를 이용하여 제조하였다. 구체적으로, 주입구(inlet) 및 분리구(outlet) 부분을 각각 직경 2.2mm와 1mm으로 절단하여 PMMA 상판에 구멍을 형성하였다. 그런 다음, 정자가 통과하는 미세 채널을 생성하기 위해 레이저 커터를 사용하여 PMMA 상판과 하판에 1mm 폭의 반 타원형 구조의 미세채널을 형성하였고, 분리구에 직접 연결된 미세채널의 폭은 350㎛으로 형성하였다. 폴리디메틸실록산(polydimethyl siloxane. PDMS) 접착제를 사용하여 미세채널이 형성된 PMMA 상판과 하판을 합지한 후 60mm 패트리디쉬(petri dish)에 넣은 후 65℃의 온도에서 5시간 동안 유지하여 미세유체칩을 제조하였다.The microfluidic chip according to the present invention used 2D Auto Cad, and the upper and lower plates of the microfluidic chip were made of 1.3 mm thick 18 mm Х 16 mm poly(methyl methacrylate) (PMMA) with a laser cutter. (laser cutter, MYL-0705 Model, MYCNC company) was manufactured using. Specifically, an inlet (inlet) and an outlet (outlet) were cut to have diameters of 2.2 mm and 1 mm, respectively, to form a hole in the PMMA upper plate. Then, to create a microchannel through which the sperm pass, a microchannel with a 1mm width semi-elliptical structure was formed on the upper and lower PMMA plates using a laser cutter, and the microchannel directly connected to the separation hole was formed to have a width of 350㎛. did. After laminating the upper and lower plates of PMMA with microchannels formed by using polydimethyl siloxane (PDMS) adhesive, put them in a 60 mm petri dish, and hold them at a temperature of 65° C. for 5 hours to prepare a microfluidic chip. did.

1%의 폴리비닐피롤리돈을 상기 제조한 미세유체칩의 미세 채널 내의 배양액에 주입하고, 주입구에 10㎕의 정자를 넣은 후 10분 후 분리구에 포집된 정자를 채취하였다. 1% polyvinylpyrrolidone was injected into the culture medium in the microchannel of the microfluidic chip prepared above, and 10 μl of sperm was put into the injection hole, and then the sperm collected in the separation hole was collected 10 minutes later.

실시예 2Example 2

미세 채널에 3%의 폴리비닐피롤리돈을 주입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 미세유체칩을 제조하였다.A microfluidic chip was prepared under the same conditions as in Example 1, except that 3% of polyvinylpyrrolidone was injected into the microchannel.

비교예 1Comparative Example 1

미세 채널에 폴리비닐피롤리돈을 주입하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 미세유체칩을 제조하였다.A microfluidic chip was prepared under the same conditions as in Example 1, except that polyvinylpyrrolidone was not injected into the microchannel.

실험예 1Experimental Example 1

본 발명에 따른 미세유체칩의 정자 선별성을 확인하기 위해, 실시예 1 및 2 및 비교예 1의 미세유체칩을 대상으로 미세 채널의 고분자 점도에 따른 분리된 정자의 운동성 및 액포의 수를 관찰하였고, 그 결과를 도 2 내지 4에 나타내었다.In order to confirm the sperm selectivity of the microfluidic chip according to the present invention, the motility of the separated sperm and the number of vacuoles according to the polymer viscosity of the microchannel were observed for the microfluidic chips of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. , the results are shown in FIGS. 2 to 4 .

도 2는 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 미세유체칩을 대상으로 미세 채널의 고분자 농도에 따른 정자의 운동성을 알아보기 위해 미세 채널을 거친 정자를 위상차 현미경으로 촬영한 이미지이다. 도 2를 살펴보면, 미세패널의 폴리비닐피롤리돈의 농도가 높아질수록 미세 채널을 거쳐 최종적으로 얻어지는 정자의 수가 감소하는 반면, 정자의 활동성 및 직진 운동성이 매우 우수한 것을 확인하였다. 뿐만 아니라 정장액에 존재하는 여러 오염물질이나 혈구세포들을 완벽하게 제거되어 순수하게 운동성이 높은 정자만이 분리되었다. 2 is a phase-contrast microscope image of the sperm passing through the microchannel in order to examine the motility of the sperm according to the polymer concentration of the microchannel in the microfluidic chips of Examples 1, 2, and Comparative Example 1. As shown in FIG. Referring to FIG. 2 , as the concentration of polyvinylpyrrolidone in the micropanel increased, the number of sperm finally obtained through the microchannel decreased, while it was confirmed that the sperm activity and rectilinear motility were very good. In addition, since various contaminants and blood cells present in the seminal fluid were completely removed, only purely highly motile sperm were isolated.

도 3은 고분자 농도별 시간에 따른 정자의 운동성을 나타낸 그래프이고, 도 4는 초기 정자(raw semen)과 미세유체칩의 고분자 농도별 시간에 따른 정자를 위상차 현미경으로 촬영한 이미지다. 도 3 및 4를 살펴보면, 시간별로 정자의 운동성을 확인한 결과 동일하게 폴리비닐피롤리돈 농도가 높아질수록 미세 채널을 거친 정자의 수는 줄어들었으나, 시간이 40분 가량 지났음에도 우수한 운동성을 나타내는 것을 도식화 하여 보여주는 것이다.3 is a graph showing the motility of sperm according to time for each polymer concentration, and FIG. 4 is an image taken with a phase contrast microscope of raw sperm and sperm according to time according to polymer concentration of the microfluidic chip. 3 and 4, as a result of confirming the motility of sperm over time, the number of sperm passing through microchannels decreased as the polyvinylpyrrolidone concentration increased, but it was schematically shown that excellent motility was exhibited even after about 40 minutes had elapsed. will show it

도 5는 초기 정자와 미세유체칩을 이용하여 미세 채널의 고분자 농도에 따른 정자의 액포 머리(vacuole head)의 수 분포를 나타낸 이미지와 그래프이다. 도 5를 살펴보면, 폴리비닐피롤리돈을 첨가하여 정자들을 분리하는 경우, 정자의 액포 머리의 수가 감소하는 것을 확인하였다. 정자의 머리에서 액포는 난자와 수정하였을 때 배아의 발달과 임신을 방해하는 역할을 한다. 5 is an image and graph showing the distribution of the number of vacuole heads of sperm according to the polymer concentration of the microchannel using the initial sperm and the microfluidic chip. Referring to FIG. 5 , it was confirmed that the number of vacuole heads of sperm was decreased when sperm were separated by adding polyvinylpyrrolidone. In the sperm head, the vacuole plays a role in interfering with embryo development and pregnancy when fertilized with the egg.

이를 통해, 본 발명에 따른 미세유체칩은 기존에 액포 머리를 가진 정자를 분리하는 방법에 비해 시간과 비용을 획기적으로 줄여주는 기술이라는 것을 입증하는 것이다.Through this, it is to prove that the microfluidic chip according to the present invention is a technology that dramatically reduces time and cost compared to the conventional method of separating sperm with vacuole heads.

Claims (12)

정자를 제공하기 위한 주입구;
주입구로부터 제공되는 정자가 이동하는 채널로서, 주입구로부터 곡선 형태로 형성된 미세 채널; 및
상기 미세 채널을 이동한 정자가 수집되는 분리구를 포함하고,
미세 채널은 1% 내지 5%의 수용성 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유체칩.
an inlet for providing sperm;
A channel through which sperm provided from the inlet moves, the microchannel formed in a curved shape from the inlet; and
and a separation hole in which the sperm that have moved through the microchannel are collected,
Microfluidic chip, characterized in that the microchannel contains 1% to 5% of a water-soluble polymer.
제 1 항에 있어서,
수용성 고분자는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알코올 및 폴리에틸렌옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 미세유체칩.
The method of claim 1,
The water-soluble polymer is a microfluidic chip, characterized in that at least one selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol and polyethylene oxide.
제 1 항에 있어서,
미세 채널은 곡선 형태를 가지고,
미세 채널의 직경은 평균 1000㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 미세유체칩.
The method of claim 1,
The microchannel has a curved shape,
The microfluidic chip, characterized in that the average diameter of the microchannel is less than 1000㎛.
제 1 항에 있어서,
분리구에 연결된 미세 채널의 직경은 100㎛ 내지 600㎛인 것을 특징으로 하는 미세유체칩.
The method of claim 1,
The microfluidic chip, characterized in that the diameter of the microchannel connected to the separation hole is 100㎛ to 600㎛.
제 1 항에 있어서,
미세유체칩은 상판과 하판이 합지된 구조이고,
상판과 하판은 독립적으로 폴리아크릴레이트, 폴리디메틸실록산 및 폴리스티렌 고분자로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 미세유체칩.
The method of claim 1,
The microfluidic chip has a structure in which an upper plate and a lower plate are laminated,
The microfluidic chip, characterized in that the upper plate and the lower plate are independently selected from polyacrylate, polydimethylsiloxane, and polystyrene polymer.
제 1 항에 있어서,
미세 채널은 밀봉된 형태인 것을 특징으로 하는 미세유체칩.
The method of claim 1,
The microfluidic chip, characterized in that the microchannel is in a sealed form.
상판 및 하판을 이루는 고분자 기재에 독립적으로 주입구, 미세 채널 및 분리구를 형성하는 단계;
상기 제조한 상판 및 하판을 합지하는 단계; 및
상기 미세 채널의 배지에 1% 내지 5%의 수용성 고분자를 첨가하는 단계를 포함하는 미세유체칩의 제조방법.
Forming an injection hole, a microchannel, and a separation hole independently of the polymer substrate constituting the upper plate and the lower plate;
laminating the prepared upper and lower plates; and
A method of manufacturing a microfluidic chip comprising adding 1% to 5% of a water-soluble polymer to the medium of the microchannel.
제 7 항에 있어서,
고분자 기재에 주입구, 미세 채널 및 분리구를 형성하는 단계는 레이저를 이용하는 미세유체칩의 제조방법.
The method of claim 7,
The step of forming the injection hole, the microchannel and the separation hole in the polymer substrate is a method of manufacturing a microfluidic chip using a laser.
제 7 항에 있어서,
고분자 기재에 주입구, 미세 채널 및 분리구를 형성하는 단계는 미세 채널을 곡선의 형태로 형성하되,
상기 미세 채널의 직경은 평균 1000㎛ 이하로 형성하는 것을 미세유체칩의 제조방법.
The method of claim 7,
The step of forming the injection hole, the microchannel and the separation hole in the polymer substrate forms the microchannel in the form of a curve,
The method of manufacturing a microfluidic chip to form the diameter of the microchannel to an average of 1000㎛ or less.
제 8 항에 있어서,
분리구에 연결된 미세 채널의 직경은 100㎛ 내지 600㎛으로 형성하는 미세유체칩의 제조방법.
The method of claim 8,
A method of manufacturing a microfluidic chip in which the diameter of the microchannel connected to the separation hole is 100 μm to 600 μm.
제 7 항에 있어서,
상판과 하판의 고분자 기재는 독립적으로 폴리아크릴레이트, 폴리디메틸실록산 및 폴리스티렌 고분자로부터 선택된 1종 이상인 미세유체칩의 제조방법.
The method of claim 7,
A method of manufacturing a microfluidic chip wherein the polymer substrate of the upper plate and the lower plate is independently selected from polyacrylate, polydimethylsiloxane, and polystyrene polymer.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 미세유체칩을 이용하여 정자를 선별하는 방법.
A method for screening sperm using the microfluidic chip according to any one of claims 1 to 6.
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