WO2013073726A1 - 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치 - Google Patents

단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2013073726A1
WO2013073726A1 PCT/KR2011/008788 KR2011008788W WO2013073726A1 WO 2013073726 A1 WO2013073726 A1 WO 2013073726A1 KR 2011008788 W KR2011008788 W KR 2011008788W WO 2013073726 A1 WO2013073726 A1 WO 2013073726A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cell separation
layer
fluid
cells
single cell
Prior art date
Application number
PCT/KR2011/008788
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
정옥찬
Original Assignee
인제대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인제대학교 산학협력단 filed Critical 인제대학교 산학협력단
Priority to KR1020147008645A priority Critical patent/KR101617278B1/ko
Priority to PCT/KR2011/008788 priority patent/WO2013073726A1/ko
Priority to US13/299,766 priority patent/US8475730B2/en
Publication of WO2013073726A1 publication Critical patent/WO2013073726A1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502761—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip specially adapted for handling suspended solids or molecules independently from the bulk fluid flow, e.g. for trapping or sorting beads, for physically stretching molecules
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/04—Cell isolation or sorting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1484—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry microstructural devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0874—Three dimensional network
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887—Laminated structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0433—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces vibrational forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0487—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N2015/1006—Investigating individual particles for cytology
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N2015/1028—Sorting particles

Definitions

  • the present invention relates to a device capable of capturing single cells and fixing and retaining the location of the captured single cells, and more particularly, injecting compressed air into an air channel to deform the vibrator thin film, thereby inducing fluid flow. This induces the movement of cells in a weak direction where the flow of fluid is strong.
  • the plurality of vibrating portion is formed in a mutually symmetrical structure, by using the effect that the fluid flow induced by the vibrating portion is canceled by mutual interference in the central portion of the plurality of vibrating portion to capture single cells in the region where the fluid flow is minimized,
  • the present invention relates to a device capable of holding a cell in a fixed position while minimizing external stimulation to the cell.
  • Nanobio-technology the next generation of convergence technology, is gaining in importance as a technology that can revolutionize human disease diagnosis and treatment.
  • biochip one of the representative fields of biotechnology, is a bioinformation sensing device that integrates biomaterials such as DNA, protein, antibody or cells in a high density onto a solid substrate such as glass, silicon, polymer, etc. This technique is suitable for analysis.
  • Biochips can be broadly classified into microarray and microfluidics chips.
  • a microarray is a chip that arranges thousands or tens of thousands of DNA, proteins, carbohydrates, peptides, etc. at regular intervals, processes the analyte, and analyzes their binding patterns. The chip analyzes how it reacts with various biomolecules or sensors integrated in the chip while flowing the target material.
  • Microfluidics chip is a cell separation technique using genophoresis to separate single cells, using only positive / positive or traveling wave genophores alone or combining genetic and microfluidics.
  • the electrophoretic migration or the electrophoretic retention should be somewhat large difference in the genetic characteristics between the cells, there is a disadvantage that the stress is applied to the cells in the separation process.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a device that can separate single cells without maintaining external stress, and maintain the position of the separated single cells.
  • a first layer comprising a fluid channel through which a fluid comprising cells flows
  • a second layer including a plurality of air channels through which air is injected from the outside;
  • a glass substrate on which the first layer and the second layer are laminated A glass substrate on which the first layer and the second layer are laminated
  • the first layer including the fluid channel, the second layer comprising the air channel is characterized in that made of PDMS.
  • the vibrating portion is formed to a thickness thinner than the surrounding air channel.
  • the vibrator is located in the fluid channel region of the first layer.
  • the vibrating portion is deformed and vibrated by a pattern such as the pressure of the air flowing into the air channel of the second layer and the air injection frequency, the vibration The negative vibration is transmitted to the fluid channel of the first layer.
  • the one vibration unit is connected to the one air channel, the vibration of each vibration unit is individually by the pressure of the air flowing into the air channel Characterized in that adjustable.
  • the plurality of vibration parts are formed in a shape to form four vertices of a square.
  • the centers of the plurality of vibration parts forming the four vertices of the square are characterized in that the cell separation and position fixation area.
  • the single cell separation and position fixation holding apparatus includes a plurality of the cell separation and position fixation holding region.
  • a part of a channel through which a cell fluid flows is formed as a vibrator, the vibrator is deformed by air injected into the air channel connected to the vibrator, and the vibration of the vibrator is It transfers to the included fluid to induce the flow of the fluid, and because it uses a method of inducing the movement of the cells contained in the fluid in a weak direction from the strong flow of the fluid separates the cells without any external stimulation to the cells And the effect of maintaining the position.
  • Figure 1 shows a perspective view in which the first layer, the second layer and the substrate of the single cell separation and position fixation device according to the present invention are separated.
  • Figure 2 shows a state in which the first layer, the second layer and the substrate of the single cell separation and position fixation device according to the present invention are stacked.
  • Figure 3 shows a form in which an injection tube for injecting air into the air channel in the second layer of the single cell separation and position fixation device according to the present invention is installed.
  • Figure 4 shows a cross-sectional view of a single cell separation and position fixation device according to an embodiment of the present invention of FIG.
  • FIG. 5 shows a process in which the air injected into the air channel vibrates the vibrator in the single cell separation and position fixing device according to an embodiment of the present invention, thereby transmitting vibration to the fluid channel.
  • FIG. 6 illustrates a process of moving and maintaining a position of cells between a plurality of vibration units.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the separation of a single cell separation and position fixation device according to the present invention.
  • the single cell separation and position fixing apparatus includes a first layer 100 including a fluid channel 10 through which a fluid including cells flows, and a plurality of air channels through which air is injected from the outside. And a substrate 300 and a second layer 200 comprising (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28), and vibrating portions 31, 32, 33 at the inner distal end of the air channel. , 34, 35, 36, 37, 38) are formed.
  • the fluid channel includes a cell separation and location fixing area at a central portion, and the vibration unit is located in the fluid channel area to move a cell flowing through the fluid channel. Included within the region (P region indicated by dashed line in FIG. 2) is more preferred as it is convenient for microscopic observation of the movement of cells within the fluid channel.
  • the fluid channel of the first layer, the air channel of the second layer is characterized in that formed by PDMS.
  • Soft lithography is used to form the fluid and air channels in a transparent PDMS material, making it easy to observe using a microscope and reducing manufacturing cost and work time.
  • the substrate 300 is not particularly limited as long as the first layer and the second layer made of the PDMS can be bonded, fixed, and supported, and are preferably made of glass, acrylic, or other transparent material.
  • a first layer made to include a fluid channel and a second layer made to include an air channel are laminated and bonded to the substrate.
  • the channel-formed portion is laminated and bonded to the bottom, and the inlet of the air channel and the inlet of the fluid channel are formed through a punch.
  • the first layer, the second layer, and the substrate are stacked.
  • the inlet of the air channel and the inlet of the fluid channel are formed as punches, and then external air is injected into the inlet of the air channel.
  • the tube 400 is inserted.
  • Figure 4 shows a cross-sectional view of the single cell separation and position fixation device according to an embodiment of the present invention of FIG.
  • the second layer 200 including the air channels 21 and 22 and the first layer 100 including the fluid channel 10 and the substrate 300 are bonded to each other to implement the present invention.
  • a single cell separation and position fixation device is manufactured.
  • the vibrator portions 31 and 32 are formed at the inner ends of the air channels of the second layer and are formed to be thinner than the surrounding air channels.
  • the vibrator portion is deformed by the vibrator thin film according to the injection pattern, such as the pressure and frequency of the air flowing from the air channel of the second layer, The pressure caused by the deformed vibrator is transmitted to the fluid channel of the first layer, thereby inducing the flow of the fluid.
  • the vibration parts 31 and 32 are manufactured to have a thickness relatively thinner than the peripheral parts to minimize deformation of the channel portion due to the application of compressed air, and only the vibration parts react sensitively.
  • FIG. 5 The working principle of the single cell separation and position fixation device of the present invention is shown in FIG. 5.
  • a portion of the vibrating portions 31 and 32 formed to have a thickness thinner than the periphery thereof swells upward. Deformation of the vibrator is transferred to the fluid in the fluid channel 10 to induce the flow of the fluid. This causes the cells to move from the strongest flow to the weakest.
  • the one vibration unit since the one vibration unit is connected to only one air channel and is independent of each other, the vibration of each vibration unit flows into the air channel. It is characterized by individually adjustable by the pressure of. That is, in the present invention, since the vibration of one vibration unit is individually adjustable by adjusting the air flow rate and the frequency of injection into one air channel, the cells can be moved to a desired position.
  • the plurality of vibration parts are formed to maintain equal intervals with each other, and specifically, a square is formed. That is, in the present invention, the flow of fluid induced from the plurality of vibrating portions forming a square is canceled at the central portion of the plurality of vibrating portions by the principle of wave interference, and moved to the central portion of the plurality of vibrating portions. It is possible to keep the position of the cell fixed.
  • Figure 6 shows the shape of the plurality of vibrating portion of the single cell separation and position fixation device of the present invention and the cell separation and position fixation process.
  • the plurality of vibration units 31 to 38 are formed such that four vibration units 31, 32, 33, and 34 are square vertices, respectively. In a portion close to each vibrating portion, a movement due to strong vibration is formed, and in a portion far from the vibrating portion, a movement due to weak vibration is formed. Therefore, the flow of fluid is induced from the portion with the strong vibration close to the vibrating portion to the place with the weak vibration away from the vibrating portion, which induces the movement of the cells in the fluid.
  • each of the vibration units 31 to 38 are connected to one air channel, respectively, it is possible to adjust the vibration of each vibration unit.
  • the vibration of the vibration units 31 and 33 is greatly controlled by greatly adjusting the pressure, the frequency of the air flowing into the vibration units 31 and 33 located near the cells.
  • the cells in the A position of FIG. 6 are moved to the B position.
  • the vibrations of the four vibration parts 31, 32, 33, and 34 are kept the same.
  • the flow of fluid cancels each other, so that the position of the cells can be maintained. That is, the single cell separation and position fixation device of the present invention induces the movement of the cells by adjusting the physical force applied to the fluid including the cells, and as a result separate and position each single cell without external stress to the cells. Will be able to maintain.
  • the single cell separation and position fixation holding apparatus of the present invention it is possible to include a plurality of cell separation and position fixation holding regions formed by the plurality of vibration portions forming the four squares.
  • a plurality of vibration parts of 31 to 34 form one cell separation and position fixation region, and a plurality of vibration parts of 35 to 38 form another cell separation and position fixation maintenance region.
  • the plurality of cells can be separated and maintained in a short time according to the flow of the fluid in the fluid channel.
  • a part of a channel through which a cell fluid flows is formed as a vibrator, the vibrator is deformed by air injected into the air channel connected to the vibrator, and the vibration of the vibrator is It transfers to the included fluid to induce the flow of the fluid, and because it uses a method of inducing the movement of the cells contained in the fluid in a weak direction from the strong flow of the fluid separates the cells without any external stimulation to the cells And the effect of maintaining the position.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

본 발명은 단세포를 포획하고, 포획된 단세포의 위치를 고정하여 유지할 수 있는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축 공기를 공기 채널로 주입하여 진동부 박막의 변형시키고, 이로 인해 유체의 흐름을 유도하여, 유체의 흐름이 강한 곳에서 약한 방향으로 세포의 이동을 유도한다. 또한, 진동부가 대칭 구조로 형성되어, 진동부로 인해 유도된 유체 흐름이 상호 간섭에 의해 상쇄되는 효과를 이용하여 유체 흐름이 최소화된 영역에 단세포를 포획하고, 그 위치를 유지시킴으로써 세포에 대한 외부 자극을 최소화하면서 세포의 위치를 고정 유지할 수 있는 장치에 관한 것이다.

Description

단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치
본 발명은 단세포를 포획하고, 포획된 단세포의 위치를 고정하여 유지할 수 있는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축 공기를 공기 채널로 주입하여 진동부 박막을 변형시키고, 이로 인해 유체의 흐름을 유도하여, 유체의 흐름이 강한 곳에서 약한 방향으로 세포의 이동을 유도한다.
또한, 복수개의 진동부가 상호 대칭 구조로 형성되어, 진동부로 인해 유도된 유체 흐름이 복수개의 진동부의 중앙부에서는 상호 간섭에 의해 상쇄되는 효과를 이용하여 유체 흐름이 최소화된 영역에 단세포를 포획하고, 그 위치를 유지시킴으로써 세포에 대한 외부 자극을 최소화하면서 세포의 위치를 고정 유지할 수 있는 장치에 관한 것이다.
차세대 융합 기술인 나노바이오테크놀로지(Nanobio-technology: NBT)는 인간의 질병진단과 치료에 혁신적인 진보를 가져다 줄 수 있는 기술로서 그 중요성이 높아지고 있다.
특히, 바이오테크놀로지의 대표적인 분야 중 하나인 바이오칩은 DNA, 단백질, 항체 또는 세포 등의 생체 물질들을 유리, 실리콘, 고분자 등의 고체기질 위에 고밀도로 집적화한 생체정보 감지소자로서, 극 미량의 시료를 초고속으로 분석하는데 적합한 기술이다.
세포 공학이 발전함에 따라 세포에 대한 연구가 더욱 세분화되면서 단위 세포만을 효율적으로 분석할 수 있는 방법론적 모색이 요구되었고, 미세 공학은 그 방법론을 제공하면서 바이오칩에 대한 연구를 가속화하였다.
바이오칩은, 크게 마이크로어레이(mircroarray)와 마이크로플루이딕스 (microfluidics) 칩으로 구분할 수 있다. 마이크로어레이는 수천 혹은 수만 개의 DNAㆍ단백질, 탄수화물, 펩타이드 등을 일정 간격으로 배열시키고 분석 대상 물질을 처리하여 그 결합 양상을 분석하는 칩이고, 마이크로플루이딕스 칩(또는 랩온어칩)은 미량의 분석 대상 물질을 흘려 보내면서 칩에 집적된 각종 생물분자 혹은 센서와 반응하는 양상을 분석하는 칩이다.
마이크로플루이딕스 (microfluidics) 칩에 있어서, 단일 세포를 분리하기 위하여 유전영동을 이용한 세포 분리 기술로서, 음/양 유전영동 또는 진행파(traveling wave) 유전영동만을 단독으로 사용하거나 유전영동과 미소유체를 결합한 유전영동 마이그레이션(migration) 또는 유전영동 리텐션(retention)을 이용하는 방법들이 있다. 상기 유전영동 마이그레이션 또는 유전영동 리텐션은 세포간의 유전특성의 차이가 어느 정도 크게 나야만 하며, 분리 과정에서 세포에 스트레스가 가해지는 단점이 있다.
이를 해결하기 위한 방안이 다소 제시되기는 하였으나, 단일 세포 포획 과정에서 발생하는 외부 스트레스까지 배제시킬 수 있는 방법은 현재까지 제시되지 않았다. 외부 스트레스 없는 단일 세포를 포획할 수 있는 방법은 단일 세포의 정밀한 연구를 위해서, 나아가서는 생명 공학의 발전을 위해서 기본적으로 해결되어야 할 문제로 남아있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 외부 스트레스를 주지 않고 단세포를 분리하고, 분리된 단세포의 위치를 유지할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치는
세포를 포함하는 유체가 흐르는 유체 채널을 포함하는 제1층;
외부로부터 공기가 주입되는 복수의 공기 채널을 포함하는 제2층;
상기 제1층, 제2층이 적층되는 유리 기판; 및
상기 공기 채널의 일 말단부에 형성되는 진동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치에 있어서, 상기 유체 채널을 포함하는 제1층, 상기 공기 채널을 포함하는 제2층은 PDMS 로 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치에 있어서, 상기 진동부는 주변 공기 채널보다 얇은 두께로 성형되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치에 있어서, 상기 진동부는 상기 제 1층의 유체 채널 영역내에 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치에 있어서, 상기 진동부는 상기 제 2 층의 공기 채널로 유입되는 공기의 압력 및 공기 주입 진동수등의 패턴에 의하여 변형되어 진동하고, 상기 진동부의 진동이 상기 제1층의 유체 채널로 전달되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치에 있어서, 상기 하나의 진동부는 상기 하나의 공기 채널과 연결되어, 각각의 진동부의 진동이 상기 공기 채널로 유입되는 공기의 압력에 의하여 개별적으로 조절가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치에 있어서, 상기 복수의 진동부가 정사각형의 4 개의 꼭지점을 형성하는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치에 있어서, 상기 정사각형의 4 개의 꼭지점을 형성하는 복수의 진동부의 중앙이 세포 분리 및 위치 고정 유지 영역이 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치에 있어서, 상기 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치는 상기 세포 분리 및 위치 고정 유지 영역을 복수개 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치는 세포 유체가 흐르는 채널의 일부분을 진동부로 형성하고, 상기 진동부에 연결된 공기 채널 내로 주입되는 공기에 의하여 진동부를 변형시키고, 상기 진동부의 진동을 세포가 포함된 유체로 전달하여 유체의 흐름을 유도하며, 유체 내에 포함된 세포를 유체의 흐름이 강한 곳에서 약한 방향으로 이동을 유도하는 방식을 사용하기 때문에 세포에 외부 자극이 전혀 미치지 않으면서도 단세포를 분리하고 위치를 유지할 수 있는 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 의한 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치의 제 1층, 제2 층 및 기판이 분리된 사시도를 나타내었다.
도 2는 본 발명에 의한 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치의 제 1층, 제2 층 및 기판이 적층된 상태를 나타내었다.
도 3은 본 본 발명에 의한 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치의 제 2층 내의 공기 채널로 공기를 주입하기 위한 주입관이 설치된 형태를 나타내었다.
도 4 에 도 1의 본 발명의 일 실시예에 따르는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치의 단면도를 나타내었다.
도 5에 본 발명의 일 실시예에 따르는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치에서 공기 채널로 주입된 공기가 진동부를 진동시키고, 이로 인해 유체 채널로 진동이 전달되는 과정을 나타내었다.
도 6에 복수의 진동부 사이에서 세포를 이동시키고 위치를 유지시키는 과정을 나타내었다.
이하, 본 발명을 이하의 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 아래 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
도 1에 본 발명에 의한 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치의 분리 사시도를 나타내었다.
도 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치는 세포를 포함하는 유체가 흐르는 유체 채널(10)을 포함하는 제 1층(100)과 외부로부터 공기가 주입되는 복수의 공기 채널(21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28)을 포함하는 제2층(200) 및 기판(300)을 포함하고, 상기 공기 채널의 내부 말단부에 진동부(31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38)가 형성된다.
상기 유체 채널은 중앙부에 세포 분리 및 위치 고정 영역을 포함하고, 상기 진동부는 상기 유체 채널을 흐르는 세포를 이동시키기 위하여 상기 유체 채널 영역 내에 위치하는 것이 바람직하며, 유체 채널 중앙부에 형성된 세포 분리 및 위치 고정 영역(도 2에서 점선으로 표시된 P 영역) 내에 포함되는 것이 유체 채널 내에서의 세포의 이동을 현미경으로 관찰하기에 편리하여 더욱 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치에 있어서, 상기 제1층의 유체 채널, 상기 제2층의 공기 채널은 PDMS 로 성형되는 것을 특징으로 한다. 투명한 PDMS 재질에 소프트리소그래피 방법으로 유체 채널과 공기 채널의 형태를 제작하여, 현미경을 활용한 관찰이 용이할 뿐만 아니라, 제작 단가 및 작업시간을 줄일 수 있다.
상기 기판(300)은 상기 PDMS 로 제조된 제1층, 제2층이 접합되어 고정, 지지될 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 유리, 아크릴 기타 투명 재질로 만들어지는 것이 바람직하다.
유체 채널을 포함하도록 제작된 제 1층, 공기 채널을 포함하도록 제작된 제 2층을 상기 기판에 적층하고, 접합한다. 상기 제1층과 제 2층을 기판에 적층할 때에는 채널이 형성된 부분을 하부로 하여 적층하고 접합하며, 상기 공기 채널의 주입구 및 상기 유체 채널의 주입구를 펀치를 통해서 형성하게 된다. 도 2에 상기 제1층, 제2층 및 기판이 적층된 형태를 나타내었고, 도 3에 상기 공기 채널의 주입구 및 유체 채널의 주입구를 펀치로 형성한 후, 상기 공기 채널의 주입구에 외부 공기 주입 튜브(400)를 삽입한 형태를 나타내었다.
도 4에 도 1의 본 발명의 일 실시예에 따르는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치의 단면도를 나타내었다. 도 4에서 보는 바와 같이 공기 채널(21, 22)를 포함하는 제 2층(200)과 유체 채널(10)을 포함하는 제 1층(100) 및 기판(300)이 접합하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치가 제조된다.
상기 진동부(31, 32) 부분은 상기 제 2 층의 공기 채널의 내부 말단에 형성되며, 주변 공기 채널보다 얇은 두께로 성형된다. 본 발명의 일 실시예에 따르는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치에 있어서, 상기 진동부는 상기 제 2 층의 공기 채널로부터 유입되는 공기의 압력 및 주파수 등의 주입 패턴에 따라 진동부 박막이 변형하게 되고, 상기 변형된 진동부에 의한 압력이 상기 제1층의 유체 채널로 전달되며, 이로 인해 유체의 흐름이 유도되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 있어서, 상기 진동부(31, 32)는 주변부보다 상대적으로 얇은 두께로 제작하여 압축 공기의 인가에 따른 채널 부분의 변형을 최소화하고, 진동부만이 민감하게 반응하도록 한다.
본 발명의 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치의 작용 원리를 도 5에 나타내었다. 도 5에 나타낸 바와 같이 외부로부터 본 발명의 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치의 공기 채널(21, 22)로 공기가 주입되면 상기 주변부보다 얇은 두께로 형성된 진동부(31, 32) 부분이 위로 부풀어 올라 변형되게 되고, 이와 같은 진동부의 변형이 상기 유체 채널(10) 내의 유체로 전달되어 유체의 흐름을 유도한다. 이로 인하여 세포는 유체 흐름이 강한 곳에서 약한 곳으로 이동된다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치에 있어서, 상기 하나의 진동부는 상기 하나의 공기 채널과만 연결되고 각각 독립적이기 때문에, 각각의 진동부의 진동이 상기 공기 채널로 유입되는 공기의 압력에 의하여 개별적으로 조절가능한 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에 있어서, 하나의 공기 채널로 주입하는 공기 유량 및 진동수등을 조절함으로써 하나의 진동부의 진동이 개별적으로 조절가능하기 때문에 세포를 원하는 위치로 이동시킬 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치에 있어서, 상기 복수의 진동부가 상호 등간격을 유지하도록 형성되는 것이 바람직하며, 구체적으로는 정사각형을 형성하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본원 발명에 있어서, 정사각형을 형성하는 복수의 진동부로부터 유도된 유체의 흐름이 파동 간섭의 원리에 의해 상기 복수의 진동부의 중앙 부분에서는 상쇄되게 되고, 상기 복수의 진동부의 중앙 부분으로 이동된 세포의 위치가 고정 유지되는 것이 가능하게 된다.
도 6에 본 발명의 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치의 복수의 진동부의 형태 및 세포 분리 및 위치 고정 유지 과정을 나타내었다.
도 6에서 보는 바와 같이 본 발명에 있어서, 복수의 진동부(31 내지 38)은 4개의 진동부(31, 32, 33, 34)이 각각 정사각형의 꼭지점이 되도록 형성된다. 각각의 진동부와 가까운 부분에서는 강한 진동에 의한 움직임이 형성되고, 진동부에서 멀리 떨어진 부분에서는 약한 진동에 의한 움직임이 형성된다. 따라서, 진동부와 가까운 강한 진동이 있는 부분으로부터 진동부와 멀어 약한 진동이 있는 곳으로 유체의 흐름을 유도하고, 이로 인해 유체 내의 세포의 이동이 유도된다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 각각의 진동부(31 내지 38)은 각각 하나의 공기 채널과 연결되어, 각각의 진동부의 진동을 조절할 수 있게 된다.
즉, 도 6에서 A 위치의 세포를 B 위치로 이동시키기 위해서는 먼저, 세포와 가까운 부분에 있는 진동부 31, 33 로 유입되는 공기의 압력, 진동수등을 크게 조절하여 진동부 31, 33 의 진동을 크게 조절함으로써 도 6의 A 위치에 있는 세포를 B 위치로 이동시키게 되고, 이와 같이 복수의 진동부의 중앙으로 이동후에는 4개의 진동부(31, 32, 33, 34)의 진동을 동일하게 유지함으로써 복수의 진동부의 중앙에서는 유체의 흐름이 상호 상쇄되어, 세포의 위치를 유지할 수 있게 되는 것이다. 즉, 본 발명의 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치는 세포를 포함하는 유체에 가해지는 물리적인 힘을 조절하여 세포의 이동을 유도하게 되어, 결과적으로 세포에는 외부적인 스트레스 없이 각각의 단세포를 분리, 위치를 유지할 수 있게 된다.
본 발명의 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치에 있어서, 상기 4개의 정사각형을 이루는 복수의 진동부가 형성하는 세포 분리 및 위치 고정 유지 영역이 복수개가 되도록 포함되는 것이 가능하다.
도 1에서 보는 바와 같이 31 내지 34 의 진동부가 하나의 세포 분리 및 위치 고정 유지 영역을 형성하고, 35 내지 38의 진동부가 또 하나의 세포 분리 및 위치 고정 유지 영역을 형성하도록 복수개가 형성되는 것이 가능하다. 이와 같이 세포 분리 및 위치 고정 유지 영역이 복수개 형성되는 경우 유체 채널 내의 유체의 흐름에 따라 단시간에 복수의 세포를 분리하고 위치를 유지하는 것이 가능해진다.
본 발명에 의한 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치는 세포 유체가 흐르는 채널의 일부분을 진동부로 형성하고, 상기 진동부에 연결된 공기 채널 내로 주입되는 공기에 의하여 진동부를 변형시키고, 상기 진동부의 진동을 세포가 포함된 유체로 전달하여 유체의 흐름을 유도하며, 유체 내에 포함된 세포를 유체의 흐름이 강한 곳에서 약한 방향으로 이동을 유도하는 방식을 사용하기 때문에 세포에 외부 자극이 전혀 미치지 않으면서도 단세포를 분리하고 위치를 유지할 수 있는 효과를 나타낸다.

Claims (9)

  1. 세포를 포함하는 유체가 흐르는 유체 채널을 포함하는 제1층;
    외부로부터 공기가 주입되는 복수의 공기 채널을 포함하는 제2층;
    상기 제1층, 제2층이 적층되는 유리 기판; 및
    상기 공기 채널의 일 말단부에 형성되는 진동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단세포 분리 및 위치 유지 장치
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 채널을 포함하는 제1층, 상기 공기 채널을 포함하는 제2층은 PDMS 로 제조되는 것을 특징으로 하는 단세포 분리 및 위치 유지 장치
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동부는 주변 공기 채널보다 얇은 두께로 성형되는 것을 특징으로 하는 단세포 분리 및 위치 유지 장치
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동부는 상기 제 1층의 유체 채널 영역내에 위치하는 것을 특징으로 하는 단세포 분리 및 위치 유지 장치
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동부는 상기 제 2 층의 공기 채널로 유입되는 공기의 압력에 의하여 진동하고, 상기 진동부의 압력이 상기 제1층의 유체 채널로 전달되는 것을 특징으로 하는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나의 진동부는 상기 하나의 공기 채널과 연결되어, 진동부의 진동이 상기 공기 채널로 유입되는 공기의 압력에 의하여 개별적으로 조절가능한 것을 특징으로 하는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 진동부가 상호 정사각형을 형성하는 것을 특징으로 하는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 정사각형을 형성하는 복수의 진동부의 중앙이 세포 분리 및 위치 고정 유지 영역이 되는 것을 특징으로 하는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치는 상기 복수의 진동부가 형성하는 세포 분리 및 위치 고정 유지 영역을 복수개 포함하는 것을 특징으로 하는 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치
PCT/KR2011/008788 2011-11-17 2011-11-17 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치 WO2013073726A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020147008645A KR101617278B1 (ko) 2011-11-17 2011-11-17 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치
PCT/KR2011/008788 WO2013073726A1 (ko) 2011-11-17 2011-11-17 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치
US13/299,766 US8475730B2 (en) 2011-11-17 2011-11-18 Apparatus for single cell separation and position fixing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2011/008788 WO2013073726A1 (ko) 2011-11-17 2011-11-17 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US13/299,766 Continuation US8475730B2 (en) 2011-11-17 2011-11-18 Apparatus for single cell separation and position fixing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013073726A1 true WO2013073726A1 (ko) 2013-05-23

Family

ID=48427153

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2011/008788 WO2013073726A1 (ko) 2011-11-17 2011-11-17 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8475730B2 (ko)
KR (1) KR101617278B1 (ko)
WO (1) WO2013073726A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6057251B2 (ja) * 2011-11-11 2017-01-11 国立研究開発法人産業技術総合研究所 粒子分別装置および粒子分別方法
KR102593919B1 (ko) 2016-03-21 2023-10-27 주식회사 지노바이오 세포 포획 카트리지
JPWO2018198470A1 (ja) * 2017-04-28 2020-03-05 ソニー株式会社 撮像対象分析用装置、流路構造、撮像用部材、撮像方法、及び撮像対象分析用システム
KR102020346B1 (ko) * 2017-07-11 2019-09-11 광주과학기술원 높이 조절이 가능한 헤링본 타입 유체유도유닛을 이용한 세포 농축 장치
WO2020055152A1 (ko) * 2018-09-13 2020-03-19 인제대학교 산학협력단 다양한 종류의 박막을 이용하여 압력의 변화에 일정한 민감도를 갖는 일회용 유속측정장치와 다공성 박막에 돌출된 서포트 패턴을 이용하여 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스 및 그 제조방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050072671A1 (en) * 2003-10-03 2005-04-07 Rocklin Roy D. Devices and methods for separating constituents
JP2005295969A (ja) * 2004-04-16 2005-10-27 Hitachi Medical Corp 細胞分離装置
KR20060068979A (ko) * 2004-12-17 2006-06-21 한국과학기술연구원 초음파장 및 진행파 유전영동을 이용한 세포 분리 장치
KR20110009422A (ko) * 2009-07-22 2011-01-28 한국과학기술원 입자를 포획하는 미세유체 소자 및 이를 이용한 입자 포획 방법
KR20110098268A (ko) * 2010-02-26 2011-09-01 성균관대학교산학협력단 미세 유체 장치

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1372848A4 (en) * 2001-03-09 2006-08-09 Biomicro Systems Inc METHOD AND SYSTEM FOR MICROFLUIDIC INTERFERENCE WITH NETWORKS
US8293524B2 (en) * 2006-03-31 2012-10-23 Fluxion Biosciences Inc. Methods and apparatus for the manipulation of particle suspensions and testing thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050072671A1 (en) * 2003-10-03 2005-04-07 Rocklin Roy D. Devices and methods for separating constituents
JP2005295969A (ja) * 2004-04-16 2005-10-27 Hitachi Medical Corp 細胞分離装置
KR20060068979A (ko) * 2004-12-17 2006-06-21 한국과학기술연구원 초음파장 및 진행파 유전영동을 이용한 세포 분리 장치
KR20110009422A (ko) * 2009-07-22 2011-01-28 한국과학기술원 입자를 포획하는 미세유체 소자 및 이를 이용한 입자 포획 방법
KR20110098268A (ko) * 2010-02-26 2011-09-01 성균관대학교산학협력단 미세 유체 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140071400A (ko) 2014-06-11
KR101617278B1 (ko) 2016-05-03
US20130129578A1 (en) 2013-05-23
US8475730B2 (en) 2013-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhu et al. A microdevice for multiplexed detection of T-cell-secreted cytokines
WO2013073726A1 (ko) 단세포 분리 및 위치 고정 유지 장치
CN105408750B (zh) 电泳分离装置及其使用方法
US8293524B2 (en) Methods and apparatus for the manipulation of particle suspensions and testing thereof
CA2789761C (en) Array of micromolded structures for sorting adherent cells
ES2641524T3 (es) Microanálisis de la función celular
US10006900B2 (en) Devices to expose cells to fluid shear forces and associated systems and methods
US8921122B2 (en) System and method for quantitative assessment of biological migration behavior
CN102680679B (zh) 检测单细胞特异性抗体分泌的细胞微孔芯片及其制备方法
CN104136123A (zh) 微流体反应器系统
Simone et al. Cell rolling and adhesion on surfaces in shear flow. A model for an antibody-based microfluidic screening system
Feng et al. Microfluidic device based on deep reactive ion etching process and its lag effect for single cell capture and extraction
Chen et al. Reconfigurable microfluidics combined with antibody microarrays for enhanced detection of T-cell secreted cytokines
Gao et al. Magnetic bead based immunoassay for enumeration of CD4+ T lymphocytes on a microfluidic device
CN111774110A (zh) 一种可实现细胞捕获与固定的生物分析芯片
US20140045254A1 (en) Cell self-assembly array chip and manufacturing method thereof
WO2017065585A1 (ko) 생체 시료의 선별적 처리방법
Papp et al. Multiplex determination of antigen specific antibodies with cell binding capability in a self-driven microfluidic system
EP3643406A1 (en) Particle aggregation method and system in a channel
US20210260576A1 (en) Single Cell Isolation and Processing System With Reversible Well Shape
Yasukawa et al. Combinatorial differentiation induction of embrionic bodies in" PASCL (Pneumatically Actuated Spheroids Culture Lab-on-chip)"
Sonmez Controlling the physical microenvironment of cells with microfluidics for studying mechanically regulated cellular behaviors
Marwah et al. Biaxial stretching of single cells using a compliant micromechanism
Sinha Single Cell Approach Towards Immune Signaling Dynamics
Mishra et al. A Gal-MS Device to Evaluate Cell Migratory Response to Combined Galvano-Chemotactic Fields

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11875686

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20147008645

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11875686

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1