KR20230160593A - Microfluidic chip for quantitative analysis using magnetic separation - Google Patents

Microfluidic chip for quantitative analysis using magnetic separation Download PDF

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KR20230160593A
KR20230160593A KR1020220060286A KR20220060286A KR20230160593A KR 20230160593 A KR20230160593 A KR 20230160593A KR 1020220060286 A KR1020220060286 A KR 1020220060286A KR 20220060286 A KR20220060286 A KR 20220060286A KR 20230160593 A KR20230160593 A KR 20230160593A
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강주헌
권태준
김하진
이민석
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울산과학기술원
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Abstract

본 발명은 면역조직화학염색법, 면역형광법 및 FISH(fluorescence in situ hybridization) 등을 수행하기 위한 상부 기판과 시료 내 검출대상 물질의 자성분리를 위한 하부 기판이 상하로 적층되며, 그 사이에 개재된 플레이트를 포함하는 구조의 미세 유체칩(microfluidic chip), 그 제조방법, 상기 미세 유체칩을 이용한 세포 또는 생체분자의 검출 방법에 관한 것이다.
일 양상에 따른 본 발명의 미세 유체칩은 시료 내에 자성입자와 결합된 박테리아 등의 세포를 자성분리하고 FISH 등을 수행함으로써 이를 이미징하거나 시간 별로 정량화 할 수 있으며, 이를 박테리아의 감염 진단의 지표로 활용하거나 항생제 감수성을 예측하는데 활용할 수 있다.
In the present invention, an upper substrate for performing immunohistochemical staining, immunofluorescence, and FISH (fluorescence in situ hybridization), etc., and a lower substrate for magnetic separation of substances to be detected in the sample are stacked vertically, and a plate interposed between them. It relates to a microfluidic chip having a structure including a microfluidic chip, a method of manufacturing the same, and a method of detecting cells or biomolecules using the microfluidic chip.
According to one aspect, the microfluidic chip of the present invention can image or quantify cells over time by magnetically separating cells such as bacteria bound to magnetic particles in a sample and performing FISH, etc., and use this as an indicator for diagnosing bacterial infection. Alternatively, it can be used to predict antibiotic susceptibility.

Description

자성분리를 이용한 정량분석용 미세 유체칩{Microfluidic chip for quantitative analysis using magnetic separation}Microfluidic chip for quantitative analysis using magnetic separation}

본 발명은 면역조직화학염색법, 면역형광법 및 FISH(fluorescence in situ hybridization) 등을 수행하기 위한 상부 기판과 시료 내 검출대상 물질의 자성분리를 위한 하부 기판이 상하로 적층되며, 그 사이에 개재된 플레이트를 포함하는 구조의 미세 유체칩(microfluidic chip), 그 제조방법, 상기 미세 유체칩을 이용한 세포 또는 생체분자의 검출 방법에 관한 것이다.In the present invention, an upper substrate for performing immunohistochemical staining, immunofluorescence, and FISH (fluorescence in situ hybridization), etc., and a lower substrate for magnetic separation of substances to be detected in the sample are stacked vertically, and a plate interposed between them. It relates to a microfluidic chip having a structure including a microfluidic chip, a method of manufacturing the same, and a method of detecting cells or biomolecules using the microfluidic chip.

FISH(fluorescence in situ hybridization)는 분자세포유전학 검사기법으로서, 염색체의 특정 핵산 서열의 존재 유무를 확인하기 위한 목적으로 형광이 부착되고 특정 핵산 서열에 상보적 결합이 가능한 프로브(probe)을 결합시키는 방식이다. 또한, 세포나 조직에서 특정 단백질의 존재 유무를 확인하기 위한 목적으로 항원-항체 반응을 사용하여 염색하는 면역조직화학염색법(immunohistochemistry), 각종 형광색소가 표지된 항원이나 항체를 사용하는 면역형광법(immunofluorescence) 등도 널리 사용되고 있다.FISH (fluorescence in situ hybridization) is a molecular cytogenetic testing technique that combines a probe that is attached with fluorescence and is capable of complementary binding to a specific nucleic acid sequence for the purpose of confirming the presence or absence of a specific nucleic acid sequence in the chromosome. am. In addition, immunohistochemistry, which stains using an antigen-antibody reaction for the purpose of confirming the presence or absence of a specific protein in cells or tissues, and immunofluorescence, which uses antigens or antibodies labeled with various fluorescent dyes ) are also widely used.

한편, PNA(peptide nucleic acid)는 핵산(DNA, RNA)의 구조와 비슷한 고분자 화학물질로, DNA의 당-인산 backbone을 펩타이드 결합체로 치환하여 DNA와 달리 음전하를 띠지 않는 중성적인 구조를 가진다. 이로 인해 PNA는 DNA 또는 RNA와 달리 상보적 결합을 하는 특정 염기서열에 대해 전기적인 반발이 일어나지 않게 되고, 따라서 보다 더 강한 결합력과 특이성을 갖는다. 또한, 체내의 핵산분해효소와 온도 등에 대해 높은 안정성을 나타내고, 형광표지나 특정 작용기의 결합을 통해 2차 변형이 용이한 장점 등이 있다. 이러한 장점을 바탕으로, PNA는 유전자 진단, 가시적 분자결합화(in situ hybridization), PCR 클램핑(clamping), 플라스미드 벡터 표지법과 같은 다양한 분자생물학적 기술에 활용될 수 있다.Meanwhile, PNA (peptide nucleic acid) is a polymer chemical similar to the structure of nucleic acids (DNA, RNA). Unlike DNA, it has a neutral structure that does not carry a negative charge by replacing the sugar-phosphate backbone of DNA with a peptide conjugate. Because of this, unlike DNA or RNA, PNA does not experience electrical repulsion against specific complementary base sequences, and thus has stronger binding force and specificity. In addition, it has the advantage of showing high stability against nucleic acid degrading enzymes and temperature in the body, and that secondary modification is easy through the combination of a fluorescent label or a specific functional group. Based on these advantages, PNA can be used in various molecular biology techniques such as genetic diagnosis, in situ hybridization, PCR clamping, and plasmid vector labeling.

FISH를 수행함에 있어서, PNA를 프로브로 사용하게 되면 타겟 핵산에 대한 높은 친화성과 특이성 등 특징으로 인해 짧은 혼성화 시간, 낮은 백그라운드 결합, 우수한 재현성 및 시약의 안정성 등의 장점이 있다. 또한, PNA 프로브의 경우 작은 크기로 인해 조직 침투에 효율적이고, 짧은 단일 가닥의 올리고뉴클레오티드이기 때문에 프로브 자체를 변성(denaturation)시킬 필요가 없다.When performing FISH, using PNA as a probe has advantages such as short hybridization time, low background binding, excellent reproducibility, and stability of the reagent due to its characteristics such as high affinity and specificity for the target nucleic acid. In addition, PNA probes are efficient at tissue penetration due to their small size, and since they are short single-stranded oligonucleotides, there is no need to denature the probe itself.

한편, 자성분리(magnetic separation) 기술은 생물학적 분석, 질병의 진단 및 치료 등 다양한 생명공학 분야에서 활용되고 있다. 일반적으로 기존에 알려진 미세유체칩은 대부분 측면 방향의 유체 흐름(lateral flow)을 사용하며, 자석을 칩 바닥면 혹은 측면에 위치시켜 자성나노입자(magnetic nanoparticle)를 분리하는 방법을 사용한다. 그러나 이러한 경우 자성나노입자가 칩 내에 적층되어 자성분리될 수 있고, 이는 입자의 형광 검출과 같은 분석을 수행할 때 정확한 검출을 어렵게 만든다는 문제점이 있었다.Meanwhile, magnetic separation technology is used in various biotechnology fields, such as biological analysis and disease diagnosis and treatment. In general, most known microfluidic chips use lateral fluid flow and use a method of separating magnetic nanoparticles by placing a magnet on the bottom or side of the chip. However, in this case, there was a problem that magnetic nanoparticles could be stacked within the chip and magnetically separated, making accurate detection difficult when performing analysis such as fluorescence detection of particles.

이러한 배경 하에, 본 발명자들은 면역조직화학염색법, 면역형광법, FISH 등을 효율적으로 수행하기 위한 미세 유체칩으로서, 검출칩과 검출칩의 시료 주입부 아래에 자석이 배치되도록 하는 자성 분리대가 결합된 구조의 미세 유체칩을 완성하였다. 본 발명의 미세 유체칩은 시료 주입부로 주입된 자성나노입자가 측면 방향이 아닌 수직 방향으로 분리되기 때문에, 칩 내에 자성나노입자가 적층되지 않고 칩 바닥면에 균일하게 분포하게 되며, 따라서 더 정확하고 효율적인 FISH 형광 검출 등이 가능하다. 이를 통해 시료 내에 자성나노입자와 결합된 세포 또는 생체분자 등을 자성분리하여 농축된 타겟 샘플을 대상으로 FISH 등을 수행함으로써 타겟 샘플의 검출 효율 및 정확성을 높이고, 나아가 사용된 검출칩만을 교체하여 반복 수행이 가능하게 되므로, 타겟 샘플의 검출에 걸리는 시간도 단축할 수 있을 것으로 기대된다.Against this background, the present inventors developed a microfluidic chip for efficiently performing immunohistochemical staining, immunofluorescence, FISH, etc., which has a structure that combines a detection chip with a magnetic separator that places a magnet under the sample injection portion of the detection chip. The microfluidic chip was completed. In the microfluidic chip of the present invention, since the magnetic nanoparticles injected into the sample injection unit are separated in the vertical direction rather than the lateral direction, the magnetic nanoparticles are not stacked within the chip but are uniformly distributed on the bottom surface of the chip, and are therefore more accurate. Efficient FISH fluorescence detection is possible. Through this, cells or biomolecules bound to magnetic nanoparticles in the sample are magnetically separated and FISH is performed on the concentrated target sample, thereby increasing the detection efficiency and accuracy of the target sample, and repeating it by replacing only the used detection chip. Since this becomes possible, it is expected that the time it takes to detect the target sample will also be shortened.

일 양상은 상하로 적층된 상부 및 하부 기판, 상기 상부 및 하부 기판 사이에 개재된 플레이트를 포함하는, 미세 유체칩을 제공한다.One aspect provides a microfluidic chip including upper and lower substrates stacked vertically, and a plate interposed between the upper and lower substrates.

다른 양상은 고분자 재질의 상부 기판 및 하부 기판을 준비하는 단계;Another aspect includes preparing an upper substrate and a lower substrate made of a polymer material;

플레이트를 준비하는 단계;Preparing plates;

상기 플레이트를 상기 상부 기판의 하면에 플라즈마 처리하여 부착하는 단계;Attaching the plate to the lower surface of the upper substrate by plasma treatment;

자석을 상기 하부 기판의 상면에 돌출없이 요입하는 단계; 및recessing a magnet into the upper surface of the lower substrate without protruding; and

상기 플레이트가 상기 상부 및 하부 기판 사이에 개재되도록 상부 및 하부 기판을 적층하는 단계를 포함하는, 미세 유체칩의 제조 방법을 제공한다.It provides a method of manufacturing a microfluidic chip, including the step of stacking the upper and lower substrates so that the plate is interposed between the upper and lower substrates.

또 다른 양상은 검출대상 물질을 포함하는 시료를 준비하는 단계;Another aspect includes preparing a sample containing a substance to be detected;

상기 시료에 자성입자를 처리하여 검출대상 물질-자성입자 복합체를 형성하는 단계;Forming a detection target material-magnetic particle complex by treating the sample with magnetic particles;

상기 복합체가 포함된 시료를 제1항의 미세 유체칩 시료 주입부에 주입하는 단계;Injecting a sample containing the complex into the microfluidic chip sample injection unit of claim 1;

제1항의 미세 유체칩 배출부를 통해 불필요한 시료를 배출하는 단계;Discharging unnecessary samples through the microfluidic chip discharge unit of claim 1;

상기 복합체가 포함된 시료에 고정화 및 투과화를 위한 시약을 처리하는 단계;Processing a sample containing the complex with a reagent for immobilization and permeabilization;

상기 고정화 및 투과화된 시료에 라벨링 또는 염색을 위한 시약을 처리하는 단계를 포함하는, 세포 또는 생체분자의 검출 방법을 제공한다.A method for detecting cells or biomolecules is provided, comprising treating the immobilized and permeabilized sample with a reagent for labeling or staining.

일 양상은 상하로 적층된 상부 및 하부 기판, 상기 상부 및 하부 기판 사이에 개재된 플레이트를 포함하는 미세 유체칩을 제공하는 것이다.One aspect is to provide a microfluidic chip including upper and lower substrates stacked vertically, and a plate interposed between the upper and lower substrates.

본 발명의 미세 유체칩(30)은 자성입자와 결합된 세포 등을 포함하는 시료를 주입부(11)에 주입하고, 불필요한 용액 등을 배출부(13)를 통해 제거 및 시료를 고정화ㆍ투과화한 뒤, 자성을 이용하여 자성입자와 결합된 타겟 샘플만을 주입부 바닥으로 분리 및 농축하여 주입부 상에서 면역조직화학염색법(immunohistochemistry), 면역형광법(immunofluorescence), FISH(fluorescence in situ hybridization) 등을 수행함으로써 이를 이미징하거나 정량화하는 것이 가능하다. 또한, 이렇게 정량화된 결과값을 바탕으로 이를 박테리아의 감염 진단의 지표로 활용하거나, 항생제 감수성을 예측하는 데에도 활용할 수 있다.The microfluidic chip 30 of the present invention injects a sample containing cells combined with magnetic particles into the injection unit 11, removes unnecessary solutions, etc. through the discharge unit 13, and immobilizes and permeabilizes the sample. Then, using magnetism, only the target sample combined with the magnetic particles is separated and concentrated at the bottom of the injection section, and immunohistochemistry, immunofluorescence, and FISH (fluorescence in situ hybridization) are performed on the injection section. This makes it possible to image or quantify it. Additionally, based on these quantified results, they can be used as an indicator for diagnosing bacterial infections or used to predict antibiotic susceptibility.

상기 상부 기판(14)은 FISH 등 검출 방법을 수행하기 위한 것으로, 시료 주입부(11) 및 시료가 이동하는 미세유체 채널(12)을 포함할 수 있고, 상기 미세유체 채널을 통해 주입부와 연통되는 하나의 배출부(13)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 주입부(11) 및 미세유체 채널(12)은 적어도 하나 이상으로 구비될 수 있으나 이에 특별히 제한되는 것은 아니며, 이는 당업자가 수행하고자 하는 방법 및 필요에 따라 적절한 수로 구비될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 가로 24 mmХ세로 50 mmХ높이 3 mm 크기의 PDMS 칩 상면에 8개의 시료 주입부(11)가 동일한 간격으로 구비될 수 있다. The upper substrate 14 is for performing a detection method such as FISH, and may include a sample injection unit 11 and a microfluidic channel 12 through which the sample moves, and communicates with the injection unit through the microfluidic channel. It may include one discharge portion (13). Specifically, the injection unit 11 and the microfluidic channel 12 may be provided in at least one number, but are not particularly limited thereto, and may be provided in an appropriate number depending on the method and needs of those skilled in the art. According to one embodiment, eight sample injection parts 11 may be provided at equal intervals on the upper surface of a PDMS chip measuring 24 mm in width, 50 mm in length, and 3 mm in height.

각각의 시료 주입부(11)는 미세유체 채널(12)을 통해 하나의 배출부(13)와 연통될 수 있으며, 일 실시예에 따르면 8개의 시료 주입부가 도 1과 같이 디자인된 미세유체 채널을 통해 배출부와 연통되는 것일 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.Each sample injection unit 11 may communicate with one discharge unit 13 through a microfluidic channel 12. According to one embodiment, eight sample injection units have a microfluidic channel designed as shown in FIG. 1. It may be connected to the discharge unit through, but is not particularly limited to.

본 명세서에서의 용어 "채널"은 유체(예를 들어, 시료, 시약 및 버퍼 등)가 이동하는 통로를 의미한다. 구체적으로, 평면 흐름 경로를 따라 연장되는 채널(예를 들어, 구불구불하거나 스파이럴(spiral) 평면 패턴의 채널), 비평면 흐름 경로(예를 들어, 나선형의 (helical) 3차원 채널), 또는 미세유체 채널(microfluidic channel)일 수 있으며, 보다 구체적으로는 미세유체 채널을 의미할 수 있다.As used herein, the term “channel” refers to a passage through which fluids (eg, samples, reagents, buffers, etc.) move. Specifically, channels extending along a planar flow path (e.g., channels in a tortuous or spiral planar pattern), non-planar flow paths (e.g., helical three-dimensional channels), or microscopic channels It may be a fluid channel (microfluidic channel), and more specifically, it may mean a microfluidic channel.

상기 시료 주입부(11)의 바닥은 하부 기판(22)에 구비된 자석(21)에 의해 자성분리된 타겟 샘플이 농축되며, 각각의 주입부 바닥으로 분리 및 농축된 타겟 샘플에 대해 검출을 수행할 수 있다. 따라서 상기 시료 주입부(11)는 시료 및 FISH 등을 수행하기 위한 시약 등이 담기는 공간이자, 반응 챔버로서 역할을 할 수 있다. 상기 시료 주입부(11)의 직경 및 깊이는 상부 기판(14)의 면적과 높이, 시료 및 시약, 버퍼 등의 주입 용이성 등을 고려하여 당업자에 의해 적절히 선택될 수 있으며, 일 실시예에서는 직경 3mm의 시료 주입부를 동일한 간격으로 제작하였다. 한편, 상기 시약은 시료의 고정화, 투과화, 혼성화 및 시료 내 검출대상 물질의 염색 등을 위한 것으로, 시료 및 검출대상 물질의 특성, 당업자의 필요에 따라 적절히 선택될 수 있다.At the bottom of the sample injection unit 11, target samples magnetically separated by the magnet 21 provided on the lower substrate 22 are concentrated, and detection is performed on the target samples separated and concentrated at the bottom of each injection unit. can do. Therefore, the sample injection unit 11 is a space containing samples and reagents for performing FISH, etc., and can serve as a reaction chamber. The diameter and depth of the sample injection unit 11 may be appropriately selected by a person skilled in the art in consideration of the area and height of the upper substrate 14, the ease of injection of samples, reagents, buffers, etc., and in one embodiment, the diameter is 3 mm. The sample injection parts were manufactured at equal intervals. Meanwhile, the reagent is for immobilization, permeabilization, hybridization of the sample, and staining of the substance to be detected in the sample, and can be appropriately selected according to the characteristics of the sample and the substance to be detected and the needs of those skilled in the art.

상기 배출부(13)는 자성분리 되지 않은 나머지 시료, 반응하지 않은 시약 및 버퍼 등이 미세유체 채널(12)을 통해 이동하여 배출되는 곳으로, 상기 상부 기판(14)의 중앙에 위치할 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니며, 일 실시예에 따르면 시린지 펌프를 이용하여 자성분리 되지 않은 나머지 시료, 반응하지 않은 시약 및 버퍼 등을 상기 배출부를 통해 제거할 수 있다. 배출부를 통해 자성분리 되지 않은 나머지 시료가 배출되고, 주입부를 통해 자성입자와 결합된 세포 등을 포함하는 시료를 지속적으로 주입하면, 다량의 시료에 포함된 타겟 샘플을 효과적으로 수집할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 자성입자에 결합된 E. coli 시료를 주입부(11)에 주입하고 10분 간 자성분리한 후, 시린지 펌프를 이용하여 10㎕/min의 유속으로 불필요한 용액을 배출부(13)를 통해 배출하였다.The discharge unit 13 is a place where the remaining samples that have not been magnetically separated, unreacted reagents, buffers, etc. move through the microfluidic channel 12 and are discharged, and may be located in the center of the upper substrate 14. , It is not particularly limited thereto, and according to one embodiment, the remaining sample that has not been magnetically separated, unreacted reagents, buffers, etc. can be removed through the discharge unit using a syringe pump. The remaining sample that has not been magnetically separated is discharged through the discharge section, and by continuously injecting the sample containing cells combined with magnetic particles through the injection section, target samples contained in a large amount of samples can be effectively collected. According to one embodiment, an E. coli sample bound to magnetic particles is injected into the injection unit 11 and magnetically separated for 10 minutes, and then unnecessary solution is injected into the discharge unit (11) using a syringe pump at a flow rate of 10 μl/min. 13) was discharged through.

상기 상부 기판(14)은 열가소성 수지로서 PDMS(poly(dimethylsiloxane)), PC(polycarbonate), PMMA(poly(methyl methacrylate), COC(cyclic olefin copolymer), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리설폰(Polysulfones), 폴리비닐클로라이트(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리(L-락트산)(PLLA), 폴리(D, L-락트산(PDLLA), 폴리(글리콜산)(PGA), 폴리(카프로락톤)(PCL), 폴리(하이드록시알카노에이트), 폴리다이옥산온(PDS), 폴리트라이메틸렌카보네이트, 폴리(락트산-co-글리콜산)(PLGA) 및 폴리(L-락트산-co-카프로락톤)(PLCL), 폴리(글리콜산-co-카프로락톤)(PGCL)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 재질일 수 있으나 이에 특별히 제한되는 것은 아니며, 광학적 측정 및 이미징(imaging)을 위해 상부 기판의 한쪽 면은 광학적 투명도를 제공하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 상부 기판으로는 PDMS 재질의 칩을 사용할 수 있다.The upper substrate 14 is a thermoplastic resin such as poly(dimethylsiloxane) (PDMS), polycarbonate (PC), poly(methyl methacrylate) (PMMA), cyclic olefin copolymer (COC), polystyrene, polysulfones, poly Vinyl chlorite (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE), poly(L-lactic acid) (PLLA), poly(D, L-lactic acid (PDLLA), poly(glycol) acid) (PGA), poly(caprolactone) (PCL), poly(hydroxyalkanoate), polydioxanone (PDS), polytrimethylene carbonate, poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA), and poly It may be a polymer material selected from the group consisting of (L-lactic acid-co-caprolactone) (PLCL) and poly(glycolic acid-co-caprolactone) (PGCL), but is not particularly limited thereto, and may be used for optical measurement and imaging ( One side of the upper substrate may provide optical transparency for imaging. More specifically, a chip made of PDMS may be used as the upper substrate.

상기 플레이트(15)는 상기 상부 기판(14)의 하면에 부착되어 광학적 측정을 용이하게 하는 것으로, 슬라이드 글라스, 크리스탈 또는 커버 글라스일 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다. 일 실시예에 따르면, 가로 24 mmХ세로 50 mmХ높이 3 mm 크기의 PDMS 칩과 동일한 크기의 커버 글라스(Coverslip)를 플라즈마 처리(80 W, 1 min)하여 상부 기판(14)의 하면에 부착하여 검출칩(10)을 제작하였다. The plate 15 is attached to the lower surface of the upper substrate 14 to facilitate optical measurement, and may be a slide glass, crystal, or cover glass, but is not particularly limited thereto. According to one embodiment, a cover glass (Coverslip) of the same size as the PDMS chip measuring 24 mm in width, 50 mm in height, and 3 mm in height is plasma treated (80 W, 1 min) and attached to the lower surface of the upper substrate 14 for detection. A chip 10 was manufactured.

본 명세서에서의 용어 "정량적(Quantitative) 검출칩" 또는 "검출칩"은 상기 상부 기판(14)의 하면에 상기 플레이트(15)가 부착된 구조로서, 면역조직화학염색법, 면역형광법, 발색 계내 혼성화 또는 FISH 등이 수행되는 부분을 의미한다. The term “quantitative detection chip” or “detection chip” in this specification refers to a structure in which the plate 15 is attached to the lower surface of the upper substrate 14, and includes immunohistochemical staining, immunofluorescence, and color development in situ hybridization. Or refers to the part where FISH, etc. is performed.

본 명세서에서의 용어 "PNA FISH"는 전기적 중성을 나타내는 PNA(pentose nucleic acid)를 프로브(probe)으로 활용한 FISH(형광동소보합법)를 의미하는 것으로, in situ 혼성화(hybridization) 시 높은 기질 특이성을 나타내며, 적은 농도의 PNA 프로브만으로도 빠른 혼성화가 가능하여 백그라운드 결합(background binding)을 감소시켜 높은 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio)를 나타내는 등의 장점이 있다.The term "PNA FISH" in this specification refers to FISH (fluorescence in situ hybridization) using electrically neutral PNA (pentose nucleic acid) as a probe, and exhibits high substrate specificity during in situ hybridization. It has the advantage of enabling rapid hybridization with only a small concentration of PNA probe, thereby reducing background binding and showing a high signal-to-noise ratio.

상기 하부 기판(22)은 자성입자와 결합된 타겟 샘플을 분리하기 위한 것으로, 그 상면에 자석(21)이 돌출없이 요입되고, 상기 자석은 상기 시료 주입부(11)의 수직 하단에 대응되도록 배치된다. 일 실시예에 따르면, 상기 상부 기판(14)과 동일한 크기의 PDMS 칩 상면에 구멍(Biopunch, 직경 1mm)을 낸 후, 준비된 원통형 자석(N52, 직경 1.6mm)을 심어 하부 기판(22)을 제작하였다. The lower substrate 22 is for separating the target sample combined with magnetic particles, and the magnet 21 is recessed without protruding on its upper surface, and the magnet is arranged to correspond to the vertical bottom of the sample injection unit 11. do. According to one embodiment, a hole (Biopunch, 1 mm in diameter) is made in the upper surface of the PDMS chip of the same size as the upper substrate 14, and then the prepared cylindrical magnet (N52, 1.6 mm in diameter) is planted to manufacture the lower substrate 22. did.

상기 하부 기판(22)은 PDMS(poly(dimethylsiloxane)), PC(polycarbonate), PMMA(poly(methyl methacrylate), COC(cyclic olefin copolymer), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리설폰(Polysulfones), 폴리비닐클로라이트(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리(L-락트산)(PLLA), 폴리(D, L-락트산(PDLLA), 폴리(글리콜산)(PGA), 폴리(카프로락톤)(PCL), 폴리(하이드록시알카노에이트), 폴리다이옥산온(PDS), 폴리트라이메틸렌카보네이트, 폴리(락트산-co-글리콜산)(PLGA) 및 폴리(L-락트산-co-카프로락톤)(PLCL), 폴리(글리콜산-co-카프로락톤)(PGCL)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 재질일 수 있으나 이에 특별히 제한되는 것은 아니며, 보다 구체적으로는 PDMS 재질의 칩을 사용할 수 있다.The lower substrate 22 is made of poly(dimethylsiloxane) (PDMS), polycarbonate (PC), poly(methyl methacrylate) (PMMA), cyclic olefin copolymer (COC), polystyrene, polysulfones, and polyvinyl chlorite. (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE), poly(L-lactic acid) (PLLA), poly(D, L-lactic acid (PDLLA), poly(glycolic acid) ( PGA), poly(caprolactone) (PCL), poly(hydroxyalkanoate), polydioxanone (PDS), polytrimethylene carbonate, poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA), and poly(L- It may be a polymer material selected from the group consisting of lactic acid-co-caprolactone) (PLCL) and poly(glycolic acid-co-caprolactone) (PGCL), but is not particularly limited thereto, and more specifically, a chip made of PDMS. can be used.

본 명세서에서의 용어 "자성 분리대"는 상기 하부 기판(22)의 상면에 자석(21)이 요입된 구조로서, 자성입자와 시료 내 검출대상 물질(생체분자, 핵산, 효소, 세포, 단백질, 다당류, 유기물질, 세균, 고균, 진핵생물, 바이러스 및 바이로이드, 또는 이들의 임의의 조합)이 결합된 복합체를 자성분리하기 위한 부분을 의미한다. 상기 복합체는 특정 박테리아 표면에 특이적으로 나타나는 당 구조체(예들 들어, glycan 등)와 이를 인식하는 면역단백질이 코팅된 자성입자 간의 결합, 또는 박테리아와 자성입자의 정전기적 특성에 의해 형성되는 것일 수 있으나, 상기 복합체를 형성하는 방식 또는 원리가 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.The term "magnetic separator" in this specification is a structure in which a magnet 21 is recessed into the upper surface of the lower substrate 22, and magnetic particles and substances to be detected in the sample (biomolecules, nucleic acids, enzymes, cells, proteins, polysaccharides) , organic substances, bacteria, archaea, eukaryotes, viruses and viroids, or any combination thereof) refers to a part for magnetic separation of a combined complex. The complex may be formed by the bond between a sugar structure (e.g., glycan, etc.) that appears specifically on the surface of a specific bacterium and a magnetic particle coated with an immune protein that recognizes it, or by the electrostatic properties of the bacteria and the magnetic particle. , the method or principle of forming the complex is not particularly limited thereto.

본 명세서에서의 용어 "시료"는 생체 시료일 수 있으며, 구체적으로 개체(사람을 포함하는 포유동물)로부터 단리된 체액(예를 들어, 혈액, 혈장, 혈청, 타액, 객담 또는 소변), 기관, 조직, 분획, 또는 세포일 수 있으나 이에 특별히 제한되는 것은 아니다. 보다 구체적으로, 상기 시료는 개체로부터 분리된 혈액, 소변, 대변, 타액, 림프액, 뇌척수액, 활액, 낭종액(cystic fluid), 복수, 간질액, 및 안구액(ocular fluid)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것일 수 있고, 세포 또는 생체분자 등 검출대상 물질을 포함하고 있을 수 있다. 일 실시예에 따르면, ESBL (+)-E. coli에 감염된 돼지 감염모델로부터 채취한 혈액을 시료로 FISH를 수행하였다.The term “sample” as used herein may be a biological sample, and specifically refers to body fluids (e.g., blood, plasma, serum, saliva, sputum or urine), organs, or body fluids isolated from an individual (mammals, including humans). It may be a tissue, fraction, or cell, but is not particularly limited thereto. More specifically, the sample is selected from the group consisting of blood, urine, feces, saliva, lymph, cerebrospinal fluid, synovial fluid, cystic fluid, ascites, interstitial fluid, and ocular fluid isolated from an individual. It may contain substances to be detected, such as cells or biomolecules. According to one example, FISH was performed on blood samples collected from a pig infection model infected with ESBL (+)- E. coli .

본 명세서에서의 용어 "자성입자(magnetic particles, 자성비드)"는 자성을 가지고 있고, 시료 내 검출대상 물질(세포 또는 생체분자 등)과 결합할 수 있는 입자이면 어느 것이나 포함될 수 있으며, 예를 들어 옵소닌화된 박테리아에 결합할 수 있는 자성입자, 특정 박테리아에 결합하는 면역 단백질이 코팅된 자성입자도 이에 포함된다. 또한, 본 명세서에서 상기 "자성입자"는 용어 "자성나노입자"와 혼용될 수 있다. 구체적으로, 상기 자성 입자는 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 비스무스(Bi), 아연(Zn), 스트론튬(Sr), 란타넘(La), 세륨(Ce), 프라셰오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 이테르븀(Yb), 루테늄(Lu), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 라듐(Ra), 백금(Pt), 및 납(Pd)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 자성 원소를 포함할 수 있다. 또한, 상기 자성 입자는 공지된 방법을 통해 제조해서 사용할 수 있고, 상업적으로 구입해서 사용할 수도 있다. The term "magnetic particles (magnetic beads)" in this specification may include any particle that has magnetism and can bind to a substance to be detected (cells or biomolecules, etc.) in a sample, for example This includes magnetic particles that can bind to opsonized bacteria and magnetic particles coated with immune proteins that bind to specific bacteria. Additionally, in this specification, the term “magnetic particle” may be used interchangeably with the term “magnetic nanoparticle.” Specifically, the magnetic particles include iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), bismuth (Bi), zinc (Zn), strontium (Sr), lanthanum (La), and cerium ( Ce), Prasheodymium (Pr), Neodymium (Nd), Promethium (Pm), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho) , erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), ruthenium (Lu), copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), cadmium (Cd), mercury (Hg), aluminum (Al) , one or more magnets selected from the group consisting of gallium (Ga), indium (In), thallium (Tl), calcium (Ca), barium (Ba), radium (Ra), platinum (Pt), and lead (Pd). May contain elements. Additionally, the magnetic particles can be manufactured and used through known methods, or they can be purchased and used commercially.

다른 양상은 고분자 재질의 상부 기판 및 하부 기판을 준비하는 단계; 플레이트를 준비하는 단계; 상기 플레이트를 상기 상부 기판의 하면에 플라즈마 처리하여 부착시키는 단계; 자석을 상기 하부 기판의 상면에 돌출없이 요입시키는 단계; 및 상기 플레이트가 상기 상부 및 하부 기판 사이에 개재되도록 상부 및 하부 기판을 적층하는 단계를 포함하는, 미세 유체칩의 제조 방법을 제공하는 것이다. 상기에서 설명한 내용과 동일한 부분은 상기 제조 방법에도 공히 적용된다.Another aspect includes preparing an upper substrate and a lower substrate made of a polymer material; Preparing plates; Attaching the plate to the lower surface of the upper substrate by plasma treatment; recessing a magnet into the upper surface of the lower substrate without protruding; and stacking the upper and lower substrates so that the plate is interposed between the upper and lower substrates. The same parts as described above also apply to the manufacturing method.

본 발명의 미세 유체칩(30)은 상기 검출칩(10)과 자성 분리대(20)가 위 아래로 포개어진 구조로, 상기 자성 분리대의 자석(21)이 플레이트(15)를 사이에 두고 검출칩의 각 주입부(11) 아래에 위치하게 되고, 주입부에 시료를 주입하면 자성입자와 결합된 세포 등을 주입부 바닥에 분리 및 농축한 상태로 검출을 수행할 수 있는 바, 타겟 샘플의 검출 효율 및 정확성을 높일 수 있다. The microfluidic chip 30 of the present invention has a structure in which the detection chip 10 and the magnetic separator 20 are stacked up and down, and the magnet 21 of the magnetic separator holds the detection chip with the plate 15 in between. It is located below each injection part 11, and when a sample is injected into the injection part, detection can be performed with cells combined with magnetic particles separated and concentrated at the bottom of the injection part, and detection of the target sample is possible. Efficiency and accuracy can be improved.

또한, 특정 시료에 대해 FISH 등을 수행한 후, 자성 분리대(20)는 그대로 두고 검출칩(10)만 교체하여 다시 자성 분리대 위에 적층함으로써 보다 신속하게 다른 시료에 대해 검출을 수행할 수 있으며, 이에 동일하거나 상이한 시료에 대해 반복적으로 타겟 샘플의 검출이 필요한 경우 소요되는 시간을 획기적으로 단축할 수 있는 장점이 있다.In addition, after performing FISH, etc. on a specific sample, detection of another sample can be performed more quickly by leaving the magnetic separator 20 as is, replacing only the detection chip 10, and stacking it again on the magnetic separator. It has the advantage of dramatically shortening the time required when repeated target sample detection is required for the same or different samples.

또 다른 양상은 검출대상 물질을 포함하는 시료를 준비하는 단계; 상기 시료에 자성입자를 처리하여 검출대상 물질-자성입자 복합체를 형성시키는 단계; 상기 복합체가 포함된 시료를 제1항의 미세 유체칩 시료 주입부에 주입하는 단계; 제1항의 미세 유체칩 배출부를 통해 불필요한 시료를 배출시키는 단계; 상기 복합체가 포함된 시료에 고정화 및 투과화를 위한 시약을 처리하는 단계; 상기 고정화 및 투과화된 시료에 라벨링 또는 염색을 위한 시약을 처리하는 단계를 포함하는, 세포 또는 생체분자의 검출 방법을 제공하는 것이다. 상기에서 설명한 내용과 동일한 부분은 상기 검출 방법에도 공히 적용된다.Another aspect includes preparing a sample containing a substance to be detected; Processing the sample with magnetic particles to form a detection target material-magnetic particle complex; Injecting a sample containing the complex into the microfluidic chip sample injection unit of claim 1; Discharging unnecessary samples through the microfluidic chip discharge unit of claim 1; Processing a sample containing the complex with a reagent for immobilization and permeabilization; To provide a method for detecting cells or biomolecules, including the step of treating the immobilized and permeabilized sample with a reagent for labeling or staining. The same parts as described above also apply to the detection method.

상기 라벨링(labeling)은 광학적 표지, 전기적 표지, 방사능 표지, 효소 표지 또는 그 조합을 이용하여 수행될 수 있으며, 구체적으로는 광학적 표지를 이용한 형광 라벨링일 수 있다. 상기 광학적 표지는 형광 또는 인광을 발생시키는 물질로서, 형광을 발생시키는 물질로는 예를 들면, 플루오레세인(fluorescein), 로다민, 시아닌, 금속 포르피린 복합체, Cy-5 또는 Cy-3일 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다. The labeling may be performed using an optical label, an electrical label, a radioactive label, an enzyme label, or a combination thereof. Specifically, it may be fluorescent labeling using an optical label. The optical label is a substance that generates fluorescence or phosphorescence. For example, the substance that generates fluorescence may be fluorescein, rhodamine, cyanine, metal porphyrin complex, Cy-5, or Cy-3. , but is not particularly limited thereto.

또한, 상기 염색은 세포핵 염색을 위한 DAPI(4', 6-diamidino-2-phenylindole), 메틸렌블루(methylene blue), 아세트산카민(acetocarmine), 톨루이딘블루(toluidine blue), 헤마톡실린(hematoxylin), 훽스트(Hoechst) 또는 이들의 임의의 조합일 수 있으며, 세포질 염색을 위한 에오신(eosin), 크리스탈바이올렛(crystal violet), 오렌지 G(orange G) 또는 이들의 임의의 조합일 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.In addition, the staining includes DAPI (4', 6-diamidino-2-phenylindole), methylene blue, acetocarmine, toluidine blue, and hematoxylin for cell nucleus staining. It may be Hoechst or any combination thereof, and may be eosin, crystal violet, orange G, or any combination thereof for cytoplasmic staining, but is specifically limited thereto. That is not the case.

일 양상에 따른 본 발명의 미세 유체칩은 시료 내에 자성입자와 결합된 박테리아 등의 세포를 자성분리하고 FISH 등을 수행함으로써 이를 이미징하거나 시간 별로 정량화 할 수 있으며, 이를 박테리아의 감염 진단의 지표로 활용하거나 항생제 감수성을 예측하는데 활용할 수 있다.According to one aspect, the microfluidic chip of the present invention can image or quantify cells over time by magnetically separating cells such as bacteria bound to magnetic particles in a sample and performing FISH, etc., and use this as an indicator for diagnosing bacterial infection. Alternatively, it can be used to predict antibiotic susceptibility.

도 1은 일 양상에 따른 미세 유체칩의 평면도를 나타낸 것이다.
도 2는 일 양상에 따른 본 발명 검출칩의 사시도를 나타낸 것이다.
도 3은 일 양상에 따른 본 발명 자성 분리대의 사시도를 나타낸 것이다.
도 4는 일 양상에 따른 본 발명 미세 유체칩의 측면도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 검출칩과 자성 분리대가 위 아래로 포개어진 구조의 미세 유체칩을 나타낸 것이다.
도 6은 자성비드에 결합된 E. coli 샘플을 이용한 FISH 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 ESBL(+)-E. coli 에 감염된 돼지 감염모델에서 감염시간에 따른 돼지 혈액 내 Bacterial(Universal bacteria 및 E. coli) FISH count의 변화를 나타낸 것이다.
도 8은 E. coli 감염 환자(Infected)와 비감염 대조군(Non-infected)의 혈액 내 E. coli FISH count를 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 패혈증 환자의 항생제 처리 전/후 혈액 내 Universal bacteria 및 E. coli FISH count 변화를 비교한 결과를 나타낸 것이다.
Figure 1 shows a top view of a microfluidic chip according to one aspect.
Figure 2 shows a perspective view of the detection chip of the present invention according to one aspect.
Figure 3 shows a perspective view of the magnetic separator of the present invention according to one aspect.
Figure 4 shows a side view of the microfluidic chip of the present invention according to one aspect.
Figure 5 shows a microfluidic chip of the present invention with a detection chip and a magnetic separator stacked on top of each other.
Figure 6 shows the results of FISH using an E. coli sample bound to magnetic beads.
Figure 7 shows changes in Bacterial (Universal bacteria and E. coli ) FISH count in pig blood according to infection time in a pig infection model infected with ESBL(+)- E. coli .
Figure 8 shows the results of comparing E. coli FISH counts in the blood of E. coli infected patients (Infected) and non-infected controls (Non-infected).
Figure 9 shows the results of comparing changes in Universal bacteria and E. coli FISH counts in the blood of sepsis patients before and after antibiotic treatment.

이하 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.This will be described in more detail through examples below. However, these examples are for illustrative purposes only and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예 1: 정량적(Quantitative) 검출칩 제작Example 1: Production of quantitative detection chip

본 발명의 장치는 적어도 1개 이상의 샘플 주입부(Inlet, 직경 3mm), 1개의 배출부(Outlet) 및 이를 서로 연결하는 미세 유체채널을 포함하는 검출칩과 각 샘플 주입부의 수직 하단에 대응되도록 자석이 배치된 자성분리대를 포함하는 구조로서, 먼저 도 1과 같이 디자인된 PDMS 칩을 가로 24 mmХ세로 50 mmХ높이 3 mm 크기로 제작하였으며, 플라즈마 처리(80 W, 1 min)를 통해 PDMS 칩과 동일한 크기의 커버 글라스(Coverslip)를 PDMS 칩 하부에 부착시켜 검출칩을 제작하였다(도 2).The device of the present invention includes a detection chip including at least one sample injection unit (Inlet, diameter 3 mm), one outlet, and a microfluidic channel connecting them to each other, and a magnet to correspond to the vertical bottom of each sample injection unit. As a structure including the arranged magnetic separator, first, a PDMS chip designed as shown in Figure 1 was manufactured with a size of 24 mm in width, 50 mm in length, and 3 mm in height, and the same as the PDMS chip was produced through plasma treatment (80 W, 1 min). A detection chip was manufactured by attaching a sized cover glass to the bottom of the PDMS chip (Figure 2).

실시예 2: 자성분리대 및 미세 유체칩 제작Example 2: Fabrication of magnetic separator and microfluidic chip

실시예 1의 검출칩 상에 있는 주입부 각각의 수직 하단에 대응되는 위치에 원통형 자석(Cylindrical magnet)을 배치시키기 위해, 상기 검출칩과 동일한 크기의 PDMS 칩 상에 상기 주입부와 대응되는 위치에 구멍(Biopunch, 직경 1mm)을 낸 후, 준비된 원통형 자석(N52, 직경 1.6mm)을 심어 자성분리대를 제작하였다(도 3). 이후 상기 자성분리대 위에 실시예 1의 검출칩이 포개어지도록 위치시켜 최종적으로 미세 유체칩을 완성하였다(도 4 및 도 5).In order to place a cylindrical magnet at a position corresponding to the vertical bottom of each injection part on the detection chip of Example 1, a cylindrical magnet was placed on a PDMS chip of the same size as the detection chip at a position corresponding to the injection part. After making a hole (Biopunch, 1 mm in diameter), a prepared cylindrical magnet (N52, 1.6 mm in diameter) was planted to produce a magnetic separator (FIG. 3). Afterwards, the detection chip of Example 1 was placed on top of the magnetic separator to finally complete the microfluidic chip (FIGS. 4 and 5).

실시예 3: Example 3: E. coliE. coli 를 이용한 FISH 수행Perform FISH using

자성입자에 결합된 E. coli(K-12 W3110, Korean Collection for Type Culture (KCTC) 2223)를 샘플로 준비하여 FISH를 진행하였다. 먼저 주입부(Inlet well)에 E. coli 샘플을 주입하고 10분 간 자성분리한 후, 시린지 펌프를 이용하여 10㎕/min의 유속으로 불필요한 용액을 배출부(Outlet)를 통해 배출하였다. 이후 샘플의 고정화 및 투과화를 위해 24%(v/v) 에탄올 in 1X TBST with 5 mM CaCl2 (5분), 1X TBST with 5 mM CaCl2 (3분), 99% 메탄올(5분), 1X TBST with 5 mM CaCl2 (3분) 순으로 시약을 처리하였다. 샘플의 형광 프로브 혼성화(hybridization)를 위해 혼성화 용액(hybridization solution, 1μM) 내 E. coli PNA FISH 프로브(5'-CTTTACTCCCTTCCT-3')를 45℃ 온도에서 1시간 동안 처리하였다. 또한, 세포의 핵 염색(Counterstaining)을 위해 DAPI(10 ㎍/mL in 2X SSC)을 상온에서 30분 간 처리한 후, 2X SSC 버퍼를 이용하여 워싱 및 형광현미경을 통해 이미징을 진행하였다. E. coli (K-12 W3110, Korean Collection for Type Culture (KCTC) 2223) bound to magnetic particles was prepared as a sample and FISH was performed. First, the E. coli sample was injected into the inlet well and magnetically separated for 10 minutes, and then unnecessary solution was discharged through the outlet at a flow rate of 10 μl/min using a syringe pump. For subsequent immobilization and permeabilization of the samples, 24 % (v/v) ethanol in 1 The reagents were treated with 1X TBST with 5 mM CaCl 2 (3 minutes). For fluorescent probe hybridization of the sample, the E. coli PNA FISH probe (5'-CTTTACTCCCTTCCT-3') in hybridization solution (1 μM) was treated at 45°C for 1 hour. In addition, for counterstaining of cell nuclei, DAPI (10 ㎍/mL in 2X SSC) was treated at room temperature for 30 minutes, followed by washing using 2X SSC buffer and imaging through a fluorescence microscope.

그 결과, 자성입자에 결합된 E. coliE. coli PNA FISH 프로브가 성공적으로 바인딩되어 형광 검출되는 것을 확인하였다(도 6).As a result, it was confirmed that the E. coli PNA FISH probe was successfully bound to the E. coli bound to the magnetic particles and detected fluorescence (FIG. 6).

실시예 4: 돼지 감염모델을 이용한 FISH 수행Example 4: FISH performed using a pig infection model

ESBL(+)-E. coli에 감염된 돼지 감염모델(n = 7) 을 이용하여 혈액 내 E. coli 양을 정량화 하였다. 동맥에 연결된 카테터를 통해 대조군(CTL)의 혈액 샘플을 채취하고, E. coli(1010 CFU per one porcine model)를 혈관에 주입 후, 1시간 간격(0 h ~ 11 h)으로 채혈을 진행하였다. 감염 1시간 째(1 h) 채혈 직후 항생제 세프트리악손(Ceftriaxone)을 투여하였으며, 실험에 사용된 ESBL (+)-E. coli는 이에 내성을 보이는 것으로 알려져있다. 시간 별 채혈된 혈액 샘플(DNA/RNA ShieldTM blood collection tube; R1150, Zymo Research, CA, USA)에 E. coli에 결합하는 면역 단백질(Human recombinant mannose binding lectin; 10405-HNAS, Sino Biological, China)이 코팅된 자성비드(직경 200nm; 03121, Ademtech, France)를 처리하여 혈액 내 E. coli만을 자성 분리 및 농축된 샘플을 준비하였으며, 이후 제작된 미세유체칩을 이용하여 샘플 내 E. coli의 정량화를 진행하였다.The amount of E. coli in the blood was quantified using a pig infection model (n = 7) infected with ESBL(+)- E. coli . Blood samples from the control group (CTL) were collected through a catheter connected to the artery, E. coli (10 10 CFU per one porcine model) was injected into the blood vessel, and blood was collected at 1-hour intervals (0 h to 11 h). . The antibiotic Ceftriaxone was administered immediately after blood collection 1 hour after infection (1 h), and the ESBL (+)- E. coli used in the experiment is known to be resistant to this. Blood samples collected over time (DNA/RNA ShieldTM blood collection tube; R1150, Zymo Research, CA, USA) contained an immune protein that binds to E. coli (Human recombinant mannose binding lectin; 10405-HNAS, Sino Biological, China). Coated magnetic beads (diameter 200 nm; 03121, Ademtech, France) were treated to magnetically separate and concentrate only E. coli in the blood, and a concentrated sample was prepared, and then the E. coli in the sample was quantified using the manufactured microfluidic chip. proceeded.

그 결과, 돼지 감염모델의 혈액 내 박테리아 총량(Universal bacteria)과 E. coli의 양을 시간별로 정량화할 수 있었고(도 7), 감염 8시간 째까지 혈액 내 박테리아의 FISH count 수치가 감소하지 않는 것을 확인하였으며, 이로부터 감염 상태가 회복되지 않고 있는 것으로 추측할 수 있었다.As a result, the total amount of bacteria (universal bacteria) and the amount of E. coli in the blood of the pig infection model were quantified by time (Figure 7), and the FISH count of bacteria in the blood did not decrease until 8 hours after infection. It was confirmed that the infection was not recovering.

실시예 5: 감염 환자 혈액을 이용한 FISHExample 5: FISH using infected patient blood

실시예 5-1: Quantitative FISH을 이용한 Example 5-1: Using Quantitative FISH E. coliE. coli 감염 진단 infection diagnosis

E. coli 감염 환자(혈액, 소변, 가래 및 담즙 등의 검체에서 E. coli가 배양된 경우)의 혈액 샘플과 비감염 대조군의 혈액 샘플을 이용하여 FISH 정량화 비교를 진행하였다. 그 결과, 대조군과 비교하였을 때 E. coli 감염 환자의 혈액에서 더 높은 E. coli FISH 신호가 검출되는 것을 확인하였으며, 이를 통해 본 발명을 활용한 결과가 박테리아 감염의 진단 지표로 활용 가능하다는 것을 증명하였다(도 8).FISH quantification comparison was performed using blood samples from E. coli- infected patients (where E. coli was cultured from specimens such as blood, urine, sputum, and bile) and blood samples from non-infected control groups. As a result, it was confirmed that a higher E. coli FISH signal was detected in the blood of patients with E. coli infection compared to the control group, proving that the results using the present invention can be used as a diagnostic indicator for bacterial infection. (Figure 8).

실시예 5-2: Quantitative FISH을 이용한 항생제 감수성 예측Example 5-2: Antibiotic susceptibility prediction using quantitative FISH

항생제 처리에 따른 패혈증 환자의 혈액 내 박테리아 FISH count의 변화를 통해 항생제 감수성을 예측하고자 하였다. 그 결과, 항생제 처리에 의해 혈액 내 박테리아 FISH count가 크게 변화(증가 또는 감소)하는 경우(#46, 47, 50, 51, 54, 58, 59, 64, 65, 70, 71)와 변화하지 않는 경우의 환자(#44, 52, 55, 56, 57, 60, 62, 68)로 분류되었으며, 이를 통해 항생제 처리 전/후에 따른 FISH count 변화 정도로부터 항생제 감수성을 예측할 수 있을 것으로 확인하였다(도 9).We attempted to predict antibiotic susceptibility through changes in bacterial FISH counts in the blood of sepsis patients following antibiotic treatment. As a result, there were cases where the bacterial FISH count in the blood significantly changed (increased or decreased) due to antibiotic treatment (#46, 47, 50, 51, 54, 58, 59, 64, 65, 70, 71) and cases where it did not change. Patients were classified into cases (#44, 52, 55, 56, 57, 60, 62, 68), and it was confirmed that antibiotic susceptibility could be predicted from the degree of change in FISH count before and after antibiotic treatment (Figure 9 ).

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.

10: 검출칩
11: 시료 주입부
12: 미세유체 채널
13: 배출부
14: 상부 기판
15: 플레이트
20: 자성 분리대
21: 자석
22: 하부 기판
30: 미세 유체칩
10: Detection chip
11: Sample injection part
12: Microfluidic channel
13: discharge part
14: upper substrate
15: plate
20: magnetic separator
21: magnet
22: lower substrate
30: Microfluidic chip

Claims (10)

상하로 적층된 상부 및 하부 기판, 상기 상부 및 하부 기판 사이에 개재된 플레이트를 포함하는 미세 유체칩(microfluidic chip)으로서,
상기 상부 기판은 시료 주입부;
배출부; 및
상기 시료 주입부 및 배출부와 연통되는 미세유체 채널을 포함하고,
상기 하부 기판은 그 상면에 시료의 자성분리를 위한 자석이 요입되고, 상기 자석은 상기 시료 주입부의 수직 하단에 대응되도록 배치되는 것인, 미세 유체칩.
A microfluidic chip including upper and lower substrates stacked up and down, and a plate interposed between the upper and lower substrates,
The upper substrate includes a sample injection unit;
discharge part; and
It includes a microfluidic channel in communication with the sample injection unit and discharge unit,
A microfluidic chip wherein a magnet for magnetic separation of the sample is recessed on the upper surface of the lower substrate, and the magnet is arranged to correspond to the vertical bottom of the sample injection unit.
제1항에 있어서, 상기 시료 주입부, 미세유체 채널 및 자석은 적어도 하나 이상으로 구비되는 것인, 미세 유체칩.
The microfluidic chip according to claim 1, wherein the sample injection unit, the microfluidic channel, and the magnet are provided as one or more.
제1항에 있어서, 상기 플레이트는 슬라이드 글라스, 크리스탈 및 커버 글라스로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것인, 미세 유체칩.
The microfluidic chip according to claim 1, wherein the plate is any one selected from the group consisting of slide glass, crystal, and cover glass.
제1항에 있어서, 상기 상부 및 하부 기판은 PDMS(poly(dimethylsiloxane)), PC(polycarbonate), PMMA(poly(methyl methacrylate), COC(cyclic olefin copolymer), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리설폰(Polysulfones), 폴리비닐클로라이트(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리(L-락트산)(PLLA), 폴리(D, L-락트산(PDLLA), 폴리(글리콜산)(PGA), 폴리(카프로락톤)(PCL), 폴리(하이드록시알카노에이트), 폴리다이옥산온(PDS), 폴리트라이메틸렌카보네이트, 폴리(락트산-co-글리콜산)(PLGA) 및 폴리(L-락트산-co-카프로락톤)(PLCL), 폴리(글리콜산-co-카프로락톤)(PGCL)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 재질인 것인, 미세 유체칩.
The method of claim 1, wherein the upper and lower substrates include poly(dimethylsiloxane) (PDMS), polycarbonate (PC), poly(methyl methacrylate) (PMMA), cyclic olefin copolymer (COC), polystyrene, and polysulfones. , polyvinyl chlorite (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE), poly(L-lactic acid) (PLLA), poly(D, L-lactic acid (PDLLA), poly (Glycolic acid) (PGA), poly(caprolactone) (PCL), poly(hydroxyalkanoate), polydioxanone (PDS), polytrimethylene carbonate, poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) and poly(L-lactic acid-co-caprolactone) (PLCL) and poly(glycolic acid-co-caprolactone) (PGCL).
제1항에 있어서, 상기 시료는 자성입자와 상호작용하여 시료 내 검출대상 물질-자성입자의 복합체를 형성하는 것인, 미세 유체칩.
The microfluidic chip according to claim 1, wherein the sample interacts with magnetic particles to form a complex of the detection target material and magnetic particles in the sample.
제5항에 있어서, 상기 검출대상 물질은 생체분자, 핵산, 효소, 세포, 단백질, 다당류, 유기물질, 세균, 고균, 진핵생물, 바이러스 및 바이로이드, 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 미세 유체칩.
The method of claim 5, wherein the substance to be detected is selected from the group consisting of biomolecules, nucleic acids, enzymes, cells, proteins, polysaccharides, organic substances, bacteria, archaea, eukaryotes, viruses and viroids, or any combination thereof. This is a microfluidic chip.
제5항에 있어서, 상기 시료는 개체로부터 분리된 혈액, 소변, 대변, 타액, 림프액, 뇌척수액, 활액, 낭종액(cystic fluid), 복수, 간질액, 및 안구액(ocular fluid)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인, 미세 유체칩.
The method of claim 5, wherein the sample is selected from the group consisting of blood, urine, feces, saliva, lymph, cerebrospinal fluid, synovial fluid, cystic fluid, ascites, interstitial fluid, and ocular fluid isolated from the individual. The one chosen is the microfluidic chip.
제1항에 있어서, 상기 상부 기판은 면역조직화학염색법(immunohistochemistry), 면역형광법(immunofluorescence), 발색 계내 혼성화 또는FISH(fluorescence in situ hybridization)를 수행하기 위한 것인, 미세 유체칩.
The microfluidic chip of claim 1, wherein the upper substrate is for performing immunohistochemistry, immunofluorescence, chromogenic in situ hybridization, or FISH (fluorescence in situ hybridization).
고분자 재질의 상부 기판 및 하부 기판을 준비하는 단계;
플레이트를 준비하는 단계;
상기 플레이트를 상기 상부 기판의 하면에 플라즈마 처리하여 부착하는 단계;
자석을 상기 하부 기판의 상면에 돌출없이 요입하는 단계; 및
상기 플레이트가 상기 상부 및 하부 기판 사이에 개재되도록 상부 및 하부 기판을 적층하는 단계를 포함하는, 미세 유체칩의 제조 방법.
Preparing an upper substrate and a lower substrate made of polymer material;
Preparing plates;
Attaching the plate to the lower surface of the upper substrate by plasma treatment;
recessing a magnet into the upper surface of the lower substrate without protruding; and
A method of manufacturing a microfluidic chip, comprising the step of stacking the upper and lower substrates so that the plate is interposed between the upper and lower substrates.
검출대상 물질을 포함하는 시료를 준비하는 단계;
상기 시료에 자성입자를 처리하여 검출대상 물질-자성입자 복합체를 형성하는 단계;
상기 복합체가 포함된 시료를 제1항의 미세 유체칩 시료 주입부에 주입하는 단계;
제1항의 미세 유체칩 배출부를 통해 불필요한 시료를 배출하는 단계;
상기 복합체가 포함된 시료에 고정화 및 투과화를 위한 시약을 처리하는 단계;
상기 고정화 및 투과화된 시료에 라벨링 또는 염색을 위한 시약을 처리하는 단계를 포함하는, 세포 또는 생체분자의 검출 방법.
Preparing a sample containing a substance to be detected;
Forming a detection target material-magnetic particle complex by treating the sample with magnetic particles;
Injecting a sample containing the complex into the microfluidic chip sample injection unit of claim 1;
Discharging unnecessary samples through the microfluidic chip discharge unit of claim 1;
Processing a sample containing the complex with a reagent for immobilization and permeabilization;
A method for detecting cells or biomolecules, comprising treating the immobilized and permeabilized sample with a reagent for labeling or staining.
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