KR20220107986A - 진단 및 분석을 위한 마이크로니들 기반 통합 액체생검 마이크로 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수개의 마이크로 니들; 및 상기 마이크로 니들이 배열된 기판부를 포함하는 액체 생검용 마이크로 니들 패치 및 이를 포함하는 바이오마커 검출 마이크로칩, 그리고 상기 마이크로 니들 패치를 이용한 간질액 추출 방법 및 바이오마커 회수 방법에 관한 것으로서, 이를 통해, 전문적인 인력의 필요없이 환자나 간단한 훈련을 받은 인력이 체액 추출을 할 수 있어 경제적으로 유리하고 환자의 순응도가 높으며, 또 혈액과 달리 바로 분석이 가능하기 때문에 편리하고 검출 비용이 감소될 수 있고, 외부 오염에 대한 가능성이 낮으며, 암을 비롯한 질병 진단을 위한 액체 생검에 사용할 수 있는 가능성이 크다는 장점이 있다.

Description

진단 및 분석을 위한 마이크로니들 기반 통합 액체생검 마이크로 시스템 {A microneedle-based liquid biopsy micro system for diagnosis and analysis}

본 발명은 진단 및 분석을 위한 마이크로니들 기반 통합 액체 생검 마이크로 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 피부의 간질액(interstitial fluid; ISF)을 추출할 수 있는 액체 생검용 마이크로 니들 패치, 이를 포함하는 바이오마커 검출 마이크로칩, 간질액 추출 방법, 바이오마커 회수 방법에 관한 것이다.

액체 생검은 2015년 MIT 에서 선정한 10대 미래 유망기술, 2020년 생명공학 정책연구센터에서 10대 바이오 미래유망기술에 선정된 만큼 혁신적인 기술이나, 체액으로부터의 액체 생검은 분석을 위한 바이오마커 회수율이 낮고, 혈중 ctDNA 의 경우, 5×10⁹ copy/ml 존재하는데, 여기서 돌연변이까지 탐색해야 하므로 매우 고감도의 유전자 증폭기술이 필요하다.

현재, 주로 혈액을 이용한 액체 생검이 많이 이루어지고 있으나, 주사 바늘을 이용하여 침습적이고 환자에게 고통을 주며, 혈액으로부터 혈장이나 혈청을 분리하는 과정이 필요해서 각 과정 간 샘플 손실 및 오염의 여지가 있다.

한편, 간질액(ISF)은 세포 사이를 채우고 있는 체액으로 체내 수분량의 15% 를 차지하고 있으며, 세포 간의 상호작용에 대한 정보를 갖는 다양한 바이오마커를 포함하고 있다. 따라서, 그동안 당뇨병, 콜레스테롤 측정 등 진단 목적으로 다양하게 연구가 진행되어 왔다. 최근 피부 간질액의 구성 성분은 혈장, 혈청과 비슷하며 혈액과 달리 별다른 전처리 없이 바로 분석이 가능하기 때문에 액체 생검을 위한 최적의 체액이 될 수 있다. 최근 연구들을 보면 간질액에는 혈액에는 존재하지 않는 특이적 바이오마커들이 다수 존재하고 있으며, 특히, 엑소좀의 경우 혈액보다 간질액에 12 ~ 13 배 많이 존재하는 것으로 밝혀져 암을 비롯한 질병 진단을 위한 액체 생검에 사용 가능성이 상당히 크다.

그러나, 기존의 피부 간질액 추출은 피부에 구멍을 내거나 음압을 가해 간질액을 얻는 방식으로 추출 속도가 분당 3㎕ 이내로 느리고, 얻을 수 있는 간질액의 총량도 20 ㎕ 이내로 제한적이다. 이에, 간질액의 추출 속도 및 추출량을 증가시킬 수 있는 방법이 요구되고 있으며, 적은 추출량으로도 고감도로 측정할 수 있는 분석법이 필요한 실정이다.

아울러, 간질액 추출 후, 분석을 위해 샘플이 이동하는 과정에서 오염을 최소화할 수 있는 플랫폼이 필요하며, 기존 마이크로 니들을 이용한 간질액 추출의 경우, 샘플 추출 후 회수율이 낮다는 한계점이 존재한다.

한국 공개특허 제2020-0015101호

본 발명은 복수개의 마이크로 니들; 및 상기 마이크로 니들이 배열된 기판부를 포함하는 액체 생검용 마이크로 니들 패치, 이를 포함하는 바이오마커 검출 마이크로칩, 이를 이용한 간질액 추출 방법 및 바이오마커의 회수 방법을 제공하는 것이다.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수개의 마이크로 니들; 및 상기 마이크로 니들이 배열된 기판부를 포함하는 액체 생검용 마이크로 니들 패치를 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복수개의 마이크로 니들; 및 상기 마이크로 니들이 배열된 기판부를 포함하는 액체 생검용 마이크로 니들 패치를 표적 부위에 부착시키는 단계; 표적 부위에 부착된 상기 마이크로 니들 패치에 물리적 자극을 가하는 단계; 및 상기 마이크로 니들 패치에 간질액을 흡수시키는 단계; 를 포함하는, 액체 생검용 마이크로 니들 패치를 이용한 간질액 추출 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 간질액에 포함된 바이오마커의 회수 방법으로서, 복수개의 마이크로 니들; 및 상기 마이크로 니들이 배열된 기판부를 포함하는 액체 생검용 마이크로 니들 패치를 표적 부위에 부착시키는 단계; 표적 부위에 부착된 상기 마이크로 니들 패치에 물리적 자극을 가하는 단계; 상기 마이크로 니들 패치에 간질액을 흡수시키는 단계; 및 상기 간질액이 흡수된 마이크로 니들 패치로부터 바이오마커를 분리하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오마커의 회수 방법을 제공한다.

나아가, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 복수개의 마이크로 니들; 및 상기 마이크로 니들이 배열된 기판부를 포함하는 액체 생검용 마이크로 니들 패치를 포함하는 바이오마커 검출 마이크로칩으로서, 정제 컬럼을 포함하는 마이크로칩 중심부에 상기 마이크로 니들 패치가 조립될 수 있고, 상기 마이크로칩 중심에서 벗어난 부분에 복수의 반응 챔버가 존재하며, 상기 복수의 반응 챔버에서 바이오마커를 검출하는 것을 특징으로 하는, 바이오마커 검출 마이크로칩을 제공한다.

본 발명에 따른 액체 생검용 마이크로 니들 패치, 바이오마커 검출 마이크로칩 및 이를 활용한 간질액 추출 방법과 바이오마커 회수 방법은 액체 생검을 위한 간질액(ISF)을 추출하기 위해, 전문적인 인력의 필요없이 환자나 간단한 훈련을 받은 인력이 체액 추출을 할 수 있어 경제적으로 유리하고 일반 바늘을 사용하지 않아 환자의 순응도가 높다. 또한, 피부 간질액의 구성 성분은 혈장, 혈청과 비슷하여, 전처리(혈장, 혈청분리)를 필요로 하는 혈액과 달리 바로 분석이 가능하기 때문에 편리하고 검출 비용이 감소될 수 있다는 장점이 있다.

또한, 간질액에 다수의 바이오마커가 존재하여 암을 비롯한 질병 진단을 위한 액체 생검에 사용할 수 있는 가능성이 크며, 마이크로 니들을 사용하여 ISF 등의 체액을 사람 손을 거치지 않고 바로 추출하여 검사에 사용할 수 있어, 외부 오염에 대한 가능성이 낮다는 이점이 있다.

도 1은 마이크로 니들 기반 액체 생검 마이크로 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 개질 마이크로 니들에 물리적 자극을 가하여 초고속 대용량으로 ISF 추출이 가능하도록 간질액(ISF) 추출용 마이크로 니들을 설계한 것을 나타낸 도면이다.
도 3은 마이크로 니들을 원형 회전식 마이크로칩에 장착하여 유전자 등을 고감도로 분석할 수 있는 진단 마이크로칩을 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예 1의 마이크로니들 패치의 디자인을 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 1의 마이크로니들 패치의 제조방법을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 6은 실시예 1에서 제조된 마이크로니들 패치의 건조 시간에 따른 외형을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 실시예 1에서 제조된 마이크로니들 패치의 외형을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 실시예 2에 의해, 피부 삽입 횟수에 따른 마이크로니들 패치의 투과 여부를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 실시예 2에 의해, 가교결합 시간에 따라, 피부 삽입 전후의 마이크로니들 패치의 형태 변화를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도10은 실시예 2에 의해, 마이크로니들의 처리 시간에 따른 팽창의 정도를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 실시예 2에 의해, 가교결합 시간에 따른 마이크로니들의 팽창의 정도를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 실시예 3에 의한 마이크로니들의 피부 삽입 후 피부 투과 여부를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 13은 실시예 3에 의한 마이크로니들의 피부 삽입 후 니들 모양의 변화를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 14는 실시예 3에 의한 마이크로니들의 처리 시간에 따른 중량 변화를 확인한 결과를 나타낸 것이다

본 발명의 일 측면에 따르면, 복수개의 마이크로 니들; 및 상기 마이크로 니들이 배열된 기판부를 포함하는 액체 생검용 마이크로 니들 패치를 제공한다.

구체적으로는, 상기 액체 생검용은 예를 들어, 간질액(interstitial fluid; ISF) 추출용인 것일 수 있다. 본 발명의 마이크로 니들 패치는, 간질액을 추출함으로써 시료의 추출 시 피험자의 고통이 감소할 수 있는 효과 역시 가질 수 있다. 또한, 상기 간질액은 엑소좀을 풍부하게 포함하고 있으므로, 추출된 간질액 내의 엑소좀으로부터 질병의 진단 및 분석을 위한 정보를 용이하게 획득할 수 있다.

본 발명의 마이크로 니들 패치는, 생분해성 고분자 소재를 포함하는 것으로, 상기 생분해성 고분자는 히알루론산(hyaluronic acid) 및 셀룰로오스 계열로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상에 해당할 수 있다. 특히 바람직하게는 본 발명의 실시예와 같이 메타크릴레이티드 히알루론산 소재를 포함할 수 있다. 상기 메타크릴레이티드 히알루론산은 간질액의 추출 이후 효소 또는 용매에 의해 간단히 분해되어 간질액을 분리해낼 수 있는 장점을 갖는다. 또한 원심분리를 통해 간질액을 마이크로 니들로부터 분리해낼 수 있다.

본 발명의 마이크로 니들 패치는, 몰드에 생분해성 고분자 소재를 채운 후 자외선 조사를 통해 경화시켜 제조되는 것일 수 있다. 상기 자외선 조사는 1 분 내지 60 분 동안 수행될 수 있고, 보다 바람직하게는 5분 내지 30분 동안 수행될 수 있다.

또한, 상기 마이크로 니들 패치는 피부를 투과할 수 있는 기계적 강도를 갖는 것이 바람직하다. 상기 마이크로 니들은, 50 내지 2000 μm 의 높이를 갖고, 상기 기판부는, 10 내지 1000 μm 의 높이를 가질 수 있다. 상기 마이크로 니들은 50 내지 2000 μm 의 높이 범위를 가질 때, 피부의 각질층을 충분히 투과할 수 있다. 상기 기판부는 마이크로 니들을 지지하는 역할을 하며, 안정적인 지지를 위해, 10 내지 1000 μm의 높이 범위를 가질 수 있다.

상기 마이크로 니들은 피라미드형, 원뿔형, 및 다각뿔로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 형상을 가질 수 있다. 상기 형상의 종류는 예시로서, 피부를 투과할 수 있도록 단부가 첨예한 형태를 가지는 형상이라면 상기 종류에 제한되지는 않는다. 다만 추출의 효율성 등을 고려하며 본 발명과 같이 피라미드형을 가질 수 있다.

상기 마이크로 니들은, 예시로서 마이크로 니들 패치에 9개 내지 10,000개로 포함될 수 있다. 예를 들어, 가로 10개 * 세로 10개의 배열을 가져 총 100개의 마이크로 니들이 포함될 수 있으나, 이는 예시로서 통상의 기술자라면 추출하여 진단하고자 하는 질환의 종류에 따라 충분히 변형시켜 제조할 수 있을 것이다.

상기 마이크로 니들은 피부 등의 표적 부위에서, 간질액의 추출을 보다 용이하게 하기 위해, 표적 부위에 대한 마이크로 니들의 표면적을 크게 하는 형태를 가질 수 있으며, 예를 들어, 마이크로 니들의 니들부 주위에 보다 작은 크기의 니들을 가지는 삼지창 형태 등의 니들에 해당할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 액체 생검용 마이크로 니들 패치를 이용한 간질액 추출 방법으로서,

복수개의 마이크로 니들; 및 상기 마이크로 니들이 배열된 기판부를 포함하는 액체 생검용 마이크로 니들 패치를 표적 부위에 부착시키는 단계;

표적 부위에 부착된 상기 마이크로 니들 패치에 물리적 자극을 가하는 단계; 및

상기 마이크로 니들 패치에 간질액을 흡수시키는 단계;

를 포함하는 간질액 추출 방법을 제공할 수 있다.

이 경우, 상기 간질액의 추출 속도 및 추출량 등을 증가시키기 위하여, 표적 부위에 부착된 상기 마이크로 니들 패치에 물리적 자극을 가할 수 있으며, 이 때, 3 MHz 이하의 고주파, 저주파, 초음파, 온도 변화 및 가압으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 자극을 가할 수 있다. 즉 예를 들어 마이크로 니들 패치를 표적 부위에 부착한 후, 가압하여 피부를 투과하여 니들에 간질액을 흡수시키고, 흡수된 간질액을 패치로부터 분리하여 액체 생검에 활용할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따라, 간질액에 포함된 바이오마커의 회수 방법으로서,

복수개의 마이크로 니들; 및 상기 마이크로 니들이 배열된 기판부를 포함하는 액체 생검용 마이크로 니들 패치를 표적 부위에 부착시키는 단계;

표적 부위에 부착된 상기 마이크로 니들 패치에 물리적 자극을 가하는 단계;

상기 마이크로 니들 패치에 간질액을 흡수시키는 단계; 및

상기 간질액이 흡수된 마이크로 니들 패치로부터 바이오마커를 분리하는 단계;

를 포함하는 바이오마커의 회수 방법을 제공할 수 있다.

이 때, 상기 마이크로 니들 패치는 피부 투과 후에 간질액을 흡수하며, 여기에 단백질, DNA, RNA 등 다양한 바이오마커가 포함되어 있다.

상기 간질액은 혈액과 같이 바이오마커 분석을 방해하는 백혈구나 적혈구 등의 혈구 등을 분리하지 않아도 되므로, 마이크로 니들 패치로 추출 후, 바로 분석에 사용할 수 있으며, 마이크로 니들 패치를 구성하는 생분해성 고분자 물질은 물리적, 화학적, 생물학적 반응에 의해 분해, 특히, 상기 생분해성 고분자는 효소 또는 용매에 의해 분해되거나, 원심분리에 의해 간질액이 마이크로 니들로부터 분리될 수 있고, 이후, 분해된 생분해성 고분자는 정제 컬럼을 통해 바이오마커와 쉽게 분리되므로, 추출된 간질액 및 바이오마커는 고효율로 회수될 수 있다는 이점이 있다. 예시로서, 상기 패치에 포함되는 생분해성 고분자가 히알루론산 계열의 고분자라면, 히알루로니다제와 같은 효소를 통해 히알루론산을 분해하여 바이오마커를 분리해낼 수 있다.

특히, 상기 생분해성 고분자의 분해 또는 원심분리를 이용하여 90% 이상의 고효율 간질액의 회수가 가능하며, 간질액에 포함된 엑소좀을 타겟으로 분리 및 농축하는 경우, 70% 이상의 고효율 엑소좀 회수가 가능하다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따라, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 복수개의 마이크로 니들; 및 상기 마이크로 니들이 배열된 기판부를 포함하는 액체 생검용 마이크로 니들 패치를 포함하는 바이오마커 검출 마이크로칩으로서,

정제 컬럼을 포함하는 마이크로칩 중심부에 상기 마이크로 니들 패치가 조립될 수 있고,

상기 마이크로칩 중심에서 벗어난 부분에 복수의 반응 챔버가 존재하며,

상기 복수의 반응 챔버에서 바이오마커를 검출하는 바이오마커 검출 마이크로칩을 제공할 수 있다.

마이크로 니들 패치는 간질액 등 추출 후 바로 상기 바이오마커 검출 마이크로칩으로 이동되어, 상기 반응 챔버 내에서의 면역 또는 유전자 진단을 통해 바이오마커의 검출이 일어날 수 있고, 상기 마이크로칩의 중심부에 정제 컬럼을 포함함으로써 유전자나 엑소좀 등의 바이오마커를 정제할 수 있다.

또한, 상기 면역 진단 또는 유전자 진단은 형광을 검출하거나, UV 신호, 또는 색 변화를 통해 육안으로 확인하는 등의 진단 방법을 도입할 수 있으며, 특히, 이러한 바이오마커 검출 마이크로칩을 이용한 진단 방법은 질환의 진단, 예후 파악, 분석 등을 위한 액체 생검에 사용될 수 있다.

예를 들어 추출된 간질액으로부터 진단하고자 하는 질환과 관련된 바이오마커의 발현 수준을 측정할 수 있을 것이며, 상기 간질액 내의 질환과 연관된 바이오마커의 발현 수준 측정을 위한 방법은 웨스턴 블롯, 엘리사(ELISA) 또는 항체 어레이 등을 통해 수행될 수 있며, 본 발명 분야의 통상의 기술자라면 진단하고자 하는 바이오마커의 종류, 질환의 종류에 따라 적절한 분석법을 선택하여 사용할 수 있을 것이다.

상술한 것과 같이, 본 발명의 액체 생검용 마이크로 니들 패치는, 간질액의 효율적인 분리가 가능하며, 간질액으로부터 질환의 진단이 가능하다. 본 발명의 마이크로 니들 패치로부터 진단 가능한 질환은, 간질액으로부터 진단이 가능한 질환이라면 이에 제한되지는 않으나, 암, 퇴행성 질환, 대사질환 등일 수 있다. 상기 암은 유방암, 폐암, 두경부암, 전립선암, 식도암, 기관지암, 뇌암, 간암, 방광암, 위암, 췌장암, 난소암, 자궁암, 자궁경부암, 고환암, 결장암, 직장암 또는 피부암 등일 수 있고, 상기 퇴행성 질환은 알츠하이머, 파킨슨병, 헌팅톤병, 다발성 경화증, 치매, 또는 루이소체 치매 등일 수 있으며, 상기 대사질환은 비만, 당뇨병, 고혈압 등일 수 있다. 다만 상기 질환의 종류는 예시로서, 이에 제한되지 않으며, 간질액으로부터 진단 가능한 모든 질환을 포함 가능하다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예 들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.

어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

[실시예]

실시예 1. 마이크로니들 패치의 제조

본 발명의 마이크로니들 패치를 제조하기 위해서, 도 4에 나타낸 것과 같이, 니들 높이(Height) 1300 μm, 베이스 높이(Base) 500 μm, 베이스 크기(Backing size) 12 * 12 mm를 갖는 마이크로니들 패치를 제조하기 위한 몰드를 3D 프린터를 이용하여 제작하였다. 제작된 몰드 크기(Mold size)는 90 * 20 mm이며, 마이크로니들의 배열(Array)은 10 * 10이고, 모양(Shape)은 피라미드(Pyramid)형이었다.

도 5에 나타낸 것과 같이 제조된 몰드를 플라즈마 장치로 처리한 후 cap을 부착한 후, 메타크릴레이티드 히알루론산 용액을 몰드에 채워주었고, 3,500 rpm으로 4 ℃에서 10분 동안 원심분리해주었다. 이후, cap을 몰드에서 제거하고, fume hood에서 밤새(overnight) 보관해주었다. 이후 몰드에 용액을 추가하고 건조하는 과정을 3 내지 4회 반복해주었고, 양면테이프를 이용하여 마이크로 니들 패치를 몰드에서 제거해주었다.

마지막으로 UV transmitter를 사용하여 20분 동안 UV를 처리하여 메타크릴레이티드 히알루론산을 가교결합(crosslink)시켜주었고, 이후 Desiccator에 3일 동안 보관하였다.

제조된 마이크로니들 패치의 보관에 따른 외형 변화를 확인하여 도 6에 나타내었다. 도 6에 나타낸 것과 같이 니들의 보관에 따라 마이크로 니들이 효과적으로 건조 및 경화되었으며, 도 7의 결과로부터 각 니들의 단부가 첨예하게 잘 제조되었음을 확인하였다.

실시예 2. 마이크로니들의 피부 투과여부 확인(in vivo)

2.1. 투과 여부 확인

실시예 1에서 제조된 마이크로니들 패치를 이용하여 피부 투과 여부를 확인하였다. 투과 실험은 돼지 피부를 사용하여 수행되었다. 그런 다음 실시예 1에서 제조된 마이크로니들 패치(#1, #2, #3)를 사용하여 피부를 찔러 2%의 젠티안 바이올렛 용액을 처리된 피부에 10분 동안 두었다. 용액을 제거한 후 현미경(Olympus, SZ61 TR, Tokyo, Japan)을 이용하여 피부영상을 촬영하여 피부 투과도를 확인하였다.

결과는 도 8에 나타내었다. 도 8에서 확인할 수 있는 것과 같이, 본 발명의 마이크로니들 패치를 이용하여 효과적으로 피부투과가 이루어지는 것을 확인하였다.

2.2. 가교결합 시간에 따른 형상 유지 확인

또한 UV 조사에 의해 경화를 수행하는 가교결합(crosslink) 시간(5분, 10분, 20분)에 따라, 투과 전 후의 마이크로 니들 패치의 형태를 확인하여 도 9에 나타내었다.

도 9에 나타낸 것과 같이, 20분 동안 가교결합하여 제조한 마이크로니들 패치가 투과 전후에도 형상의 변화가 거의 없는 것을 확인할 수 있었다.

2.3. 투과 유지 시간에 따른 형상 유지 확인

투과 유지 시간에 따른 마이크로니들 패치의 무게를 측정하여 도 10 및 하기 표 1에 나타내었다.

상기 결과로부터 무게의 변화율을 측정하여 도 11 및 하기 표 2에 나타내었다.

상기 결과로부터, 투과 시간을 3~10분으로 유지할 때 마이크로니들 패치의 팽창이 가장 크게 나타나, 3~10분 시간 동안 투과시킬 때 효율적인 추출이 가능할 것을 알 수 있다.

실시예 3. 마이크로니들 패치의 피부 투과여부 확인(ex vivo)

3.1. 투과 여부 확인

실시예 1에서 제조된 마이크로니들 패치를 이용하여 피부 투과 여부를 확인하였다. 투과 실험은 생체 외 돼지 피부를 사용하여 수행되었다. 모피를 제거하고 알코올 면봉으로 청소하여 피부를 준비하고 핀으로 보드에 단단히 고정하였다. 그런 다음 실시예 1에서 제조된 마이크로니들을 사용하여 2%의 젠티안 바이올렛 용액을 처리된 피부에 각각 1분, 3분, 5분 또는 10분 동안 두었다. 용액을 제거한 후 현미경(Olympus, SZ61 TR, Tokyo, Japan)을 이용하여 피부영상을 촬영하여 피부 투과도를 확인하였다.

결과는 도 12에 나타내었다. 도 12에서 확인할 수 있는 것과 같이, 본 발명의 마이크로니들을 이용하여 효과적으로 피부투과가 이루어지는 것을 확인하였다. 또한 도 13에 처리 시간에 따른 니들 모양의 변화를 확인하여 나타내었으며, 1분 내지 10분의 처리에 의해 니들의 모양 변화가 거의 없는 것이 확인되었다.

3.2. 처리 시간에 따른 중량 변화 확인

처리 시간에 따른 무게를 측정하여 그 결과를 하기 표 3과 도 14에 나타내었다.

상기 표 3의 결과에서 확인할 수 있는 것과 같이, 1분의 처리로도 ISF의 추출이 가능하며, 특히 3분 내지 5분의 시간 동안 처리할 때 효율적으로 추출이 가능함을 확인하였다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (14)

1. 복수개의 마이크로 니들; 및 상기 마이크로 니들이 배열된 기판부를 포함하는 액체 생검용 마이크로 니들 패치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 액체 생검용은 간질액(interstitial fluid; ISF) 추출용인 것을 특징으로 하는, 액체 생검용 마이크로 니들 패치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 마이크로 니들 패치는 생분해성 고분자 소재를 포함하고,
   상기 생분해성 고분자는 히알루론산(hyaluronic acid) 및 셀룰로오스 계열로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 액체 생검용 마이크로 니들 패치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 생분해성 고분자 소재는 메타크릴레이티드 히알루론산인 것을 특징으로 하는, 액체 생검용 마이크로 니들 패치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 마이크로 니들은, 50 내지 2000 μm의 높이를 갖고,
   상기 기판부는, 10 내지 1000 μm의 높이를 가지는 것을 특징으로 하는, 액체 생검용 마이크로 니들 패치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 마이크로 니들은 피라미드형, 원뿔형, 및 다각뿔로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 형상을 갖는 것인, 액체 생검용 마이크로 니들 패치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 마이크로 니들은 표적 부위에 대한 증가된 표면적을 갖는 구조를 나타내는 것을 특징으로 하는, 액체 생검용 마이크로 니들 패치.
8. 제1항에 기재된 마이크로 니들 패치를 표적 부위에 부착시키는 단계;
   표적 부위에 부착된 상기 마이크로 니들 패치에 물리적 자극을 가하는 단계; 및
   상기 마이크로 니들 패치에 간질액을 흡수시키는 단계;
   를 포함하는, 액체 생검용 마이크로 니들 패치를 이용한 간질액 추출 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 물리적 자극은 3 MHz 이하의 고주파, 저주파, 초음파, 온도 변화 및 가압으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 간질액 추출 방법.
10. 간질액에 포함된 바이오마커의 회수 방법으로서,
    제1항에 기재된 마이크로 니들 패치를 표적 부위에 부착시키는 단계;
    표적 부위에 부착된 상기 마이크로 니들 패치에 물리적 자극을 가하는 단계;
    상기 마이크로 니들 패치에 간질액을 흡수시키는 단계; 및
    상기 간질액이 흡수된 마이크로 니들 패치로부터 바이오마커를 분리하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오마커의 회수 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 바이오마커를 분리하는 단계는, 마이크로 니들 패치의 생분해성 고분자가 효소 또는 용매에 의해 분해되거나, 원심분리에 의해 간질액이 마이크로 니들로부터 분리되는 것을 특징으로 하는, 바이오마커의 회수 방법.
12. 제10항에 있어서,
    상기 분해된 생분해성 고분자는 정제 컬럼을 통해 바이오마커와 분리되는 것을 특징으로 하는, 바이오마커의 회수 방법.
13. 제1항에 기재된 마이크로 니들 패치를 포함하는 바이오마커 검출 마이크로칩으로서,
    정제 컬럼을 포함하는 마이크로칩 중심부에 상기 마이크로 니들 패치가 조립될 수 있고,
    상기 마이크로칩 중심에서 벗어난 부분에 복수의 반응 챔버가 존재하며,
    상기 복수의 반응 챔버에서 바이오마커를 검출하는 것을 특징으로 하는, 바이오마커 검출 마이크로칩.
14. 제13항에 있어서,
    상기 반응 챔버 내에서의 바이오마커의 검출은 면역 또는 유전자 진단을 통해 일어나는 것을 특징으로 하는, 바이오마커 검출 마이크로칩.

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