KR20230047089A - 덕트 오르가노이드 온 칩 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 비제한적인 일 실시예에서 적어도 하나의 멤브레인 구조를 포함하는 덕트 조직을 성장시키기 위한 바이오칩에 관한 것이며, 멤브레인 구조는 모방 세포 환경을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 다공성 멤브레인, 적어도 하나의 섀시, 여기서 적어도 하나의 섀시는 적어도 하나의 멤브레인 구조를 지지하도록 구성된 채널, 및 적어도 하나의 멤브레인 구조를 지지하는 채널과 유체 연통하는 적어도 하나의 미세유체 채널을 포함함, 그리고 적어도 하나의 커버 슬립을 포함하고, 적어도 하나의 섀시는 적어도 하나의 섀시 내에 내부 공간이 제공되고 적어도 하나의 섀시 내에 적어도 하나의 채널을 생성할 수 있도록 구성되며, 섀시 사이에 생성된 내부 공간은 섀시 본체에 대해 내부에 있지만 멤브레인 구조에 대해 외부에 있는 구획을 제공한다.
Description
성공적인 제약 약물을 개발하는 것은 비용이 많이 들고 시간 소모적이다. 또한, 많은 약물이 개발 과정의 후반 단계에서 실패하여 상당한 매몰 비용을 초래한다. 후반 개발 단계에서 약물이 실패하는 원인 중 하나는 제약 회사가 일반적으로 인간 조직을 충분히 복제하지 못하는 비효율적인 세포 배양 플랫폼에서 성장한 세포에서 약물을 테스트하기 때문이다. 예를 들어, 일반적인 세포 배양 플랫폼은 종종 2D 평판으로 구성된다. 그러나, 기존의 2D 평판은 인체 장기의 3D 구조를 복제하지 않아 결과가 부정확하다. 예를 들어, 인간 조직의 전형적인 미세구조 중 하나는 원형 덕트 형태이며, 이는 유방, 췌장, 간, 신장 및 맥관 구조와 같은 많은 기관의 미세구조이다. 일반적인 2D 평판은 원형 덕트 형태의 3D 미세 구조와 유사하지 않다.
생체 모방 모델의 생성을 위한 두 가지 기본적인 측면들은 구조적 스캐폴딩(scaffolding)을 통해 세포 극성을 보존하는 것과 상피 조직을 기저 멤브레인 및 주변 기질(stroma)과 공동 배양하여 세포 신호 교환을 유도하는 것이다. 세포 극성 보존은 상피 관상 조직에서 시험할 때 중요하다. 왜냐하면, 구분된 극성이 없는 암성 대응물(cancerous counterparts)과 비교할 때, 분극화된 세포는 덕트(관)으로 형성될 때 노화에 도달하여 성장을 멈추기 때문이다. 따라서, 암 세포는 노화에 도달하지 않고 계속 분열하거나 성장하여 제어할 수 없는 암 세포 성장으로 이어진다. 따라서, 배양되고 서로 연결되어 폐쇄된 덕트를 형성하는 세포들은 정상적인 상피 조직과 유사하지만, 2D로 배양된 세포들은 덕트 형성 단계의 세포와 유사한 기능을 한다. 따라서, 비정상적인 환경에서 세포들을 성장시키는 것은 그 세포들이 정상 조직보다 암 조직으로 기능하게 만들 수 있다.
섬유질 조직이 호르몬 및 인슐린 유사 성장 인자(IGF) 수준 변동을 통한 관상 암(ductal cancer) 진행에서 중요한 역할을 하기 때문에 주변 기질과 함께 상피 세포를 공동 배양하는 것이 중요하다. 이러한 변동은 기질 세포의 유전자 발현에 변화를 일으켜 다른 세포외 매트릭스 바이오마커로 이어지고, 따라서 상피 조직에서 그리고 상피 조직으로의 신호 캐스케이드를 방해한다. 일반적으로 이러한 두 가지 기본 측면들 중 하나가 있는 시스템들은 일반적인 2D 배양 플랫폼 또는 3D 젤과 비교할 때 기본(native) 조직과 유사성이 증가하지만 기본 조직과 비교할 때 여전히 많은 주요 차이점을 보여준다.
생체모방 모델의 생성을 위한 또 다른 중요한 측면은 조직 미세환경에 대한 약물의 효과를 테스트하는 능력이다. 이것은 조립된 조직의 경우, 하나의 조직 환경의 수정이 주변 조직의 수정에 미치는 영향을 테스트하는 것이 중요하다는 것을 의미한다. 이것은 특히 조직 세포들 및 주변 조직들의 세포들에서 신호 전달 경로들의 변경으로 이어지는 세포외 기질(ECM)의 급격한 변화들로 인해 암 응용분야에서 특히 중요하다. 이러한 급격한 변화들은 암의 진행과 전이에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다.
일반적인 세포 배양 플랫폼은 공간적으로 분리된 구획들에서 서로 다른 유형의 세포들을 공동 배양할 수 없기 때문에 인간 조직의 전체 미세 환경을 모델링하기가 어렵다. 예를 들어, 유방 종양 미세 환경은 유방암 세포뿐만 아니라 덕트를 형성하는 정상적인 상피 세포를 포함한다. 두 세포 유형 모두는 세포외 기질에서 지지 세포와 상호 작용한다. 이것은 유방암 치료를 목표로 하는 약물의 작용에 영향을 미치는 종양 미세 환경을 나타낸다. 그러나, 전통적인 약물 발견 플랫폼 및 배양 시스템은 정상 유방 세포의 원형 구조를 재현하지 않으며 종양 미세 환경에서 암세포에 대한 다른 세포의 영향을 포착하지 않는다.
따라서, 상기 단점을 해결하는 약물 시험을 위한 세포 배양 플랫폼이 필요하다.
본 개시는 세포 배양 플랫폼으로서 역할을 하는 새롭고 혁신적인 바이오칩을 제공한다. 세포들을 바이오칩에 삽입하고 3차원 조직들로 성장시켜 약물 검사에 사용할 수 있다. 바이오칩 내부에는 멤브레인을 원통 모양으로 구부려 형성된 초박형 다공성 플라스틱 덕트가 있다. 덕트는 미세 유체 채널들을 통해 양쪽에서 접근할 수 있다. 제공된 바이오칩의 목적은 덕트의 내벽에 덕트 상피 또는 내피 세포들을 성장시키고 다른 쪽에서 겔을 통해 세포들과 배지 구성요소들을 시딩(seeding)하여 외부에서 세포들로부터 형성된 주변 조직을 성장시켜 덕트 오가노이드 미세 환경을 복제하는 것이다. 바이오칩은 췌장, 신장, 간, 유방, 폐, 맥관 구조, 전립선, 고환 및 림프관을 포함하지만 이에 제한되지 않는 덕트 조직을 복제하는 데 활용될 수 있다. 바이오칩은 연구원, 제약 회사 및 임상 의사가 인간에게 테스트하기 전에 효과를 더 잘 예측하기 위해 칩 내부에서 성장한 오가노이드에 약물들 및 구성요소들을 테스트하는 데 사용될 수 있다.
본 개시는 세포가 3D 인터페이싱 덕트 조직(근상피 조직 및/또는 기질 라이닝을 사이에 두고 기질로 둘러싸인 원통형 상피/내피 조직)으로 성장하기 위한 스캐폴딩 시스템을 생성하는 장치 및 방법을 제공한다. 본 개시는 낮은 강성 3D 조직의 조직을 지지할 수 있는 구조적 안정성을 허용한다.
본 개시는 원형 단면 스캐폴드와 같은 몇 가지 기술적 이점을 포함한다. 여기서 세포들은 덕트의 내부 표면에 부착되고 융합되면 자연 조직과 유사한 멤브레인 극성(분화)을 달성하고 주변 기질과 세포의 공동 배양을 허용할 수 있다. 이것은 향상된 모방물을 제공하여 오르간(organ)-온-칩의 생체 내 환경과 다양성을 보다 정확하게 예측할 수 있다. 마지막으로, 본 개시는 개시된 칩에 대해 수백, 심지어 수천의 실험이 수행될 수 있는 높은 처리량 능력을 달성하는 능력을 제공한다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 덕트 조직 성장용 바이오칩은, 적어도 하나의 멤브레인 구조, 상기 적어도 하나의 멤브레인 구조는 모방 세포 환경을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 다공성 멤브레인을 포함함, 적어도 하나의 섀시, 상기 적어도 하나의 섀시는 적어도 하나의 멤브레인 구조를 지지하도록 구성된 채널 및 적어도 하나의 멤브레인 구조를 지지하는 채널과 유체 연통하는 적어도 하나의 미세유체 채널을 포함함, 그리고, 적어도 하나의 커버 슬립을 포함하고, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 적어도 하나의 섀시 내에 내부 공간이 제공되고 상기 적어도 하나의 섀시 내에 적어도 하나의 채널을 생성할 수 있도록 구성되며, 섀시 사이에 생성된 상기 내부 공간은 섀시의 본체에 대해서는 내부이지만 상기 멤브레인 구조에 대해서는 외부에 있는 구획을 제공하고, 복수의 개구들이 유체 또는 공기가 섀시 사이에 생성된 상기 멤브레인 구조에 대해 외부 구획을 제공하는 섀시 사이에 생성된 상기 내부 공간에 들어가거나 나갈 수 있도록 상기 적어도 하나의 섀시에 제공된다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 멤브레인 구조는 하나 이상의 원통형 스캐폴드이다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 적어도 하나의 멤브레인 구조가 상기 적어도 하나의 멤브레인 구조의 상기 원통형 스캐폴드 내의 상기 내부 공간 내에서 결합될 수 있어, 서로 중첩된(nested) 다공성 멤브레인 덕트 스캐폴드의 층들을 제공한다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 멤브레인 구조는 합성 폴리머, 유기 폴리머 또는 복합 재료의 그룹으로부터 선택된다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 멤브레인 구조는 상이한 또는 동일한 생물학적 재료에 대한 생체내 조직 조건들을 모방할 수 있다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 멤브레인 구조는 복수의 기질 조직 유형들을 위한 환경을 제공할 수 있다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 멤브레인 구조는 복수의 질병 모델들의 테스트를 위한 환경을 제공할 수 있다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 원통형 덕트 스캐폴드를 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들에 대한 접근을 제공하는 위치에 유지시키는 특징부들을 포함한다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 생물학적 구성요소들은 상기 바이오칩의 미세유체 채널로 피펫팅되거나 펌핑될 수 있다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 생물학적 구성요소들은 동일한 생물학적 구성요소들이다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 생물학적 구성요소들은 동일한 생물학적 구성요소들이다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들에 대한 접근을 제공하는 하나 이상의 미세유체 채널을 형성하는 특징부들을 포함한다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들로 이어지는 상기 미세유체 채널들을 형성하는 특징부들을 포함한다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들로 이어지고, 다공성 덕트 스캐폴드 위치들의 하나 이상의 영역에서 상호 연결되는 미세유체 채널들을 포함한다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들로 이어지고, 서로 연결되며 조립 후에는 다공성 덕트 스캐폴드의 벽들에 의해서만 분리되는 미세유체 채널들을 포함한다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들로 연결되고, 서로 연결되며 조립 후에 상기 덕트 스캐폴드의 벽에 있는 기공을 통해서만 연결되는 미세유체 채널들을 포함한다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 덕트 스캐폴드의 외부 구획으로 이어지는 미세유체 채널을 형성하는 싱기 적어도 하나의 섀시의 특징부들이 상기 적어도 하나의 섀시의 내부 층들에 새겨질 수 있다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 덕트 스캐폴드의 외부 구획으로 이어지는 미세유체 채널들을 형성하는 상기 적어도 하나의 섀시의 특징부들은 상기 적어도 하나의 섀시의 외부 표면에 새겨질 수 있고, 완전한 채널을 만드는 하나 이상의 얇은 커버슬립으로 둘러싸여 있다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 원통형 덕트 단면은 원형, 타원형 또는 임의의 다른 둘러싸인 형태일 수 있다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 덕트는 다공성일 수 있고 기공들은 임의의 개수, 모양 및 크기일 수 있다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 일부 기공들은 생물학적 구성요소의 확산을 허용한다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 일부 기공들은 덕트 벽을 가로질러 세포들의 이동을 허용한다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 섀시는 적어도 하나의 입구 구멍 및 적어도 하나의 출구 구멍을 포함한다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 덕트 스캐폴드의 내부 구획으로 이어지는 미세유체 채널들을 형성하는 상기 적어도 하나의 섀시의 특징부들은 상기 채널의 입구 구멍과 출구 구멍 사이에서 연장될 수 있다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 덕트 스캐폴드의 내부 구획으로 이어지는 미세유체 채널들을 형성하는 상기 적어도 하나의 섀시의 특징부들은 채널의 입구 및 출구 구멍을 넘어 연장될 수 있고, 나중에 칩 하위 구성요소들의 조립 후 연결될 수 있다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 섀시는 현미경 또는 이미징 장치와 함께 사용되도록 구성된다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 덕트 스캐폴드를 둘러싸는 내부 및 외부 구획들로 유체가 흐르도록 하는 미세유체 채널들은 상기 적어도 하나의 섀시 사이에 둘러싸인다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 덕트 스캐폴드를 둘러싸는 외부 구획으로 유체가 흐르도록 하는 미세유체 채널들은 상기 적어도 하나의 섀시와 상기 적어도 하나의 섀시에 의해 둘러싸여 있지 않은 상기 바이오칩의 추가 측면을 덮는 적어도 하나의 커버슬립 글래스 사이에 둘러싸인다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 섀시에 결합된 상기 적어도 하나의 멤브레인 구조는 상기 멤브레인이 구부러지고 길이를 따라 상기 덕트 스캐폴드 표면의 영역에 조립 전에 접착될 때, 상기 기질 미세유체 채널 공극으로 사방에서 둘러싸일 수 있다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 섀시는 유리 또는 폴리머와 같이 부서지기 쉽고 투명하며 낮은 자가형광 중 하나인 재료로 제조된다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 섀시는 불투명한 재료로 이루어진다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 섀시는 자극에 반응하여 변형되도록 구성되고 상기 적어도 하나의 멤브레인 구조를 캡슐화한다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 자극은 열, 압력, 화학적 노출 또는 방사선 노출 중 하나이다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 커버 슬립 및 상기 적어도 하나의 섀시는 통합되어 단일체를 형성한다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 커버 슬립은 투명한 재료로 만들어진다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 바이오칩은 복수의 추가적인 바이오칩들과 연결되어 상호작용할 수 있다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 바이오칩을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은, 적어도 하나의 섀시를 제공하는 단계, 상기 적어도 하나의 섀시는, 적어도 하나의 멤브레인 구조를 지지하도록 구성된 채널 및 상기 채널과 유체 연통하는 적어도 하나의 미세유체 채널을 포함함, 적어도 하나의 다공성 멤브레인을 제공하는 단계, 적어도 하나의 다공성 멤브레인을 원통형 단면의 폐쇄 루프로 구부리는 단계, 여기서 둥근 원통형 다공성 덕트는 다공성 멤브레인의 제1 부분을 구부림으로써 형성되고 하나 이상의 추가적인 다공성 멤브레인이 상기 덕트의 제2 부분을 형성함, 그리고, 상기 적어도 하나의 섀시 사이에 상기 적어도 하나의 다공성 멤브레인을 삽입하는 단계를 포함한다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 다공성 멤브레인이 완전한 덕트 형상을 형성하기 위해 적어도 하나의 섀시 사이의 상부 표면에 평행한 평면으로부터 0° 내지 180° 사이로 구부러지고, 다른 멤브레인들은 완전한 덕트의 나머지 부분을 형성하도록 구부러진다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들로 이어지는 미세유체 채널들을 형성하는 특징부들을 포함하도록 구성된다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 적어도 하나의 멤브레인 구조가 상기 적어도 하나의 멤브레인 구조의 원통형 스캐폴드 내의 내부 공간 내에서 결합되어 서로 중첩된 다공성 멤브레인 덕트 스캐폴드의 층들을 제공한다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들로 이어지는 미세유체 채널들이 다공성 덕트 스캐폴드 위치들의 하나 이상의 영역에서 상호 연결되도록 구성된다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들로 이어지는 미세유체 채널들이 상호 연결되고, 조립 후에 다공성 덕트 스캐폴드의 벽들에 의해서만 분리되도록 구성된다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들로 이어지는 미세유체 채널들이 상호 연결되고, 조립 후 상기 덕트 스캐폴드의 벽들에 있는 기공을 통해서만 연결되도록 구성된다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 덕트 스캐폴드의 외부 구획으로 이어지는 미세유체 채널들을 형성하는 상기 적어도 하나의 섀시의 특징부들이 상기 적어도 하나의 섀시의 내부 층들에 새겨질 수 있다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 덕트 스캐폴드의 외부 구획으로 이어지는 미세유체 채널들을 형성하는 상기 적어도 하나의 섀시의 특징부들이 상기 적어도 하나의 섀시의 외부 표면들 상에 새겨질 수 있고, 완전한 채널을 생성하는 다른 섀시 부품 또는 적어도 하나의 커버슬립으로 덮여 있다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 적어도 하나의 섀시의 특징부들은 상기 채널에 대한 접근을 제공하는 적어도 하나의 입구 및 적어도 하나의 출구 구멍을 제공하도록 구성된다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 덕트 스캐폴드의 내부 구획으로 이어지는 미세유체 채널들을 형성하는 상기 적어도 하나의 섀시의 특징부들이 상기 채널의 입구 구멍과 출구 구멍 사이에서 연장될 수 있다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 덕트 스캐폴드의 내부 구획으로 이어지는 미세유체 채널들을 형성하는 상기 적어도 하나의 섀시의 특징부들이 상기 채널의 입구 및 출구 구멍을 넘어 연장될 수 있고, 나중에 칩 하위 구성요소들의 조립 후 연결된다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 원통형 덕트는 화학적 접합, 압력 접합 또는 열 접합 중 하나 또는 이들의 조합에 의해 상기 멤브레인들과 상기 적어도 하나의 섀시를 접합함으로써 형성된다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 원통형 덕트 스캐폴드를 형성하는 구부러진 멤브레인들이 상기 적어도 하나의 섀시에서 조립 전 또는 후에 접합될 수 있다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 접합 방법은 재료 표면의 제어된 두께를 용융시켜 서로 다른 부품들을 함께 용접하기 위해 사용된다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 화학 접합은 에탄올과 클로로포름의 혼합물을 포함한다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 열 접합은 표면 조사를 포함할 수 있다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 바이오칩의 상부층 및 하부층을 형성하는 적어도 하나의 커버슬립 글래스는 다른 부품들과 동일한 방법을 사용하거나 유리-고분자 접착제를 사용하여 적어도 하나의 섀시에 접합된다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 덕트 스캐폴드 내부 구획으로 이어지는 미세유체 채널의 말단들을 폐쇄하는 플러그들이 중합체 접착제를 사용하여 접합된다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 상기 덕트 스캐폴드 멤브레인의 연장부가 그의 말단들에서 유지되고 상기 멤브레인들에 주름이 생기는 것을 방지하기 위해 인장된다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 둥근 다공성 덕트는 막대 위에 편평한 멤브레인을 원통형 단면의 폐루프로 구부리고, 그 길이를 따라 상기 덕트 스캐폴드 표면의 한 영역에 접합하여 형성된다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 둥근 다공성 덕트는 막대 위에 편평한 멤브레인을 원통형 단면의 폐루프로 구부리고, 덕트 표면의 연장부인 상기 덕트 스캐폴드의 표면을 따라 편평한 영역에 접착하여 형성된다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 둥근 다공성 덕트는 막대 위에 원통형 단면의 폐루프로 하나 이상의 편평한 멤브레인을 구부리고, 덕트 표면의 연장부인 상기 덕트 스캐폴드의 표면을 따라 편평한 영역에 접착하여 형성된다.
여기에 나열된 임의의 다른 측면 또는 측면들의 조합과 조합하여 사용될 수 있는, 본 개시의 또 다른 측면에서, 멤브레인들을 형성하는 단계는 멤브레인을 원하는 모양으로 유지하는 막대가 상기 적어도 하나의 섀시 사이에 위치하며, 덕트 스캐폴드의 말단들은 상기 섀시에 접합되고 상기 적어도 하나의 섀시에 의해 둘러싸여 있다.
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도 1a는 본 개시의 일 측면에 따른 바이오칩의 사시도를 도시한다.
도 1b는 본 개시의 일 측면에 따른 바이오칩의 상면도를 도시한다.
도 2a는 본 개시의 일 측면에 따른, 멤브레인들의 결합 이전의 바이오칩의 분해도를 도시한다.
도 2b는 본 개시의 일 측면에 따른, 튜브 형성 이전에 사전 접합된 멤브레인들을 갖는 바이오칩의 분해도를 도시한다.
도 2c는 본 개시의 일 측면에 따른, 튜브 형성 후의 바이오칩의 분해도를 도시한다.
도 2d는 본 개시의 추가적인 측면에 따른, 추가적인 멤브레인들을 이용하는 바이오칩의 분해도를 도시한다.
도 2e는 본 개시의 추가적인 측면에 따른, 하나의 섀시에 조립되는 튜브 형성물로 형성된 멤브레인 구조를 이용하는 바이오칩의 분해도를 도시한다.
도 2f는 본 개시의 추가적인 측면에 따른, 또 다른 다공성 멤브레인 구조 내에 중첩된(nested) 내부 덕트인 튜브 형성으로 형성된 추가적인 멤브레인들을 이용하는 바이오칩의 분해도를 도시한다.
도 3a는 본 개시의 일 측면에 따른, 덕트 스캐폴드를 형성하는 다공성 멤브레인을 도시한다.
도 3b는 본 개시의 일 측면에 따른, 덕트 스캐폴드를 형성하고 멤브레인 말단들에서 결합된 다공성 멤브레인을 도시한다.
도 3c는 본 개시의 일 측면에 따른, 헤미덕트(hemi ductal) 스캐폴드를 형성하는 다공성 멤브레인을 도시한다.
도 4a는 본 개시의 일 측면에 따른, 멤브레인이 결합되고 그의 연장부들이 절단된 덕트 스캐폴드의 단면도를 도시한다.
도 4b는 본 개시의 일 측면에 따른, 멤브레인의 연장부들이 인장된 덕트 스캐폴드의 단면도를 도시한다.
도 4c는 본 개시의 일 측면에 따른, 원통형 덕트를 형성하기 위해 함께 조립된 2개의 섀시들 사이에 인장된 연장부들을 갖고, 섀시에 조립된 후 접착되는 2개의 헤미덕트 멤브레인들을 도시한다.
도 4d는 본 개시의 일 측면에 따른, 덕트 스캐폴드가 멤브레인 연장부 없이 둥글고, 단일 섀시에 조립된 후 접합된 다른 스캐폴드 내에 중첩된 바이오칩 조립체의 단면도를 도시한다.
도 5a는 본 개시의 일 측면에 따른, 조립된 바이오칩의 상면도를 도시한다.
도 5b는 본 개시의 일 측면에 따른, 바이오칩의 덕트 및 미세 유체 챔버의 사시도를 도시한다.
도 5c는 본 개시의 일 측면에 따른, 바이오칩의 덕트 및 미세 유체 챔버의 측면도를 도시한다.
도 6a는 본 개시의 일 측면에 따른, 바이오칩 조립체의 상면도를 도시한다.
도 6b는 본 개시의 일 측면에 따른, 덕트 스캐폴드가 섀시에 조립되기 전에 말단들에서 사전 접합되는 바이오칩 구성요소들의 접합 프로세스를 도시한다.
도 7a는 본 개시의 일 측면에 따른, 장력을 적용하기 위해 조립될 때 멤브레인이 구부려진 후 당겨지는 바이오칩 조립체의 상면도를 도시한다.
도 7b는 본 개시의 일 측면에 따른, 덕트 스캐폴드가 섀시에 조립된 후 말단들에서 접합되는 바이오칩 구성요소들의 접합 프로세스를 도시한다.
도 8a는 본 개시의 일 측면에 따른, 장력을 적용하기 위해 조립될 때 각각 두 멤브레인들이 헤미-덕트(hemi-duct)로 구부려진 후 두 개의 멤브레인들을 당겨지는 바이오칩 조립체의 상면도를 도시한다.
도 8b는 본 개시의 일 측면에 따른, 덕트 스캐폴드가 섀시와 함께 기울어진 2개의 멤브레인들로 만들어진 바이오칩 구성요소들의 접합 프로세스를 도시한다.
도 9a는 멤브레인이 섀시에 조립하기 전에 멤브레인 연장부 없이 완전 둥근 덕트로 멤브레인이 구부러지는 바이오칩 조립체의 상면도를 도시한다. 여기서, 멤브레인은 본 개시의 일 측면에 따라, 길이에 따라 덕트 스캐폴드 표면의 영역에서 사전 접합된다.
도 9b는 본 개시의 일 측면에 따른, 멤브레인 연장부 없이 덕트 스캐폴드가 둥근 바이오칩 구성요소들의 접합 프로세스를 도시한다.
도 10a는 본 개시의 일 측면에 따른, 두 멤브레인들이 장력을 적용하기 위해 조립될 때 각각 헤미덕트(hemi-duct)로 구부려진 후 당겨지는 바이오칩 조립체의 상면도를 도시한다.
도 10b는 본 개시의 일 측면에 따른, 덕트 스캐폴드가 섀시와 함께 정렬된 2 개의 멤브레인들으로 만들어지며, 샌드위치된 때에 사전 인장되고, 섀시에 조립된 후에 접합되는 바이오칩 구성요소들의 접합 프로세스를 도시한다.
도 11a는 본 개시의 일 측면에 따른, 하나의 섀시에 조립될 때 두 멤브레인들이 접합되고 연장부가 절단된 상태로 길이를 따라 있는 바이오칩 조립체의 상면도를 도시한다.
도 11b는 본 개시의 일 측면에 따른, 멤브레인이 180도 회전으로 구부러지고, 길이를 따라 덕트 스캐폴드 표면의 영역에서 접합된 바이오칩 구성요소들의 접합 프로세스를 도시한다.
도 12a는 본 개시의 일 측면에 따른, 덕트 스캐폴드가 멤브레인 연장부 없이 다른 덕트 스캐폴드 내에 중첩되어있는 바이오칩 조립체의 상면도를 도시한다.
도 12b는 본 개시의 일 측면에 따른, 덕트 스캐폴드가 멤브레인 연장부 없이 둥글고 다른 덕트 스캐폴드 내에 중첩된 바이오칩 구성요소들의 접합 프로세스를 도시한다.
도 13a, 13b 및 13c는 본 개시의 측면들에 따른, 바이오칩의 추가 실시 예들을 도시한다.
도 14는 본 개시의 일 측면에 따른, 바이오칩의 원통형 덕트의 다공성 멤브레인에서 원형 덕트 형태 조직 미세구조를 도시한다.
도 15a는 본 개시의 일 측면에 따른, 다공성 덕트 스캐폴드의 내부 구획의 내벽에 부착된 질병이 없는 정상 상피 또는 내피 세포가 성장하는 덕트 조직 모델의 단면도를 도시한다.
도 15b는 본 개시의 일 측면에 따른, 질병이 없는 정상 상피 또는 내피 세포가 암 세포와 혼합되어 동시에 덕트 스캐폴드 내부 구획에 삽입되는 종양 조직 질환 모델을 도시한다.
도 15c는 본 개시의 일 측면에 따른, 이전에 성장된 고형 종양 클러스터를 삽입하기 전에 덕트 스캐폴드 내부 구획에서 질병이 없는 정상 세포가 성장하는 종양 조직 질환 모델을 도시한다.
도 15d는 본 개시의 일 측면에 따른, 기질 또는 실질 기반 질병 모델을 도시한다.
도 16은 본 개시의 일 측면에 따른, 바이오칩에 대한 높은 처리량 96-웰 플레이트 포맷을 도시한다.
도 17은 본 개시의 일 측면에 따른, 랙 조립체를 도시한다.
도 18은 본 개시의 일 측면에 따른 벌크 포장을 도시한다.
도 1a는 본 개시의 일 측면에 따른 바이오칩의 사시도를 도시한다.
도 1b는 본 개시의 일 측면에 따른 바이오칩의 상면도를 도시한다.
도 2a는 본 개시의 일 측면에 따른, 멤브레인들의 결합 이전의 바이오칩의 분해도를 도시한다.
도 2b는 본 개시의 일 측면에 따른, 튜브 형성 이전에 사전 접합된 멤브레인들을 갖는 바이오칩의 분해도를 도시한다.
도 2c는 본 개시의 일 측면에 따른, 튜브 형성 후의 바이오칩의 분해도를 도시한다.
도 2d는 본 개시의 추가적인 측면에 따른, 추가적인 멤브레인들을 이용하는 바이오칩의 분해도를 도시한다.
도 2e는 본 개시의 추가적인 측면에 따른, 하나의 섀시에 조립되는 튜브 형성물로 형성된 멤브레인 구조를 이용하는 바이오칩의 분해도를 도시한다.
도 2f는 본 개시의 추가적인 측면에 따른, 또 다른 다공성 멤브레인 구조 내에 중첩된(nested) 내부 덕트인 튜브 형성으로 형성된 추가적인 멤브레인들을 이용하는 바이오칩의 분해도를 도시한다.
도 3a는 본 개시의 일 측면에 따른, 덕트 스캐폴드를 형성하는 다공성 멤브레인을 도시한다.
도 3b는 본 개시의 일 측면에 따른, 덕트 스캐폴드를 형성하고 멤브레인 말단들에서 결합된 다공성 멤브레인을 도시한다.
도 3c는 본 개시의 일 측면에 따른, 헤미덕트(hemi ductal) 스캐폴드를 형성하는 다공성 멤브레인을 도시한다.
도 4a는 본 개시의 일 측면에 따른, 멤브레인이 결합되고 그의 연장부들이 절단된 덕트 스캐폴드의 단면도를 도시한다.
도 4b는 본 개시의 일 측면에 따른, 멤브레인의 연장부들이 인장된 덕트 스캐폴드의 단면도를 도시한다.
도 4c는 본 개시의 일 측면에 따른, 원통형 덕트를 형성하기 위해 함께 조립된 2개의 섀시들 사이에 인장된 연장부들을 갖고, 섀시에 조립된 후 접착되는 2개의 헤미덕트 멤브레인들을 도시한다.
도 4d는 본 개시의 일 측면에 따른, 덕트 스캐폴드가 멤브레인 연장부 없이 둥글고, 단일 섀시에 조립된 후 접합된 다른 스캐폴드 내에 중첩된 바이오칩 조립체의 단면도를 도시한다.
도 5a는 본 개시의 일 측면에 따른, 조립된 바이오칩의 상면도를 도시한다.
도 5b는 본 개시의 일 측면에 따른, 바이오칩의 덕트 및 미세 유체 챔버의 사시도를 도시한다.
도 5c는 본 개시의 일 측면에 따른, 바이오칩의 덕트 및 미세 유체 챔버의 측면도를 도시한다.
도 6a는 본 개시의 일 측면에 따른, 바이오칩 조립체의 상면도를 도시한다.
도 6b는 본 개시의 일 측면에 따른, 덕트 스캐폴드가 섀시에 조립되기 전에 말단들에서 사전 접합되는 바이오칩 구성요소들의 접합 프로세스를 도시한다.
도 7a는 본 개시의 일 측면에 따른, 장력을 적용하기 위해 조립될 때 멤브레인이 구부려진 후 당겨지는 바이오칩 조립체의 상면도를 도시한다.
도 7b는 본 개시의 일 측면에 따른, 덕트 스캐폴드가 섀시에 조립된 후 말단들에서 접합되는 바이오칩 구성요소들의 접합 프로세스를 도시한다.
도 8a는 본 개시의 일 측면에 따른, 장력을 적용하기 위해 조립될 때 각각 두 멤브레인들이 헤미-덕트(hemi-duct)로 구부려진 후 두 개의 멤브레인들을 당겨지는 바이오칩 조립체의 상면도를 도시한다.
도 8b는 본 개시의 일 측면에 따른, 덕트 스캐폴드가 섀시와 함께 기울어진 2개의 멤브레인들로 만들어진 바이오칩 구성요소들의 접합 프로세스를 도시한다.
도 9a는 멤브레인이 섀시에 조립하기 전에 멤브레인 연장부 없이 완전 둥근 덕트로 멤브레인이 구부러지는 바이오칩 조립체의 상면도를 도시한다. 여기서, 멤브레인은 본 개시의 일 측면에 따라, 길이에 따라 덕트 스캐폴드 표면의 영역에서 사전 접합된다.
도 9b는 본 개시의 일 측면에 따른, 멤브레인 연장부 없이 덕트 스캐폴드가 둥근 바이오칩 구성요소들의 접합 프로세스를 도시한다.
도 10a는 본 개시의 일 측면에 따른, 두 멤브레인들이 장력을 적용하기 위해 조립될 때 각각 헤미덕트(hemi-duct)로 구부려진 후 당겨지는 바이오칩 조립체의 상면도를 도시한다.
도 10b는 본 개시의 일 측면에 따른, 덕트 스캐폴드가 섀시와 함께 정렬된 2 개의 멤브레인들으로 만들어지며, 샌드위치된 때에 사전 인장되고, 섀시에 조립된 후에 접합되는 바이오칩 구성요소들의 접합 프로세스를 도시한다.
도 11a는 본 개시의 일 측면에 따른, 하나의 섀시에 조립될 때 두 멤브레인들이 접합되고 연장부가 절단된 상태로 길이를 따라 있는 바이오칩 조립체의 상면도를 도시한다.
도 11b는 본 개시의 일 측면에 따른, 멤브레인이 180도 회전으로 구부러지고, 길이를 따라 덕트 스캐폴드 표면의 영역에서 접합된 바이오칩 구성요소들의 접합 프로세스를 도시한다.
도 12a는 본 개시의 일 측면에 따른, 덕트 스캐폴드가 멤브레인 연장부 없이 다른 덕트 스캐폴드 내에 중첩되어있는 바이오칩 조립체의 상면도를 도시한다.
도 12b는 본 개시의 일 측면에 따른, 덕트 스캐폴드가 멤브레인 연장부 없이 둥글고 다른 덕트 스캐폴드 내에 중첩된 바이오칩 구성요소들의 접합 프로세스를 도시한다.
도 13a, 13b 및 13c는 본 개시의 측면들에 따른, 바이오칩의 추가 실시 예들을 도시한다.
도 14는 본 개시의 일 측면에 따른, 바이오칩의 원통형 덕트의 다공성 멤브레인에서 원형 덕트 형태 조직 미세구조를 도시한다.
도 15a는 본 개시의 일 측면에 따른, 다공성 덕트 스캐폴드의 내부 구획의 내벽에 부착된 질병이 없는 정상 상피 또는 내피 세포가 성장하는 덕트 조직 모델의 단면도를 도시한다.
도 15b는 본 개시의 일 측면에 따른, 질병이 없는 정상 상피 또는 내피 세포가 암 세포와 혼합되어 동시에 덕트 스캐폴드 내부 구획에 삽입되는 종양 조직 질환 모델을 도시한다.
도 15c는 본 개시의 일 측면에 따른, 이전에 성장된 고형 종양 클러스터를 삽입하기 전에 덕트 스캐폴드 내부 구획에서 질병이 없는 정상 세포가 성장하는 종양 조직 질환 모델을 도시한다.
도 15d는 본 개시의 일 측면에 따른, 기질 또는 실질 기반 질병 모델을 도시한다.
도 16은 본 개시의 일 측면에 따른, 바이오칩에 대한 높은 처리량 96-웰 플레이트 포맷을 도시한다.
도 17은 본 개시의 일 측면에 따른, 랙 조립체를 도시한다.
도 18은 본 개시의 일 측면에 따른 벌크 포장을 도시한다.
본 개시는 생체모방 모델의 근본적인 측면을 가능하게 하는 생체모방 조직 배양 플랫폼 또는 바이오칩을 제공한다. 제공된 바이오칩은 일반적인 배양 플랫폼에 비해 생체 내 미세 환경을 더 정확하게 복제함으로써 일반적인 배양 플랫폼보다 더 예측 가능한 체외(in vitro)약물 테스트를 추가로 가능하게 한다.
현재 개시된 바이오칩은 세포가 성장하고 인체에서 조직을 복제하는 3D 원통형 채널들을 형성하도록 한다. 원통형 덕트들은 바이오칩 내에 내장되어 있다. 원통형 덕트는 2D 세포 배양에 일반적으로 사용되는 멤브레인들(예: 트랜스-웰 멤브레인)과 같은 다공성 및 유연한 멤브레인들로 구성될 수 있다. 멤브레인들은 원통형 덕트를 형성하도록 재구성된다. 예를 들어, 멤브레인들은 막대 위로 말려진 다음 결합되어 원통형 덕트를 형성할 수 있다. 일부 측면들에서, 멤브레인들은 칩과의 조립을 위해 원통형 포스트에 결합될 수 있다. 예를 들어, 이들은 화학 결합(예를 들어, 혼합된 에탄올 및 클로로포름)과 압력 및 열 결합의 조합에 의해 결합될 수 있다.
원통형 덕트는 세포가 부착, 성장 및 재구성하여 인체의 모양과 유사한 3D 원통형 채널을 형성하도록 영향을 준다. 세포가 덕트의 내부 표면에 부착되어 서로 합쳐지면 자연 조직과 유사한 멤브레인 극성 또는 분화가 이루어질 수 있다. 원통형 덕트는 예를 들어 25마이크로미터만큼 작은 것부터 2밀리미터보다 큰 것까지 다양한 직경을 가질 수 있다. 가능한 직경의 범위는 다양한 기관의 덕트 미세구조를 복제하는 바이오칩을 가능하게 한다.
각각의 원통형 덕트는 적어도 하나의 외부 구획(예를 들어, 내부 및 외부 구획들을 갖는 원통형 다공성 덕트)과 연결된다. 예를 들어, 덕트는 마이크로 채널들을 통해 외부 구획들과 연결될 수 있다. 이 구성은 다중 세포 배양을 가능하게 한다. 예를 들어, 유방관 세포들은 원통형 덕트의 내벽을 따라 성장할 수 있으며, 종양 미세 환경의 세포들(예: 섬유아세포 및 면역 세포)는 원통형 덕트의 외벽과 직접 접촉하는 3D 세포들을 형성하기 위해 외부 구획들의 겔 내부에서 배양될 수 있다. 생체 분자들 또는 세포들은 원통형 덕트의 기공들을 통과하여 외부 구획 내부의 세포들과 덕트 내부의 세포들 사이의 크로스 토크(cross-talk)를 달성할 수 있다. 경우에 따라 세포들에 성장 배지 및 생리활성 약물을 공급하기 위해 흐름이 원통형 덕트 내부를 통과할 수 있다. 다른 경우에, 시료 세포들 또는 이들에 의해 분비된 생체 분자들은 생체 분석 목적을 위해 원통형 덕트 내부를 통과할 수 있다.
제공된 바이오칩은 다중 덕트들 및 다중 주변 채널들을 포함할 수 있다. 본 개시의 적어도 하나의 측면에서, 바이오칩은 고처리량 약물 스크리닝 목적을 위해 사용될 수 있도록 다중 병렬 덕트들을 갖는 96-웰 플레이트 디자인으로 구성될 수 있다. 이러한 측면에서, 시스템은 표준 96-웰 플레이트의 치수를 가지며, 일부 경우에 입구 및 출구 포트에 연결된 펌프와 함께 사용될 수 있다. 다른 경우에는 유체를 수동으로 입구 포트로 피펫팅할 수 있으며 모세관 힘의 도움으로 전체 덕트를 채울 것이다.
바이오칩은 세포 배양 목적에 최적화된 재료로 구성될 수 있다. 일부 측면에서 바이오칩 재료는 투명하여 형광 현미경 분석에 적합하다. 일부 측면에서, 바이오칩 재료는 친수성이어서, 많은 다른 세포 배양 플랫폼에서 널리 사용되는 소수성 재료인 폴리디메틸실록산(PDMS)의 문제를 피하는 데 도움이 된다. 제공된 바이오칩은 몰딩, 접합과 같은 기존의 확장 가능한 제조 방법을 통해 제조될 수 있다.
여기에 사용된 "약", "대략" 및 "실질적으로"는 예를 들어 참조 숫자의 -10%에서 +10% 범위, 바람직하게는 참조 숫자의 -5%에서 +5% 범위, 보다 바람직하게는 참조 숫자의 -1%에서 +1% 범위, 가장 바람직하게는 참조 숫자의 -0.1%에서 +0.1% 범위인 숫자 범위의 숫자를 지칭하는 것으로 이해된다.
또한, 본원의 모든 숫자 범위는 범위 내의 모든 정수, 전체 또는 분수를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 이러한 숫자 범위는 해당 범위에 있는 숫자 또는 숫자의 하위 집합에 대한 주장에 대한 지원을 제공하는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, 1에서 10까지의 공개는 1에서 8, 3에서 7, 1에서 9, 3.6에서 4.6, 3.5에서 9.9 등의 범위를 지원하는 것으로 해석되어야 한다.
명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 단어의 단수형은 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수형을 포함한다. 따라서 참조 "a", "an" 및 "the"는 일반적으로 각 용어의 복수형을 포함한다. 예를 들어, "기관" 또는 "덕트(관)"에 대한 언급은 복수의 이러한 "기관들" 또는 "덕트(관)들"을 포함한다. "X 및/또는 Y"와 관련하여 사용된 용어 "및/또는"은 "X" 또는 "Y" 또는 "X 및 Y"로 해석되어야 한다.
바이오칩 조립
도 1a 및 1b는 본 개시의 일 측면에 따른, 조립된 바이오칩(100)의 사시도 및 상면도를 각각 도시한다.
예에서, 바이오칩(100)은 현미경에 의해 지지되고 현미경과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 바이오칩은 바이오칩의 내용물을 현미경으로 볼 수 있도록 현미경 위에 놓이거나 현미경으로 고정될 수 있다. 추가 예에서, 바이오칩(100)은 바이오칩(100) 내에서 발생하는 프로세스를 보기 위해 이미징 장치와 호환될 수 있다.
일 예에서, 바이오칩(100)은 현미경으로 사용하기 위해 적용 가능한 재료들 또는 구성 요소들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 재료들 또는 구성 요소들은 투명하고 얇으며 최소한의 흐림 또는 낮은 자가형광(autofluorescence)을 제공하는 것 중 하나일 수 있다.
도 2a, 2b, 2c, 2d, 2e 및 2f는 바이오칩(100)을 조립하는 단계의 진행을 통해 바이오칩(100)을 도시한다. 바이오칩(100)은 조립이 일어날 때 바이오칩(200a-200d)으로 지칭된다.
도 2a를 참조하면, 바이오칩(200a)의 분해도는 본 개시의 일 측면에 따른 바이오칩(200a)의 예시적인 구성을 도시한다. 일 예에서, 바이오칩(200a)은 바이오칩(200a)의 상부 섀시(220)의 상면의 적어도 일부를 덮도록 바이오칩(200a)의 최상부에 상부 커버 글래스(210)를 포함한다. 상부 커버 글래스(210)는 유리 또는 폴리머와 같이 깨지기 쉽고 투명하며 자가형광이 낮은 재질로 이루어진 얇은 커버슬립 글래스(coverslip glass)일 수 있다. 상부 섀시(220)와 하부 섀시(250)는 서로 직접 맞닿았을 때 다공성 멤브레인을 수용할 수 있는 내부 공간이 형성되는 특징부들을 갖는다. 이러한 특징부들은 섀시들의 내부 레이어에 새겨진 결과일 수 있다. 다른 예에서, 상부 섀시(220) 및 하부 섀시(250)는 덕트 스캐폴드의 외부 구획으로 이어지는 미세유체 채널을 형성하는 특징부들을 포함하고, 섀시(250)의 외부 표면에 새겨질 수 있고 다른 섀시(220) 부품 또는 다공성 멤브레인 구조(240)를 수용하기 위해 하부 섀시에 전체 채널을 생성하는 얇은 커버슬립으로 덮일 수 있다.
상부 섀시(220) 및 하부 섀시(250)는 원통형 덕트 스캐폴드를 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들에 대한 접근을 제공하는 위치에 유지하는 특징부들을 포함한다. 다른 예에서, 상부 섀시(220) 및 하부 섀시(250)는 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들에 대한 접근을 제공하는 하나 이상의 미세유체 채널들을 형성하는 특징부들을 포함한다. 다른 예에서, 상부 섀시(220) 및 하부 섀시(250)는 다공성 멤브레인 구조(240) 위치의 하나 이상의 영역에서 상호 연결된 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들로 이어지는 미세유체 채널들을 형성하는 특징부들을 포함한다. 다른 예에서, 상부 섀시(220) 및 하부 섀시(250)는 다공성 멤브레인 구조(240)에 의해 형성된 덕트 스캐폴드의 내부 구획으로 이어지는 미세유체 채널들을 형성하는 특징부들을 포함하며 채널의 입구 구멍과 출구 구멍 사이에서 연장될 수 있다. 덕트 스캐폴드의 내부 구획으로 이어지는 미세유체 채널들을 형성하는 섀시(220 및 250)는 채널의 입구 및 출구 구멍을 넘어 연장될 수 있고 나중에 바이오칩(200a)의 조립 후 플러그들(230a 및 230b)를 사용하여 막힐 수 있다. 하부 섀시(250)의 최하부를 덮도록 상부 커버 글래스(210)와 유사한 바텀 커버 글래스(260)가 구비될 수 있다. 예에서, 칩의 상부 및 하부 층들을 형성하는 커버슬립 글래스들(210 및 260)은 유리-중합체 접착제를 사용하여 섀시(220 및 250)에 접합된다.
여전히 도 2a를 참조하면, 다공성 멤브레인 구조(240)는 아직 접합되지 않았다. 일 예에서, 다공성 멤브레인 구조체(240)는 여과를 위한 2개의 소수성 초박형 다공성 부재들을 포함하고, 친수성 초박형 다공성 멤브레인은 원통형 덕트를 형성하기 위해 사용되며 편평한 소수성 초박형 다공성 멤브레인은 기질(stroma) 필터로 사용된다.
도 2b를 참조하면, 바이오칩(200a)과 동일한 구성요소를 포함하는 바이오칩(200b)의 분해도가 도시되어 있다. 그러나, 여기서는 다공성 멤브레인 구조(240)를 형성하는 다공성 멤브레인이 접착되어 덕트 스캐폴드(ductal scaffold)로 형성된다. 일 예에서, 다공성 멤브레인 구조(240)는 다공성 멤브레인을 180° 회전으로 구부려 원통형 구조를 형성하고 원통형 구조로 구부려지지 않은 멤브레인의 액세스 재료를 접합함으로써 형성된다. 예를 들어, 2개의 사전 접합된 원통형 소수성 초박형 다공성 멤브레인들이 필터링에 사용된다. 사전 접합된 원통형 친수성 초박형 다공성 멤브레인은 원통형 덕트로 구부러져 있다. 또한, 편평한 소수성 초박형 다공성 멤브레인이 기질 필터로 사용될 수 있다. 이러한 구성요소들은 결합하여 다공성 멤브레인 구조(240)를 형성할 수 있다.
일 예에서, 원통 단면의 폐루프로 막대 위에 단일의 편평한 멤브레인 또는 복수의 편평한 멤브레인들을 구부리고, 덕트 표면의 연장선인 덕트 스캐폴드의 표면을 따라 평평한 영역에 접착함으로써, 둥근 다공성 덕트가 형성된다.
도 2c를 참조하면, 바이오칩(200a)과 동일한 구성요소를 포함하는 바이오칩(200c)의 분해도가 도시되어 있다. 다만, 여기서는 본 개시의 일 측면에 따라, 다공성 멤브레인 구조(240)를 형성하는 다공성 멤브레인이 튜브 형태로 형성되어 있다.
일 예에서, 2개의 사전 결합된 원통형 소수성 초박형 다공성 멤브레인들이 필터링에 사용된다. 사전 결합된 원통형 친수성 초박형 다공성 멤브레인이 덕트 스캐폴딩을 형성하는 데 사용된다. 또한, 편평한 소수성 초박형 다공성 멤브레인이 스트로마 필터로 사용된다. 다공성 멤브레인은 섀시(250)에 조립되기 전에 멤브레인이 접합되고 연장부가 절단된 상태로 그 길이를 따라 덕트 스캐폴드 표면의 영역에 접합된다.
도 2d를 참조하면, 바이오칩(200a)과 동일한 구성요소를 포함하는 바이오칩(200d)의 분해도가 도시되어 있다. 그러나 여기서, 본 개시의 추가 측면에 따라 추가 유형의 다공성 멤브레인이 이용된다. 예를 들어, 2개의 친수성 초박형 다공성 멤브레인들이 다공성 멤브레인 구조(240)를 형성하는 데 사용될 수 있으며 덕트 조직 성장 영역이 형성될 수 있다. 추가로, 편평한 소수성 초박형 다공성 멤브레인은 다공성 멤브레인 구조(240)에 포함될 수 있는 기질 공기 필터로 사용된다. 또한, 4개의 소수성 초박형 다공성 멤브레인들이 공기 필터로서 다공성 멤브레인 구조(240)에 포함될 수도 있다. 일 예에서, 덕트 스캐폴드를 형성하는 2개의 멤브레인들은 하프 덕트 회전으로 구부러지고 멤브레인의 연장부는 섀시(220 및 250)의 다른 구멍들을 통해 인장되고 섀시(220 및 250)에 조립된 후 접합된다.
도 2e를 참조하면, 일 예에서, 바이오칩(200e)은 섀시(220 및 250) 및 커버슬립(210 및 260)의 기능을 모두 포함하는 단일 섀시(220)에 조립되는 튜브 형태로 형성된 다공성 멤브레인 구조(240)를 포함한다. 일 예에서, 바이오칩(200a-200d)에서 발견되는 모든 개별 구성요소는 일체형 단일 섀시(220)로 통합된다. 일 예에서, 2개의 사전 접합된 원통형 소수성 초박형 다공성 멤브레인들이 필터링에 사용된다. 사전 접합된 원통형 친수성 초박형 다공성 멤브레인은 서로 내부에 덕트 스캐폴딩을 형성하는 데 사용된다. 다공성 멤브레인은 섀시(250)에 조립되기 전에 멤브레인이 접합되고 연장부가 절단된 상태로 그 길이를 따라 덕트 스캐폴드 표면의 영역에 접합된다. 덕트 스캐폴드의 내부 구획으로 이어지는 미세유체 채널을 형성하는 섀시(220)는 채널의 입구 및 출구 구멍을 넘어 연장될 수 있고 나중에 바이오칩(200e)의 조립 후 플러그들(230a 및 230b)를 사용하여 막힐 수 있다.
도 2f를 참조하면, 일 예에서 바이오칩(200f)은 덕트 스캐폴드의 내부 구획으로 이어지는 미세유체 채널을 형성하는 섀시(220 및 250)를 포함한다. 채널의 입구 및 출구 구멍은 나중에 바이오칩(200f)의 조립 후 플러그들(230a 및 230b)를 사용하여 막힌다. 일 예로, 상부 커버 글래스(210)와 유사한 바텀 커버 글래스(260)가 하부 섀시(250)의 최하부를 덮도록 구비될 수 있다. 유리-중합체 접착제를 사용하여 섀시(220 및 250)에 접착된다. 일 예에서, 다공성 멤브레인 구조(240)를 형성하는 다공성 멤브레인은 중간 덕트인 튜브 형성물로 형성된 다른 다공성 멤브레인 구조 내에 중첩된 내부 덕트인 튜브 형성물로 형성되었다. 2개의 사전 접합된 원통형 소수성 초박형 다공성 멤브레인들이 필터링에 사용된다. 사전 접합된 원통형 친수성 초박형 다공성 멤브레인은 서로 내부에 덕트 스캐폴딩을 형성하는 데 사용된다. 2개의 플라스틱 링형 구조(242)는 둘러싸는 섀시 채널이 더 큰 직경을 갖는 친수성 다공성 덕트들 중 하나에 위치한다. 또한, 2개의 편평한 소수성 초박형 다공성 멤브레인이 기질 필터로 사용된다. 다공성 멤브레인은 섀시(250)에 조립되기 전에 멤브레인이 접합되고 연장부가 절단된 상태로 그 길이를 따라 덕트 스캐폴드 표면의 영역에 접합된다. 중간 덕트 스캐폴드의 내부 구획으로 이어지는 미세유체 채널을 형성하는 섀시(220 및 250)는 소수성 덕트들 중 하나를 둘러싸는 링을 가로질러 연장될 수 있고, 나중에 바이오칩(200a)의 조립 후 플라스틱 링들에 접촉하고 둘러싸는 퍼즐과 같은 플러그들(270a 및 270b)을 사용하여 위아래에서 막힐 수 있다. 덕트 스캐폴드의 내부 구획으로 이어지는 미세유체 채널을 형성하는 섀시(220 및 250)는 채널의 입구 및 출구 구멍을 넘어 연장될 수 있고 나중에 바이오칩(200f)의 조립 후 플러그(230a 및 230b)를 사용하여 막힐 수 있다.
일 예에서, 다공성 멤브레인 구조물(240)은 화학적 결합, 압력 결합 및 열 결합 중 하나를 통해 섀시(220, 250)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 재료 표면의 제어된 두께를 녹이는 접합 방법을 사용하여 서로 다른 부품들을 함께 용접한다. 예를 들어, 화학 결합은 에탄올과 클로로포름의 혼합물을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 열 결합은 표면 조사(surface irradiation)를 포함할 수 있다. 일 예에서, 덕트 표면의 연장부를 갖는 덕트 스캐폴드는 조립 후 섀시에 접합될 때 그 말단들에서 유지되고 멤브레인의 주름을 방지하기 위해 인장된다.
일 예에서, 다공성 멤브레인 구조는 원통형 스캐폴드일 수 있으며, 세포들의 멤브레인들 상의 분화 마커 및 접합 단백질을 통해 세포 극성을 보존하도록 설계된 기하학적 구조가 제공될 수 있다.
일 예에서, 다공성 멤브레인 구조는 기공들을 통해 접근하는 유체, 세포 및 생물학적 재료를 지원하기 위해 일부 영역에서 친수성일 수 있는 표면 특성을 가질 수 있다.
일 예에서, 다공성 멤브레인 구조는 덕트 내부 조직에 대한 가스 접근 영역으로서 기능하는 기공들을 통한 공기 접근을 지원하기 위해 일부 영역에서 소수성일 수 있는 표면 특성을 가질 수 있다.
일 예에서, 다공성 멤브레인 구조는 덕트로부터 캡슐화 공기를 제거하는 기포 트랩으로서 기능하는 기공들을 통한 공기 접근을 지원하기 위해 일부 영역에서 소수성일 수 있는 표면 특성을 가질 수 있다.
일 예에서, 다공성 멤브레인 구조는 덕트 스캐폴드를 구성하는 재료의 구조적, 기계적 및 표면 특성일 수 있으며 다양한 점도 및 강성을 갖는 생물학적 재료를 지지할 수 있는 표면 특성을 가질 수 있다.
일 예에서, 다공성 멤브레인 구조는 높은 생리적 유속 및 압력에서 유체의 흐름을 지원할 수 있다.
일 예에서, 다공성 멤브레인 구조는 삽입된 조직 생검, 겔 및 생물학적 재료를 지지할 수 있다.
일 예에서, 덕트 및 조직 내부에서 성장한 관상 상피 및 내피 조직은 원통형 스캐폴드의 형태를 취하여 세포들의 멤브레인들 상의 분화 마커 및 접합 단백질을 통해 세포 극성을 보존한다.
도 3a, 3b 및 3c는 본 개시의 일 측면에 따른 다공성 멤브레인들의 다양한 구성을 도시한다. 도 3a는 바이오칩(200d)의 덕트 스캐폴드를 형성하는 다공성 멤브레인(310)을 예시하며, 여기서 멤브레인은 180도 회전으로 구부러지고, 섀시에 조립되기 전에 멤브레인이 접합되고 연장부가 절단된 상태로 그 길이를 따라 덕트 스캐폴드 표면의 영역에 접합된다. 도 3b는 본 개시의 일 측면에 따른 바이오칩(100)의 덕트 스캐폴드를 형성하는 다공성 멤브레인(320)을 도시한 것으로, 멤브레인은 180도 회전으로 구부러지고 멤브레인 말단들에서 접합되어 있다. 도 3c는 본 개시의 일 측면에 따라, 멤브레인 말단들에서 다른 것에 접합될 때 원통형 덕트를 형성하는, 바이오칩(100)의 헤미덕트 스캐폴드를 형성하는 다공성 멤브레인(330)을 도시한다.
도 4a, 4b, 4c 및 4d는 본 개시의 일 측면에 따라 조립된 바이오칩의 다양한 구성의 단면도를 도시한다. 도 4a는 덕트 스캐폴드(410)의 단면도를 예시하는 데, 여기서 본 개시의 일 측면에 따라, 멤브레인이 180도 회전하도록 구부러지고, 멤브레인이 접합되고 섀시에 조립되기 전에 연장부가 절단된 상태에서 길이를 따라 덕트 스캐폴드(410) 표면 상의 영역에 결합된다. 도 4b는 덕트 스캐폴드(420)의 단면도를 예시하는 데, 여기서 본 개시의 일 측면에 따라, 멤브레인이 180도 회전하도록 구부러지고 멤브레인의 연장부가 2개의 섀시 사이에서 한쪽으로부터 인장되고 섀시에 조립된 후 함께 접합된다. 도 4c는 본 개시의 일 측면에 따라 원통형 덕트를 형성하기 위해 함께 조립된 2개의 섀시 사이에서 연장부들이 인장되고, 섀시에 조립된 후 접합되는 2개의 헤미덕트 멤브레인(430)의 단면도를 도시한다. 도 4d는 본 개시의 일 측면에 따라 덕트 스캐폴드가 멤브레인 연장부 없이 둥글고, 단일 섀시에 조립된 후 접합된 다른 덕트 스캐폴드 내에 중첩된 바이오칩(440) 조립체의 단면도를 도시한다.
도 5a는 본 개시의 일 측면에 따른 바이오칩(500a)의 상면도를 도시한다. 일 예에서, 바이오칩(500a)은 기포가 바이오칩(500a) 외부로 방출될 수 있도록 하는 공기 여과 영역(510)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 공기 여과 영역(510)은 또한 배양 중인 세포들이 공기에 접근할 수 있도록 바이오칩(500)에 공기가 들어가는 것을 허용할 수 있다. 바이오칩(500a)은 또한 기질(520)에 의해 둘러싸인 덕트를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 바이오칩(500a)은 덕트 입구(530a) 및 출구(530b) 및 기질 채널 입구(540a) 및 출구(540b)를 포함할 수 있다.
도 5b는 본 개시의 일 측면에 따른 덕트 및 바이오칩(500b)의 미세유체 챔버의 사시도를 도시한다. 일 예에서, 바이오칩(500b)은 유입구(530a) 및 유출구(530b)를 포함할 수 있다. 추가로, 바이오칩(500b)은 적어도 하나의 공기 접근 영역(550), 적어도 하나의 기포 트랩(560), 기질 미세유체 챔버(570) 및 다공성 덕트 인터페이스(580)를 포함할 수 있다. 바이오칩(500b)은 또한 플라스틱(590)으로 둘러싸인 덕트의 다중 세그먼트를 포함할 수 있다. 도 5c는 바이오칩(500b)의 덕트 및 미세유체 챔버의 측면도를 도시한다.
도 6a, 7a, 8a, 9a 및 10a는 본 개시의 일 측면에 따른 다수의 접합 방법을 통한 바이오칩(100)의 상면도를 도시한다. 도 6b, 7b, 8b, 9b 및 10b는 본 개시의 일 측면에 따른 다수의 접합 방법을 실행하기 위한 단계 및 프로세스를 도시한다.
방법 1: 연장부가 있는 사전 접합 멤브레인들:
도 6a는 접합 전에 다공성 멤브레인이 대략 180° 배향으로 원통형 방식으로 구부러지는 방법에 따라 구성된 바이오칩(100)의 상면도를 예시한다. 일 예에서, 이러한 방식으로 구성된 바이오칩(100)은 공기 여과 영역(610), 기질(620)로 둘러싸인 덕트, 덕트 입구(630a), 덕트 출구(630b), 기질 채널 입구(640a) 및 기질 채널 출구(640b)를 포함할 수 있다.
도 6b는 방법(650)에 따라 덕트 스캐폴드가 섀시에 조립되기 전에 말단에서 사전 접합되는, 바이오칩 구성요소의 접합 프로세스를 실행하기 위한 단계 및 프로세스를 도시한다. 예를 들어, 이 방법은 막대 위에 소수성 및 친수성 멤브레인들을 구부리는 프로세스 및 열 접합을 사용하여 말단에서 접합하는 것을 포함한다. 이 방법은 섀시에 멤브레인을 조립하는 프로세스도 포함할 수 있다. 이는 멤브레인이 부착된 막대를 섀시에 위치시키고, 소수성 편평한 기질 멤브레인을 제자리에 위치시키고, 두 섀시 사이에 모든 것을 샌드위치시킨 다음 화학 보조 열 압착 접합을 사용하여 바인딩하는 것을 요구할 수 있다. 마지막으로, 이 방법은 막대 제거 프로세스, 입구 및 출구 구멍 너머의 덕트 채널의 말단들을 막는 것, 그리고 바이오칩(100)의 양면에 커버슬립 글래스를 조립하는 것을 포함할 수 있다.
방법 2: 연장부 및 수직 장력을 갖는 접합 후 멤브레인들:
도 7a는 장력을 가하기 위해 조립될 때 멤브레인이 완전히 180° 회전하여 구부려진 후 당겨지는 방법에 따라 구성된 바이오칩(100)의 평면도를 예시한다. 일 예에서, 이러한 방식으로 구성된 바이오칩(100)은 공기 여과 영역(710), 기질(720)로 둘러싸인 덕트, 덕트 입구(730a), 덕트 출구(730b), 기질 채널 입구(740a) 및 기질 채널 출구(740b)를 포함할 수 있다.
도 7b는 방법(750)에 따라 덕트 스캐폴드가 섀시에 조립된 후 말단에서 접합되는, 바이오칩(100) 구성요소들의 접합 프로세스를 실행하는 단계들 및 프로세스들을 도시한다. 일 예에서, 이 방법은 섀시 중 하나에 배치된 막대 위에 소수성 및 친수성 멤브레인들을 구부리는 프로세스, 그리고 덕트 스캐폴드에 평행한 구멍들에서 말단들을 당기는 것을 포함한다. 이 방법은 소수성 편평한 기질 멤브레인을 제자리에 위치시키고, 두 섀시 사이의 멤브레인 층들을 컴파일링한 다음 화학 보조 열 압착 접합을 사용하여 그들을 바인딩할 수 있다. 마지막으로, 이 방법은 막대 제거 프로세스, 멤브레인 말단들의 절단, 입구 및 출구 구멍 너머의 덕트 채널의 말단들을 막는 것, 그리고 바이오칩(100)의 양면에 커버슬립 글래스들을 조립하는 것을 포함할 수 있다.
방법 3: 연장부 및 기울어진 장력을 갖는 접합 후 멤브레인:
도 8a는 장력을 가하기 위해 조립될 때 2개의 멤브레인들이 헤미-덕트(hemi-duct)로 구부려진 후 당겨지는 방법에 따라 구성된 바이오칩(100)의 평면도를 예시한다. 일 예에서, 이러한 방식으로 구성된 바이오칩(100)은 공기 여과 영역(810), 기질(820)로 둘러싸인 덕트, 덕트 입구(830a), 덕트 출구(830b), 기질 채널 입구(840a) 및 기질 채널 출구(840b)를 포함할 수 있다.
도 8b는 방법(850)에 따라, 덕트 스캐폴드가 섀시를 따라 기울어지고, 샌드위치될 때 사전 인장되고, 섀시에 조립 후 접합되는 2개의 멤브레인으로 제조되는, 바이오칩(100) 구성요소들의 접합 프로세스를 실행하기 위한 단계들 및 프로세스들을 도시한다. 일 예에서, 이 방법은 섀시 중 하나에 배치된 막대 위의 소수성 및 친수성 멤브레인들의 구부림 프로세스, 그리고 덕트 스캐폴드를 따라 기울어진 구멍에서 말단을 당기는 것을 포함한다. 이 방법은 또한 소수성 편평한 기질 멤브레인을 제자리에 위치시키고, 2개의 섀시 사이에 모든 것들을 끼운 다음, 화학 보조 열 압착 접합을 사용하여 그들을 바인딩하는 것을 포함할 수 있다. 마지막으로, 이 방법은 본 개시의 일 측면에 따라 막대 제거 프로세스, 멤브레인 말단들을 절단하는 것, 입구 및 출구 구멍 너머의 덕트 채널의 말단들을 막는 것, 그리고 칩의 양면에 커버슬립 글래스들을 조립하는 것을 포함할 수 있다.
방법 4: 연장부 없이 완전히 둥글게 된 사전 접합 멤브레인들:
도 9a는 덕트 스캐폴드가 멤브레인 연장부 없이 둥글고, 섀시에 조립하기 전에 길이를 따라 덕트 스캐폴드 표면 상의 영역에 사전 접합되는, 방법에 따라 구성된 바이오칩(100)의 상면도를 예시한다.일 예에서, 이러한 방식으로 구성된 바이오칩(100)은 공기 여과 영역(910), 기질(920)로 둘러싸인 덕트, 덕트 입구(930a), 덕트 출구(930b), 기질 채널 입구(940a) 및 기질 채널 출구(940b)를 포함할 수 있다.
도 9b는 방법(950)에 따라, 덕트 스캐폴드가 멤브레인 연장부 없이 둥글고, 섀시에 조립하기 전에 길이를 따라 덕트 스캐폴드 표면 상의 영역에 사전 접합되는, 바이오칩(100) 구성요소들의 접합 프로세스를 실행하기 위한 단계들 및 프로세스들을 예시한다. 일 예에서, 이 방법은 막대 위의 소수성 및 친수성 멤브레인들의 구부림 프로세스, 그리고 열 접합을 사용하여 길이를 따라 덕트 스캐폴드 표면에 접합하는 것을 포함할 수 있다. 그런 다음 섀시에 멤브레인을 조립하는 과정을 보여준다. 이 방법은 또한 멤브레인이 결합된 막대를 섀시에 위치시키고, 소수성 편평한 기질 멤브레인을 제자리에 위치시키고, 두 섀시 사이에 모든 것을 끼운 다음, 화학 보조 열 압착 결합을 사용하여 그들을 바인딩하는 것을 요구할 수 있다. 이 설계에서 기질 미세 유체 채널 공극은 모든 측면에서 섀시의 덕트 스캐폴드를 둘러싼다. 마지막으로, 이 방법은 막대 제거 프로세스, 입구 및 출구 구멍 너머의 덕트 채널의 말단들을 막는 것, 그리고 바이오칩(100)의 양면에 커버슬립 글래스들을 조립하는 것을 포함할 수 있다.
방법 5: 연장부 및 축방향 장력을 갖는 사후 접합 멤브레인:
도 10a는 축방향 장력을 가하기 위해 조립될 때 2개의 멤브레인들이 각각 헤미-덕트로 구부려진 후에 당겨지는, 방법에 따라 구성된 바이오칩(100)의 평면도를 예시한다. 일 예에서, 이러한 방법에 따라 구성된 바이오칩(1000)은 공기 여과 영역(1010), 기질(stroma)로 둘러싸인 덕트(1020), 덕트 입구(1030a), 덕트 출구(1030b), 기질 채널 입구(1040a) 및 기질 채널 출구(1040b)를 포함할 수 있다.
도 10b는 방법(1050)에 따라, 덕트 스캐폴드가 섀시를 따라 정렬되고, 샌드위치될 때 사전 장력이 가해지고, 섀시에 조립된 후 접합된 2개의 멤브레인들로 제조되는, 바이오칩 구성요소들의 접합 프로세스를 실행하기 위한 단계들 및 프로세스들을 도시한다. 일 예에서, 이 방법은 섀시 중 하나에 배치된 막대 위에 소수성 및 친수성 멤브레인들을 구부리는 프로세스, 그리고 덕트 스캐폴드를 따라 정렬된 구멍에서 그 말단들을 당기는 것을 포함할 수 있다. 또한, 이 방법은 소수성 편평한 기질 멤브레인을 제자리에 위치시키고, 2개의 섀시 사이의 모든 부재들을 컴파일링(수집)한 다음, 화학 보조 열-압착 접합을 사용하여 멤브레인들을 바인딩하는 것을 포함할 수 있다. 마지막으로, 이 방법은 막대 제거 프로세스, 멤브레인 말단들을 절단하는 것, 입구 및 출구 구멍 너머의 덕트 채널의 말단을 막는 것, 그리고 바이오칩(100)의 양면에 커버슬립 글래스들을 조립하는 것을 포함할 수 있다.
방법 6: 연장부가 없는 완전 원형 멤브레인을 갖는 하나의 섀시 칩
도 11a는 본 개시의 일 측면에 따라 하나의 섀시에만 조립될 때 2개의 멤브레인들이 그의 길이를 따라 멤브레인 접합되고 그의 연장부가 절단되는, 방법에 따라 구성된 바이오칩(1100)의 상면도를 예시한다. 일 예에서, 이러한 방법에 따라 구성된 바이오칩(100)은 공기 여과 영역(1110), 기질(stroma)(1120)로 둘러싸인 덕트, 덕트 입구(1130a), 덕트 출구(1130b), 기질 채널 입구(1140a) 및 기질 채널 출구(1140b)를 포함할 수 있다. 예에서, 바이오칩(1100)은 UV 방사선 노출, 화학적 에칭 또는 다른 자극 중 하나에 응답하여 제거되는, 선택적으로 제거 가능한 재료(1160)를 포함한다.
도 11b는 방법(1150)에 따라 바이오칩(100) 구성요소들의 접합 프로세스를 실행하기 위한 단계들 및 프로세스들을 도시한다. 여기서, 멤브레인은 180도 회전하도록 구부러져 길이를 따라 덕트 스캐폴드 표면의 영역에 결합되고 덕트 스캐폴드 연장부는 단 하나의 섀시에서 조립하기 전에 절단된다. 예를 들어, 하나의 섀시에는 두 섀시의 특징부들이 모두 포함되어 있다. 일 예에서, 단일 섀시 실시예의 원통형 공극은 2개의 섀시 실시예의 원통형 공극보다 더 큰 직경을 갖는다. 섀시는 UV 방사선 노출, 화학적 에칭 또는 기타 자극 중 하나에 반응하여 제거되는, 선택적으로 제거 가능한 재료 위에 몰딩하여 형성된다. 구부러진 원통형 멤브레인은 막대에 배치되어 섀시 공극에 삽입된다. 섀시 공극에 삽입되면 전체 칩(내부에 막대가 있는 섀시-멤브레인 조립체)이 화학적으로 접합되고 열 압축되어 섀시를 변형하고 내부 특징부들 함께 접합된다. 일 예에서, 개시된 방법의 마지막 단계는 덕트 말단들을 막는 것이다. 일 예에서, 커버슬립은 활용되지 않으며 섀시에는 단일 섀시의 복수의 구멍들을 덮을 수 있는 특징부들이 포함된다. 일 예에서, 싱글 섀시 방식은 유리 재질의 섀시를 활용한다.
방법 7: 완전히 둥글게 중첩된 멤브레인을 갖는 하나의 섀시 칩
도 12a는 덕트 스캐폴드가 멤브레인 연장부 없이 둥글고 또 다른 덕트 스캐폴드 내에 중첩되는, 방법에 따라 구성된 바이오칩(100)의 상면도를 예시한다. 여기서 각각은 섀시에 조립하기 전에 길이를 따라 덕트 스캐폴드 표면 상의 영역에 사전 접합되고, 별도로 접근될 수 있다. 일 예에서, 이러한 방식에 따라 구성된 바이오칩(100)은 공기 여과 영역(1210), 덕트에 의해 둘러싸인 다음 기질(1220)로 둘러싸인 덕트, 내부 덕트 입구(1230a), 내부 덕트 출구(1230b), 중간 덕트 입구(1250a), 중간 덕트 출구(1250b), 기질 채널 입구(1240a) 및 기질 채널 출구(1240b)를 포함할 수 있다.
도 12b는 방법(1260)에 따라 덕트 스캐폴드가 멤브레인 연장부 없이 둥글고 또 다른 덕트 스캐폴드 내에 중첩된, 바이오칩(100) 구성요소들의 결합 프로세스를 실행하기 위한 단계들 및 프로세스들을 예시한다. 각각은 섀시에 조립하기 전에 길이를 따라 덕트 스캐폴드 표면의 영역에 사전 접합된다. 일 예에서, 이 방법은 내부 덕트의 직경과 동일한 작은 핀 위에 소수성 및 친수성 멤브레인들들 구부리는 프로세스, 그리고 열 접합을 사용하여 길이를 따라 덕트 스캐폴드 표면에 접합하는 것을 포함할 수 있다. 추가로, 이 방법은 소수성 멤브레인들 중 하나의 에지들 및 친수성 멤브레인의 한쪽 말단에 2개의 플라스틱 링들을 조립하는 것을 포함할 수 있다. 일 예에서, 이 방법은 또한 링들의 외경보다 큰 내경 및 외부 덕트 스캐폴드의 직경과 동일한 외경의 더 큰 핀 상에 또 다른 더 큰 친수성 멤브레인을 조립하는 것을 포함한다. 이 방법은 또한 큰 핀 내부에 멤브레인들을 가진 작은 핀을 조립하는 것을 포함할 수 있다. 그런 다음, 기질 채널과 중간 덕트로 연결되는 채널을 따라 평평한 멤브레인을 포함하여 섀시에 멤브레인들을 갖는 핀들을 조립하는 과정이 보여진다. 이 방법은 또한 멤브레인이 결합된 막대를 섀시에 위치시키고, 소수성 편평한 기질 멤브레인을 제자리에 위치시키고, 두 섀시 사이에 모든 것을 끼운 다음 화학 보조 열 압착 접합을 사용하여 그들을 바인딩하는 것을 요구할 수 있다. 이 설계에서 기질 미세 유체 채널 공극은 모든 측면에서 섀시의 내부 및 중간 덕트 스캐폴드를 모두 둘러싼다. 마지막으로, 이 방법은 막대 제거 프로세스, 입구 및 출구 구멍 너머의 내부 덕트 채널의 말단들을 막는 것, 위아래에서 플라스틱 링을 둘러싸고 접촉하 2개의 퍼즐 모양의 부품들로 중간 덕트 말단을 막는 것, 그리고 바이오칩(100)의 양면에 커버슬립 글래스들을 조립하는 것을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 바이오칩(100)을 조립하는 방법이 개시된다. 개시된 방법에 따르면, 먼저 제조된 섀시에 대한 청소 및 품질 검사를 실행한다. 이는 섀시를 가장 정확한 조합(상단 및 하단 섀시)으로 분리하는 것에 의해 수행된다. 그렇게 하려면 초정밀 교정 막대를 사용하라. 다음으로, 7um 두께의 다공성 멤브레인을 40x3mm 시트로 자른다(폭 오차 +/-0.1mm). 섀시를 증류수에 녹인 2% 소듐도데실설페이트(SDS) 용액에 담가 철저하게 청소한다. 섀시를 증류수에 담그고 5분 동안 초음파 처리한다. 5분 동안 초음파 처리한다. 마지막으로, 위의 단계와 동일한 방법을 사용하여 2x4cm 멤브레인을 청소한다.
다음으로, 멤브레인을 절단하고 배치하고 고정한다. 헤미-덕트 섀시 위에 멤브레인을 완벽하게 대칭으로 놓는다. 멤브레인(인장력, 덕트 축 방향)을 늘리고 1uL 클로로포름 한 방울을 사용하여 섀시의 상단 표면에 있는 각 섀시의 말단들을 고정한다. 섀시와 표면 사이에 멤브레인이 있는 희생 표면에 조립된 멤브레인이 있는 상단 섀시를 놓고, 고정하고, 섀시 입구/출구 구멍을 통해 멤브레인에 구멍을 뚫는다. 다음으로, 열 압착 장치 내부에 배치하도록 설계된 칩 홀더에 하부 섀시를 둔다. 하단 섀시의 헤미 덕트 위 위치에 직경 0.5mm의 와이어 또는 초정밀 직경 0.5mm의 강철 막대를 둔다. 하부 섀시 기질 채널 입구 구멍에 직경 1mm, 길이 2.5mm의 강철 핀을 놓는다 (이것은 CNC 기계 정밀도(동일한 도구 및 칩 고정)가 5um 미만이기 때문에, 에지에서 비교적 큰 레이저 절단 오류에 관계없이 2개의 하위 어셈블리를 서로 위에 정확하게 조립하는 데 도움이 된다). 하단 섀시 연결 구멍에 직경 0.5mm, 길이 2.5mm의 나일론 핀을 놓는다(CNC 기계 정밀도(동일한 도구 및 칩 고정)가 5um 미만이기 때문에, 이것은 와이어 위치 지정 및 다른 핀 외에도 에지에서 상대적으로 큰 레이저 절단 오류에 관계없이 2개의 하위 어셈블리를 서로 위에 정확하게 조립하는 데 도움이 된다).
바이오칩(10)을 조립하기 위한 개시된 방법을 계속하여, 각각의 섀시 인터페이스 표면 상에 균질하게 에탄올 중 20% 클로로포름의 10uL를 피펫팅한다. 아이템들을 함께 직접 누르고 칩 홀더를 닫는다. 즉시 열 압착기 아래에 놓고 82C에서 7분 동안 53Mpa 응력을 적용한다. 칩을 증류수로 담금질하고 30초 동안 유지한다(막 결정화 방지 위해). 다음으로 클램핑 프로세스가 완료되면 가변 콜릿(collet)을 칩 내부에 붙어 있는 0.5mm 강철 막대 또는 와이어의 가시적이고 접근 가능한 영역에 연결한다. 이 막대는 멤브레인을 올바른 특징부들로 정확하게 변형하는 데 사용된다는 점에 유의해야 한다. 콜릿을 잡고 클램프의 반대 방향으로 당기거나 막대를 사용하여 콜릿을 클램프 쪽으로 밀어 덕트에서 막대/와이어를 제거한다. 다음으로 덕트 말단들을 막아햐 한다. 직경 = 0.5mm인 1.5mm 길이의 나일론 와이어를 절단하여 입구/출구 구멍 너머의 덕트 말단의 덕트 채널 내부에 배치하여 플러그로 사용한다. 덕트 말단에 삽입한 후 플러그에 1mm 순수 클로로포름을 떨어뜨린다. 이는 나일론 플러그를 둘러싼 PMMA를 녹이고 함께 밀봉하기에 충분하다.
개시된 방법의 전술한 단계들에 더하여, 10uL의 유색 물을 덕트로 피펫팅하여 덕트로부터의 누출 테스트를 실행한다. 멤브레인 아래에서 누출이 발생하면 덕트 홈이 섀시 안으로 얕게 절단된다. 덕트 채널에서 기질 채널로 누출이 직접 발생하면 덕트 홈이 섀시 깊숙이 절단되기 때문에 누출이 발생한다. 두 누출이 모두 발생하면 누출은 기질 채널이 편평한 표면 아래 깊숙이 절단되어 낮은 결합 압력이 발생하기 때문이다. 유색 물을 덕트에 삽입하고 예를 들어 Kimwipe®와 같은 섬세한 표면용 티슈 와이프를 사용하여 기공 확산 테스트를 수행한다. 기질 영역에서 티슈 와이프를 삽입하고 다공성 덕트의 외부 표면에 닿게 한다. 덕트에서 티슈 와이프로 확산이 일어나고 티슈 와이프가 유색 물에서 흡수되면 기공이 막히지 않았다.
다음으로, 커버슬립 어셈블리를 조립해야 한다. 먼저 2개의 커버슬립들(1x1cm)을 사용하고 조립된 칩의 양쪽에 각각 놓는다. 다음으로 2uL의 아크릴산 접착제를 피펫팅하여 경계 영역에 균일하게 분배하여 커버슬립을 PMMA 표면에 결합한다. 마지막으로 접착제가 경화될 때까지 3시간 동안 기다린다. 이중 흐름 테스트를 수행해야 한다. 이렇게 하려면 칩의 두 채널들을 통해 유색 물을 흐르게 한다(각 채널에서 다른 색상을 통과함). 기공을 통한 확산으로 인해 두 색상의 혼합이 발생해야 한다. 마지막으로 두 채널들 모두에서 누출이 발생하지 않아야 한다.
개시된 조립 방법의 최종 단계는 LOC를 증류수에 녹인 2% SDS 용액에 떨어뜨려 세척한 다음 5분 동안 초음파 처리하는 것이다. 그런 다음, 증류수에 담그고 5분 동안 초음파 처리한다. 각각의 칩을 블리스터(blister)에 포장하고 멸균 타이벡(Tyvek) 시트로 블리스터를 닫은 후 열 압착기를 사용하여 밀봉한다. 칩을 H2O2 멸균 시설로 가져가서 멸균하고, 마지막으로 로고가 있는 상자에 각 12개의 블리스터를 포장한다.
다른 실시예에서, 자동화를 이용하는 바이오칩(10)을 조립하는 방법이 개시된다.
첫째, 사용 중인 기계는 하부 섀시 2개의 구멍으로 들어가는 2개의 돌출된 2.5mm 길이 핀들(직경 1mm 및 0.5mm)을 통해 고정된 상대적 위치에서 이동 플레이트에 하부 섀시를 고정한다. 다음으로, 하부 섀시 고정 플레이트 바로 위에서 기계는 상부 섀시의 입구 및 출구 구멍들(기질 채널 입구 구멍 제외)로 들어가는 3개의 돌출된 1mm 길이의 핀(직경 1mm)을 통해 고정된 상대적 위치에서 이동 플레이트에 섀시를 고정한다. 다음으로, 이동 플레이트는 3mm 너비의 다공성 멤브레인 2개(두께 7um)의 공급물이 형태로 절단되지만 길이가 연장되는, 챔버로 이동한다. 둘 다 섀시 헤미-덕트들에 대해 밀린다. 하나는 위쪽 섀시에 대해 위쪽으로 밀리고 다른 하나는 아래쪽 섀시 헤미-덕트에 대해 아래쪽으로 밀린다. 다음으로, 멤브레인을 제자리에 위치시킨 후 순수 클로로포름의 1uL 한 방울을 멤브레인 말단들에 떨어뜨린 다음 멤브레인을 누르고 장력을 가한 다음 멤브레인을 절단한다.
개시된 자동 조립 방법을 계속하면, 2개의 하위 조립체(멤브레인이 있는 상부 및 하부 섀시)는 그 표면이 에탄올에 희석된 10uL의 20% 클로로포름으로 분무되는 위치로 시딩(seeding)된다. 다음으로, 2개의 분사된 하위 조립체는 초정밀 강철 막대가 그 사이에 끼워진 위치로 공급된 다음, 7분 동안 열 압착기로 고정된다. 7분이 지나면 막대가 자동으로 제거되며 처음에 상부 샤시와 연결되어 있던 상부 플레이트도 제거되어 칩의 움직임이 자유로워진다. 칩이 제자리에 있는 동안 2개의 나일론 플러그를 공급하여 입구/출구 구멍 너머의 덕트 말단들을 막고 1uL의 클로로포름을 떨어뜨린다. 여기에서 품질 관리 단계가 수행되며, 색상이 있는 물이 칩들의 덕트를 통과하고 컴퓨터 비전 프로그램이 실패를 확인한다. 실패한 칩은 실패 수집 컨테이너로 이동하고 성공한 칩은 초음파 처리 및 청소 단계로 이동한다. 청소 단계 후, 2uL의 아크릴산 접착제를 유리 커버슬립 전체에 균일하게 분배한 다음 2개의 커버슬립들을 칩 표면에 3시간 동안 눌러 접합한다. 위치를 잡는 첫 번째 커버슬립은 상부 커버슬립이고, 3개의 핀이 포함된 플레이트가 하부 핀 커넥터들이 제거되는 동안 상부 유리 커버슬립에 대해 위쪽으로 칩을 고정한다. 그런 다음, 칩은 2개의 핀들과 접착제가 있는 커버슬립 유리를 포함하는 다른 플레이트로 이동된다.
마지막으로, 칩의 두 채널들로 두 가지 색상의 유체를 통과시키고 컴퓨터 비전 프로그램을 통해 분리하는 또 다른 품질 테스트가 여기에서 수행된다. 실패가 발생하면 칩들은 다른 실패 수집 컨테이너로 이동한다. 성공한 칩들은 초음파 처리 욕조에서 최종 세척 단계를 진행한다. 다음으로, 칩들은 50C 기류로 건조되고 자동으로 블리스터들로 시딩된다. 그런 다음, 블리스터들을 타입벡 시트로 덮고 열 압착 단계를 사용하여 함께 접착한다. 칩들이 들어 있는 블리스터들은 이제 멸균 시설로 보낼 준비가 되었다. 마지막으로, H2O2 오토클레이브에서 돌아온 후, 블리스터들은 랙과 함께 12개 상자에 포장된다.
도 13a, 13b 및 13c는 본 개시의 일 측면에 따른 바이오칩의 가능한 실시예들을 도시한다. 도 13a는 본 개시의 일 측면에 따른 바이오칩의 추가적인 가능한 사용을 예시한다. 일 예에서, 1310a는 바이오칩 내에서 세포들이 배양되지 않았기 때문에 비어 있는 바이오칩을 보여준다. 또한, 1310b는 바이오칩 내부에서 성장한 기질 조직으로 둘러싸인 혈관 조직으로 배양된 바이오칩을 보여준다. 또한, 1310c는 본 개시의 일 측면에 따라 바이오칩 내부에서 성장한 기질 조직으로 둘러싸인 덕트 상피 조직으로 배양된 바이오칩을 도시하고 있다. 도 13b는 하나의 외부 구획(1340)이 2개의 덕트 스캐폴드들(1320 및 1330)을 둘러싸는 바이오칩의 예시적인 실시예를 도시한다. 예를 들어, 기질 조직은 두 덕트(1320 및 1330)를 둘러싸는 외부 구획(1340)에서 성장된다. 덕트 스캐폴드들 중 하나(1330)의 내부에서 혈관 조직이 성장되어 다공성 덕트 벽에 부착된다. 다른 덕트 스캐폴드(1320) 내부에서, 본 개시의 일 측면에 따라, 덕트 상피 조직이 성장되어 다공성 덕트 벽에 부착된다. 도 13c는 2개의 분리된 외부 구획들(1340 및 1350)이 하나의 덕트 스캐폴드(1330)를 둘러싸는 바이오칩의 예시적인 실시예를 도시한다. 예를 들어, 2개의 외부 구획들(1340, 1350) 각각에서 성장한 2개의 서로 다른 기질 조직들이 혈관이 성장하는 덕트를 둘러싸고 있다.
바이오칩 시딩(Seeding)
도 14는 본 개시의 일 측면에 따른, 바이오칩(1400)의 원통형 덕트의 다공성 멤브레인에서 성장한 상피 세포의 원형 덕트 형태 조직 미세구조를 도시한다. 바이오칩(1400)의 원통형 덕트의 다공성 멤브레인은 덕트 채널(1410), 다공성 부재(1420), 상피 세포(1430), 기질 채널(1440), 기질 조직(1450) 및 근상피 세포(1460)를 포함한다. 일 예에서, 상피 세포는 신장, 간, 폐 또는 유방관 상피 세포 중 하나일 수 있다. 일 예에서, 기질 조직(1450)은 하이드로겔(hydrogel)에 통합될 수 있는 지방 세포, 섬유아세포 중 하나일 수 있다. 일 예에서, 근상피 세포(1460)는 기저 멤브레인 하이드로겔에 통합될 수 있다. 이용될 수 있는 상피 세포 및 기질 조직의 추가 예는 본 개시의 이후 섹션에서 논의된다.
다른 실시예에서, 바이오칩(1400)에서 완전한 덕트 형성을 위해 세포외 매트릭스(ECM) 겔에 대해 덕트 채널(1410)에 세포를 시딩(seeding)하는 방법이 개시된다. 내피 또는 상피 장벽 조직과 같은 관형 구조는 기질 채널의 ECM 겔에 대해 덕트 채널(1410)에서 세포를 성장시킴으로써 칩(1400)에 확립된다. 세뇨관의 형태와 기능은 현미경 검사, 장벽 무결성 분석 또는 기타 기능 분석으로 평가할 수 있다. 또한, 각 채널(1310)로부터의 세포, 배지 및 ECM은 칩 고유의 속성인 qPCR과 같은 구성 요소 평가를 위해 개별적으로 제거될 수 있다. 실시예에서, 개시된 시딩 방법을 수행하기 위해 다음 재료들이 필요하다: 칩 1200; 랙(12-웰 플레이트 형식 - 정사각형 웰); 콜라겐-I 5mg/mL(AMSbio Cultrex® 3D 콜라겐-I 쥐 꼬리, 5mg/mL, #3447-020-01); 1M HEPES(라이프 테크놀로지스 15630-122, pH 7.2-7.5); 37g/L NaHCO3(Sigma S5761-500G, 멸균수에 용해, NaOH를 사용하여 pH를 9.5로 조정); 배지(랙당 12.5mL(칩 12개)); 세포들: 시딩 밀도는 세포 유형에 따라 다름; 10uL 또는 20uL 피펫(예: Eppendorf Research® plus(단일 채널, 가변 용량)); 1mL 피펫(모든 유형)(선택 사항); 10 또는 20uL 피펫 팁(예: epT.I.P.S.® Standard, Eppendorf Quality™ 0.1-10uL 또는 0.1-20uL); 배지 저장조; 1mL 피펫 팁(모든 유형)(옵션); 멸균 핀셋(소형); 그리고 부서진 얼음.
도 13을 참조하면, 개시된 방법에 따르면, 시딩 방법은 생물학적 안전 캐비넷 아래의 랙 및 칩(1300)을 포함하는 멸균 블리스터를 열고 칩을 랙에 배치하는 것으로 시작한다(랙당 최대 12개의 칩). 다음으로, 10uL 또는 20uL 피펫을 사용하여 각 칩의 기질 채널에 14 μL의 HBSS를 추가한다. 다음으로, 다음 콜라겐-I 4 mg/mL 준비 방법에 따라 필요한 양의 ECM 젤(예: 칩당 14 μL 젤)을 준비한다: Eppendorf 튜브를 얼음 위에 놓는다; 콜라겐-I 4mg/mL 겔은 1M HEPES, 37g/L NaHCO3 및 5mg/mL 콜라겐-I을 1:1:8 비율로 혼합하여 준비한다; 구성 요소들의 혼합을 보장하기 위해 총 젤 부피의 최소 100 μL를 준비한다; 혼합물을 얼음 위에서 >20회 위아래로 피펫팅하여 잘 섞는다; 기포가 형성되면 튜브를 빠르게 회전시킨다(~5초); 그리고 겔은 준비 직후(10분 이내)에 사용한다. 다음으로, 10 또는 20uL 피펫을 사용하여 피펫 끝을 덕트 입구 구멍 26 내부에 맞춘다. 팁이 잘 맞는지 확인한 다음(구멍에 달라붙어야 함) 14uL를 부드럽게 분배한다. 피펫을 제거하기 전에 핀셋을 사용하여 칩을 제자리에 고정한다. 20uL 피펫을 사용하여 각 칩의 기질 채널 입구에 14uL 젤을 분배한다.
다음으로, 콜라겐-I 겔의 중합을 허용하기 위해 15분 동안 가습 인큐베이터(즉, 37℃, 5% CO2)에 칩을 포함하는 랙을 배치한다. 겔이 마르는 것을 방지하기 위해 ECM 채널 입구 및 출구 위에 HBSS 2 μL 드롭을 추가한다. 여기에서, 직접적으로 필요하지 않고 언제든지 상피 세포를 자유롭게 시드할 수 있다. 해리 프로토콜에 따라 세포들을 수확한다. 세포 현탁액의 살아있는 세포 수를 계산한다. 칩에 시딩하는 데 필요한 세포 수를 계산하고 펠렛(pellet)한다. 한 실시 예에서, 최적의 세포 밀도는 세포 유형에 따라 다르다(일반적으로 1,000 내지 10,000개 세포/μL). [900,000/ 10,000 =] 90 μL 배지에서 펠렛을 재현탁하여 10,000 세포/μL 세포 현탁액을 얻는다. 이전에 겔 로딩에 사용된 것과 동일한 피펫팅 절차를 사용하여 덕트 입구에 있는 세포 현탁액의 6 μL를 시딩한다. 균질한 세포 밀도를 보장하기 위해 시딩하는 동안 세포 현탁액을 재현탁한다. 세포가 덕트의 양쪽에 부착되도록 하려면(완전한 원형 덕트 형성) 시딩 또는 시딩 후 프로세스도 필요하다(다음 섹션에서 설명).
실시예에서, 바이오칩(1400)은 세포 성장이 덕트 인터페이스(1410)와 함께 완전한 덕트를 형성하도록 뒤집힐 수 있다. 바이오칩(1400)은 세포들의 층이 상부 표면에 부착될 때까지 인큐베이터의 상부 표면(상부 표면이 아래로 향함)에 있는 랙에 놓일 수 있다. 그런 다음, 바이오칩(1400)을 부드럽게 뒤집는다. 다음으로, 1mL의 배지를 바이오칩(1400)에 첨가한다. 바이오칩(1400)을 덮은 후 인큐베이터에 다시 넣는다.
세포 부착에 필요한 시간은 세포 유형에 따라 다르며 일반적으로 30분에서 6시간 사이이다. 덕트(1410)에 포함된 세포들은 양쪽 표면을 덮기에 충분하다. 따라서, 랙을 거꾸로 놓으면 세포들이 상단 표면에 정착하고 부착하기에 적합하다. 바이오칩(1400)을 뒤집은 후, 상부 표면에 부착되지 않은 여분의 세포들은 하부 표면에 침전되어 부착될 것이다. 마지막으로, 칩(1400)을 포함하는 각 랙 웰에 1mL의 배지를 첨가하여 채널 내부의 배지 및 겔의 건조를 방지한다.
또 다른 실시예에서, 세포 부착을 돕기 위해 희석된 콜라겐 IV(배지 5ug/mL)를 덕트에 분배하여 덕트의 내부 표면을 코팅한 다음, 배지에 있는 현탁된 세포들을 매우 낮은 유속으로 덕트로 흐르게 하고 섬세하게 이동함으로써, 세포들을 시딩하기 전에 추가 방법이 이용될 수 있다. 다음으로, 5ug/mL 콜라겐 혼합물의 피펫 6uL을 배지에 넣고 37°C 인큐베이터에 칩이 있는 접시를 놓는다. 유형 IV 콜라겐으로 코팅한 후 칩에 세포들을 시딩할 준비가 되거나 4°C에서 최대 1주일 동안 보관될 수 있다. 5uL 해밀턴 주사기 바늘을 사용하여 세포들을 덕트에 부드럽게 분배한다. 각별한 주의를 기울여 인큐베이터로 섬세하게 옮긴다. 이 절차에 따르면 덕트로 흐르는 세포들은 덕트 벽에 균일하게 부착되며 콜라겐의 표면 장력은 흔들림이 발생하지 않으면 세포들을 제위치에 유지하기에 충분하다.
또 다른 실시예에서, 덕트에 세포를 시딩하는 것은 균질한 부착을 보장하기 위해 감소하는 유속으로 마이크로-주사기 펌프를 사용함으로써 달성될 수 있다. 먼저, 나비 바늘 티곤 튜브를 70% 에탄올로 플러싱하고, 건조시킨 다음 배지로 세척함으로써, 청소한다. 다음으로, 세척된 티곤 튜브와 칩 입구에 장착된 10uL 피펫 팁을 사용하여 다중 헤드 마이크로 주사기 펌프를 칩 입구에 연결한다. 다른 개시된 흐름 절차와 유사하게, 세포들을 덕트 벽에 밀어넣는 데 필요한 적절한 흐름 압력을 보장하기 위해 5분 동안 10uL/min의 유속(CFD 시뮬레이션에서 발견됨)으로 덕트 내로 흐름이 실행된다. 5분 후 유속을 1uL/min으로 줄이고 50분 동안 유지한다. 마지막으로 펌프 연결부를 제거하고 인큐베이터에 넣는다.
또 다른 실시예에서, 세포들을 피펫팅한 후, 균질한 덕트 단층을 보장하도록 설계된 회전식 로커(rotary rocker)에 랙을 연결한다. 로터리 로커는 제어된 속도로 덕트 축을 중심으로 칩을 회전시키도록 설계되었다.
다른 실시예에서, 바이오칩(1400)에서 성장된 배양 배지를 변경하는 방법이 개시된다. 칩(1400)의 대부분의 배양은 2-3일마다 중간 정도의 리프레시먼트(refreshment)를 필요로 한다. 오래된 배지는 채널 외부에서 피펫팅하거나 흡인기 시스템을 사용하여 흡인할 수 있다. 채널을 비운 후 피펫을 사용하여 신선한 배지를 추가할 수 있다. 개시된 방법은 칩(1400)에서 배지 변경을 허용하고 또한 고정(fixation)과 같은 다른 검정을 위해 사용될 수 있다. 실시예에서, 개시된 방법을 이용하기 위해 필요한 재료는 다음과 같다: 칩(1400); 랙(12-웰 플레이트 형식 - 정사각형 웰); 세포 특이적 배지; 흡인기 시스템 및 팁(옵션); 10uL 또는 20uL 피펫(예: Eppendorf Research® plus(단일 채널, 가변 용량)); 1mL 피펫(모든 유형)(선택 사항); 10 또는 20uL 피펫 팁(예: epT.I.P.S.® Standard, Eppendorf Quality™ 0.1-10uL 또는 0.1-20uL); 배지 저장조; 1mL 피펫 팁(모든 유형)(옵션); 멸균 핀셋(소형).
본 발명의 일 실시예에서, 인큐베이터로부터 칩을 포함하는 랙을 회수하고, 랙을 생물안전 캐비넷 아래에 놓고 랙 뚜껑을 제거함으로써 배지 교환이 달성될 수 있다.
다음으로, 1mL 피펫을 사용하거나 흡인기를 사용하여 칩이 들어 있는 웰에서 배지를 흡인한다. 다음으로 채널들의 내부에서 배지를 흡인한다. 10 또는 20uL 피펫을 사용하고 피펫 끝을 덕트 입구 구멍 내부에 맞춘다. 팁이 잘 맞는지 확인한다(구멍에 달라붙어야 함). 초과 부피인 배지 10uL를 흡인한다. 피펫을 제거하기 전에 핀셋을 사용하여 칩을 제자리에 고정한다. 다음으로 새 배지 6uL를 채널 내부로 분배한다(3단계와 동일). 이전에 공개된 단계들을 랙(최대 12개 칩)에 사용된 모든 칩(1400)에 반복한다. 다음으로 각 칩(1400) 위에 1mL의 배지를 분배합니다. 마지막으로, 랙 뚜껑을 닫고 인큐베이터에 다시 넣는다.
배양된 조직의 예
도 15a, 15b, 15c 및 15d는 다양한 세포 유형을 배양하기 위해 바이오칩(100)을 이용하는 상이한 실시예들을 도시한다.
도 15a는 본 개시에 따른 바이오칩(1500)을 이용하는 덕트 조직 모델의 단면도를 예시한다. 덕트 조직 모델은 덕트 채널(1510), 내피 세포(1520), 1차 인간 간세포(1530) 및 기질 겔(1540)을 포함한다. 내피 세포(1520)는 HLEC(Human Liver-derived Endothelial Cells) 중 하나일 수 있다. 일부 예에서, 1차 인간 간세포(1530)는 1차 인간 사구체 미세혈관 내피 세포일 수 있다.
또 다른 예에서, 덕트 조직은 간, 신장, 폐, 유방, 췌장, 전립선, 혈관, 림프, 선 또는 다른 유형의 조직 중 하나일 수 있다.
일부 예에서, 기질 겔(1540)은 배양된 특정 내피 세포와 관련된 기질 겔일 수 있다. 예를 들어, 신장 근위 세뇨관 세포(RPTEC)를 사용하는 경우 신장 기질 겔이 사용될 수 있다. 덕트 조직 모델은 다공성 덕트 스캐폴드의 내부 구획의 내벽에 부착되어 질병이 없는 정상 상피 또는 내피 세포가 성장되는 경우에 사용할 수 있다. 또한, 그것은 본 개시의 일 측면에 따른 덕트 스캐폴드의 외부 구획에서 성장한 기질 조직을 나타낸다.
일 실시예에서, 기질은 다양한 구성요소 및 점도를 갖는 생검, 겔 또는 생물학적 재료로 만들어지도록 사용자에 의해 맞춤화될 수 있다. 예를 들어, 기질 채널에서 세포들에 영양을 공급할 수 있는 속이 빈 덕트 또는 소시지와 같은 구조를 형성하는 덕트에서 줄기 세포를 성장시킬 수 있다. 또 다른 예에서, 세포들 및 생물학적 재료들은 생검, 세포주 및 기타 생물학적으로 관련된 재료들로부터 추출될 수 있다.
도 15b는 암세포 배양에 사용되는 바이오칩(1500)을 예시한다. 바이오칩(1500)은 종양 조직 질병 모델을 연구하기 위해 질병이 없는 정상 상피 또는 내피 세포(1520) 근처에서 암 세포(1550)를 배양하는 데 사용될 수 있다. 일 예에서, 암 세포들(1550) 또는 이전에 성장된 고형 종양 클러스터들(solid-tumor clusters)은 내부 덕트 스캐폴드 구획에 동시에 삽입된다.
도 15c는 고형 종양 클러스터를 배양하기 위해 사용되는 바이오칩(1500)을 도시한다. 바이오칩(1500)은 종양 조직 질병 모델을 연구하기 위해 질병이 없는 정상 상피 또는 내피 세포(1520) 근처에서 고형 종양 클러스터(1560)를 배양하는 데 사용될 수 있다. 일 예에서, 고형 종양 클러스터(1560)는 내부 덕트 스캐폴드 구획에 동시에 삽입된다. 이를 통해 전이된 종양에 대한 질병 모델을 만들 수 있다.
도 15d는 본 개시의 일 측면에 따른 종양 조직 질병 모델을 이용하는 바이오칩(1500)의 실시예를 예시한다. 이는 질병이 없는 정상 기질 조직(1530)을 암세포들(1570) 또는 이전에 성장된 고형 종양 클러스터들과 혼합하여 덕트(1510)을 둘러싸는 외부 덕트 스캐폴드 구획에 동시에 삽입하고, 기질 또는 실질 기반 질병 모델을 생성한다.
일 실시예에서, 바이오칩(1500)은 간독성 약물 테스트 모델로 사용될 수 있다. 여기서 1차 인간 간세포는 기질 겔 내에서 배양되고 덕트의 외부 구획에서 성장한다. 본 개시의 일 측면에 따르면, 덕트 내부에는 간 미세혈관 세포를 포함하는 인간 간 유래 내피세포가 성장하여 덕트 스캐폴트 내벽에 부착된다.
일 실시예에서, 바이오칩(1500)은 신독성(nephrotoxicity) 약물 테스트 모델로 사용될 수 있다. 여기서 1차 인간 사구체 세포 및 1차 인간 사구체 미세혈관 내피 세포(1520)는 신장 기질 겔(1540) 내에서 배양되고 덕트의 외부 구획에서 성장한다. 덕트(1510) 내부에는 인간 신장 근위 세뇨관 세포가 성장하여 덕트 스캐폴드 내벽에 부착된다.
일 실시예에서, 바이오칩(1500)은 본 개시의 일 측면에 따라 간의 간독성 모델(약물을 대사하기도 함)이 신장 신독성 모델에 미세유체적으로 연결되는 독성 약물 테스트 모델로 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 바이오칩(1500)은 폐암 약물 효능을 테스트하기 위한 모델에서 사용될 수 있다. 인간 폐 섬유아세포는 덕트의 외부 구획에 있는 폐 섬유아세포 기질 겔(1440) 내에서 배양된다. 덕트 내부에는 공기-액체 계면을 위한 인간의 작은 기도 상피 세포가 덕트 스캐폴드의 내벽에 부착되어 성장한다. 본 개시의 일 측면에 따라, 상피 세포의 내강 표면에는 KRAS 양성 인간 폐 선암종 세포 또는 비소세포 선암종 세포의 고형 종양이 부착되어 성장된다.
일 실시예에서, 바이오칩(1500)은 전립선 암 약물 효능을 테스트하기 위한 모델로 사용될 수있다. 인간 전립선 기질 세포는 덕트의 외부 구획에서 전립선 기질 겔 내에서 배양된다. 덕트 내부에서, 인간 전립선 상피 세포는 덕트 스캐폴드의 내벽에 부착된다. 본 개시의 일 측면에 따라, 상피 세포의 내강 표면에서, LNCAP 클론 FGC 전립선 암종 세포 또는 NCI-H660 단계 E 전립선 암 소세포 암종 세포의 고형 종양은 부착되고 성장된다.
일 실시예에서, 바이오칩(1500)은 유방암 약물 효능을 테스트하기 위한 모델로 사용될 수 있다. 인간 1차 유선 섬유 아세포는 덕트의 외부 구획에서 유선 기질 겔 내에서 배양된다. 덕트 내부에서, 인간 유선 상피 세포는 덕트 스캐폴드의 내벽에 부착된다. 본 개시의 일 측면에 따라, 상피 세포의 내강 표면에서, HCC1500 (에스트로겐 +ve & 프로게스테론 +ve) 또는 HCC70 (에스트로겐 +VE) 또는 HCC2157 (에스트로겐 -ve & 프로게스테론 +ve) 세포의 고형 종양은 부착되고 성장된다.
일 실시예에서, 바이오칩(1500)은 혈액-뇌 장벽에 걸쳐 뇌암 약물 효능을 테스트하기 위한 모델로 사용될 수있다. 인간 성상 세포는 덕트의 외부 구획에서 뇌 성상 세포 기질 겔(1540) 내에서 배양된다. 덕트 내부에서, 인간 뇌 혈관 내피 세포는 덕트 스캐폴드의 내벽에 부착된다. 본 개시의 일 측면에 따라, 혈관 세포의 내강 표면에서, U-118 MG 뇌 교모세포종 및 별모세포종 IV 등급 종양 세포의 고형 종양이 부착되고 성장된다.
일 실시예에서, 바이오칩(1500)은 독성 및 효능 균형에 따른 약물 용량에 대한 약물 테스트 모델로 사용될 수있다. 약물 용량 모델은 간 모델, 신장 모델 및 질병 모델의 미세 유체 연결로 구성된다. 이 모델에서, 약물은 먼저 간 칩을 통과하며, 여기서 약물이 대사되고 간독성을 테스트한다. 그런 다음, 약물은 신장 칩을 통과하여 신장 근위 세뇨관에서 독성을 테스트한다. 그런 다음, 약물은 질병 모델을 통과하여 성장 종양에서 약물 효능을 테스트한다. 이 그림은 폐, 전립선, 유방 및 뇌암 약물에 대한 용량 모델을 보여준다. 본 개시의 일 측면에 따라, 효능 및 독성에 대한 최적의 약물 균형이 발견되면 일반적으로 약물은 시험에 성공한다.
일 실시예에서, 바이오칩(1500)은 연구자들에 의해 덕트 조직의 생리학 및 병리학, 덕트 조직에 대한 기계적 자극전달(mechanotransduction) 효과, 덕트 조직의 신호 경로, 덕트 조직을 통한 우선적 암 전이, 약물의 확산과 효과, 덕트 조직에 대한 독성 및 생물학적 자극제, 그리고 줄기 세포의 대량 생산에 대한 연구에 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 바이오칩(1500)은 제약 회사가 덕트 오가노이드를 성장시키는 데 사용하여 약물을 테스트하고 임상 시험에서의 약물 반응을 더 잘 예측하기 위해 약물을 테스트하고 인간-온-칩 모델을 사용하는 데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 바이오칩(1500)은 임상 연구원들에 의해 정밀하고 개인화된 의약품을 위해 환자 생검으로부터 덕트 오가노이드를 성장시키고, 개인화된 환자-온-칩을 생성하고, 그것에 다른 치료법들과 약물들을 테스트하고 정확하고 개인화된 치료법을 예측하는 것에 의해 사용될 수있다.
일 실시예에서, 바이오칩(1500)은 관상 상피 및 내피 조직 조립 및 성장을 제한하는 덕트 스캐폴드를 포함할 수 있으며, 성장은 형태를 취한 덕트 스캐폴드의 내부 벽에 부착된 단일 층으로 제한될 수 있다. 관상 상피 조직의 원통형 구조는 세포의 멤브레인 상에서 분화 마커 및 접합 단백질을 통해 세포 극성을 보존하는 것과 관련이 있다. 바이오 칩 내부의 원통형 구조에서 상피 또는 내피 관상 조직을 성장 시키면 조직 모델이 생체 내 조직을 모방할 수 있다.
바이오칩(1500)의 일 실시예에서, 덕트 스캐폴드의 외부 구획 및 기공들은 현탁액 또는 겔에서 임의의 3D 조직의 배양 및 성장을 덕트 내부의 덕트 조직과 인터페이스 할 수 있게 한다. 섬유 조직은 호르몬 및 성장 인자 수준의 변동을 통한 관암 진행에 중요한 역할을 하기 때문에 주변 기질과 함께 상피 세포를 공동 배양하는 것이 중요하다. 이러한 변동은 기질 세포의 유전자 발현의 변화를 유발하여 상이한 세포외 매트릭스 바이오 마커를 유발하여 상피 조직에서 신호 캐스케이드를 방해한다. 상응하는 기질 조직과 상피 또는 내피 관상 조직을 공동 배양하면 조직 모델이 생체 내 조직을 모방한다.
바이오칩(1500)의 일 실시예에서, 외부 및 외부 구획을 모두 갖는 다공성 벽 원통형 덕트 스캐폴드는 다른 조직을 방해하지 않고 특정 위치에서 세포, 조직 및 세포외 매트릭스의 정확한 접근을 허용한다. 이것은 특정 종양 질환 모델에 대한 모델 전체의 어느 위치에서나 종양 세포 또는 고형 종양 클러스터의 제어된 배치를 허용한다. 바이오 칩 내부에서 자란 조직에 대한 테스트된 약물의 결과는 종양 크기, 밀도 및 위치를 모델링하는 정밀도에 따라 다르다. 덕트 스캐폴드를 갖는 것은 종양 질환 모델이 생체 내 조직에 모방하게 만든다.
바이오칩(1500)의 일 실시예에서, 기공 크기, 형상 및 밀도는 원통형 덕트스캐 폴드의 벽의 두께 외에도 신호 전달 경로에 적용할 경우 세포가 벽을 압박하고 통과 할 수 있게 한다. 이것은 조직을 가로지르는 세포 이동 과정을 모방한다.
도 16을 참조하면, 다른 실시예에서, 개시된 바이오칩(100)은 다수의 덕트들 및 다수의 주변 채널들을 포함할 수있다. 본 개시의 적어도 하나의 측면에서, 바이오칩은 다수의 병렬 덕트들을 갖는 96-웰 플레이트 설계로 구성되어 높은 처리량 약물 스크리닝 목적으로 사용될 수 있다. 이러한 측면에서, 시스템은 표준 96-웰 플레이트의 치수를 가지며, 경우에 따라 입구 및 출구 포트에 연결된 펌프와 함께 사용될 수 있다. 다른 경우, 유체는 입구 포트에 수동으로 피펫팅될 수 있으며 모세관 힘의 도움으로 전체 덕트를 채울 것이다.
예를 들어, 바이오칩(100)은 다수의 덕트들이 약물 확산 시험 응용에 사용될 하나 이상의 주변 채널들과 인터페이스되도록 설계될 수 있는 다수 설계 구성들을 가질 수 있다.
예를 들어, 바이오칩(100)은 하나 이상의 덕트와 인터페이스되도록 설계될 수 있는 다수의 채널들을 가질 수 있으며, 세포 이동 및 전이 적용에 사용될 수 있다.
예를 들어, 바이오칩(100)은 동일하거나 다른 개별 또는 셀 라인 유형에서 공급되는 상이한 유형의 조직 및 오가노이드 시스템을 포함하는 다수의 칩들과 상호 작용하도록 구성될 수있다. 예를 들어, 복수의 바이오칩(100)을 연결하여 인간-온-칩 모드를 형성할 수 있다.
바이오칩의 제조 방법
다른 실시예에서, 바이오칩(100)을 제조하는 방법이 공개된다. 개시된 방법에 따르면, 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA)는 레이저 절단 기계를 사용하여 원하는 모양 및 두께로 절단된다. 먼저, 1.5mm 두께의 PMMA 시트가 모이고 다른 영역들에서의 시트의 두께는 두께 캘리퍼를 사용하여 검사된다. 300x300mm 시트의 경우 양면이 +/- 0.1mm 이상으로 달라서는 안된다. 다음으로, 잉여 재료에 대한 희생적인 단계가 레이저 절단 과정을 최적화하기 위해 수행된다. 레이저 빔의 두께가 고려되어야 한다. 예를 들어, 특정 기계가 2cm x2cm 정사각형을 자르려면 입력 치수가 2.1x2.15cm (기계 축 오류 차이를 취함)일 수 있다. PMMA 시트의 보호 층 코팅은 제조 공정 동안 항상 계속 유지되어야 한다. 다음으로, 전체 PMMA 시트는 동일한 2x2cm 정사각형으로 절단된다(참고: 최종 결과는 2x2cm이어야 한다). 이 방법에 따르면, 30x30cm 시트는 최소 196 개의 PMMA 정사각형을 제공해야 한다. 레이저 절단기에서 여전히 조립되고 마커를 사용하는 동안 컷 섀시에 수평 또는 세로 측면을 다음 작업에 대한 참조로 라벨링한다(다음 단계의 레이저 절단 오류를 고려한다). 추가로 그것의 가장자리에 있는 마커를 사용하여 각 정사각형에 추가로 표시하고 (이전에 표시된 동일한 쪽), PMMA의 보호 층 코팅을 제거한다.
개시된 방법에 따르면, 바이오칩(100)을 제조하는 다음 단계는 컴퓨터 수치 제어 (CNC) 밀링 머신과 같은 자동 밀링 머신에 맞춤형 위쪽 피스톤 클램프를 조립하는 것이다. 먼저, 위쪽 클램프를 CNC 기계에 놓고 클램핑한다. 위쪽 클램프를 고정하기 위해 CNC 클램프 핸들을 고정하기 전에 터치 프로브를 CNC 시스템에 연결하고 사용된 터치 프로브에 따라 클램프 상단 표면 교정에서 최적화한다. 다음으로, 클램프의 상단 표면이 완벽하게 평준화되도록 클램프 위치를 반복한 다음 클램프를 고정하고 잘 고정시킵니다. 다음으로, 클램프 피스톤의 이전 단계에서 정사각형 PMMA를 배치하고, 그립이 달성되고 2cm x 2cm PMMA 상단 표면이 클램프 상단 내부 표면과 코플라나일 때까지 피스톤을 밀어 올린다. 이 표면 z축 위치는 PMMA 정사각형의 두께 오차 차이에 관계없이 동일하다. 다음으로, 0.5mm 직경의 볼 밀을 CNC 기계에 연결하고 볼 밀이 조립된 섀시 표면에 닿을 때 z축 제로(zero) 기준을 취한다. 섀시 중간에서 0.5mm 직경, 0.5mm의 헤미덕트를 전체 길이에 걸쳐 절단하는 첫 번째 밀링 작업을 시도함으로써 클램프 위치를 추가로 교정한다.
바이오칩(100)을 제조하는 개시된 방법에 따르면, 품질 보증 단계는 섀시 피스톤을 그립하지 않는 것을 요구하고, 1 작업 컷으로 섀시를 제거한다. 20개의 다른 섀시에 대해 이것을 반복한다. 다음으로, 두 세트(고해상도 0.5mm 직경 샤프트(플러그 게이지 세트 No-Go 및 플러그 게이지 세트 Go)를 사용하여 실시예에서 절단 깊이에 대한 품질 테스트를 수행한다. 다음으로, 0.5mm 막대를 두 개의 섀시 헤미덕트 사이에 놓고 이 샌드위치된 어셈블리를 손으로 누른다. 막대가 쉽게 제거되면 막대를 제거한다. 헤미덕트를 0.5mm보다 깊게 자르고 교정을 반복한다. No-Go 막대가 쉽게 제거되지 않으면 두 섀시 표면이 서로 잘 정렬되는지 확인한다. 그들이 그렇지 않고 사이에 간격이 있다면, 헤미-덕트 깊이가 얕고, 교정을 반복한다. No-Go 막대가 쉽게 제거되지 않고 수동으로 샌드위치된 두 개의 섀시 사이에 간격이 없으면 컷 깊이에는 상당한 오류가 없으므로 추가 품질 보증을 위해 Go-막대 테스트로 진행한다. 다음으로, 0.5mm 막대를 두 개의 섀시 헤미덕트 사이에 놓고 이 샌드위치된 어셈블리를 손으로 누른다. 막대가 쉽게 제거되지 않으면 덕트가 약간 얕다. 마지막으로, Go-막대가 쉽게 제거되면, 헤미-덕트 홈이 +/- 0.5um의 오류 내에서 절단되었다.
바이오칩(100)을 제조하는 개시된 방법에 따르면, CNC 작업은 약 100mm/분, 분당 7000 회전 속도(RPM)로 다음과 같다. 작업 1, 교정 공정에서 동일한 0.5mm 볼 밀을 사용하여, 섀시 중심을 통과하는 0.25mm 깊이의 홈을 좌우로 절단한다. 작업 2, (중심에서의 작업 1의 헤미-덕트 홈 절단을 따라) 5mm 길이, 섀시 깊이 전체에서 0.5mm 너비의 홈을 6 개의 절단 단계들(각각은 0.25mm 깊이)에 의해 절단하는 것에 의해, 작업 1 후 자동으로 시작한다. 작업 3, 덕트 축 중심에서 4mm 떨어진 0.5mm 연결 구멍을 자동으로 뚫는다. 작업 4, 칩의 절반 및 첫번째 3개의 작업들과 동일한 도구 및 칩 어셈블리를 통해 1.5mm 길이 0.5mm 폭과 0.5mm 깊이 채널(상단 섀시)을 자른다. 작업 5, 칩의 절반 및 동일한 도구 및 칩 어셈블리를 통해 첫번째 4 개의 작업들을 통해 다른 0.5mm 연결 구멍(상단 섀시)을 뚫는다. 다음으로, 클램프의 피스톤에서 칩을 제거하고 다른 칩을 조립하고 레이저 절단 작업에서 절단된 모든 정사각형 PMMA 시트에 대해 동일하게 수행한다.
바이오칩(100)을 제조하는 개시된 방법에 따라, 추가 CNC 작업은 약 100mm/분의 공급 속도와 분당 7000 회전(RPM)의 스핀들 속도로 다음과 같다. 먼저, 칩을 반대편으로 뒤집고 동일한 도구를 사용하여 다음 작업을 진행한다. 작업 6, 모든 칩의 경우 비스듬한 4mm 수평 길이와 2.5mm 수직 길이, 0.5mm 폭 및 0.4mm 깊이 홈을 자른다. 작업 7, 섀시의 절반(하부 섀시)의 경우, 동일한 도구를 사용하여 4mm 길이, 0.5mm 폭, 및 0.4mm 깊이의 수평 홈을 기질 입구 구멍에서 덕트 인터페이스 가장자리까지 자른다. 작업 8, 섀시의 나머지 절반(상부 섀시)의 경우, 동일한 도구를 사용하여 2.5mm 길이, 0.5mm 폭 및 0.4mm 깊이의 수평 홈을 기질 입구 구멍에서 기질 채널 출구 옆의 연결 구멍까지 자른다. 작동 9, 섀시의 나머지 절반(상부 섀시)의 경우, 동일한 도구를 사용하여 2.5mm 길이, 0.5mm 폭 및 0.4mm 깊이의 수평 홈을 기질 입구 구멍에서 기질 채널 출구 옆의 연결 구멍까지 자른다. 다음으로, 클램프의 피스톤에서 칩을 제거하고 모든 칩에 대해 다른 반복을 조립한다. 작업 9-12: 1mm 드릴을 조립하고 피스톤에 상부 섀시를 위치시키고 덕트 및 기질 채널의 나머지 4개의 입구 및 출구 구멍들을 뚫는다. 마지막으로, 다른 모든 상단 섀시에 대한 모든 작업을 반복한다.
다른 실시예에서, 바이오칩(100)을 제조하는 추가 방법이 개시되어 있다. 바이오칩(100)은 사출 마이크로-몰딩 공정을 사용하여 제조될 수있다. 이를 위해, 먼저 CNC 가공을 사용하여 캐스트를 제조한다. 몰딩 캐스트에서 절단 특징부들의 정확성을 보장하기 위해 여러 반복 및 품질 검사를 수행해야 한다. 캐스트 제조를 최적화한 후, 사출 성형 공정을 시작해야하며, 여기서 몰딩 매개 변수는 품질 검사가 수행되는 정확한 섀시 특징부들 및 치수를 얻기 위해 최적화되어야 한다. 수용 가능한 해상도로 반복 가능한 섀시를 얻으려면 몰딩 프로세스를 반복해야 한다.
바이오칩 고정 랙
도 17을 참조하면, 다수의 바이오칩들(100)을 고정하기위한 랙(1600)이 공개된다.
일 실시예에서, 랙은 배양하는 동안 칩(100)을 고정시키고 칩의 취급 과정을 완화하기 위해 랙을 설계하고 제조하였다. 일 실시예에서, 랙은 랙(40)의 바닥에 약 12개의 약 2cm x 2cm 정사각형 공극의 패턴을 갖는 검은 색 8mm 두께의 PMMA 시트로 만들어졌다. 랙은 표준 12개의 웰 크기로 설계되었으며 12-웰 플레이트 뚜껑으로 덮을 수 있다. 다른 실시예에서, 랙은 검은 색이므로 바람직하지 않은 빛을 차단하고, 랙의 정사각형 웰의 바닥은 현미경에 바람직한 0.1mm 두께의 커버 슬립 글래스로 만들어진다.
바이오칩 포장 방법
도 18을 참조하면, 바이오칩(100)을 포장하는 방법(1800)이 개시되어 있다. 일 실시예에서, 배포를 위해 멸균 및 포장 블리스터들(blisters)가 바이오칩(100)을 안전하고 효율적으로 포장하도록 설계 및 제조되었다. 블리스터들은 각 칩을 개별적으로 포장하는 데 사용되며 H2O2 오토클레이브를 통해 멸균될 수 있다. 일 실시예에서, 블리스터들은 PET로 만들어지고 칩이 그 안에 배치되면 블리스터들은 타이벡(Tyvek) 시트로 덮여 열 압착 또는 접착제에 의해 접합된다. 블리드터들은 칩을 내부에 고정시키는 방법으로 설계되었지만 동시에 H2O2 증기가 모든 표면 (내부 및 외부)으로 전달되어 올바른 멸균을 보장할 수 있도록 설계되었다. 12개의 블리스터-패키지된 칩들이 포함된 패키지 상자가 제공되어 상자 내부의 칩을 시각화할 수 있도록 제공된다.
더 자세한 설명없이, 통상의 기술자는 앞의 설명을 사용하여 현재 개시된 시스템과 방법을 최대한 활용할 수 있다고 믿어진다. 여기에 개시된 예들와 측면들은 단지 예시적인 것으로 해석되어야하며, 어떤 식 으로든 본 개시의 범위의 한계가 아니다. 논의된 기본 원칙에서 벗어나지 않고 위에서 설명한 예들의 세부 사항에 대한 변화가 이루어질 수 있다는 것이 통상의 기술자에게 분명할 것이다. 다시 말해, 위의 설명에 구체적으로 개시된 예들의 다양한 수정 및 개선은 추가된 청구의 범위 내에 있다. 예를 들어, 설명된 다양한 예들의 특징의 적절한 조합이 고려된다.
Claims (60)
- 덕트 조직 성장용 바이오칩으로서,
적어도 하나의 멤브레인 구조, 여기에서 적어도 하나의 멤브레인 구조는 모방 세포 환경을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 다공성 멤브레인을 포함함;
적어도 하나의 섀시, 상기 적어도 하나의 섀시는,
적어도 하나의 멤브레인 구조를 지지하도록 구성된 채널 및
적어도 하나의 멤브레인 구조를 지지하는 채널과 유체 연통하는 적어도 하나의 미세유체 채널을 포함함; 그리고
적어도 하나의 커버 슬립;을 포함하고,
상기 적어도 하나의 섀시는 상기 적어도 하나의 섀시 내에 내부 공간이 제공되고 상기 적어도 하나의 섀시 내에 적어도 하나의 채널을 생성할 수 있도록 구성되며,
섀시 사이에 생성된 상기 내부 공간은 섀시의 본체에 대해 내부에 있지만 상기 멤브레인 구조에 대해 외부에 있는 구획을 제공하고,
복수의 개구들이 유체 또는 공기가 섀시 사이에 생성된 상기 멤브레인 구조에 대해 외부 구획을 제공하는 섀시 사이에 생성된 상기 내부 공간에 들어가거나 나갈 수 있도록 상기 적어도 하나의 섀시에 제공되는, 바이오칩. - 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 멤브레인 구조는 하나 이상의 원통형 스캐폴드인, 바이오칩.
- 제2항에 있어서, 적어도 하나의 멤브레인 구조가 상기 적어도 하나의 멤브레인 구조의 상기 원통형 스캐폴드 내의 상기 내부 공간 내에서 결합될 수 있어, 서로 중첩된 다공성 멤브레인 덕트 스캐폴드의 층들을 제공하는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 멤브레인 구조는 합성 폴리머, 유기 폴리머 또는 복합 재료의 그룹으로부터 선택되는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 멤브레인 구조는 상이한 또는 동일한 생물학적 재료에 대한 생체내 조직 조건들을 모방할 수 있는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 멤브레인 구조는 복수의 기질 조직 유형들을 위한 환경을 제공할 수 있는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 멤브레인 구조는 복수의 질병 모델들의 테스트를 위한 환경을 제공할 수 있는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 원통형 덕트 스캐폴드를 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들에 대한 접근을 제공하는 위치에 유지시키는 특징부들을 포함하는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 생물학적 구성요소들은 상기 바이오칩의 미세유체 채널로 피펫팅되거나 펌핑될 수 있는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 생물학적 구성요소들은 동일한 생물학적 구성요소들인, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 생물학적 구성요소들은 상이한 생물학적 구성요소들인, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들에 대한 접근을 제공하는 하나 이상의 미세유체 채널을 형성하는 특징부들을 포함하는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들로 이어지는 상기 미세유체 채널들을 형성하는 특징부들을 포함하는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들로 이어지고, 다공성 덕트 스캐폴드 위치들의 하나 이상의 영역에서 상호 연결되는 미세유체 채널들을 포함하는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들로 이어지고, 서로 연결되며 조립 후에는 다공성 덕트 스캐폴드의 벽들에 의해서만 분리되는 미세유체 채널들을 포함하는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들로 연결되고, 서로 연결되며 조립 후에 상기 덕트 스캐폴드의 벽에 있는 기공을 통해서만 연결되는 미세유체 채널들을 포함하는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 덕트 스캐폴드의 외부 구획으로 이어지는 미세유체 채널을 형성하는 상기 적어도 하나의 섀시의 특징부들이 상기 적어도 하나의 섀시의 내부 층들에 새겨질 수 있는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 덕트 스캐폴드의 외부 구획으로 이어지는 미세유체 채널들을 형성하는 상기 적어도 하나의 섀시의 특징부들은 상기 적어도 하나의 섀시의 외부 표면에 새겨질 수 있고, 완전한 채널을 만드는 하나 이상의 얇은 커버슬립으로 둘러싸여 있는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 원통형 덕트 단면은 원형, 타원형 또는 임의의 다른 둘러싸인 형태일 수 있는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 덕트는 다공성일 수 있고 기공들은 임의의 개수, 모양 및 크기일 수 있는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 일부 기공들은 생물학적 구성요소의 확산을 허용하는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 일부 기공들은 덕트 벽을 가로질러 세포들의 이동을 허용하는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 섀시는 적어도 하나의 입구 구멍 및 적어도 하나의 출구 구멍을 포함하는, 바이오 칩.
- 제1항에 있어서, 상기 덕트 스캐폴드의 내부 구획으로 이어지는 미세유체 채널들을 형성하는 상기 적어도 하나의 섀시의 특징부들은 상기 채널의 입구 구멍과 출구 구멍 사이에서 연장될 수 있는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 덕트 스캐폴드의 내부 구획으로 이어지는 미세유체 채널들을 형성하는 상기 적어도 하나의 섀시의 특징부들은 채널의 입구 및 출구 구멍을 넘어 연장될 수 있고, 나중에 칩 하위 구성요소들의 조립 후 연결되는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 섀시는 현미경 또는 이미징 장치와 함께 사용되도록 구성되는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 덕트 스캐폴드를 둘러싸는 내부 및 외부 구획들로 유체가 흐르도록 하는 미세유체 채널들은 상기 적어도 하나의 섀시 사이에 둘러싸인, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 덕트 스캐폴드를 둘러싸는 외부 구획으로 유체가 흐르도록 하는 미세유체 채널들은 상기 적어도 하나의 섀시와 상기 적어도 하나의 섀시에 의해 둘러싸여 있지 않은 상기 바이오칩의 추가 측면을 덮는 적어도 하나의 커버슬립 글래스 사이에 둘러싸이는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 섀시에 결합된 상기 적어도 하나의 멤브레인 구조는 상기 멤브레인이 구부러지고 길이를 따라 상기 덕트 스캐폴드 표면의 영역에 조립 전에 접착될 때, 상기 기질 미세유체 채널 공극으로 사방에서 둘러싸일 수 있는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 섀시는 유리 또는 폴리머와 같이 부서지기 쉽고 투명하며 낮은 자가형광 중 하나인 재료로 제조되는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 섀시는 불투명한 재료로 이루어진, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 섀시는 자극에 반응하여 변형되도록 구성되고 상기 적어도 하나의 멤브레인 구조를 캡슐화하는, 바이오칩.
- 제32항에 있어서, 상기 자극은 열, 압력, 화학적 노출 또는 방사선 노출 중 하나인, 바이오칩.
- 제33항에 있어서, 상기 적어도 하나의 커버 슬립 및 상기 적어도 하나의 섀시는 통합되어 단일체를 형성하는, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 커버 슬립은 투명한 재료로 만들어진, 바이오칩.
- 제1항에 있어서, 상기 바이오칩은 복수의 추가적인 바이오칩들과 연결되어 상호작용할 수 있는, 바이오칩.
- 바이오칩을 제조하는 방법으로서,
적어도 하나의 섀시를 제공하는 단계, 상기 적어도 하나의 섀시는,
적어도 하나의 멤브레인 구조를 지지하도록 구성된 채널 및
상기 채널과 유체 연통하는 적어도 하나의 미세유체 채널을 포함함;
적어도 하나의 다공성 멤브레인을 제공하는 단계;
적어도 하나의 다공성 멤브레인을 원통형 단면의 폐쇄 루프로 구부리는 단계,
여기서 둥근 원통형 다공성 덕트는 다공성 멤브레인의 제1 부분을 구부림으로써 형성되고 하나 이상의 추가적인 다공성 멤브레인이 상기 덕트의 제2 부분을 형성함; 그리고,
상기 적어도 하나의 섀시 사이에 상기 적어도 하나의 다공성 멤브레인을 삽입하는 단계를 포함하는, 방법. - 제37항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다공성 멤브레인이 완전한 덕트 형상을 형성하기 위해 적어도 하나의 섀시 사이의 상부 표면에 평행한 평면으로부터 0° 내지 180° 사이로 구부러지고, 다른 멤브레인들은 완전한 덕트의 나머지 부분을 형성하도록 구부러지는, 방법.
- 제37항에 있어서, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들로 이어지는 미세유체 채널들을 형성하는 특징부들을 포함하도록 구성되는, 방법.
- 제37항에 있어서, 적어도 하나의 멤브레인 구조가 상기 적어도 하나의 멤브레인 구조의 원통형 스캐폴드 내의 내부 공간 내에서 결합되어 서로 중첩된 다공성 멤브레인 덕트 스캐폴드의 층들을 제공하는, 방법.
- 제37항에 있어서, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들로 이어지는 미세유체 채널들이 다공성 덕트 스캐폴드 위치들의 하나 이상의 영역에서 상호 연결되도록 구성되는, 방법.
- 제37항에 있어서, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들로 이어지는 미세유체 채널들이 상호 연결되고, 조립 후에 다공성 덕트 스캐폴드의 벽들에 의해서만 분리되도록 구성되는, 방법.
- 제37항에 있어서, 상기 적어도 하나의 섀시는 상기 덕트 스캐폴드의 내부 및 외부 구획들로 이어지는 미세유체 채널들이 상호 연결되고, 조립 후 상기 덕트 스캐폴드의 벽들에 있는 기공을 통해서만 연결되도록 구성되는, 방법.
- 제37항에 있어서, 상기 덕트 스캐폴드의 외부 구획으로 이어지는 미세유체 채널들을 형성하는 상기 적어도 하나의 섀시의 특징부들이 상기 적어도 하나의 섀시의 내부 층들에 새겨질 수 있는, 방법.
- 제37항에 있어서, 상기 덕트 스캐폴드의 외부 구획으로 이어지는 미세유체 채널들을 형성하는 상기 적어도 하나의 섀시의 특징부들이 상기 적어도 하나의 섀시의 외부 표면들 상에 새겨질 수 있고, 완전한 채널을 생성하는 다른 섀시 부품 또는 적어도 하나의 커버슬립으로 덮여 있는, 방법.
- 제37항에 있어서, 상기 적어도 하나의 섀시의 특징부들은 상기 채널에 대한 접근을 제공하는 적어도 하나의 입구 및 적어도 하나의 출구 구멍을 제공하도록 구성되는, 방법.
- 제37항에 있어서, 상기 덕트 스캐폴드의 내부 구획으로 이어지는 미세유체 채널들을 형성하는 상기 적어도 하나의 섀시의 특징부들이 상기 채널의 입구 구멍과 출구 구멍 사이에서 연장될 수 있는, 방법.
- 제37항에 있어서, 상기 덕트 스캐폴드의 내부 구획으로 이어지는 미세유체 채널들을 형성하는 상기 적어도 하나의 섀시의 특징부들이 상기 채널의 입구 및 출구 구멍을 넘어 연장될 수 있고, 나중에 칩 하위 구성요소들의 조립 후 연결되는, 방법.
- 제37항에 있어서, 상기 원통형 덕트는 화학적 접합, 압력 접합 또는 열 접합 중 하나 또는 이들의 조합에 의해 상기 멤브레인들과 상기 적어도 하나의 섀시를 접합함으로써 형성되는, 방법.
- 제49항에 있어서, 상기 원통형 덕트 스캐폴드를 형성하는 구부러진 멤브레인들이 상기 적어도 하나의 섀시에서 조립 전 또는 후에 접합될 수 있는, 방법.
- 제49항에 있어서, 접합 방법은 재료 표면의 제어된 두께를 용융시켜 서로 다른 부품들을 함께 용접하기 위해 사용되는, 방법.
- 제49항에 있어서, 상기 화학 접합은 에탄올과 클로로포름의 혼합물을 포함하는 것인, 방법.
- 제49항에 있어서, 상기 열 접합은 표면 조사를 포함할 수 있는, 방법.
- 제49항에 있어서, 상기 바이오칩의 상부층 및 하부층을 형성하는 적어도 하나의 커버슬립 글래스는 다른 부품들과 동일한 방법을 사용하거나 유리-고분자 접착제를 사용하여 적어도 하나의 섀시에 접합되는, 방법.
- 제37항에 있어서, 상기 덕트 스캐폴드 내부 구획으로 이어지는 미세유체 채널의 말단들을 폐쇄하는 플러그들이 중합체 접착제를 사용하여 접합되는, 방법.
- 제37항에 있어서, 상기 덕트 스캐폴드 멤브레인의 연장부가 그의 말단들에서 유지되고 상기 멤브레인들에 주름이 생기는 것을 방지하기 위해 인장되는, 방법.
- 제37항에 있어서, 둥근 다공성 덕트는 막대 위에 편평한 멤브레인을 원통형 단면의 폐루프로 구부리고, 그 길이를 따라 상기 덕트 스캐폴드 표면의 한 영역에 접합하여 형성되는, 방법.
- 제37항에 있어서, 둥근 다공성 덕트는 막대 위에 편평한 멤브레인을 원통형 단면의 폐루프로 구부리고, 덕트 표면의 연장부인 상기 덕트 스캐폴드의 표면을 따라 편평한 영역에 접착하여 형성되는, 방법.
- 제37항에 있어서, 둥근 다공성 덕트는 막대 위에 원통형 단면의 폐루프로 하나 이상의 편평한 멤브레인을 구부리고, 덕트 표면의 연장부인 상기 덕트 스캐폴드의 표면을 따라 편평한 영역에 접착하여 형성되는, 방법.
- 제37항에 있어서, 멤브레인들을 형성하는 단계는 멤브레인을 원하는 모양으로 유지하는 막대가 상기 적어도 하나의 섀시 사이에 위치하며, 덕트 스캐폴드의 말단들은 상기 섀시에 접합되고 상기 적어도 하나의 섀시에 의해 둘러싸여 있는, 방법.
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