WO2018186676A1 - Microfluidic apparatus and method for separating target cell - Google Patents

Microfluidic apparatus and method for separating target cell Download PDF

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WO2018186676A1
WO2018186676A1 PCT/KR2018/003964 KR2018003964W WO2018186676A1 WO 2018186676 A1 WO2018186676 A1 WO 2018186676A1 KR 2018003964 W KR2018003964 W KR 2018003964W WO 2018186676 A1 WO2018186676 A1 WO 2018186676A1
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separation
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PCT/KR2018/003964
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김민석
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재단법인대구경북과학기술원
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    • G01N33/483Physical analysis of biological material
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    • G01N33/49Blood
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    • B01L2300/087Multiple sequential chambers

Definitions

  • the present invention relates to a microfluidic device capable of separating target cells in a biological sample and a method for separating target cells in a biological sample.
  • Diagnosis of cancer usually utilizes diagnostic techniques by histopathology.
  • Histopathology diagnostic techniques are methods for diagnosing tumors using tissue samples obtained from biopsies. This histopathological approach allows for direct observation of tumor cells.
  • the presence of a tumor at the location of the tissue selected to obtain a biopsy sample may be inaccurate, and provides data only on specific points obtained from the biopsy, limiting the knowledge of whether the tumor has spread to other points. In this regard, its applicability in diagnosing or monitoring a tumor may be limited.
  • Circulating tumor cells are known to be found in patients before the tumor is first detected. Therefore, blood tumor cells may play an important role in the early diagnosis and prediction of cancer. In addition, since cancer is generally spread through the blood, tumor cells in the blood may be a marker for diagnosing the metastasis of the cancer.
  • the present invention provides a microfluidic device capable of separating target cells in a biological sample.
  • the present invention is to provide a method capable of separating target cells in a biological sample.
  • the sample and the first density gradient material is accommodated, the sample A sample chamber separating the first separation material in the sample; A reaction chamber connected to the sample chamber and containing a binding material coupled to the sample and a second separation material in the sample; And a separation chamber for receiving a second density gradient material and receiving the sample from the reaction chamber to separate the second separation material and the target cell to which the binding material is bound.
  • the sample chamber may have a partition partitioning into a first accommodation space in which the sample is introduced and a second accommodation space in which the first density gradient material is located.
  • the partition wall may have an inclined surface positioned in the first accommodation space, and the inclined surface may be formed to be inclined upward in the direction of the second accommodation space.
  • the sample chamber may separate the first separation material in the sample using a first density gradient material and centrifugation.
  • the separation chamber may separate the target cell and the second separation material to which the binding material in the sample is bound by using a second density gradient material and centrifugation.
  • the separation chamber includes a third accommodating space, a connecting portion, and a fourth accommodating space located at a position farther from a center than the third accommodating space, wherein the connecting portion defines the third accommodating space and the fourth accommodating space. It extends in the radial direction of the microfluidic device so as to spatially connect, and may have a bottom surface having the same height as the third receiving space and the fourth receiving space.
  • the microfluidic device may further include a storage chamber in which the first separation material separated from the sample chamber is moved.
  • the microfluidic device may further include a target chamber in which the sample including the target cells is moved and received after the second separation material to which the binding material is bound is separated.
  • the chambers connected to each other of the chambers are connected to each channel
  • the channel may be provided with a valve capable of opening and closing.
  • the channel includes a first channel connecting the sample channel and the storage chamber, the inlet of the first channel extends in the circumferential direction to the first receiving space of the sample chamber, The outlet may be connected to the radially inner side of the storage chamber.
  • the channel includes a second channel connecting the sample chamber and the reaction chamber, the inlet of the second channel extends in the circumferential direction with the sample chamber, the outlet of the second channel is the reaction chamber It can be connected to the radially inner side of the.
  • the channel includes a third channel connecting the reaction chamber and the separation chamber, the inlet of the third channel extends in the radial direction to the reaction chamber, the outlet of the third channel is the separation chamber It can be connected to the radially inner side of the.
  • the channel includes a fourth channel connecting the separation chamber and the target chamber, the inlet of the fourth channel extends in the circumferential direction on one side of the separation chamber, the outlet of the fourth channel is It may be connected to the radially inner side of the target chamber.
  • a method for separating target cells in a biological sample provided in the blood wherein the first separation material different from the target cells in the sample, the first separation material comprising a first density gradient material
  • the first separation material may be red blood cells and plasma
  • the second separation material may be leukocytes
  • the target cell may include a circulating tumor cell, a cancer stem cell, or a cancer cell.
  • the second separation material may be separated by centrifugation by providing a second density gradient material in the sample.
  • the second density gradient material may have a lower density than the binding material and a higher density than the target cell.
  • the first separation step moves the sample to a space other than the space in which the sample is located after separating the first separation material, and the combining step may be performed at a different location from the first separation step.
  • the second separation step may be performed at a different location from the binding step, and after the second separation step may further include the step of moving the target cell to a separate space.
  • the target cell is the first density It is formed to have a lower density than the gradient material, the material having a lower density than the first density gradient material and a material having a higher density than the first density gradient material are separated by the first density gradient material in the first separation step.
  • the material having a higher density than the target cell and the first density gradient material may be separated.
  • the target cells in the biological sample can be effectively separated.
  • the present invention can facilitate the capture of cancer cells in the blood.
  • biological target cells can be obtained to the maximum, thereby improving target cell separation efficiency.
  • the present invention can maximize the cancer cells in the blood to the maximum.
  • the bead does not adhere when detecting cancer cells in the blood, thereby minimizing the deformation and stress of the cancer cells, and the cell morphological observation is easy.
  • the target cells in the biological sample is cancer cells
  • blood cancer cells may be separated from the cancer cells so as not to affect the culture of the cancer cells.
  • the separation efficiency of target cells can be improved by using an automated method of negative depletion when separating target cells in a biological sample.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a microfluidic system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view showing a microfluidic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion of the microfluidic device of FIG. 2 in an enlarged manner.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along the line II ′ of the sample chamber of the microfluidic device of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for separating target cells according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing the state of the microfluidic device in the preparation step of the target longitudinal separation method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a state in which a sample and a first density gradient material are provided in a sample chamber in preparation of a target longitudinal separation method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing the state of the microfluidic device after the first separation step of the target longitudinal separation method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state of a sample chamber after a first separation step of the target longitudinal separation method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing the state of the microfluidic device in the coupling step of the target longitudinal separation method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 11 is a view showing a state in which the fluid is moved from the reaction chamber to the separation chamber after the coupling step of the target longitudinal separation method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is an enlarged view of a separation chamber of a microfluidic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line II-II 'of FIG. 12 and illustrates a microfluidic device separation chamber in a second separation step of the target longitudinal separation method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a view showing a state in which target cells are separated in the target cell separation step of the target vertical separation method according to an embodiment of the present invention.
  • microfluidic system 10 microfluidic device
  • reaction chamber 15 storage chamber
  • control unit 50 first channel
  • a method of separating target cells in a biological sample a method of attaching a specific substance to a target cell and then using a density gradient between the target cell and other cells has been used.
  • a method of separating a target cell using a magnetic field by attaching a magnetic substance to the target cell has also been used.
  • target cells are blood cancer cells
  • the cancer cells in the blood are attached to the beads and separated using a density gradient
  • some of the cancer cells in the blood are not captured in a very small amount.
  • the isolated blood cancer cells only collect cancer cells expressing specific antibodies, so that various cancer cells cannot be collected.
  • the target cell separation method and the microfluidic device 10 of the present invention can separate various cancer cells irrespective of the surface protein expression of cancer cells in the blood, and can be separated without damaging the target cells (T) to solve the above problems.
  • T target cells
  • the microfluidic system 1 is a schematic view of a microfluidic system according to an embodiment of the present invention.
  • the microfluidic system 1 includes a rotation driver 20, an electromagnetic wave generator 30, a microfluidic device 10, and a controller 40.
  • the radial direction of the microfluidic device means a direction away from the center of the microfluidic device
  • the circumferential direction of the microfluidic device means a direction perpendicular to the radial direction of the microfluidic device It is prescribed and explained.
  • the microfluidic system 1 may separate the target cells T in the biological sample S using the microfluidic device 10.
  • the rotation driver 20 may rotate the microfluidic device 10.
  • the rotation drive unit 20 may rotate the microfluidic device 10 to provide centrifugal force for centrifugation of the sample S and movement of the fluid.
  • the rotation driver 20 may stop the microfluidic device 10 to a predetermined position in order to face the valves 18 to be described later with the electromagnetic wave generator 30.
  • the rotary drive unit 20 may include a motor drive device capable of controlling each position of the microfluidic device 10 to align the valves 18 of the microfluidic device 10 with the electromagnetic wave generator 30. .
  • the motor drive device may be a step motor.
  • the motor drive device may be a direct current motor.
  • the electromagnetic wave generator 30 may operate the valves 18 of the microfluidic device 10. For example, the electromagnetic wave generator 30 may irradiate the valve 18 with laser light.
  • the electromagnetic wave generator 30 may be a device that generates heat in a localized region as well as a laser.
  • the electromagnetic wave generator 30 may move in the radial direction of the microfluidic device 10.
  • the electromagnetic wave generator 30 may be moved to the upper position of the specific valve 18 of the valve 18 in the microfluidic device 10.
  • the electromagnetic wave generator 30 may be moved to a desired position among the upper portions of the microfluidic device 10 through a separate driving unit.
  • the controller 40 may control the rotation driver 20 and the electromagnetic wave generator 30. As an example, the controller 40 may control whether the rotation driver 20 is rotated or not. For example, the controller 40 may control the electromagnetic wave generator 30 to generate an electromagnetic wave at a set position.
  • Figure 2 is a perspective view showing a microfluidic device according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is an enlarged view of a portion of the microfluidic device of FIG. 2 in an enlarged manner.
  • 4 is a sectional view taken along the line II ′ of the sample chamber of the microfluidic device of FIG. 3.
  • the microfluidic device 10 causes the flow of the fluid contained therein by centrifugal force.
  • the microfluidic device 10 may be provided with a microfluidic structure for providing a space for receiving the fluid and a passage for the fluid.
  • the microfluidic device 10 may be, for example, a rotatable disk shape, but is not limited thereto.
  • the microfluidic device 10 may be made of plastic material such as acrylic, PDMS, etc., which is easy to mold and whose surface is biologically inert. However, the present invention is not limited thereto, and a material having chemical, biological stability, optical transparency, and mechanical processability is sufficient.
  • the microfluidic device 10 may consist of several layers of plates. By forming an intaglio structure corresponding to a chamber or a channel on the surface where the plate and the plate abut each other, and bonding them, it is possible to provide a space and the passage of the fluid to accommodate the fluid inside the microfluidic device 10.
  • the microfluidic device 10 may have a two-plate structure of the upper cover and the body 11. It may also be a three-plate structure comprising a partition plate defining an upper cover and body 11 and a microfluidic structure therebetween. Bonding of the cover and the body 11 may be made by various methods such as adhesive or ultrasonic welding, laser welding using an adhesive or double-sided adhesive tape.
  • the microfluidic device 10 may be provided with one or a plurality of microfluidic structures.
  • the microfluidic device 10 may be divided into several regions, and microfluidic structures may be provided that operate independently of each other in each region.
  • the microfluidic device 10 includes a top cover, a body 11, and a plurality of chambers.
  • the upper cover covers the upper portion of the body 11.
  • the top cover may be provided in a circular shape when viewed from the top.
  • a plurality of chambers may be located inside the body 11.
  • the plurality of chambers may include a sample chamber 13, a storage chamber 15, a reaction chamber 14, a separation chamber 16, and a target chamber 17.
  • the sample chamber 13, the storage chamber 15, the reaction chamber 14, the separation chamber 16 and the target chamber 17 may each be provided in the same number.
  • the sample chamber 13 may be a chamber into which the sample S is introduced.
  • a biological sample S including target cells T may be introduced.
  • the first density gradient material DGM1 may be introduced into the sample chamber 13.
  • the sample chamber 13 may have an inlet (not shown).
  • the biological sample S may be introduced through the inlet port.
  • the partition wall 131 may be located in the sample chamber 13.
  • the space in the sample chamber 13 may be partitioned into the first accommodation space 135 and the second accommodation space 136 by the partition wall 131.
  • the partition 131 may be located in the sample chamber 13.
  • One surface of the partition wall 13 may be provided as the inclined surface 132.
  • the inclined surface 132 may be a surface facing the first accommodation space 135 of the partition 131.
  • the inclined surface 132 may be formed to be inclined upward in a direction from the first accommodation space 135 toward the second accommodation space 136.
  • the inclination angle ⁇ may be 2 degrees to 85 degrees.
  • the height of the partition wall 131 may be lower than the height of the outer wall of the sample chamber 13.
  • the biological sample S may be initially located in the first accommodation space 135.
  • the first density gradient material DGM1 may be located in the second accommodation space 136.
  • the first density gradient material DGM1 may be disposed in the second accommodation space 136 before the biological sample S is introduced. Thereafter, the biological sample S may be introduced into the first accommodation space 135 through the inlet. Thereafter, after the biological sample S and the first density gradient material DGM1 are mixed by centrifugation, the biological sample S and the first density gradient material DGM1 may form a plurality of layers.
  • the first density gradient medium (DGM1) is used to separate the target cells T from the fluid using the density gradient.
  • the first density gradient material DGM1 has a higher density than some of the first separation materials D11 and D12.
  • the first density gradient material DGM1 has a lower density than the other part of the first separation materials D11 and D12.
  • the first density gradient material (DGM1) is less dense than the red blood cells (D12) and less dense than the plasma (D11) May be provided as a large material.
  • the first density gradient material DGM1 may be provided as a material having a higher density than leukocytes or circulating tumor cells (CTC).
  • the first density gradient material DGM1 may be provided as Ficoll or Percoll.
  • the first density gradient material DGM1 may be provided with other materials known in the art, and is not limited to the above materials.
  • the sample chamber 13 may include the biological sample S and the first density gradient material DGM1 to separate a specific material in the biological sample S.
  • the sample chamber 13 may separate the first separation materials D11 and D12 into the sample S.
  • the first separation material D11 and D12 and the other material in the sample S may be positioned in different layers using a centrifugation method and the first density gradient material DGM1. Can be. Some of the first separation materials D11 separated into different layers may be moved to the storage chamber 15 by opening the first channel 50 located between the sample chamber 13 and the storage chamber 15.
  • the sample chamber 13 may separate the red blood cells D12 and the plasma D11 by the first density gradient material DGM1.
  • the red blood cells D12 may have a higher density than the first density gradient material DGM1 and may be located in the outermost layer.
  • Plasma D11 is lighter in density than the first density gradient material DGM1 and leukocytes or circulating tumor cells (CTCs) and may be located in the innermost layer.
  • Plasma D11 in the innermost layer can be separated by moving mostly to the storage chamber 15, which will be described later.
  • red blood cells (D12) may be separated by remaining in the sample chamber 13 when white blood cells and circulating tumor cells (CTCs) move to the reaction chamber 14.
  • CTCs circulating tumor cells
  • the sample chamber 13 may be connected to the storage chamber 15 through the first channel 50 and the reaction chamber 14 through the second channel 60. Through the first and second channels 50 and 60, the sample S or the fluid inside the chambers may be moved.
  • the sample chamber 13 may be located adjacent to the center of the microfluidic device 10.
  • the sample chamber 13 may be provided in plural.
  • the storage chamber 15 may accommodate any one of the first separation materials D11 and D12 separated from the sample chamber 13.
  • the plasma D11 of the first separation material may be moved to the storage chamber 15 through the first channel 50.
  • the first channel 50 has an inlet 52 formed in the circumferential direction at a position adjacent to the radially outer boundary surface of the first receiving space 135 of the sample chamber 13, and extends in the radial direction.
  • the outlet 54 is connected to the radially inner side surface of the storage chamber 15.
  • the plasma D11 may be moved to the storage chamber 15.
  • the storage chamber 15 may be located farther than the sample chamber 13 in the center of the microfluidic device 10.
  • the storage chamber 15 may be provided in plural.
  • the reaction chamber 14 may receive and accommodate the sample S from which the first separation materials D11 and D12 are separated in the sample chamber 13.
  • the second separation material D2 may be provided as white blood cells when the sample S is provided as blood.
  • the reaction chamber 14 may be located adjacent to the sample chamber 13.
  • the reaction chamber 14 may be located farther in the center of the microfluidic device 10 than the sample chamber 13.
  • the reaction chamber 14 may be provided in plural.
  • the reaction chamber 14 may be connected to the sample chamber 13 through the second channel 60, and may be connected to the separation chamber 16 through the third channel 70. 4 and 9, the second channel 60 has an inlet 62 connected to the sample chamber, the outer side of the layer between the plasma D11 and the first density gradient material DGM1 of the first separation material. It is circumferentially connected to the sample chamber 13 at a position adjacent the interface, and an outlet 64 thereof is connected to the radially inner side surface of the reaction chamber 14 in the circumferential direction. At this time, the inlet of the second channel 60 is located farther from the center of the microfluidic device 10 in the radial direction than the inlet of the first channel 50.
  • One surface of the reaction chamber 14 may be provided as a curved surface.
  • One surface of the reaction chamber 14 is provided as a curved surface to facilitate the movement of the fluid.
  • the reaction chamber 14 may be provided with a bonding material (B).
  • the binding material (B) may be combined with the second separation material (D2) in the sample (S).
  • the binding material (B) may be combined with the second separation material (D2) and may be provided as a material having a high density gradient.
  • White blood cells may be bound to the binding material (B), and may be provided as a known microbead having a high density. Alternatively, any material having a high density that can be combined with leukocytes can be applied without limitation.
  • the reaction chamber 14 is connected to the separation chamber 16 by a third channel 70.
  • the inlet 72 of the third channel 70 is disposed radially at the outermost radially side of the reaction chamber 14, and the outlet 74 is connected to the radially innermost side of the separation chamber 16.
  • the target cell T and the remaining material of the sample S may be separated.
  • the target cell T may be a circulating tumor cell (CTC), a cancer stem cell, or a cancer cell.
  • Target cells (T) are, for example, bladder cancer, breast cancer, cervical cancer, cholangiocarcinoma, colon cancer, endometrial cancer, esophageal cancer, gastric cancer, head and neck cancer, kidney cancer, liver cancer, lung cancer, nasopharyngeal cancer, ovarian cancer, pancreatic cancer, gallbladder cancer , Prostate cancer, thyroid cancer, osteosarcoma, rhabdomyosarcoma, synovial sarcoma, Kaposi's sarcoma, leiomyosarcoma, malignant fibrous histiocytoma, fibrosarcoma, adult T-cell leukemia, lymphoma, multiple myeloma, glioblastoma / astrocytoma, melanoma, me
  • the sample S may be any biological sample S as long as the target cell T can be present.
  • the biological sample S may be selected from the group consisting of a biopsy sample, a tissue sample, a cell suspension in which the separated cells are suspended in a liquid medium, a cell culture, and a combination thereof.
  • Sample (S) may be selected from the group consisting of blood, bone marrow fluid, saliva, tear fluid, urine, semen, mucosa and a combination thereof.
  • blood may be used as sample (S).
  • the second density gradient material DGM2 may be positioned in the separation chamber 16.
  • the second density gradient material DGM2 may have a lower density than the binding material B and the second separation material D2 and may be higher than the target cell T.
  • the second density gradient material (DGM2) is less dense than the leukocytes and microbeads that bind to the leukocytes, and is denser than the circulating tumor cells (CTC) in the blood. Can be high.
  • the second density gradient material DGM2 may be provided as Ficoll or Percoll.
  • the second density gradient material (DGM2) can be provided with other known materials and is not limited to the materials described above.
  • the separation chamber 16 may include a third accommodation space 166, a connecting portion 164, and a fourth accommodation space 162 farther from a center than the third accommodation space 166. Can be.
  • the third receiving space 166 may be located at the outermost side of the space of the separation chamber 16 at the center of the microfluidic device 10 and may be formed as a space extending in the circumferential direction.
  • the connecting portion 164 may be formed to extend in a radial direction so as to spatially connect the third accommodation space 166 and the fourth accommodation space 162 to the circumferential inner surface of the third accommodation space 166.
  • the connection part 164 may be formed to have a bottom surface having the same height as the third accommodation space 166 and the fourth accommodation space 162.
  • a fourth accommodation space 162 may be formed inside the connection portion 164 in the circumferential direction.
  • the fourth accommodation space 162 may also be formed as a space extending in the circumferential direction.
  • Separation chamber 16 includes a biological sample (S) and the second density gradient material (DGM2), it is possible to separate a specific material in the biological sample (S).
  • the separation chamber 16 may separate the second separation material D2 coupled with the binding material B in the sample S.
  • the second separation material D2 and the other material combined with the binding material B in the sample S may be separated from each other using a centrifugal separation method and a second density gradient material DGM2. It may be located in a different layer. After centrifugation, as shown in FIG. 13, a portion of the second separation material D2 combined with the binding material B may be disposed in the third receiving space 166 and coupled with the binding material B.
  • the remaining portion of the second separation material D2 and the second density gradient material DGM2 may be disposed in the connection portion 164.
  • the target cells T may be disposed in the circumferential inner side of the connecting portion 164 and the fourth receiving space 162.
  • An inlet of the fourth channel 80 may be connected to the connection unit 164.
  • the second separation material D2 in the sample S is separated into another layer, only the target cells T remain in the sample S.
  • the target cells T separated from the separation chamber 16 are then moved to the target chamber 17 to be described later through the fourth channel 80.
  • the inlet 82 of the fourth channel 80 extends circumferentially at the interface of the layer where the target cells and the second density gradient material DGM2 are separated, and the outlet of the fourth channel 80.
  • 84 is radially connected to the radially innermost surface of the target chamber 17.
  • the target chamber 17 includes target cells T after the first separation material D11 and D12 and the second separation material D2 bound to the binding material B are separated in the sample S.
  • Sample (S) can be moved and accommodated. For example, when the sample S is provided with blood, the red blood cells D12, which are the first separation materials D11 and D12, or the leukocytes that are the plasma D11 and the second separation material D2, are separated from the sample S. Only cancer cells, which are target cells T in Fig. 2), remain in the target chamber 17.
  • the target chamber 17 may be located adjacent to the separation chamber 16.
  • the target chamber 17 may be located farther in the center of the microfluidic device 10 than the separation chamber 16.
  • the target chamber 17 may be provided in plural.
  • the separate material of the target cell (T) is separated without attachment, thereby minimizing damage to the target cell (T).
  • the target cell (T) is not damaged, and as much as possible Target cells (T) can be isolated. Through this, it is possible to obtain a cell with easy modification and little modification of the target cell (T).
  • the present invention not only the separation of cancer cells, but also the separation of specific particles from various samples, such as the separation of specific white blood cells in the blood.
  • each of the chambers described above that is, the sample chamber 13, the storage chamber 15, the reaction chamber 14, the separation chamber 16 and the target chamber 17 are connected by a channel, and the valve 18 is connected to the fluid. Can be controlled. At this time, the sample chamber 13 is connected with the storage chamber 15 and the reaction chamber 14, the reaction chamber 14 is connected with the separation chamber 16, and the separation chamber 16 is the target chamber 17. Connected with
  • valve 18 may be a micro flow valve 18.
  • the valve 18 is a normally closed valve 18 which closes the channel so that no fluid can flow until it is opened by receiving energy from the outside.
  • the closed valve 18 may include a valve forming material that is solid at room temperature.
  • the valve-forming material blocks the channel by being present in the channel in a solidified state.
  • the valve-forming material melts at high temperatures and migrates into the space in the channel and solidifies again with the channel open.
  • the energy irradiated from the outside may be, for example, an electromagnetic pile, and the energy source may be a laser light source for irradiating a laser beam, or a light emitting diode or a xenon lamp for irradiating visible or infrared light.
  • the laser light source may include at least one laser diode.
  • the external energy source may be selected according to the wavelength of the electromagnetic wave that the exothermic particles included in the valve forming material can absorb.
  • Valve forming materials include COC (cyclic olefin copolymer), PMMA (polymethylmethacrylate), PC (polycarbonate), PS (polystyrene), POM (polyoxymethylene), PFA (perfluoralkoxy), PVC (polyvinylchloride), PP (polypropylene), PET (polyethylene terephthalate) ), Thermoplastic resins such as polyetheretherketone (PEEK), polyamide (PA), polysulfone (PSU), and polyvinylidene fluoride (PVDF) may be employed.
  • PEEK polyetheretherketone
  • PA polyamide
  • PSU polysulfone
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the valve forming material it may be employed as a phase change material that is solid at room temperature.
  • the phase change material may be a wax.
  • the wax melts when heated to turn into a liquid state and expands in volume.
  • the wax for example, paraffin wax, microcrystalline wax, synthetic wax, natural wax, or the like can be employed.
  • the phase change material may be a gel or a thermoplastic resin.
  • the valve forming material may be dispersed in a plurality of fine heating particles that absorb the electromagnetic wave energy to generate heat.
  • the micro heating particle may have a diameter of 1 nm to 100 ⁇ m so as to freely pass through a fine channel having a depth of about 0.1 mm and a width of 1 mm.
  • the fine exothermic particles have a property of rapidly raising a temperature when the electromagnetic wave energy is supplied by, for example, a laser light or the like, and evenly dispersing the wax.
  • the micro heating particles may have a core including a metal component and a hydrophobic surface structure.
  • the micro heating particle may have a molecular structure including a core made of iron (Fe) and a plurality of surfactants that are bonded to iron (Fe) and surround iron (Fe).
  • the micro heating particles may be stored in a dispersed state in a carrier oil.
  • the carrier oil may also be hydrophobic so that fine exothermic particles having a hydrophobic surface structure can be evenly dispersed.
  • the channel may be blocked by pouring and mixing carrier oil in which fine exothermic particles are dispersed in the molten phase-transfer material, and injecting and mixing the mixture into the channel.
  • the micro heating particles are not limited to the above-mentioned polymer particles, but may also be in the form of quantum dots or magnetic beads.
  • the micro heating particles may be, for example, a fine metal oxide such as Al 2 O 3 , TiO 2 , Ta 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4, or HfO 2 .
  • the closed valve 18 is not necessarily to include the micro heating particles, it may be made of a phase change material only without the micro heating particles.
  • FIGS. 6 to 14 are views sequentially showing a target vertical separation method according to an embodiment of the present invention.
  • the target cell separation method includes a preparation step (S10), a first separation step (S20), a binding step (S30), and a second separation step (S40). ), Target cell separation step (S50).
  • the preparation step (S10) is a step of preparing a biological sample (S).
  • the sample S may be provided to the sample chamber 13.
  • the first density gradient material DGM1 may be provided to the sample chamber 13.
  • the first density gradient material DGM1 may be provided to the sample chamber 13 in advance. Thereafter, the prepared sample S can be supplied to the sample chamber 13.
  • the first density gradient material DGM1 may be provided in the second accommodation space 136 in the sample chamber 13.
  • the first sample S introduced may flow into the first accommodation space 135.
  • the biological sample S may be any sample S as long as the target cell T is present.
  • the sample S may be blood.
  • the target cell (T) may be blood tumor cells, cancer stem cells or cancer cells present in the blood.
  • the first separation materials D11 and D12 may be separated from the prepared sample S.
  • the first separation material (D11, D12) may be a material different from the target cell (T).
  • some of the first separation materials D11 and D12 may be materials having a lighter density gradient than the first density gradient material DGM1.
  • another portion of the first separation materials D11 and D12 may be a material having a heavier density gradient than the first density gradient material DGM1.
  • the first separation materials D11 and D12 may be plasma D11 or red blood cells D12.
  • the plasma D11 may have a lighter density gradient than the first density gradient material DGM1.
  • the red blood cells D12 may have a heavier density gradient than the first density gradient material DGM1.
  • the first separation materials D11 and D12 may be separated by using the first density gradient material DGM1 and a centrifugation method.
  • the sample S when the sample S is placed in the sample chamber 13 having the first density gradient material DGM1, the sample S is separated around the first density gradient material DGM1.
  • the plasma D11 When the sample S is provided as blood, the plasma D11 may be located in the innermost layer of the first density gradient material DGM1. White blood cells or blood tumor cells may be located between the first density gradient material DGM1 and the plasma D11. The red blood cells D12 may be located at an outer layer than the first density gradient material DGM1. The plasma D11 is then moved to the storage chamber 15 and separated, and the red blood cells D12 remain in the sample chamber 13 without being moved when leukocytes and blood tumor cells move to the reaction chamber 14 to be separated. Can be.
  • valve 18 of the channel connecting the sample chamber 13 and the storage chamber 15 is opened to transfer the first separation material D11 separated in layers from the sample chamber 13 to the storage chamber 15. Can be removed by moving.
  • Bonding step (S30) is a step of reacting the binding material (B) and the sample (S) to separate the second separation material (D2) in the sample (S).
  • the second separation material D2 and the binding material B in the sample S may be combined.
  • the second separation material D2 may be provided as white blood cells
  • the binding material B may be provided as micro beads.
  • the second separation material D2 of the sample S moved to the reaction chamber 14 may be combined with the binding material B.
  • the fluid may move from the reaction chamber 14 to the separation chamber 16.
  • the separation chamber 16 the binding cell B coupled with the target cell T, the second density gradient material DGM2, and the second separation material D2 of the sample S remains. .
  • the target cell T and the remaining material may be separated from the sample S.
  • the second separation material (D2) to which the binding material (B) is bound may be separated from the target cell (T).
  • the separation chamber 16 uses the centrifugal separation method and the second density gradient material DGM2 in the sample S to separate target cells T and other materials into different layers. Can be located.
  • a white blood cell layer coupled to the microbead may be located below the second density gradient material DGM2.
  • Blood tumor cells may be located in the inner layer of the second density gradient material (DGM2). Blood tumor cells can then be transferred to the target chamber 17 for final separation.
  • only the target cells T may remain in the remaining material in the sample S.
  • the sample S is provided as blood, red blood cells, plasma, and leukocytes are separated, so that only tumor cells, cancer stem cells, or cancer cells remain in the blood to separate the target cells T.
  • the target cell separation step S50 may separate only the target cells T in the sample S separated in the separation step.
  • the target cells T separated in the separation chamber 16 may be separated from the target chamber ( Go to 17).
  • the valve 18 of the channel connecting the target cell T and the separation chamber 16 By opening the valve 18 of the channel connecting the target cell T and the separation chamber 16, the sample S including the target cell T may be moved to the target chamber 17.
  • the target cell T may be extracted from the sample S in the target chamber 17.
  • the target cell T in the biological sample S can be effectively separated.
  • the present invention can facilitate the capture of cancer cells in the blood.
  • the biological target cells (T) can be obtained to the maximum, thereby improving the target cell (T) separation efficiency.
  • cancer cells in the blood can be obtained to the maximum.
  • the target cell (T) in the biological sample (S) when the target cell (T) in the biological sample (S) is not attached to the other substances, there is no deformation and stress of the target cell (T), and cell morphological observation is easy.
  • there is no bead adherence when detecting cancer cells in the blood there is no deformation and stress of the cancer cells, and cell morphological observation is easy.
  • the target cell (T) in the biological sample (S) is cancer cells
  • blood cancer cells can be separated so as not to affect the cancer cell culture.
  • the target cell (T) in the biological sample (S) is separated using the automated method of the negative depletion method can be improved target cell (T) separation efficiency.
  • target cells in a biological sample can be effectively separated.
  • the present invention can facilitate the capture of cancer cells in the blood.

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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for separating a target cell. An apparatus for separating a target cell according to an embodiment of the present invention is a microfluidic apparatus that is mounted on a rotation driving part and induces a flow of fluid by centrifugal force to separate a target cell in a biological sample. The microfluidic apparatus comprises: a sample chamber in which the sample and a first density gradient substance are received and which separates a first separation substance in the sample; a reaction chamber which is located adjacent to the sample chamber and in which the sample and a binding substance to be bound to a second separation substance in the sample are received; and a separation chamber in which a second density gradient substance is received and which receives the sample from the reaction chamber and separates the target cell from the second separation substance having the binding substance bound thereto.

Description

미세 유동 장치 및 표적 세포 분리 방법Microfluidic Devices and Target Cell Separation Methods
본 발명은 생물학적 시료 내의 표적 세포를 분리할 수 있는 미세 유동 장치 및 생물학적 시료 내의 표적 세포를 분리하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a microfluidic device capable of separating target cells in a biological sample and a method for separating target cells in a biological sample.
악성 종양과 관련한 사망은 대부분 최초로 종양이 발생한 지점으로부터 떨어진 조직 및 기관으로의 전이(metastasis)에 의한다. 따라서 전이를 조기에 발견하는 것은 암 환자의 생존 확률에 대한 중요한 결정 요소이며, 종양의 조기 발견 및 종양의 성장을 모니터링하는 것은 암 환자의 성공적인 치료에 매우 중요한 요소로 여겨진다.Death associated with malignant tumors is most often due to metastasis to tissues and organs away from the point where the tumor first occurred. Therefore, early detection of metastasis is an important determinant of the survival probability of cancer patients, and early detection of tumors and monitoring of tumor growth are considered to be critical factors for successful treatment of cancer patients.
암의 진단은 대체로 조직 병리학(histopathology)에 의한 진단 기법을 이용한다. 조직 병리학 진단 기법은 생검체로부터 얻어지는 조직 시료를 사용하여 종양을 진단하는 방법이다. 이러한 조직 병리학에 의한 접근방법은 종양 세포를 직접적으로 관찰할 수 있도록 한다. 그러나, 생검체 시료를 얻기 위하여 선택한 조직의 위치에서 종양이 존재하는 여부가 부정확할 수 있으며, 생검체로부터 얻어지는 특정 지점에 관한 데이터만 제공하므로, 다른 지점으로 종양이 전이되었는지 여부를 아는데 한계가 있다는 점에서 종양을 진단하거나 모니터링하는데 있어서 그 적용 가능성이 제한될 수 있다.Diagnosis of cancer usually utilizes diagnostic techniques by histopathology. Histopathology diagnostic techniques are methods for diagnosing tumors using tissue samples obtained from biopsies. This histopathological approach allows for direct observation of tumor cells. However, the presence of a tumor at the location of the tissue selected to obtain a biopsy sample may be inaccurate, and provides data only on specific points obtained from the biopsy, limiting the knowledge of whether the tumor has spread to other points. In this regard, its applicability in diagnosing or monitoring a tumor may be limited.
혈중 종양 세포(circulating tumor cells, CTCs)는 최초로 종양이 검출되기 이전에 환자에게서 발견된다고 알려져 있다. 따라서, 혈중 종양 세포는 암의 조기 진단 및 예측에 있어서 중요한 역할을 할 수 있다. 또한, 암은 대체로 혈액을 통해 전이된다는 점에서 혈중 종양 세포는 암의 전이 여부를 진단할 수 있는 표지가 될 수 있다. Circulating tumor cells (CTCs) are known to be found in patients before the tumor is first detected. Therefore, blood tumor cells may play an important role in the early diagnosis and prediction of cancer. In addition, since cancer is generally spread through the blood, tumor cells in the blood may be a marker for diagnosing the metastasis of the cancer.
또한, 수술을 통해 암 세포를 제거한 후에도 혈중 종양 세포가 발견되는 경우가 있으며, 이러한 경우 암이 재발할 가능성도 존재한다. 그러나, 이러한 혈중 종양 세포는 혈액 내에서 그 양이 매우 적고 세포 자체가 연약하여 이를 감지하고 그 수를 파악하기가 매우 어렵다. 따라서, 환자의 체내에 존재하는 혈중 종양 세포, 암 세포 또는 암 줄기 세포를 검출할 수 있는 높은 민감성을 나타내는 진단 방법이 여전히 필요하다.In addition, even after the cancer cells are removed through surgery, tumor cells are found in the blood, and in this case, the cancer may recur. However, these blood tumor cells are very small in the blood and the cells themselves are fragile, making it difficult to detect and count the number. Therefore, there is still a need for a diagnostic method that exhibits high sensitivity for detecting blood tumor cells, cancer cells, or cancer stem cells present in the body of a patient.
본 발명은 생물학적 시료 내의 표적 세포를 분리할 수 있는 미세 유동 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a microfluidic device capable of separating target cells in a biological sample.
본 발명은 생물학적 시료 내의 표적 세포를 분리할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a method capable of separating target cells in a biological sample.
본 발명은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The present invention is not limited thereto, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 측면에 따르면, 회전 구동부에 장착되어 원심력에 의하여 유체의 흐름을 유발하여 생물학적 시료 내의 표적 세포를 분리하는 미세 유동 장치에 있어서, 상기 시료 및 제1 밀도구배물질이 수용되며, 상기 시료 내의 제1 분리 물질을 분리하는 샘플 챔버; 상기 샘플 챔버와 연결되며, 상기 시료 및 상기 시료 내의 제2 분리 물질과 결합되는 결합 물질이 수용되는 반응 챔버; 및 제2 밀도구배물질이 수용되며, 상기 반응 챔버에서 상기 시료를 공급 받아 상기 결합 물질이 결합된 상기 제2 분리 물질과 상기 표적 세포를 분리하는 분리 챔버를 포함하는 미세 유동 장치가 제공된다. According to an aspect of the present invention, in the microfluidic device mounted on the rotary drive to induce the flow of fluid by centrifugal force to separate the target cells in the biological sample, the sample and the first density gradient material is accommodated, the sample A sample chamber separating the first separation material in the sample; A reaction chamber connected to the sample chamber and containing a binding material coupled to the sample and a second separation material in the sample; And a separation chamber for receiving a second density gradient material and receiving the sample from the reaction chamber to separate the second separation material and the target cell to which the binding material is bound.
이 때, 상기 샘플 챔버는, 상기 시료가 유입 시 위치하는 제1 수용 공간과 상기 제1 밀도구배물질이 위치하는 제2 수용 공간으로 구획하는 격벽을 가질 수 있다. In this case, the sample chamber may have a partition partitioning into a first accommodation space in which the sample is introduced and a second accommodation space in which the first density gradient material is located.
이 때, 상기 격벽은 상기 제 1 수용 공간에 위치하는 경사면을 구비하며, 상기 경사면은 상기 제 2 수용 공간 방향으로 상향 경사지게 형성될 수 있다. In this case, the partition wall may have an inclined surface positioned in the first accommodation space, and the inclined surface may be formed to be inclined upward in the direction of the second accommodation space.
이 때, 상기 샘플 챔버는 제1 밀도구배물질 및 원심분리를 이용하여 상기 시료 내의 제1 분리 물질을 분리할 수 있다. In this case, the sample chamber may separate the first separation material in the sample using a first density gradient material and centrifugation.
이 때, 상기 분리 챔버는 제2 밀도구배물질 및 원심분리를 이용하여 상기 시료 내의 상기 결합 물질이 결합된 상기 제2 분리 물질과 상기 표적 세포를 분리할 수 있다. At this time, the separation chamber may separate the target cell and the second separation material to which the binding material in the sample is bound by using a second density gradient material and centrifugation.
이 때, 상기 분리 챔버는 제 3 수용 공간, 연결부 및 상기 제 3 수용 공간보다 중심으로부터 먼 위치에 위치되는 제 4 수용 공간을 포함하되, 상기 연결부는 상기 제 3 수용 공간 및 상기 제 4 수용공간을 공간적으로 연결하도록 미세 유동 장치의 반경 방향으로 연장되고, 상기 제 3 수용 공간 및 상기 제 4 수용 공간과 동일한 높이의 바닥면을 갖도록 형성될 수 있다. In this case, the separation chamber includes a third accommodating space, a connecting portion, and a fourth accommodating space located at a position farther from a center than the third accommodating space, wherein the connecting portion defines the third accommodating space and the fourth accommodating space. It extends in the radial direction of the microfluidic device so as to spatially connect, and may have a bottom surface having the same height as the third receiving space and the fourth receiving space.
이 때, 상기 미세 유동 장치는 상기 샘플 챔버에서 분리된 상기 제1 분리 물질이 이동되어 수용되는 보관 챔버를 더 포함할 수 있다. In this case, the microfluidic device may further include a storage chamber in which the first separation material separated from the sample chamber is moved.
이 때, 상기 미세 유동 장치는 상기 결합 물질이 결합된 상기 제2 분리 물질이 분리 된 후 상기 표적 세포를 포함하는 상기 시료가 이동되어 수용되는 표적 챔버를 더 포함할 수 있다. In this case, the microfluidic device may further include a target chamber in which the sample including the target cells is moved and received after the second separation material to which the binding material is bound is separated.
이 때, 상기 챔버들 중 서로 연결된 챔버들은 각각 채널로 연결되며, 상기 채널에는 개폐가 가능한 밸브가 제공될 수 있다. At this time, the chambers connected to each other of the chambers are connected to each channel, the channel may be provided with a valve capable of opening and closing.
이 때, 상기 채널은 상기 샘플 채널 및 상기 보관 챔버를 연결하는 제 1 채널을 포함하며, 상기 제 1 채널의 입구는 상기 샘플 챔버의 제 1 수용 공간에 원주 방향으로 연장되고, 상기 제 1 채널의 출구는 상기 보관 챔버의 반경 방향 내측면에 연결될 수 있다. At this time, the channel includes a first channel connecting the sample channel and the storage chamber, the inlet of the first channel extends in the circumferential direction to the first receiving space of the sample chamber, The outlet may be connected to the radially inner side of the storage chamber.
이 때, 상기 채널은 상기 샘플 챔버와 상기 반응 챔버를 연결하는 제 2 채널을 포함하고, 상기 제 2 채널의 입구는 상기 샘플 챔버와 원주방향으로 연장되고, 상기 제 2 채널의 출구는 상기 반응 챔버의 반경 방향 내측면에 연결될 수 있다. At this time, the channel includes a second channel connecting the sample chamber and the reaction chamber, the inlet of the second channel extends in the circumferential direction with the sample chamber, the outlet of the second channel is the reaction chamber It can be connected to the radially inner side of the.
이 때, 상기 채널은 상기 반응 챔버와 상기 분리 챔버를 연결하는 제 3 채널을 포함하고, 상기 제 3 채널의 입구는 상기 반응 챔버에 반경 방향으로 연장되고, 상기 제 3 채널의 출구는 상기 분리 챔버의 반경 방향 내측면에 연결될 수 있다. At this time, the channel includes a third channel connecting the reaction chamber and the separation chamber, the inlet of the third channel extends in the radial direction to the reaction chamber, the outlet of the third channel is the separation chamber It can be connected to the radially inner side of the.
이 때, 상기 채널은 상기 분리 챔버와 상기 표적 챔버를 연결하는 제 4 채널을 포함하고, 상기 제 4 채널의 입구는 상기 분리 챔버의 일측면에서 원주 방향으로 연장되고, 상기 제 4 채널의 출구는 표적 챔버의 반경 방향 내측면에 연결될 수 있다. At this time, the channel includes a fourth channel connecting the separation chamber and the target chamber, the inlet of the fourth channel extends in the circumferential direction on one side of the separation chamber, the outlet of the fourth channel is It may be connected to the radially inner side of the target chamber.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 혈액으로 제공되는 생물학적 시료 내에서 표적 세포를 분리하는 방법으로서, 상기 시료 내에서 표적 세포와 상이하되, 제 1 밀도 구배 물질을 포함하는 제1 분리 물질을 원심 분리를 이용하여 분리하는 제1 분리 단계; 상기 시료 내의 제2 분리 물질에 결합 물질을 부착시키는 결합 단계; 및 상기 시료 내에 상기 표적 세포가 남도록 상기 결합 물질이 결합된 상기 제2 분리 물질을 상기 시료에서 분리하는 제2 분리 단계를 포함하는 표적 세포 분리 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, a method for separating target cells in a biological sample provided in the blood, wherein the first separation material different from the target cells in the sample, the first separation material comprising a first density gradient material A first separation step of separating using; Attaching a binding material to a second separation material in the sample; And a second separation step of separating the second separation material, to which the binding material is bound, from the sample so that the target cells remain in the sample.
이 때, 상기 제1 분리 물질은 적혈구 및 혈장이고, 상기 제2 분리 물질은 백혈구일 수 있다. In this case, the first separation material may be red blood cells and plasma, and the second separation material may be leukocytes.
이 때, 상기 표적 세포는 혈중 종양 세포(circulating tumor cell), 암 줄기 세포(cancer stem cell) 또는 암 세포(cancer cell)를 포함할 수 있다. In this case, the target cell may include a circulating tumor cell, a cancer stem cell, or a cancer cell.
이 때, 상기 제2 분리 물질은 상기 시료 내에 제2 밀도구배물질을 제공하여 원심 분리를 이용하여 분리할 수 있다. At this time, the second separation material may be separated by centrifugation by providing a second density gradient material in the sample.
이 때, 상기 제2 밀도구배물질은 상기 결합 물질보다 밀도가 낮고, 상기 표적 세포 보다 밀도가 높을 수 있다. In this case, the second density gradient material may have a lower density than the binding material and a higher density than the target cell.
이 때, 상기 제1 분리 단계는 상기 제1 분리 물질을 분리 후 상기 시료가 위치한 공간 이외의 공간으로 상기 시료를 이동시키며, 상기 결합 단계는 상기 제1 분리 단계와 상이한 장소에서 이루어질 수 있다. In this case, the first separation step moves the sample to a space other than the space in which the sample is located after separating the first separation material, and the combining step may be performed at a different location from the first separation step.
이 때, 상기 제 2 분리단계는 상기 결합 단계와 상이한 장소에서 이루어지고, 상기 제 2 분리단계 이후에 상기 표적 세포를 별도의 공간으로 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다. In this case, the second separation step may be performed at a different location from the binding step, and after the second separation step may further include the step of moving the target cell to a separate space.
이 때, 상기 제1 분리 물질 중 일부는 상기 제1 밀도구배물질보다 밀도가 낮고, 상기 제1 분리 물질 중 다른 일부는 상기 제1 밀도구배물질보다 밀도가 높고, 상기 표적 세포는 상기 제1 밀도구배물질보다 밀도가 낮도록 형성되고, 상기 제 1 분리단계에서 상기 제 1 밀도 구배 물질에 의하여 상기 제 1 밀도 구배 물질보다 밀도가 낮은 물질 및 상기 제 1 밀도 구배 물질보다 밀도가 높은 물질이 분리되고, 상기 표적 세포 및 상기 제 1 밀도 구배 물질보다 밀도가 높은 물질이 분리될 수 있다. At this time, some of the first separation material is less dense than the first density gradient material, other parts of the first separation material is higher density than the first density gradient material, the target cell is the first density It is formed to have a lower density than the gradient material, the material having a lower density than the first density gradient material and a material having a higher density than the first density gradient material are separated by the first density gradient material in the first separation step. The material having a higher density than the target cell and the first density gradient material may be separated.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 생물학적 시료 내의 표적 세포를 효과적으로 분리할 수 있다. 일 예로, 본 발명은 일 실시 예에 의하면, 혈중 암세포 포획을 원활히 할 수 있다.As described above, according to one embodiment of the present invention, the target cells in the biological sample can be effectively separated. In one embodiment, the present invention can facilitate the capture of cancer cells in the blood.
또한, 본 발명은 일 실시 예에 따르면, 생물학적 표적 세포를 최대한으로 획득할 수 있어, 표적 세포 분리 효율을 향상시킬 수 있다. 일 예로, 본 발명은 일 실시예에 의하면, 혈중 암세포를 최대한으로 획득할 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, biological target cells can be obtained to the maximum, thereby improving target cell separation efficiency. In one embodiment, the present invention can maximize the cancer cells in the blood to the maximum.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 생물학적 시료 내의 표적 세포를 분리 시 다른 물질이 붙어 있지 않아 표적 세포의 변형 및 스트레스가 없으며, 세포 형태학적 관찰이 용이하다. 일 예로, 본 발명은 일 실시예에 의하면, 혈중 암세포의 검출 시 비드가 붙지 않아 암세포의 변형 및 스트레스를 최소화 할 수 있으며, 세포 형태학적 관찰이 용이하다. In addition, according to an embodiment of the present invention, there is no deformation and stress of the target cells because other substances are not attached when separating the target cells in the biological sample, and cell morphological observation is easy. For example, according to an embodiment of the present invention, the bead does not adhere when detecting cancer cells in the blood, thereby minimizing the deformation and stress of the cancer cells, and the cell morphological observation is easy.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 생물학적 시료 내의 표적 세포가 암세포인 경우, 암세포 배양에 영향이 주지 않도록 혈중 암세포를 분리 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, when the target cells in the biological sample is cancer cells, blood cancer cells may be separated from the cancer cells so as not to affect the culture of the cancer cells.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 생물학적 시료 내의 표적 세포 분리 시 Negative depletion 방식의 자동화 방식을 사용하여 표적 세포 분리 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the separation efficiency of target cells can be improved by using an automated method of negative depletion when separating target cells in a biological sample.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the present specification and the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세유동 시스템의 개략적으로 보여주는 도면이다. 1 is a view schematically showing a microfluidic system according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세 유동 장치를 보여주는 사시도이다.Figure 2 is a perspective view showing a microfluidic device according to an embodiment of the present invention.
도 3는 도 2의 미세 유동 장치의 일부를 확대하여 보여주는 확대도이다. 3 is an enlarged view of a portion of the microfluidic device of FIG. 2 in an enlarged manner.
도 4은 도 3의 미세 유동 장치 중 샘플 챔버를 보여주는 I-I' 단면도이다. 4 is a sectional view taken along the line II ′ of the sample chamber of the microfluidic device of FIG. 3.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적 세포 분리 방법을 보여주는 플로우 차트이다. 5 is a flowchart illustrating a method for separating target cells according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적 세로 분리 방법의 준비 단계에서의 미세 유동 장치 상태를 나타낸 도면이다.6 is a view showing the state of the microfluidic device in the preparation step of the target longitudinal separation method according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적 세로 분리 방법의 준비 단계에서 샘플 챔버에 시료 및 제 1 밀도 구배물질이 제공된 상태를 나타낸 단면도이다. 7 is a cross-sectional view illustrating a state in which a sample and a first density gradient material are provided in a sample chamber in preparation of a target longitudinal separation method according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적 세로 분리 방법의 제 1 분리 단계 후의 미세 유동 장치 상태를 나타낸 도면이다.8 is a view showing the state of the microfluidic device after the first separation step of the target longitudinal separation method according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적 세로 분리 방법의 제 1 분리 단계 후의 샘플 챔버 상태를 나타낸 단면도이다. 9 is a cross-sectional view showing a state of a sample chamber after a first separation step of the target longitudinal separation method according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적 세로 분리 방법의 결합 단계에서의 미세 유동 장치 상태를 나타낸 도면이다. 10 is a view showing the state of the microfluidic device in the coupling step of the target longitudinal separation method according to an embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적 세로 분리 방법의 결합 단계 후 반응 챔버에서 분리 챔버로 유체가 이동된 상태를 나타낸 도면이다. 11 is a view showing a state in which the fluid is moved from the reaction chamber to the separation chamber after the coupling step of the target longitudinal separation method according to an embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 유동 장치의 분리 챔버의 확대도이다. 12 is an enlarged view of a separation chamber of a microfluidic device according to an embodiment of the present invention.
도 13은 도 12의 Ⅱ-Ⅱ' 단면도로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적 세로 분리 방법의 제 2 분리 단계에서의 미세 유동 장치 분리 챔버 상태를 나타낸 단면도이다.FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line II-II 'of FIG. 12 and illustrates a microfluidic device separation chamber in a second separation step of the target longitudinal separation method according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적 세로 분리 방법의 표적 세포 분리 단계에서 표적 세포가 분리된 상태를 나타낸 도면이다. 14 is a view showing a state in which target cells are separated in the target cell separation step of the target vertical separation method according to an embodiment of the present invention.
-부호의 설명-                            Explanation of sign
1: 미세 유동 시스템 10: 미세 유동 장치1: microfluidic system 10: microfluidic device
11: 몸체 13: 샘플 챔버11: body 13: sample chamber
14: 반응 챔버 15: 보관 챔버14: reaction chamber 15: storage chamber
16: 분리 챔버 17: 표적 챔버 16: separation chamber 17: target chamber
20: 회전 구동부 30: 전자기파 발생부20: rotation drive unit 30: electromagnetic wave generating unit
40: 제어부 50: 제 1 채널 40: control unit 50: first channel
60: 제 2 채널 70: 제 3 채널 60: second channel 70: third channel
80: 제 4 채널 80: fourth channel
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되게 도시된 부분도 있다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention can be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape of elements in the drawings may be exaggerated for clarity. In addition, the terms or words used in the specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors properly define the concept of terms in order to best explain their invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that it can.
일반적으로 생물학적 시료 내에 표적 세포를 분리하는 방법은 표적 세포에 특정 물질을 부착한 후, 표적 세포와 다른 세포들 간의 밀도구배를 이용하여 분리하는 방법이 사용되었다. 또는 표적 세포에 자성의 물질을 부착하여 자기장을 이용하여 표적 세포를 분리하는 방법도 사용되었다. In general, as a method of separating target cells in a biological sample, a method of attaching a specific substance to a target cell and then using a density gradient between the target cell and other cells has been used. Alternatively, a method of separating a target cell using a magnetic field by attaching a magnetic substance to the target cell has also been used.
다만 이러한 방법은 아래와 같은 문제점이 존재한다. However, these methods have the following problems.
먼저, 표적 세포에 다른 물질을 부착하여 따로 분리하는 경우에도 생물학적 시료 내에 표적 세포가 다수 남아 있는 문제점이 있다. 일 예로, 표적 세포가 혈중 암세포인 경우, 혈중 암세포를 비드 등을 부착하여 밀도 구배를 이용하여 분리하는 경우, 극미량으로 존재하는 혈중 암세포 모두를 포획하지 못하고 일부가 포획하는 문제점이 존재한다. 또한, 다양한 표면 단백질이 발현되는 다양한 특성을 지니는 혈중 암세포를 분리할 수 없는 단점이 있다.First, there is a problem in that a large number of target cells remain in a biological sample even when other substances are attached and separated from the target cells. For example, when the target cells are blood cancer cells, when the cancer cells in the blood are attached to the beads and separated using a density gradient, there is a problem in that some of the cancer cells in the blood are not captured in a very small amount. In addition, there is a disadvantage that can not separate the cancer cells in the blood having a variety of properties to express a variety of surface proteins.
즉, 종래의 방법은 암세포 특이적 항체를 이용하여 암세포와의 마이크로비드 결합을 구현하였기 때문에 분리된 혈중 암세포는 특이적 항체가 발현된 암세포만을 포집하게 되어 다양한 암세포를 포집 할 수 없는 단점이 있었다.That is, since the conventional method implements microbead binding to cancer cells using cancer cell specific antibodies, the isolated blood cancer cells only collect cancer cells expressing specific antibodies, so that various cancer cells cannot be collected.
본 발명의 표적 세포 분리 방법 및 미세 유동 장치(10)는 상술한 문제점을 해결하고자, 혈중 암세포의 표면 단백질 발현과 상관없이 다양한 암세포를 분리할 수 있으며, 표적 세포(T)의 손상이 없이 분리할 수 있는 표적 세포 분리 방법 및 미세 유동 장치(10)를 제공하기 위한 것이다. The target cell separation method and the microfluidic device 10 of the present invention can separate various cancer cells irrespective of the surface protein expression of cancer cells in the blood, and can be separated without damaging the target cells (T) to solve the above problems. To provide a target cell separation method and microfluidic device 10 that can be.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세 유동 시스템의 개략적으로 보여주는 도면이다. 이를 참고하면, 미세 유동 시스템(1)은 회전 구동부(20), 전자기파 발생부(30), 미세 유동 장치(10) 그리고 제어부(40)를 포함한다. 1 is a schematic view of a microfluidic system according to an embodiment of the present invention. Referring to this, the microfluidic system 1 includes a rotation driver 20, an electromagnetic wave generator 30, a microfluidic device 10, and a controller 40.
이하 도면을 참고하여 설명할 때, 미세 유동 장치의 반경 방향이란 미세 유동 장치의 중심으로부터 외측으로 멀어지는 방향을 의미하며, 미세 유동 장치의 원주 방향이란 미세 유동 장치의 반경 방향에 수직한 방향을 의미하는 것으로 규정하여 설명한다. When described below with reference to the drawings, the radial direction of the microfluidic device means a direction away from the center of the microfluidic device, the circumferential direction of the microfluidic device means a direction perpendicular to the radial direction of the microfluidic device It is prescribed and explained.
미세 유동 시스템(1)은 미세 유동 장치(10)를 이용하여 생물학적 시료(S) 내에서 표적 세포(T)를 분리할 수 있다. The microfluidic system 1 may separate the target cells T in the biological sample S using the microfluidic device 10.
회전 구동부(20)는 미세 유동 장치(10)를 회전시킬 수 있다. 회전 구동부(20)가 미세 유동 장치(10)를 회전시켜, 시료(S)의 원심분리와 유체의 이동을 위한 원심력을 제공할 수 있다. 회전 구동부(20)는 후술하는 밸브(18)들을 전자기파 발생부(30)와 대면시키기 위해 미세 유동 장치(10)를 소정 위치로 정지시킬 수 있다.The rotation driver 20 may rotate the microfluidic device 10. The rotation drive unit 20 may rotate the microfluidic device 10 to provide centrifugal force for centrifugation of the sample S and movement of the fluid. The rotation driver 20 may stop the microfluidic device 10 to a predetermined position in order to face the valves 18 to be described later with the electromagnetic wave generator 30.
회전 구동부(20)는 미세 유동 장치(10)의 밸브(18)들을 전자기파 발생부(30)와 정렬시키기 위해 미세 유동 장치(10)의 각 위치를 제어할 수 있는 모터 드라이브 장치를 포함할 수 있다. The rotary drive unit 20 may include a motor drive device capable of controlling each position of the microfluidic device 10 to align the valves 18 of the microfluidic device 10 with the electromagnetic wave generator 30. .
모터 드라이브 장치는 스텝 모터를 이용한 것일 수 있다. 이와는 달리, 모터 드라이브 장치는 직류 모터를 이용하는 것일 수 있다. The motor drive device may be a step motor. Alternatively, the motor drive device may be a direct current motor.
전자기파 발생부(30)는 미세 유동 장치(10)의 밸브(18)들을 동작시킬 수 있다. 일 예로 전자기파 발생부(30)는 레이저 광을 밸브(18)에 조사할 수 있다.The electromagnetic wave generator 30 may operate the valves 18 of the microfluidic device 10. For example, the electromagnetic wave generator 30 may irradiate the valve 18 with laser light.
또한, 전자기파 발생부(30)는 레이저뿐만 아니라, 국한된 영역에 열을 내는 장치일 수 있다.In addition, the electromagnetic wave generator 30 may be a device that generates heat in a localized region as well as a laser.
전자기파 발생부(30)는 미세 유동 장치(10)의 반경 방향으로 이동될 수 있다. 전자기파 발생부(30)는 미세 유동 장치(10) 내부에 밸브(18) 중 특정 밸브(18)로 위치의 상부로 이동 될 수 있다. 전자기파 발생부(30)는 별도의 구동부를 통해서 미세 유동 장치(10)의 상부 중 원하는 위치로 이동될 수 있다. The electromagnetic wave generator 30 may move in the radial direction of the microfluidic device 10. The electromagnetic wave generator 30 may be moved to the upper position of the specific valve 18 of the valve 18 in the microfluidic device 10. The electromagnetic wave generator 30 may be moved to a desired position among the upper portions of the microfluidic device 10 through a separate driving unit.
제어부(40)는 회전 구동부(20) 및 전자기파 발생부(30)를 제어할 수 있다. 일 예로, 제어부(40)는 회전 구동부(20)의 회전 유무 또는 회전 속도를 제어할 수 있다. 일 예로, 제어부(40)는 전자기파 발생부(30)를 제어하여, 설정 위치에서 전자기파를 발생시키도록 제어할 수 있다. The controller 40 may control the rotation driver 20 and the electromagnetic wave generator 30. As an example, the controller 40 may control whether the rotation driver 20 is rotated or not. For example, the controller 40 may control the electromagnetic wave generator 30 to generate an electromagnetic wave at a set position.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세 유동 장치를 보여주는 사시도이다. 도 3는 도 2의 미세 유동 장치의 일부를 확대하여 보여주는 확대도이다. 도 4은 도 3의 미세 유동 장치 중 샘플 챔버를 보여주는 I-I' 단면도이다. Figure 2 is a perspective view showing a microfluidic device according to an embodiment of the present invention. 3 is an enlarged view of a portion of the microfluidic device of FIG. 2 in an enlarged manner. 4 is a sectional view taken along the line II ′ of the sample chamber of the microfluidic device of FIG. 3.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 미세 유동 장치(10)는 원심력에 의하여 내부에 수용된 유체의 흐름을 유발한다. 미세 유동 장치(10)는 유체를 수용할 수 있는 공간과 유체의 통로를 제공하기 위한 미세 유동 구조물이 마련될 수 있다. 미세 유동 장치(10)는 예를 들어 회전 가능한 디스크 형상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 2 to 4, the microfluidic device 10 causes the flow of the fluid contained therein by centrifugal force. The microfluidic device 10 may be provided with a microfluidic structure for providing a space for receiving the fluid and a passage for the fluid. The microfluidic device 10 may be, for example, a rotatable disk shape, but is not limited thereto.
미세 유동 장치(10)는 성형이 용이하고, 그 표면이 생물학적으로 비활성인 아크릴, PDMS 등의 플라스틱 소재로 만들어질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 화학적, 생물학적 안정성과 광학적 투명성 그리고 기계적 가공성을 가지는 소재이면 족하다. 미세 유동 장치(10)는 여러 층의 판으로 이루어질 수 있다. 판과 판이 서로 맞닿는 면에 챔버나 채널 등에 해당하는 음각 구조물을 만들고 이들을 접합함으로써 미세 유동 장치(10) 내부에 유체를 수용할 수 있는 공간과 유체의 통로를 제공할 수 있다. The microfluidic device 10 may be made of plastic material such as acrylic, PDMS, etc., which is easy to mold and whose surface is biologically inert. However, the present invention is not limited thereto, and a material having chemical, biological stability, optical transparency, and mechanical processability is sufficient. The microfluidic device 10 may consist of several layers of plates. By forming an intaglio structure corresponding to a chamber or a channel on the surface where the plate and the plate abut each other, and bonding them, it is possible to provide a space and the passage of the fluid to accommodate the fluid inside the microfluidic device 10.
일 예로, 미세 유동 장치(10)는 상부 커버와 몸체(11)의 2판 구조일 수 있다. 상부 커버와 몸체(11) 및 그 사이에서 미세 유동 구조물을 정의하는 구획판을 포함하는 3판 구조일 수도 있다. 커버와 몸체(11)의 접합은 접착제나 양면 접착테이프를 이용한 접착이나 초음파 융착, 레이저 융착 등 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.For example, the microfluidic device 10 may have a two-plate structure of the upper cover and the body 11. It may also be a three-plate structure comprising a partition plate defining an upper cover and body 11 and a microfluidic structure therebetween. Bonding of the cover and the body 11 may be made by various methods such as adhesive or ultrasonic welding, laser welding using an adhesive or double-sided adhesive tape.
미세 유동 장치(10)에는 하나 또는 다수의 미세유동 구조물이 마련될 수 있다. 예를 들면, 미세 유동 장치(10)를 수개의 영역으로 나누고 각 영역마다 서로 독립적으로 작동되는 미세유동 구조물이 마련될 수 있다.The microfluidic device 10 may be provided with one or a plurality of microfluidic structures. For example, the microfluidic device 10 may be divided into several regions, and microfluidic structures may be provided that operate independently of each other in each region.
미세 유동 장치(10)는 상부커버, 몸체(11), 그리고 복수의 챔버를 포함한다. The microfluidic device 10 includes a top cover, a body 11, and a plurality of chambers.
상부커버는 몸체(11)의 상부를 덮는다. 상부커버는 상부에서 바라 볼 때 원형의 형상으로 제공될 수 있다. The upper cover covers the upper portion of the body 11. The top cover may be provided in a circular shape when viewed from the top.
몸체(11)의 내부에는 복수의 챔버들이 위치할 수 있다. A plurality of chambers may be located inside the body 11.
복수의 챔버는 샘플 챔버(13), 보관 챔버(15), 반응 챔버(14), 분리 챔버(16) 그리고 표적 챔버(17)를 포함할 수 있다. The plurality of chambers may include a sample chamber 13, a storage chamber 15, a reaction chamber 14, a separation chamber 16, and a target chamber 17.
샘플 챔버(13), 보관 챔버(15), 반응 챔버(14), 분리 챔버(16) 그리고 표적 챔버(17)는 각각 동일한 개수로 제공될 수 있다. The sample chamber 13, the storage chamber 15, the reaction chamber 14, the separation chamber 16 and the target chamber 17 may each be provided in the same number.
샘플 챔버(13)는 시료(S)가 유입되는 챔버일 수 있다. 샘플 챔버(13)에는 표적 세포(T)가 포함된 생물학적 시료(S)가 유입될 수 있다. 샘플 챔버(13)에는 제1 밀도구배물질(DGM1)이 유입될 수 있다. 샘플 챔버(13)는 유입구(미도시)가 형성될 수 있다. 유입구를 통해서 생물학적 시료(S)가 유입될 수 있다.The sample chamber 13 may be a chamber into which the sample S is introduced. In the sample chamber 13, a biological sample S including target cells T may be introduced. The first density gradient material DGM1 may be introduced into the sample chamber 13. The sample chamber 13 may have an inlet (not shown). The biological sample S may be introduced through the inlet port.
샘플 챔버(13) 내에는 격벽(131)이 위치할 수 있다. 샘플 챔버(13) 내의 공간은 격벽(131)에 의해 제1 수용 공간(135)과 제2 수용 공간(136)으로 구획될 수 있다. The partition wall 131 may be located in the sample chamber 13. The space in the sample chamber 13 may be partitioned into the first accommodation space 135 and the second accommodation space 136 by the partition wall 131.
격벽(131)은 샘플 챔버(13) 내에 위치할 수 있다. 격벽(13) 중 일면은 경사면(132)으로 제공될 수 있다. 일 예로, 경사면(132)은 격벽(131) 중 제1 수용 공간(135)과 마주보는 면일 수 있다. 경사면(132)은 제1 수용 공간(135)에서 제2 수용 공간(136)을 향하는 방향으로 상향 경사지게 형성될 수 있다. 일 예로, 경사각(θ)은 2 도 내지 85도 일 수 있다. The partition 131 may be located in the sample chamber 13. One surface of the partition wall 13 may be provided as the inclined surface 132. For example, the inclined surface 132 may be a surface facing the first accommodation space 135 of the partition 131. The inclined surface 132 may be formed to be inclined upward in a direction from the first accommodation space 135 toward the second accommodation space 136. For example, the inclination angle θ may be 2 degrees to 85 degrees.
격벽(131)의 높이는 샘플 챔버(13)의 외측벽의 높이보다 낮게 형성될 수 있다. The height of the partition wall 131 may be lower than the height of the outer wall of the sample chamber 13.
생물학적 시료(S)는 제1 수용 공간(135)에 최초 위치할 수 있다. 제1 밀도구배물질(DGM1)은 제2 수용 공간(136)에 위치할 수 있다. 일 예로, 생물학적 시료(S)가 유입되기 전에 제2 수용 공간(136)에 미리 제1 밀도구배물질(DGM1)이 배치될 수 있다. 이 후, 유입구를 통해서 생물학적 시료(S)가 제1 수용 공간(135)으로 유입될 수 있다. 이 후 원심분리에 의해 생물학적 시료(S)와 제1 밀도구배물질(DGM1)이 섞인 후 생물학적 시료(S) 및 제1 밀도구배물질(DGM1)은 다수개의 층을 형성할 수 있다.The biological sample S may be initially located in the first accommodation space 135. The first density gradient material DGM1 may be located in the second accommodation space 136. For example, the first density gradient material DGM1 may be disposed in the second accommodation space 136 before the biological sample S is introduced. Thereafter, the biological sample S may be introduced into the first accommodation space 135 through the inlet. Thereafter, after the biological sample S and the first density gradient material DGM1 are mixed by centrifugation, the biological sample S and the first density gradient material DGM1 may form a plurality of layers.
여기서, 제1 밀도구배물질(DGM1: density gradient medium)은 밀도 구배를 이용하여 유체로부터 표적 세포(T)을 분리하기 위한 것이다. 제1 밀도구배물질(DGM1)은 제1 분리 물질(D11, D12) 중 일부에 비해서는 밀도가 높다. 제1 밀도구배물질(DGM1)은 제1 분리 물질(D11, D12) 중 다른 일부보다 밀도가 낮다. Here, the first density gradient medium (DGM1) is used to separate the target cells T from the fluid using the density gradient. The first density gradient material DGM1 has a higher density than some of the first separation materials D11 and D12. The first density gradient material DGM1 has a lower density than the other part of the first separation materials D11 and D12.
일 예로, 제1 분리 물질(D11, D12)이 적혈구(D12) 또는 혈장(D11)을 포함하는 경우, 제1 밀도구배물질(DGM1)은 적혈구(D12)보다는 밀도가 낮고 혈장(D11)보다는 밀도가 큰 물질로 제공될 수 있다. 제1 밀도구배물질(DGM1)은 백혈구 또는 혈중 종양 세포(CTC: circulating tumor cell)보다는 밀도가 큰 물질로 제공될 수 있다. For example, when the first separation material (D11, D12) includes red blood cells (D12) or plasma (D11), the first density gradient material (DGM1) is less dense than the red blood cells (D12) and less dense than the plasma (D11) May be provided as a large material. The first density gradient material DGM1 may be provided as a material having a higher density than leukocytes or circulating tumor cells (CTC).
일 예로, 제1 밀도구배물질(DGM1)은 피콜(Ficoll) 또는 퍼콜(Percoll)로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 제1 밀도구배물질(DGM1)은 공지의 다른 물질로 제공될 수 있으며 상술한 물질로 제한되지 않는다. For example, the first density gradient material DGM1 may be provided as Ficoll or Percoll. Alternatively, the first density gradient material DGM1 may be provided with other materials known in the art, and is not limited to the above materials.
샘플 챔버(13)는 생물학적 시료(S)와 제1 밀도구배물질(DGM1)이 포함되어, 생물학적 시료(S) 내에 특정 물질을 분리할 수 있다. 일 예로, 샘플 챔버(13)는 시료(S) 내에 제1 분리 물질(D11, D12)을 분리할 수 있다. 일 예로, 샘플 챔버(13) 내부에서는 원심분리 방법 및 제1 밀도구배물질(DGM1)을 이용하여 시료(S) 내의 제1 분리 물질(D11, D12)과 다른 물질을 서로 다른 층으로 위치하도록 할 수 있다. 서로 다른 층으로 분리된 제1 분리 물질 중 일부(D11)은 샘플 챔버(13)와 보관 챔버(15) 사이에 위치한 제 1 채널(50)을 개방시켜 보관 챔버(15)로 이동될 수 있다. The sample chamber 13 may include the biological sample S and the first density gradient material DGM1 to separate a specific material in the biological sample S. For example, the sample chamber 13 may separate the first separation materials D11 and D12 into the sample S. For example, in the sample chamber 13, the first separation material D11 and D12 and the other material in the sample S may be positioned in different layers using a centrifugation method and the first density gradient material DGM1. Can be. Some of the first separation materials D11 separated into different layers may be moved to the storage chamber 15 by opening the first channel 50 located between the sample chamber 13 and the storage chamber 15.
구체적으로, 생물학적 시료(S)가 혈액으로 제공되는 경우, 샘플 챔버(13)는 제1 밀도구배물질(DGM1)에 의해 적혈구(D12)와 혈장(D11)을 분리할 수 있다. 적혈구(D12)는 제1 밀도구배물질(DGM1)보다 밀도가 높아 최외층에 위치할 수 있다. 혈장(D11)은 제1 밀도구배물질(DGM1) 및 백혈구나 혈중 종양 세포(CTC: circulating tumor cell)보다는 밀도가 가벼워 최내층에 위치할 수 있다. In detail, when the biological sample S is provided as blood, the sample chamber 13 may separate the red blood cells D12 and the plasma D11 by the first density gradient material DGM1. The red blood cells D12 may have a higher density than the first density gradient material DGM1 and may be located in the outermost layer. Plasma D11 is lighter in density than the first density gradient material DGM1 and leukocytes or circulating tumor cells (CTCs) and may be located in the innermost layer.
최내층에 혈장(D11)은 후술하는 보관 챔버(15)로 대부분 이동하여 분리될 수 있다. 최외층에 적혈구(D12)는 백혈구 및 혈중 종양 세포(CTC: circulating tumor cell)가 반응 챔버(14)로 이동 시 샘플 챔버(13)에 남게 되어 분리될 수 있다. Plasma D11 in the innermost layer can be separated by moving mostly to the storage chamber 15, which will be described later. In the outermost layer, red blood cells (D12) may be separated by remaining in the sample chamber 13 when white blood cells and circulating tumor cells (CTCs) move to the reaction chamber 14.
샘플 챔버(13)는 제 1 채널(50)을 통해서 보관 챔버(15)와 연결되고, 제 2 채널(60)을 통해서 반응 챔버(14)와 연결될 수 있다. 제 1 채널 및 제 2 채널(50, 60)을 통해서, 챔버들 내부의 시료(S) 또는 유체가 이동될 수 있다. The sample chamber 13 may be connected to the storage chamber 15 through the first channel 50 and the reaction chamber 14 through the second channel 60. Through the first and second channels 50 and 60, the sample S or the fluid inside the chambers may be moved.
샘플 챔버(13)는 미세 유동 장치(10)의 중심에 인접하게 위치할 수 있다. 샘플 챔버(13)는 복수개가 제공될 수 있다. The sample chamber 13 may be located adjacent to the center of the microfluidic device 10. The sample chamber 13 may be provided in plural.
보관 챔버(15)는 샘플 챔버(13)에서 분리된 제1 분리 물질(D11, D12) 중 어느 하나가 수용될 수 있다. 일 예로, 샘플 챔버(13)에서 원심 분리 후 제1 분리 물질 중 혈장(D11)은 제 1 채널(50)을 통해서 보관 챔버(15)로 이동될 수 있다. 도 4를 참조하면, 제 1 채널(50)은 샘플 챔버(13)의 제 1 수용 공간(135)의 반경 방향 외측 경계면에 인접한 위치에 원주 방향으로 입구(52)가 형성되고, 반경 방향으로 연장되어 보관 챔버(15)의 반경 방향 내측면에 출구(54)가 연결된다. 일 예로, 시료(S)가 혈액으로 제공되는 경우, 혈장(D11)은 보관 챔버(15)로 이동될 수 있다. The storage chamber 15 may accommodate any one of the first separation materials D11 and D12 separated from the sample chamber 13. For example, after centrifugation in the sample chamber 13, the plasma D11 of the first separation material may be moved to the storage chamber 15 through the first channel 50. Referring to FIG. 4, the first channel 50 has an inlet 52 formed in the circumferential direction at a position adjacent to the radially outer boundary surface of the first receiving space 135 of the sample chamber 13, and extends in the radial direction. The outlet 54 is connected to the radially inner side surface of the storage chamber 15. For example, when the sample S is provided as blood, the plasma D11 may be moved to the storage chamber 15.
보관 챔버(15)는 미세 유동 장치(10)의 중심에서 샘플 챔버(13)보다 더 멀리 위치 할 수 있다. 보관 챔버(15)는 복수개가 제공될 수 있다. The storage chamber 15 may be located farther than the sample chamber 13 in the center of the microfluidic device 10. The storage chamber 15 may be provided in plural.
반응 챔버(14)는 샘플 챔버(13)에 제1 분리 물질(D11, D12)이 분리된 시료(S)가 이동되어 수용될 수 있다. 일 예로, 제2 분리 물질(D2)은 시료(S)가 혈액으로 제공되는 경우 백혈구로 제공될 수 있다. The reaction chamber 14 may receive and accommodate the sample S from which the first separation materials D11 and D12 are separated in the sample chamber 13. For example, the second separation material D2 may be provided as white blood cells when the sample S is provided as blood.
반응 챔버(14)는 샘플 챔버(13)와 인접하게 위치할 수 있다. 반응 챔버(14)는 샘플 챔버(13)보다 미세 유동 장치(10)의 중심에 더 멀리 위치 할 수 있다. 반응 챔버(14)는 복수개가 제공될 수 있다. The reaction chamber 14 may be located adjacent to the sample chamber 13. The reaction chamber 14 may be located farther in the center of the microfluidic device 10 than the sample chamber 13. The reaction chamber 14 may be provided in plural.
반응 챔버(14)는 제 2 채널(60)을 통해서 샘플 챔버(13)와 연결되고, 제 3 채널(70)을 통해서 분리 챔버(16)와 연결될 수 있다. 도 4 및 도 9를 참조하면, 제 2 채널(60)은 그 입구(62)가 샘플 챔버와 연결되되, 제 1 분리 물질 중 혈장(D11)과 제 1 밀도구배물질(DGM1) 사이층의 외측 경계면에 인접한 위치에서 샘플 챔버(13)와 원주방향으로 연결되고, 그 출구(64)가 원주 방향으로 반응 챔버(14)의 반경 방향 내측면에 연결된다. 이 때, 제 1 채널(50)의 입구보다 제 2 채널(60)의 입구가 미세 유동 장치(10)의 중심으로부터 반경 방향으로 더 멀리 위치된다. The reaction chamber 14 may be connected to the sample chamber 13 through the second channel 60, and may be connected to the separation chamber 16 through the third channel 70. 4 and 9, the second channel 60 has an inlet 62 connected to the sample chamber, the outer side of the layer between the plasma D11 and the first density gradient material DGM1 of the first separation material. It is circumferentially connected to the sample chamber 13 at a position adjacent the interface, and an outlet 64 thereof is connected to the radially inner side surface of the reaction chamber 14 in the circumferential direction. At this time, the inlet of the second channel 60 is located farther from the center of the microfluidic device 10 in the radial direction than the inlet of the first channel 50.
반응 챔버(14)의 일면은 곡면으로 제공될 수 있다. 반응 챔버(14)의 일면이 곡면으로 제공되어, 유체의 이동을 원활하게 할 수 있다. One surface of the reaction chamber 14 may be provided as a curved surface. One surface of the reaction chamber 14 is provided as a curved surface to facilitate the movement of the fluid.
반응 챔버(14)에는 결합 물질(B)이 제공될 수 있다. 일 예로 결합 물질(B)은 시료(S) 내의 제2 분리 물질(D2)과 결합될 수 있다. 결합 물질(B)은 제2 분리 물질(D2)과 결합될 수 있으며, 밀도구배가 큰 물질로 제공될 수 있다. The reaction chamber 14 may be provided with a bonding material (B). For example, the binding material (B) may be combined with the second separation material (D2) in the sample (S). The binding material (B) may be combined with the second separation material (D2) and may be provided as a material having a high density gradient.
결합 물질(B)에는 백혈구가 결합될 수 있으며, 밀도가 큰 공지의 마이크로비드로 제공될 수 있다. 또는, 백혈구와 결합될 수 있으며 밀도가 큰 물질이라면 제한없이 적용 가능하다. White blood cells may be bound to the binding material (B), and may be provided as a known microbead having a high density. Alternatively, any material having a high density that can be combined with leukocytes can be applied without limitation.
반응 챔버(14)는 제 3 채널(70)에 의하여 분리 챔버(16)와 연결된다. 제 3 채널(70)의 입구(72)는 반응 챔버(14)의 반경 방향 제일 외측에 반경 방향으로 배치되고, 출구(74)는 분리 챔버(16)의 반경 방향 제일 내측면에 연결된다. The reaction chamber 14 is connected to the separation chamber 16 by a third channel 70. The inlet 72 of the third channel 70 is disposed radially at the outermost radially side of the reaction chamber 14, and the outlet 74 is connected to the radially innermost side of the separation chamber 16.
분리 챔버(16)에서는 표적 세포(T)와 시료(S)의 나머지 물질이 분리 될 수 있다. 여기서 표적 세포(T)는 혈중 종양 세포(CTC: circulating tumor cell), 암 줄기 세포(cancer stem cell) 또는 암 세포 (cancer cell)일 수 있다. 표적 세포(T)는 예를 들어, 방광암, 유방암, 자궁경부암, 담관암종, 대장암, 자궁내막암, 식도암, 위암, 두경부암, 신장암, 간암, 폐암, 비인두암, 난소암, 췌장암, 담낭암, 전립선암, 갑상선암, 골육종, 횡문근육종, 활막육종, 카포시육종, 평활근육종, 악성 섬유성 조직구종, 섬유육종, 성인 T세포 백혈병, 림프종, 다발 골수종, 신경교아세포종/성상세포종, 흑색종, 중피종 및 윌름스 종양으로 이루어진 군으로부터 선택되는 암 또는 종양 세포일 수 있다.In the separation chamber 16, the target cell T and the remaining material of the sample S may be separated. The target cell T may be a circulating tumor cell (CTC), a cancer stem cell, or a cancer cell. Target cells (T) are, for example, bladder cancer, breast cancer, cervical cancer, cholangiocarcinoma, colon cancer, endometrial cancer, esophageal cancer, gastric cancer, head and neck cancer, kidney cancer, liver cancer, lung cancer, nasopharyngeal cancer, ovarian cancer, pancreatic cancer, gallbladder cancer , Prostate cancer, thyroid cancer, osteosarcoma, rhabdomyosarcoma, synovial sarcoma, Kaposi's sarcoma, leiomyosarcoma, malignant fibrous histiocytoma, fibrosarcoma, adult T-cell leukemia, lymphoma, multiple myeloma, glioblastoma / astrocytoma, melanoma, mesothelioma and Cancer or tumor cells selected from the group consisting of Wilms' tumors.
시료(S)는 표적 세포(T)가 존재할 수 있는 한 어떠한 생물학적 시료(S)라도 무방하다. 예를 들면, 생물학적 시료(S)는 생검시료, 조직시료, 분리된 세포를 액체 매질에 현탁시킨 세포 현탁물, 세포 배양물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 시료(S)는 혈액, 골수액, 타액, 누액, 뇨, 정액, 점막액 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 예를 들어, 혈중 종양 세포를 분리하기 위해, 혈액을 시료(S)로써 사용할 수 있다.The sample S may be any biological sample S as long as the target cell T can be present. For example, the biological sample S may be selected from the group consisting of a biopsy sample, a tissue sample, a cell suspension in which the separated cells are suspended in a liquid medium, a cell culture, and a combination thereof. Sample (S) may be selected from the group consisting of blood, bone marrow fluid, saliva, tear fluid, urine, semen, mucosa and a combination thereof. For example, to isolate tumor cells in blood, blood may be used as sample (S).
분리 챔버(16)에는 제2 밀도구배물질(DGM2)이 위치할 수 있다. The second density gradient material DGM2 may be positioned in the separation chamber 16.
제2 밀도구배물질(DGM2)은 결합 물질(B) 및 제2 분리 물질(D2)보다 밀도가 낮고 표적 세포(T)보다 밀도가 높을 수 있다. 일 예로, 생물학적 시료(S)가 혈액으로 제공되는 경우, 제2 밀도구배물질(DGM2)은 백혈구 및 백혈구와 결합되는 마이크로비드보다 밀도가 낮고, 혈중 종양 세포(CTC: circulating tumor cell)보다 밀도가 높을 수 있다.The second density gradient material DGM2 may have a lower density than the binding material B and the second separation material D2 and may be higher than the target cell T. For example, when the biological sample (S) is provided in the blood, the second density gradient material (DGM2) is less dense than the leukocytes and microbeads that bind to the leukocytes, and is denser than the circulating tumor cells (CTC) in the blood. Can be high.
일 예로, 제2 밀도구배물질(DGM2)은 피콜(Ficoll) 또는 퍼콜(Percoll)로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 제2 밀도구배물질(DGM2)은 공지의 다른 물질로 제공될 수 있으며 상술한 물질로 제한되지 않는다. For example, the second density gradient material DGM2 may be provided as Ficoll or Percoll. Alternatively, the second density gradient material (DGM2) can be provided with other known materials and is not limited to the materials described above.
도 12 및 도 13을 참조하면, 분리 챔버(16)는 제 3 수용 공간(166), 연결부(164) 및 상기 제 3 수용 공간(166)보다 중심으로부터 먼 제 4 수용 공간(162)을 포함할 수 있다. 12 and 13, the separation chamber 16 may include a third accommodation space 166, a connecting portion 164, and a fourth accommodation space 162 farther from a center than the third accommodation space 166. Can be.
제 3 수용 공간(166)은 분리 챔버(16)의 공간 중 미세 유동 장치(10)의 중심에서 제일 외측에 위치될 수 있으며 원주 방향으로 연장된 공간으로 형성될 수 있다. The third receiving space 166 may be located at the outermost side of the space of the separation chamber 16 at the center of the microfluidic device 10 and may be formed as a space extending in the circumferential direction.
제 3 수용 공간(166)의 원주 방향 내측면에 제 3 수용 공간(166) 및 제 4 수용 공간(162)을 공간적으로 연결하도록 연결부(164)가 반경 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 이 때, 연결부(164)는 상기 제 3 수용 공간(166) 및 상기 제 4 수용 공간(162)과 동일한 높이의 바닥면을 갖도록 형성될 수 있다.The connecting portion 164 may be formed to extend in a radial direction so as to spatially connect the third accommodation space 166 and the fourth accommodation space 162 to the circumferential inner surface of the third accommodation space 166. In this case, the connection part 164 may be formed to have a bottom surface having the same height as the third accommodation space 166 and the fourth accommodation space 162.
그리고, 원주 방향으로 연결부(164)의 내측에 제 4 수용 공간(162)이 형성될 수 있다. 제 4 수용 공간(162)도 원주 방향으로 연장된 공간으로 형성될 수 있다. In addition, a fourth accommodation space 162 may be formed inside the connection portion 164 in the circumferential direction. The fourth accommodation space 162 may also be formed as a space extending in the circumferential direction.
분리 챔버(16)는 생물학적 시료(S)와 제2 밀도구배물질(DGM2)이 포함되어, 생물학적 시료(S) 내에 특정 물질을 분리할 수 있다. 일 예로, 분리 챔버(16)는 시료(S) 내에 결합 물질(B)과 결합된 제2 분리 물질(D2)을 분리할 수 있다. 일 예로, 분리 챔버(16) 내부에서는 원심분리 방법 및 제2 밀도구배물질(DGM2)을 이용하여 시료(S) 내의 결합 물질(B)과 결합된 제2 분리 물질(D2)과 다른 물질을 서로 다른 층으로 위치하도록 할 수 있다. 원심분리 후, 도 13에 도시된 바와 같이, 결합 물질(B)과 결합된 제2 분리 물질(D2)의 일부가 제 3 수용 공간(166)에 배치될 수 있으며, 결합 물질(B)과 결합된 제2 분리 물질(D2)의 나머지 일부, 그리고 제 2 밀도구배물질(DGM2)이 연결부(164)에 배치될 수 있다. 그리고, 연결부(164)의 원주 방향 내측 및 제 4 수용 공간(162)에 표적 세포(T)가 배치될 수 있다. 제 4 채널(80)의 입구는 연결부(164)에 연결될 수 있다. Separation chamber 16 includes a biological sample (S) and the second density gradient material (DGM2), it is possible to separate a specific material in the biological sample (S). For example, the separation chamber 16 may separate the second separation material D2 coupled with the binding material B in the sample S. For example, in the separation chamber 16, the second separation material D2 and the other material combined with the binding material B in the sample S may be separated from each other using a centrifugal separation method and a second density gradient material DGM2. It may be located in a different layer. After centrifugation, as shown in FIG. 13, a portion of the second separation material D2 combined with the binding material B may be disposed in the third receiving space 166 and coupled with the binding material B. The remaining portion of the second separation material D2 and the second density gradient material DGM2 may be disposed in the connection portion 164. In addition, the target cells T may be disposed in the circumferential inner side of the connecting portion 164 and the fourth receiving space 162. An inlet of the fourth channel 80 may be connected to the connection unit 164.
여기서, 시료(S) 내의 제2 분리 물질(D2)이 다른 층으로 분리되면, 시료(S) 내에는 표적 세포(T)만이 남게 된다. 분리 챔버(16)에서 분리된 표적 세포(T)는 이후 제 4 채널(80)을 통해서 후술하는 표적 챔버(17)로 이동하게 된다.Here, when the second separation material D2 in the sample S is separated into another layer, only the target cells T remain in the sample S. The target cells T separated from the separation chamber 16 are then moved to the target chamber 17 to be described later through the fourth channel 80.
도 4를 참조하면, 제 4 채널(80)의 입구(82)는 표적 세포와 제 2 밀도 구배 물질(DGM2)이 분리되는 층의 경계면에서 원주 방향으로 연장되고, 제 4 채널(80)의 출구(84)는 표적 챔버(17)의 반경 방향 제일 내측면에 반경 방향으로 연결된다. Referring to FIG. 4, the inlet 82 of the fourth channel 80 extends circumferentially at the interface of the layer where the target cells and the second density gradient material DGM2 are separated, and the outlet of the fourth channel 80. 84 is radially connected to the radially innermost surface of the target chamber 17.
표적 챔버(17)에는 시료(S) 내에서 제1 분리 물질(D11, D12) 및 결합 물질(B)과 결합된 제2 분리 물질(D2)이 분리되고 난 후 표적 세포(T)가 포함된 시료(S)가 이동 되어 수용될 수 있다. 일 예로, 시료(S)가 혈액을 제공되는 경우, 제1 분리 물질(D11, D12)인 적혈구(D12) 또는 혈장(D11)과 제2 분리 물질(D2)인 백혈구가 분리되어, 시료(S) 내의 표적 세포(T)인 암세포만이 표적 챔버(17)에 남게 된다. The target chamber 17 includes target cells T after the first separation material D11 and D12 and the second separation material D2 bound to the binding material B are separated in the sample S. Sample (S) can be moved and accommodated. For example, when the sample S is provided with blood, the red blood cells D12, which are the first separation materials D11 and D12, or the leukocytes that are the plasma D11 and the second separation material D2, are separated from the sample S. Only cancer cells, which are target cells T in Fig. 2), remain in the target chamber 17.
표적 챔버(17)는 분리 챔버(16)와 인접하게 위치할 수 있다. 표적 챔버(17)는 분리 챔버(16)보다 미세 유동 장치(10)의 중심에 더 멀리 위치 할 수 있다. 표적 챔버(17)는 복수개가 제공될 수 있다. The target chamber 17 may be located adjacent to the separation chamber 16. The target chamber 17 may be located farther in the center of the microfluidic device 10 than the separation chamber 16. The target chamber 17 may be provided in plural.
상술한 본 발명의 미세 유동 장치(10)를 통해서 시료(S) 내의 표적 세포(T)를 분리 시 다른 물질을 제1 및 제2 밀도구배물질(DGM1, DGM2) 및 결합 물질(B)을 통해서 분리할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 표적 세포(T)의 별도의 물질이 부착하지 않고 분리하여, 표적 세포(T)의 손상을 최소화 할 수 있다. 또한, 표적 세포(T)가 아닌 시료(S) 내의 다른 물질을 분리하고 난 뒤에 남은 물질인 표적 세포(T)를 분리하는 방법을 사용하여, 표적 세포(T)가 손상되지 않으며, 가능한 많은 양의 표적 세포(T)를 분리할 수 있다. 이를 통해서, 표적 세포(T)의 세포학적 관찰이 용이하고 변형이 적은 세포를 얻을 수 있다. 본 발명에서는 암세포 분리만을 한정하는 것은 아니고, 혈액 내의 특정 백혈구 분리 등 다양한 시료에서 특정 입자를 분리 가능함을 명시한다. When separating the target cells (T) in the sample (S) through the microfluidic device 10 of the present invention described above through the first and second density gradient materials (DGM1, DGM2) and the binding material (B) Can be separated. According to an embodiment of the present invention, the separate material of the target cell (T) is separated without attachment, thereby minimizing damage to the target cell (T). In addition, by using a method of separating the target cell (T), which is a substance remaining after separating other substances in the sample (S) other than the target cell (T), the target cell (T) is not damaged, and as much as possible Target cells (T) can be isolated. Through this, it is possible to obtain a cell with easy modification and little modification of the target cell (T). In the present invention, not only the separation of cancer cells, but also the separation of specific particles from various samples, such as the separation of specific white blood cells in the blood.
상술한 각각의 챔버들, 즉 샘플 챔버(13), 보관 챔버(15), 반응 챔버(14), 분리 챔버(16) 및 표적 챔버(17)는 채널로 연결되고, 밸브(18)로 유체가 제어될 수 있다. 이 때, 샘플 챔버(13)는 보관 챔버(15) 및 반응 챔버(14)와 연결되고, 반응 챔버(14)는 분리 챔버(16)와 연결되고, 분리 챔버(16)는 표적 챔버(17)와 연결된다. Each of the chambers described above, that is, the sample chamber 13, the storage chamber 15, the reaction chamber 14, the separation chamber 16 and the target chamber 17 are connected by a channel, and the valve 18 is connected to the fluid. Can be controlled. At this time, the sample chamber 13 is connected with the storage chamber 15 and the reaction chamber 14, the reaction chamber 14 is connected with the separation chamber 16, and the separation chamber 16 is the target chamber 17. Connected with
여기서, 밸브(18)는 미세 유동 밸브(18)가 채용될 수 있다. 밸브(18)는 외부로부터 에너지를 전달받아 개방되기 전까지는 유체가 흐를 수 없도록 채널을 폐쇄하는 폐쇄된 밸브(18)(normally closedvalve)이다.In this case, the valve 18 may be a micro flow valve 18. The valve 18 is a normally closed valve 18 which closes the channel so that no fluid can flow until it is opened by receiving energy from the outside.
폐쇄된 밸브(18)는 상온에서 고체 상태인 밸브 형성 물질을 포함할 수 있다. 밸브 형성 물질은 고화된 상태로 채널에 존재함으로써 채널을 차단한다. 밸브 형성 물질은 고온에서 용융되어 채널 내의 공간으로 이동하며, 채널을 개방한 채로 다시 응고된다. 외부에서 조사되는 에너지는 예를 들면 전자기파일 수 있으며, 에너지원은 레이저 빔을 조사하는 레이저 광원이거나, 가시광선 또는 적외선을 조사하는 발광소자(light emittingdiode) 또는 제논램프(Xenon)일 수 있다. 레이저 광원인 경우 적어도 하나의 레이저 다이오드(laser diode)를 포함할 수 있다.The closed valve 18 may include a valve forming material that is solid at room temperature. The valve-forming material blocks the channel by being present in the channel in a solidified state. The valve-forming material melts at high temperatures and migrates into the space in the channel and solidifies again with the channel open. The energy irradiated from the outside may be, for example, an electromagnetic pile, and the energy source may be a laser light source for irradiating a laser beam, or a light emitting diode or a xenon lamp for irradiating visible or infrared light. In the case of a laser light source, the laser light source may include at least one laser diode.
외부 에너지원은 밸브 형성 물질에 포함된 발열 입자가 흡수할 수 있는 전자기파의 파장에 따라 선택될 수 있다. 밸브 형성 물질로서는 COC(cyclic olefin copolymer), PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), PS(polystyrene), POM(polyoxymethylene), PFA(perfluoralkoxy), PVC(polyvinylchloride), PP(polypropylene), PET(polyethylene terephthalate), PEEK(polyetheretherketone), PA(polyamide), PSU(polysulfone), 및 PVDF(polyvinylidene fluoride) 등의 열가소성 수지가 채용될 수 있다. 또, 밸브 형성 물질로서, 상온에서 고체 상태인 상전이 물질로 채용될 수 있다.The external energy source may be selected according to the wavelength of the electromagnetic wave that the exothermic particles included in the valve forming material can absorb. Valve forming materials include COC (cyclic olefin copolymer), PMMA (polymethylmethacrylate), PC (polycarbonate), PS (polystyrene), POM (polyoxymethylene), PFA (perfluoralkoxy), PVC (polyvinylchloride), PP (polypropylene), PET (polyethylene terephthalate) ), Thermoplastic resins such as polyetheretherketone (PEEK), polyamide (PA), polysulfone (PSU), and polyvinylidene fluoride (PVDF) may be employed. In addition, as the valve forming material, it may be employed as a phase change material that is solid at room temperature.
상전이 물질은 왁스(wax)일 수 있다. 왁스는 가열되면 용융하여 액체 상태로 변하며, 부피 팽창한다. 왁스로는, 예컨대 파라핀 왁스(paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(microcrystalline wax), 합성 왁스(synthetic wax), 또는 천연 왁스(natural wax) 등이 채용될 수 있다. 상전이 물질은 겔(gel) 또는 열가소성 수지일 수도 있다.The phase change material may be a wax. The wax melts when heated to turn into a liquid state and expands in volume. As the wax, for example, paraffin wax, microcrystalline wax, synthetic wax, natural wax, or the like can be employed. The phase change material may be a gel or a thermoplastic resin.
겔로는, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates), 또는 폴리비닐아미드(polyvinylamides) 등이 채용될 수 있다. 밸브 형성 물질에는 전자기파 에너지를 흡수하여 발열하는 다수의 미세 발열입자가 분산될 수 있다. 미세 발열입자는 대략 0.1 mm 깊이와 1 mm 폭을 갖는 미세한 채널을 자유롭게 통과할 수 있게 1 nm 내지 100 ㎛ 의 직경을 가질 수 있다. 미세 발열입자는 예컨대 레이저광 등에 의하여 전자기파 에너지가 공급되면 온도가 급격히 상승하여 발열하는 성질을 가지며, 왁스에 고르게 분산되는 성질을 갖는다. 이러한 성질을 갖도록 미세 발열입자는 금속 성분을 포함하는 코어(core)와, 소수성(疏水性) 표면 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 미세 발열입자는 철(Fe)로 이루어진 코어와, 철(Fe)에 결합되어 철(Fe)을 감싸는 복수의 계면활성성분(surfactant)을 구비한 분자구조를 가질 수 있다.As the gel, polyacrylamide, polyacrylates, polymethacrylates, polyvinylamides, or the like may be employed. The valve forming material may be dispersed in a plurality of fine heating particles that absorb the electromagnetic wave energy to generate heat. The micro heating particle may have a diameter of 1 nm to 100 μm so as to freely pass through a fine channel having a depth of about 0.1 mm and a width of 1 mm. The fine exothermic particles have a property of rapidly raising a temperature when the electromagnetic wave energy is supplied by, for example, a laser light or the like, and evenly dispersing the wax. In order to have such properties, the micro heating particles may have a core including a metal component and a hydrophobic surface structure. For example, the micro heating particle may have a molecular structure including a core made of iron (Fe) and a plurality of surfactants that are bonded to iron (Fe) and surround iron (Fe).
미세 발열입자들은 캐리어 오일(carrrier oil)에 분산된 상태로 보관될 수 있다. 소수성 표면구조를 갖는 미세 발열입자가 고르게 분산될 수 있도록 캐리어 오일도 소수성일 수 있다. 용융된 상전이 물질에 미세 발열입자들이 분산된 캐리어 오일을 부어 혼합하고, 이 혼합물질을 채널에 주입하고 응고시킴으로써 채널을 막을 수 있다.The micro heating particles may be stored in a dispersed state in a carrier oil. The carrier oil may also be hydrophobic so that fine exothermic particles having a hydrophobic surface structure can be evenly dispersed. The channel may be blocked by pouring and mixing carrier oil in which fine exothermic particles are dispersed in the molten phase-transfer material, and injecting and mixing the mixture into the channel.
미세 발열입자는 위에서 예로 든 중합체(polymer) 입자에 한정되는 것은 아니며, 퀀텀 도트(quantum dot) 또는 자성비드(magnetic bead)의 형태도 가능하다. 또한, 미세 발열입자는 예컨대, Al2O3, TiO2, Ta2O3, Fe2O3, Fe3O4 또는, HfO2 와 같은 미세 금속 산화물일 수 있다. 한편, 폐쇄된 밸브(18)는 미세 발열입자를 반드시 포함하여야 하는 것은 아니며, 미세 발열입자 없이 상전이 물질만으로 이루어질 수도 있다.The micro heating particles are not limited to the above-mentioned polymer particles, but may also be in the form of quantum dots or magnetic beads. In addition, the micro heating particles may be, for example, a fine metal oxide such as Al 2 O 3 , TiO 2 , Ta 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4, or HfO 2 . On the other hand, the closed valve 18 is not necessarily to include the micro heating particles, it may be made of a phase change material only without the micro heating particles.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적 세포 분리 방법을 설명한다. Hereinafter, a method for separating target cells according to an embodiment of the present invention will be described.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적 세포 분리 방법을 보여주는 플로우 차트이고, 도 6 내지 도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적 세로 분리 방법을 순차적으로 보여주는 도면이다. 5 is a flowchart illustrating a method for separating target cells according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 6 to 14 are views sequentially showing a target vertical separation method according to an embodiment of the present invention.
이하, 도 5 내지 도 14를 참고하여 표적 세포 분리 방법에 대하여 설명하면, 표적 세포 분리 방법은 준비 단계(S10), 제1 분리 단계(S20), 결합 단계(S30), 제2 분리 단계(S40), 표적 세포 분리 단계(S50)를 포함한다. Hereinafter, the target cell separation method will be described with reference to FIGS. 5 to 14. The target cell separation method includes a preparation step (S10), a first separation step (S20), a binding step (S30), and a second separation step (S40). ), Target cell separation step (S50).
준비 단계(S10)는 생물학적 시료(S)를 준비하는 단계이다. 일 예로, 준비 단계(S10)가 미세 유동 장치(10)에서 수행되는 경우, 샘플 챔버(13)에 시료(S)를 제공할 수 있다. 또한, 샘플 챔버(13)에 제1 밀도구배물질(DGM1)을 제공할 수 있다. The preparation step (S10) is a step of preparing a biological sample (S). For example, when the preparation step S10 is performed in the microfluidic device 10, the sample S may be provided to the sample chamber 13. In addition, the first density gradient material DGM1 may be provided to the sample chamber 13.
도 6 및 도 7을 참고하면, 샘플 챔버(13)에 시료(S)를 제공하기 전에, 미리 샘플 챔버(13)에 제1 밀도구배물질(DGM1)을 제공할 수 있다. 이 후, 준비된 시료(S)를 샘플 챔버(13)에 공급할 수 있다. 6 and 7, before providing the sample S to the sample chamber 13, the first density gradient material DGM1 may be provided to the sample chamber 13 in advance. Thereafter, the prepared sample S can be supplied to the sample chamber 13.
일 예로, 도 7을 참조하면, 제1 밀도구배물질(DGM1)은 샘플 챔버(13) 내의 제2 수용 공간(136)에 제공될 수 있다. 최초 유입되는 시료(S)는 제1 수용 공간(135)으로 유입될 수 있다. For example, referring to FIG. 7, the first density gradient material DGM1 may be provided in the second accommodation space 136 in the sample chamber 13. The first sample S introduced may flow into the first accommodation space 135.
상술한 바와 같이 생물학적 시료(S)는 표적 세포(T)가 존재하는 한 어떠한 시료(S)라도 무방하다. 일 예로, 시료(S)는 혈액일 수 있다. 또한, 표적 세포(T)는 혈액 내 존재하는 혈중 종양 세포, 암 줄기 세포 또는 암세포일 수 있다. As described above, the biological sample S may be any sample S as long as the target cell T is present. For example, the sample S may be blood. In addition, the target cell (T) may be blood tumor cells, cancer stem cells or cancer cells present in the blood.
제1 분리 단계(S20)는 준비된 시료(S)에서 제1 분리 물질(D11, D12)을 분리할 수 있다. 여기서 제1 분리 물질(D11, D12)은 표적 세포(T)와 상이한 물질일 수 있다. 일 예로, 제1 분리 물질(D11, D12) 중 일부는 제1 밀도구배물질(DGM1)보다 밀도구배가 가벼운 물질일 수 있다. 일 예로, 제1 분리 물질(D11, D12) 중 다른 일부는 제1 밀도구배물질(DGM1)보다 밀도구배가 무거운 물질일 수 있다. 일 예로, 제1 분리 물질(D11, D12)은 혈장(D11) 또는 적혈구(D12) 일 수 있다. 혈장(D11)은 제1 밀도구배물질(DGM1)보다 밀도구배가 가벼울 수 있다. 이와는 달리, 적혈구(D12)는 제1 밀도구배물질(DGM1)보다 밀도구배가 무거울 수 있다. In the first separation step S20, the first separation materials D11 and D12 may be separated from the prepared sample S. Here, the first separation material (D11, D12) may be a material different from the target cell (T). For example, some of the first separation materials D11 and D12 may be materials having a lighter density gradient than the first density gradient material DGM1. For example, another portion of the first separation materials D11 and D12 may be a material having a heavier density gradient than the first density gradient material DGM1. For example, the first separation materials D11 and D12 may be plasma D11 or red blood cells D12. The plasma D11 may have a lighter density gradient than the first density gradient material DGM1. Alternatively, the red blood cells D12 may have a heavier density gradient than the first density gradient material DGM1.
제1 분리 단계(S20)에서는 제 1 밀도구배물질(DGM1)과 원심분리 방법을 이용하여 제1 분리 물질(D11, D12)을 분리 할 수 있다. In the first separation step S20, the first separation materials D11 and D12 may be separated by using the first density gradient material DGM1 and a centrifugation method.
도 6 내지 도 9을 참고하면, 시료(S)를 제1 밀도구배물질(DGM1)이 있는 샘플 챔버(13)에 넣는 경우, 제 1 밀도구배물질(DGM1)을 중심으로 시료(S)가 분리될 수 있다. 즉, 제 1 밀도구배물질(DGM1)을 중심으로 밀도가 낮은 제1 분리 물질(D11, D12) 중 일부는 제 1 밀도구배물질(DGM1)의 최내층에 위치하며, 제1 분리 물질 중 밀도가 높은 나머지 시료들은 제 1 밀도구배물질(DGM1)의 최외층에 위치할 수 있다. 6 to 9, when the sample S is placed in the sample chamber 13 having the first density gradient material DGM1, the sample S is separated around the first density gradient material DGM1. Can be. That is, some of the low-density first separation materials D11 and D12 around the first density gradient material DGM1 are located at the innermost layer of the first density gradient material DGM1, and the density of the first separation material DGM1 is high. The remaining high samples may be located in the outermost layer of the first density gradient material (DGM1).
시료(S)가 혈액으로 제공되는 경우, 제1 밀도구배물질(DGM1)의 최내층에는 혈장(D11)이 위치할 수 있다. 제1 밀도구배물질(DGM1)과 혈장(D11) 사이에는 백혈구 또는 혈중 종양 세포가 위치할 수 있다. 적혈구(D12)는 제1 밀도구배물질(DGM1)보다 외층에 위치할 수 있다. 이후 혈장(D11)은 보관 챔버(15)로 이동하여 분리되며, 적혈구(D12)는 백혈구 및 혈중 종양 세포가 반응 챔버(14)로 이동 시 이동하지 않고 샘플 챔버(13)에 남아 있게 되어 분리 할 수 있다. When the sample S is provided as blood, the plasma D11 may be located in the innermost layer of the first density gradient material DGM1. White blood cells or blood tumor cells may be located between the first density gradient material DGM1 and the plasma D11. The red blood cells D12 may be located at an outer layer than the first density gradient material DGM1. The plasma D11 is then moved to the storage chamber 15 and separated, and the red blood cells D12 remain in the sample chamber 13 without being moved when leukocytes and blood tumor cells move to the reaction chamber 14 to be separated. Can be.
이 후, 샘플 챔버(13)와 보관 챔버(15)을 연결하는 채널의 밸브(18)를 개방하여 샘플 챔버(13)에서 층으로 분리된 제1 분리 물질(D11)을 보관 챔버(15)로 이동시켜 분리 할 수 있다.  Thereafter, the valve 18 of the channel connecting the sample chamber 13 and the storage chamber 15 is opened to transfer the first separation material D11 separated in layers from the sample chamber 13 to the storage chamber 15. Can be removed by moving.
결합 단계(S30)는 시료(S) 내의 제2 분리 물질(D2)을 분리하기 위해 결합 물질(B)과 시료(S)를 반응시키는 단계이다. 도 10을 참조하면, 결합 단계(S30)에서는 시료(S) 내의 제2 분리 물질(D2)과 결합 물질(B)이 결합될 수 있다. 일 예로, 제2 분리 물질(D2)은 백혈구로 제공될 수 있으며, 결합 물질(B)은 마이크로 비드로 제공될 수 있다. Bonding step (S30) is a step of reacting the binding material (B) and the sample (S) to separate the second separation material (D2) in the sample (S). Referring to FIG. 10, in the bonding step S30, the second separation material D2 and the binding material B in the sample S may be combined. For example, the second separation material D2 may be provided as white blood cells, and the binding material B may be provided as micro beads.
일 예로, 결합 단계(S30)가 미세 유동 장치(10)의 반응 챔버(14)에서 수행되는 경우, 샘플 챔버(13)에서 제1 분리 물질(D11, D12)이 분리된 후 남은 시료(S)는 채널을 통해서 반응 챔버(14)로 이동할 수 있다. 도 10을 참조하면, 반응 챔버(14)로 이동된 시료(S)의 제2 분리 물질(D2)이 결합 물질(B)과 결합될 수 있다. For example, when the coupling step S30 is performed in the reaction chamber 14 of the microfluidic device 10, the sample S remaining after the first separation materials D11 and D12 are separated from the sample chamber 13. May move to the reaction chamber 14 through the channel. Referring to FIG. 10, the second separation material D2 of the sample S moved to the reaction chamber 14 may be combined with the binding material B.
결합 반응 이후 유체는 반응 챔버(14)에서 분리 챔버(16)로 이동할 수 있다. 도 11을 참조하면, 분리 챔버(16)에는 시료(S)의 표적 세포(T), 제2 밀도구배물질(DGM2) 그리고 제2 분리 물질(D2)과 결합된 결합 물질(B)이 남아 있다. After the coupling reaction, the fluid may move from the reaction chamber 14 to the separation chamber 16. Referring to FIG. 11, in the separation chamber 16, the binding cell B coupled with the target cell T, the second density gradient material DGM2, and the second separation material D2 of the sample S remains. .
제2 분리 단계(S40)에서는 시료(S) 내에서 표적 세포(T)와 나머지 물질을 분리할 수 있다. 일 예로, 결합 물질(B)이 결합된 제2 분리 물질(D2)과 표적 세포(T)를 분리할 수 있다. In the second separation step S40, the target cell T and the remaining material may be separated from the sample S. For example, the second separation material (D2) to which the binding material (B) is bound may be separated from the target cell (T).
이 후, 도 13에 도시된 바와 같이, 분리 챔버(16)는 원심 분리 방법 및 시료(S) 내의 제2 밀도구배물질(DGM2)을 이용하여 표적 세포(T)와 다른 물질을 서로 다른 층으로 위치시킬 수 있다. Thereafter, as shown in FIG. 13, the separation chamber 16 uses the centrifugal separation method and the second density gradient material DGM2 in the sample S to separate target cells T and other materials into different layers. Can be located.
일 예로, 시료(S)가 혈액으로 제공되는 경우, 제2 밀도구배물질(DGM2)의 하부에는 마이크로비드와 결합된 백혈구층이 위치할 수 있다. 제2 밀도구배물질(DGM2)의 내층에는 혈중 종양 세포가 위치할 수 있다. 혈중 종양 세포는 이후 표적 챔버(17)로 이동하여 최종 분리할 수 있다. As an example, when the sample S is provided as blood, a white blood cell layer coupled to the microbead may be located below the second density gradient material DGM2. Blood tumor cells may be located in the inner layer of the second density gradient material (DGM2). Blood tumor cells can then be transferred to the target chamber 17 for final separation.
분리 챔버(16)에서 제2 분리 물질(D2)을 분리시킴으로서 시료(S) 내의 남은 물질은 표적 세포(T)만이 남게 될 수 있다. 일 예로, 시료(S)가 혈액으로 제공되는 경우, 적혈구, 혈장 그리고 백혈구를 분리하여 혈액 내에는 혈중 종양 세포, 암 줄기 세포 또는 암세포만이 남게 되어 표적 세포(T)를 분리할 수 있다. By separating the second separation material D2 in the separation chamber 16, only the target cells T may remain in the remaining material in the sample S. For example, when the sample S is provided as blood, red blood cells, plasma, and leukocytes are separated, so that only tumor cells, cancer stem cells, or cancer cells remain in the blood to separate the target cells T.
표적 세포 분리 단계(S50)는 분리 단계에서 분리된 시료(S) 내에서 표적 세포(T)만을 분리할 수 있다. The target cell separation step S50 may separate only the target cells T in the sample S separated in the separation step.
일 예로, 도 14과 같이, 표적 세포 분리 단계(S50)가 미세 유동 장치(10)의 표적 챔버(17)에서 수행되는 경우, 분리 챔버(16)에서 분리된 표적 세포(T)가 표적 챔버(17)로 이동한다. 표적 세포(T)와 분리 챔버(16)를 연결하는 채널의 밸브(18)를 개방하여 표적 세포(T)가 포함된 시료(S)를 표적 챔버(17)로 이동시킬 수 있다. For example, as shown in FIG. 14, when the target cell separation step S50 is performed in the target chamber 17 of the microfluidic device 10, the target cells T separated in the separation chamber 16 may be separated from the target chamber ( Go to 17). By opening the valve 18 of the channel connecting the target cell T and the separation chamber 16, the sample S including the target cell T may be moved to the target chamber 17.
표적 챔버(17) 내의 시료(S)에서 표적 세포(T)를 추출 할 수 있다. The target cell T may be extracted from the sample S in the target chamber 17.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 생물학적 시료(S) 내의 표적 세포(T)를 효과적으로 분리할 수 있다. 일 예로, 본 발명은 일 실시 예에 의하면, 혈중 암세포 포획을 원활히 할 수 있다.As described above, according to one embodiment of the present invention, the target cell T in the biological sample S can be effectively separated. In one embodiment, the present invention can facilitate the capture of cancer cells in the blood.
또한, 본 발명은 일 실시 예에 따르면, 생물학적 표적 세포(T)를 최대한으로 획득할 수 있어, 표적 세포(T) 분리 효율을 향상시킬 수 있다. 일 예로, 본 발명은 일 실시 예에 의하면, 혈중 암세포를 최대한으로 획득할 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the biological target cells (T) can be obtained to the maximum, thereby improving the target cell (T) separation efficiency. For example, according to an embodiment of the present invention, cancer cells in the blood can be obtained to the maximum.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 생물학적 시료(S) 내의 표적 세포(T)를 분리 시 다른 물질이 붙어 있지 않아 표적 세포(T)의 변형 및 스트레스가 없으며, 세포 형태학적 관찰이 용이하다. 일 예로, 본 발명은 일 실시 예에 의하면, 혈중 암세포의 검출 시 비드가 붙지 않아 암세포의 변형 및 스트레스가 없으며, 세포 형태학적 관찰이 용이하다. In addition, according to an embodiment of the present invention, when the target cell (T) in the biological sample (S) is not attached to the other substances, there is no deformation and stress of the target cell (T), and cell morphological observation is easy. . For example, according to an embodiment of the present invention, there is no bead adherence when detecting cancer cells in the blood, there is no deformation and stress of the cancer cells, and cell morphological observation is easy.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 생물학적 시료(S) 내의 표적 세포(T)가 암세포인 경우, 암세포 배양에 영향이 주지 않도록 혈중 암세포를 분리 할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, when the target cell (T) in the biological sample (S) is cancer cells, blood cancer cells can be separated so as not to affect the cancer cell culture.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 생물학적 시료(S) 내의 표적 세포(T) 분리 시 Negative depletion 방식의 자동화 방식을 사용하여 표적 세포(T) 분리 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, when the target cell (T) in the biological sample (S) is separated using the automated method of the negative depletion method can be improved target cell (T) separation efficiency.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The foregoing detailed description illustrates the present invention. In addition, the above-mentioned contents show preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications, and environments. That is, changes or modifications may be made within the scope of the concept of the invention disclosed in the present specification, the scope equivalent to the disclosures described above, and / or the skill or knowledge in the art. The above-described embodiments illustrate the best state for implementing the technical idea of the present invention, and various modifications required in the specific application field and use of the present invention are possible. Thus, the detailed description of the invention is not intended to limit the invention to the disclosed embodiments. Also, the appended claims should be construed to include other embodiments.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 생물학적 시료 내의 표적 세포를 효과적으로 분리할 수 있다. 일 예로, 본 발명은 일 실시 예에 의하면, 혈중 암세포 포획을 원활히 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, target cells in a biological sample can be effectively separated. In one embodiment, the present invention can facilitate the capture of cancer cells in the blood.

Claims (21)

  1. 회전 구동부에 장착되어 원심력에 의하여 유체의 흐름을 유발하여 생물학적 시료 내의 표적 세포를 분리하는 미세 유동 장치에 있어서, In the microfluidic device is mounted to the rotary drive to induce the flow of fluid by centrifugal force to separate the target cells in the biological sample,
    상기 시료 및 제1 밀도구배물질이 수용되며, 상기 시료 내의 제1 분리 물질을 분리하는 샘플 챔버;A sample chamber accommodating the sample and the first density gradient material and separating the first separation material in the sample;
    상기 샘플 챔버와 연결되며, 상기 시료 및 상기 시료 내의 제2 분리 물질과 결합되는 결합 물질이 수용되는 반응 챔버; 및A reaction chamber connected to the sample chamber and containing a binding material coupled to the sample and a second separation material in the sample; And
    제2 밀도구배물질이 수용되며, 상기 반응 챔버에서 상기 시료를 공급 받아 상기 결합 물질이 결합된 상기 제2 분리 물질과 상기 표적 세포를 분리하는 분리 챔버를 포함하는 미세 유동 장치. And a separation chamber configured to receive a second density gradient material and to receive the sample from the reaction chamber to separate the target cell from the second separation material to which the binding material is bound.
  2. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 샘플 챔버는,The sample chamber,
    상기 시료가 유입 시 위치하는 제1 수용 공간과 상기 제1 밀도구배물질이 위치하는 제2 수용 공간으로 구획하는 격벽을 가지는 미세 유동 장치.And a partition wall partitioning into a first accommodation space in which the sample is introduced and a second accommodation space in which the first density gradient material is located.
  3. 제2항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 격벽은 상기 제 1 수용 공간에 위치하는 경사면을 구비하며, 상기 경사면은 상기 제 2 수용 공간 방향으로 상향 경사지게 형성되는 미세 유동 장치. The barrier rib has an inclined surface positioned in the first accommodation space, and the inclined surface is inclined upwardly toward the second accommodation space.
  4. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 샘플 챔버는 제1 밀도구배물질 및 원심분리를 이용하여 상기 시료 내의 제1 분리 물질을 분리하는 미세 유동 장치. The sample chamber is a microfluidic device for separating the first separation material in the sample using a first density gradient material and centrifugation.
  5. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 분리 챔버는 제2 밀도구배물질 및 원심분리를 이용하여 상기 시료 내의 상기 결합 물질이 결합된 상기 제2 분리 물질과 상기 표적 세포를 분리하는 미세 유동 장치. The separation chamber is a microfluidic device for separating the target cells and the second separation material to which the binding material in the sample is bound by using a second density gradient material and centrifugation.
  6. 제5항에 있어서, The method of claim 5,
    상기 분리 챔버는 제 3 수용 공간, 연결부 및 상기 제 3 수용 공간보다 중심으로부터 먼 위치에 위치되는 제 4 수용 공간을 포함하되, The separation chamber includes a third accommodation space, a connecting portion and a fourth accommodation space located at a position farther from a center than the third accommodation space,
    상기 연결부는 상기 제 3 수용 공간 및 상기 제 4 수용공간을 공간적으로 연결하도록 미세 유동 장치의 반경 방향으로 연장되고, 상기 제 3 수용 공간 및 상기 제 4 수용 공간과 동일한 높이의 바닥면을 갖도록 형성되는 미세 유동 장치. The connecting portion extends in a radial direction of the microfluidic device to spatially connect the third accommodation space and the fourth accommodation space, and is formed to have a bottom surface having the same height as the third accommodation space and the fourth accommodation space. Microfluidic devices.
  7. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 미세 유동 장치는 상기 샘플 챔버에서 분리된 상기 제1 분리 물질이 이동되어 수용되는 보관 챔버를 더 포함하는 미세 유동 장치. The microfluidic device further includes a storage chamber in which the first separation material separated from the sample chamber is moved and received.
  8. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 미세 유동 장치는 상기 결합 물질이 결합된 상기 제2 분리 물질이 분리 된 후 상기 표적 세포를 포함하는 상기 시료가 이동되어 수용되는 표적 챔버를 더 포함하는 미세 유동 장치. The microfluidic device further includes a target chamber in which the sample including the target cells is moved and received after the second separation material to which the binding material is bound is separated.
  9. 제8항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 챔버들 중 서로 연결된 챔버들은 각각 채널로 연결되며, 상기 채널에는 개폐가 가능한 밸브가 제공되는 미세 유동 장치.The chambers connected to each other of the chambers are connected to each channel, the channel is provided with a valve that can be opened and closed.
  10. 제 9항에 있어서, The method of claim 9,
    상기 채널은 상기 샘플 채널 및 상기 보관 챔버를 연결하는 제 1 채널을 포함하며, 상기 제 1 채널의 입구는 상기 샘플 챔버의 제 1 수용 공간에 원주 방향으로 연장되고, 상기 제 1 채널의 출구는 상기 보관 챔버의 반경 방향 내측면에 연결되는 미세 유동 장치. The channel includes a first channel connecting the sample channel and the storage chamber, the inlet of the first channel extending circumferentially to a first receiving space of the sample chamber, the outlet of the first channel being the Microfluidic device connected to the radially inner side of the storage chamber.
  11. 제 9항에 있어서, The method of claim 9,
    상기 채널은 상기 샘플 챔버와 상기 반응 챔버를 연결하는 제 2 채널을 포함하고, The channel includes a second channel connecting the sample chamber and the reaction chamber,
    상기 제 2 채널의 입구는 상기 샘플 챔버와 원주방향으로 연장되고, 상기 제 2 채널의 출구는 상기 반응 챔버의 반경 방향 내측면에 연결되는, 미세 유동 장치. The inlet of the second channel extends circumferentially with the sample chamber and the outlet of the second channel is connected to the radially inner side of the reaction chamber.
  12. 제 9항에 있어서, The method of claim 9,
    상기 채널은 상기 반응 챔버와 상기 분리 챔버를 연결하는 제 3 채널을 포함하고, The channel comprises a third channel connecting the reaction chamber and the separation chamber,
    상기 제 3 채널의 입구는 상기 반응 챔버에 반경 방향으로 연장되고, 상기 제 3 채널의 출구는 상기 분리 챔버의 반경 방향 내측면에 연결되는, 미세 유동 장치. The inlet of the third channel extends radially to the reaction chamber and the outlet of the third channel is connected to the radially inner side of the separation chamber.
  13. 제 9항에 있어서, The method of claim 9,
    상기 채널은 상기 분리 챔버와 상기 표적 챔버를 연결하는 제 4 채널을 포함하고, The channel comprises a fourth channel connecting the separation chamber and the target chamber,
    상기 제 4 채널의 입구는 상기 분리 챔버의 일측면에서 원주 방향으로 연장되고, 상기 제 4 채널의 출구는 표적 챔버의 반경 방향 내측면에 연결되는 미세 유동 장치. The inlet of the fourth channel extends circumferentially from one side of the separation chamber, and the outlet of the fourth channel is connected to the radially inner side of the target chamber.
  14. 혈액으로 제공되는 생물학적 시료 내에서 표적 세포를 분리하는 방법으로서, A method for separating target cells in a biological sample provided in the blood,
    상기 시료 내에서 표적 세포와 상이하되, 제 1 밀도 구배 물질을 포함하는 제1 분리 물질을 원심 분리를 이용하여 분리하는 제1 분리 단계;A first separation step of separating a first separation material different from target cells in the sample, the first separation material including a first density gradient material by centrifugation;
    상기 시료 내의 제2 분리 물질에 결합 물질을 부착시키는 결합 단계; 및Attaching a binding material to a second separation material in the sample; And
    상기 시료 내에 상기 표적 세포가 남도록 상기 결합 물질이 결합된 상기 제2 분리 물질을 상기 시료에서 분리하는 제2 분리 단계를 포함하는 표적 세포 분리 방법. And a second separation step of separating the second separation material, to which the binding material is bound, from the sample so that the target cells remain in the sample.
  15. 제 14 항에 있어서, The method of claim 14,
    상기 제1 분리 물질은 적혈구 및 혈장이고, 상기 제2 분리 물질은 백혈구인, 표적 세포 분리 방법. Wherein said first separating substance is red blood cells and plasma and said second separating substance is leukocytes.
  16. 제14항에 있어서, The method of claim 14,
    상기 표적 세포는 혈중 종양 세포(circulating tumor cell), 암 줄기 세포(cancer stem cell) 또는 암 세포(cancer cell)를 포함하는 표적 세포 분리 방법.The target cell is a target cell separation method comprising a circulating tumor cell (cancer stem cells), cancer stem cells (cancer stem cells) or cancer cells (cancer cells).
  17. 제14항에 있어서,The method of claim 14,
    상기 제2 분리 물질은 상기 시료 내에 제2 밀도구배물질을 제공하여 원심 분리를 이용하여 분리하는 표적 세포 분리 방법. The second separation material is a target cell separation method of providing a second density gradient material in the sample to be separated by centrifugation.
  18. 제17항에 있어서, The method of claim 17,
    상기 제2 밀도구배물질은 상기 결합 물질보다 밀도가 낮고, 상기 표적 세포 보다 밀도가 높은 표적 세포 분리 방법. The second density gradient material has a lower density than the binding material, and a higher density than the target cell.
  19. 제14항에 있어서, The method of claim 14,
    상기 제1 분리 단계는 상기 제1 분리 물질을 분리 후 상기 시료가 위치한 공간 이외의 공간으로 상기 시료를 이동시키며,The first separation step moves the sample to a space other than the space where the sample is located after separating the first separation material,
    상기 결합 단계는 상기 제1 분리 단계와 상이한 장소에서 이루어지고, The joining step takes place at a different location than the first separating step,
  20. 제14항에 있어서, The method of claim 14,
    상기 제 2 분리단계는 상기 결합 단계와 상이한 장소에서 이루어지고, The second separating step is performed at a different location from the combining step,
    상기 제 2 분리단계 이후에 상기 표적 세포를 별도의 공간으로 이동시키는 단계를 더 포함하는 표적 세포 분리 방법.The target cell separation method further comprises the step of moving the target cell to a separate space after the second separation step.
  21. 제 14 항에 있어서, The method of claim 14,
    상기 제1 분리 물질 중 일부는 상기 제1 밀도구배물질보다 밀도가 낮고, 상기 제1 분리 물질 중 다른 일부는 상기 제1 밀도구배물질보다 밀도가 높고, 상기 표적 세포는 상기 제1 밀도구배물질보다 밀도가 낮도록 형성되고, Some of the first separation material is less dense than the first density gradient material, other parts of the first separation material are more dense than the first density gradient material, and the target cell is less than the first density gradient material. Formed to have a low density,
    상기 제 1 분리단계에서 상기 제 1 밀도 구배 물질에 의하여 상기 제 1 밀도 구배 물질보다 밀도가 낮은 물질 및 상기 제 1 밀도 구배 물질보다 밀도가 높은 물질이 분리되고, 상기 표적 세포 및 상기 제 1 밀도 구배 물질보다 밀도가 높은 물질이 분리되는 표적 세포 분리 방법. In the first separation step, a material having a lower density than the first density gradient material and a material having a higher density than the first density gradient material are separated by the first density gradient material, and the target cell and the first density gradient are separated. A method for separating target cells in which a substance of higher density than the substance is separated.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101844188B1 (en) * 2017-04-06 2018-03-30 재단법인대구경북과학기술원 Microfluidic apparatus
KR102274523B1 (en) * 2019-12-16 2021-07-08 전남대학교산학협력단 Cartridge Type Microfluidic Device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000508171A (en) * 1996-04-05 2000-07-04 ザ・ジョンズ・ホプキンス・ユニバーシティ・スクール・オブ・メディシン How to enrich rare cells
JP2005512089A (en) * 2001-12-05 2005-04-28 ガンブロ、 インコーポレイテッド Method and apparatus for separating blood components
KR20140071222A (en) * 2012-11-28 2014-06-11 삼성전자주식회사 microfluidic apparatus and method of enriching target cell
KR20150101307A (en) * 2014-02-26 2015-09-03 삼성전자주식회사 Microfluidic device
KR101563687B1 (en) * 2008-09-02 2015-11-09 삼성전자주식회사 Microfluidic cartridge for target molecule purification molecule purification apparatus using the same and molecule purification purification method
KR101844188B1 (en) * 2017-04-06 2018-03-30 재단법인대구경북과학기술원 Microfluidic apparatus

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000508171A (en) * 1996-04-05 2000-07-04 ザ・ジョンズ・ホプキンス・ユニバーシティ・スクール・オブ・メディシン How to enrich rare cells
JP2005512089A (en) * 2001-12-05 2005-04-28 ガンブロ、 インコーポレイテッド Method and apparatus for separating blood components
KR101563687B1 (en) * 2008-09-02 2015-11-09 삼성전자주식회사 Microfluidic cartridge for target molecule purification molecule purification apparatus using the same and molecule purification purification method
KR20140071222A (en) * 2012-11-28 2014-06-11 삼성전자주식회사 microfluidic apparatus and method of enriching target cell
KR20150101307A (en) * 2014-02-26 2015-09-03 삼성전자주식회사 Microfluidic device
KR101844188B1 (en) * 2017-04-06 2018-03-30 재단법인대구경북과학기술원 Microfluidic apparatus

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