WO2021125406A1 - 정자 추출 마이크로 유체칩 및 그의 정자 추출 방법 - Google Patents

정자 추출 마이크로 유체칩 및 그의 정자 추출 방법 Download PDF

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WO2021125406A1
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injection unit
microfluidic chip
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김영재
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김영재
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    • B01L2400/084—Passive control of flow resistance
    • B01L2400/086—Passive control of flow resistance using baffles or other fixed flow obstructions

Definitions

  • the present invention relates to a sperm extraction microfluidic chip and a method for extracting sperm thereof, and more particularly, to a unidirectional flow of fluid using capillary effect and evaporation effect, and healthy sperm by using rheotaxis of sperm.
  • the present invention relates to a sperm extraction microfluidic chip capable of effectively extracting spermatozoa, and a method for extracting sperm thereof.
  • the serious low fertility problem is emerging as a global problem not only in Korea, but also infertility or infertility due to the decrease in fertility and genital diseases due to the aging of women and the increase in stress and environmental pollution are rapidly increasing.
  • assisted reproductive techniques such as ovulation induction, intrauterine artificial insemination (IUI), in vitro fertilization, embryo transfer, and intracytoplasmic sperm injection have been developed and applied to actual clinical practice to overcome such infertility and infertility.
  • a microfluidic chip was developed to separate healthy sperm, and even in this case, an external power source such as a fluid pump, syringe pump, etc. is required because the fluid flow is formed to separate the sperm, and thus the problem of complicated structure may occur.
  • the embodiment of the present invention can form a unidirectional flow of fluid due to the capillary effect and evaporation effect generated in the micropillars without a separate external power source, and also allows sperm to move in the direction of the injection unit using mainstream properties, making it healthy
  • a sperm extraction microfluidic chip capable of effectively extracting sperm is provided.
  • the sperm extraction microfluidic chip includes a chip body having an injection unit formed on one side for injecting a fluid, disposed on the chip body to be symmetrical with a position of the injection unit, and the fluid injected into the injection unit includes a plurality of micropillars that generate a capillary effect and an evaporation effect so as to maintain a flow in one direction, and semen containing sperm is dropped onto the plurality of micropillars, and Some of the included sperm may be extracted from the injection unit by moving against the flow of the fluid by rheotaxis.
  • a plurality of barrier rib channels may be provided between the plurality of micropillars and the injection unit to improve the flow of the sperms dropped onto the plurality of micropillars.
  • the plurality of micropillars according to an embodiment of the present invention may be regularly arranged in horizontal and vertical directions to form a grid pattern.
  • each of the plurality of micropillars according to an embodiment of the present invention may be formed as a square column, a rectangular column, or a rhombus-shaped column.
  • each of the plurality of micropillars according to an embodiment of the present invention may be formed in a cylindrical or elliptical column.
  • the plurality of barrier rib channels according to an embodiment of the present invention may be provided in parallel to each other so that a path is formed in the flow direction of the sperm.
  • the plurality of barrier rib channels according to an embodiment of the present invention may be provided in a radially converging type or a pillar type in which a path is formed in the flow direction of the sperm and the width of the path becomes narrower toward the injection unit.
  • the chip body is detachable from the chip body according to an embodiment of the present invention, and further comprises a cover part for covering the region of the injection part and the plurality of barrier rib channels, and the cover part injects the fluid into the injection part or the injection part A cover hole for extracting the collected sperm may be formed.
  • the method for extracting sperm of a sperm extraction microfluidic chip includes: a fluid flow forming step of injecting a fluid into the injection unit to form a flow of the fluid in the one direction; A sperm transfer step of dropping semen containing sperm into a pillar so that some of the sperm included in the dropped semen move against the flow of the fluid by rheotaxis, and the sperm collected in the injection unit It may include a sperm extraction step of extracting them.
  • a plurality of barrier rib channels are provided between the plurality of micropillars and the injection unit, and during the sperm movement step, the plurality of barrier rib channels cause the plurality of micropillars to pass through.
  • the released sperm can improve the mainstreaming.
  • the present invention it is possible to form a unidirectional flow of fluid due to the capillary effect and the evaporation effect generated in the micropillars without a separate external power source, and also the sperm can move in the direction of the injection part using the mainstream. It can effectively extract healthy sperm.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating a sperm extraction microfluidic chip according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view in which a cover part is separated from the microfluidic chip shown in FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a plan view of the microfluidic chip shown in FIG. 2 excluding the cover.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for extracting sperm of the sperm extraction microfluidic chip shown in FIG. 1 .
  • FIG. 5 is a plan view schematically illustrating a sperm extraction microfluidic chip according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating a sperm extraction microfluidic chip according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of the microfluidic chip shown in FIG. 1 with a cover removed
  • FIG. 3 is shown in FIG. It is a plan view excluding the cover part of the microfluidic chip.
  • the sperm extraction microfluidic chip 100 includes a chip body 110 forming a basic frame, and a chip body 110 provided on the chip body 110 to inject fluid.
  • the injection unit 120 the plurality of micro pillars 130 provided on the chip body 110 to form a flow of the fluid in one direction (arrow A direction), and the plurality of micro pillars 130 .
  • It may include a plurality of partition wall channels 140 to improve rheotaxis so that sperm included in the dropped semen can go toward the injection unit 120 , and a cover unit 150 to cover the chip body 110 . have.
  • the chip body 110 of this embodiment has a flat rectangular plate shape and an injection unit ( 120) is formed.
  • the injection unit 120 may be provided with a fluid flowing in one direction within the chip body 110 , and as will be described later, sperm to be extracted are gathered in the injection unit 120 to extract sperm from the injection unit 120 . .
  • separation prevention walls 121 are formed on the right and both sides of the injection unit 120 , so that the fluid injected into the injection unit 120 or the sperm collected in the injection unit 120 . It is possible to prevent the chip body 110 from being separated to the outside. Since the separation preventing wall 121 has a shape that gathers toward the right, when the fluid is injected into the injection unit 120, the injected fluid can be evenly spread to the partition wall channel 140 to be described later, and also the injection unit 120 direction. Sperms that move to the can also be well collected in the injection unit 120 .
  • the fluid injected through the injection unit 120 may continuously flow in one direction (arrow B direction), that is, in the direction in which the plurality of micropillars 130 are provided in the injection unit 120 direction. That is, it is possible to maintain the flowability of the fluid.
  • the plurality of micropillars 130 of the present embodiment may be arranged on the upper left side of the chip body 110 so as to be symmetrical to the position of the injection unit 120 as shown in FIGS. 1 to 3 .
  • the plurality of micropillars 130 have a capillary effect and an evaporation effect so that the fluid injected into the injection unit 120 can maintain a flow in one direction (arrow A direction), that is, in the direction of the micropillars 130 . It has a structure that can be created.
  • the plurality of micropillars 130 may be regularly arranged in horizontal and vertical directions.
  • the plurality of micropillars 130 may be densely arranged to have a lattice pattern, and the capillary effect may be maximized due to this arrangement structure, so that the fluid may be drawn in one direction, and thus the flow of the fluid may be reduced. make it possible to keep
  • the arrangement structure of the plurality of micropillars 130 has a grid pattern, but the present invention is not limited thereto. If the pattern can maximize the capillary effect and the evaporation effect, an arrangement structure other than the grid pattern may be applied. It is natural to have
  • the plurality of micropillars 130 may have a square prism shape as shown in FIG. 3 , and thus each micropillar 130 is disposed close to the adjacent micropillars 130 to maximize the capillary effect. It can attract the fluid through it and make the fluid flow.
  • the fluid injected into the injection unit 120 may continue to maintain flowability until the end of the micropillars 130 .
  • the evaporation effect may be maximized to further induce evaporation of the fluid.
  • the fluid can flow smoothly and continuously in one direction in the chip body 110 .
  • the micropillar 130 may be provided in the shape of a square column as described above, but is not limited thereto.
  • it may be provided in another shape such as a rectangular column, a rhombus-shaped column, a cylinder, or an elliptical column. is natural
  • the flow of the fluid is formed as described above, and the flow of sperm is formed in a direction opposite to the flow of the fluid (arrow B direction) so that the sperm moves in the direction of the injection unit 120 , which will be described.
  • the semen discharged from the male is dropped into the plurality of micropillars 130, and some of the sperm included in the dropped semen move in the direction of the injection unit 120 against the flow of the fluid due to mainstreaming. It may be extracted from the injection unit 120 .
  • the sperm of the semen dropped onto the plurality of micropillars 130 are mixed with the fluid, and as described above, the fluid flows in the direction of the arrow A due to the capillary effect and evaporation effect generated by the micropillars 130 . and sperm move in the opposite direction (arrow B direction) against the fluid by mainstreaming. To put it simply, healthy sperm will try to move by swimming to the injection unit 120 by the mainstream.
  • rheotaxis refers to the property of sperm to move in the opposite direction of the fluid flow when a fluid flows at a specific speed. Unhealthy sperm or white blood cells in semen can be swept away due to the flow of fluid, but healthy sperm can swim against the flow of fluid. This is to extract only healthy sperm.
  • this embodiment has a structure for extracting sperm by the mainstream of the sperm, and without requiring an additional external power source for the flow of the fluid as in the prior art, the fluid flow can be maintained due to the capillary effect and the evaporation effect. convenient to have
  • the microfluidic chip 100 of this embodiment may further include a plurality of barrier rib channels 140 so that healthy sperm can move well from the micropillars 130 to the injection unit 120 .
  • the plurality of barrier rib channels 140 may be provided in parallel to each other to form a path in the flow direction of the sperm.
  • healthy sperm has straightness, whereas unhealthy sperm rotates in place or draws a curve.
  • the partition wall channel 140 of this embodiment allows healthy sperm to move straight in the direction of the injection unit 120 . ) to extract healthy sperm from In other words, the efficiency of extracting healthy sperm may be higher due to the plurality of partition wall channels 140 .
  • the microfluidic chip 100 of this embodiment is detachable from the chip body 110 , and the region of the injection unit 120 and the plurality of partition wall channels 140 . It may further include a covering part 150 .
  • a cover hole 151 for injecting a fluid into the injection unit 120 or extracting sperm collected in the injection unit 120 may be formed in the cover unit 150 . Due to the cover part 150 , it is possible to prevent the fluid or sperm moving in the chip body 110 from being affected by external foreign substances.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for extracting sperm of the sperm extraction microfluidic chip shown in FIG. 1 .
  • the sperm extraction method of the sperm extraction microfluidic chip 100 includes a fluid flow forming step (S100), a sperm moving step (S200), and a sperm extraction step (S300). ) may be included.
  • the fluid may be injected into the injection unit 120 to form a fluid flow in one direction.
  • a capillary effect and an evaporation effect may occur when the fluid flows, and thus, the one-way flow of the fluid may be maintained.
  • semen containing sperm is dropped into the plurality of micropillars 130, and some of the sperm included in the dropped semen are affected by the flow of the fluid due to rheotaxis. You can move backwards and backwards.
  • healthy sperm that has been moved to the injection unit 120 due to mainstreaming may be extracted using an extractor (not shown).
  • a one-way flow of fluid can be formed due to the capillary effect and evaporation effect generated in the micropillars 130 without a separate external power source, and also the sperm can use the mainstream. Since it can move in the direction of the injection unit 120, it is possible to effectively separate and extract healthy sperm.
  • FIG. 5 is a plan view schematically illustrating a sperm extraction microfluidic chip according to another embodiment of the present invention.
  • the microfluidic chip 200 according to another embodiment of the present invention is different from the fluid chip 100 (refer to FIG. 1 ) of the above-described embodiment in the structure of the barrier rib channel 240 .
  • the barrier rib channel 240 of the present embodiment may be provided in a radially converging type in which a path is formed in the flow direction of the sperm and the width of the path becomes narrower toward the injection unit 220 direction. Therefore, since the sperm moving from the micropillars 230 to the injection unit 220 are moved to the injection unit 220 through a narrowing path, the mainstream of the sperm can be better used.
  • the structure of the barrier rib channels 140 and 240 is not limited to the structure of the above-described embodiment or another embodiment, and it is natural that, for example, a pillar-type barrier rib channel may be provided.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 정자 추출 마이크로 유체칩은, 일측에는 유체가 주입되는 주입부가 형성되는 칩본체와, 상기 주입부의 위치와 대칭되도록 상기 칩본체에 배치되며, 상기 주입부에 주입된 상기 유체가 일 방향으로의 흐름을 유지할 수 있도록 모세관 효과 및 증발 효과를 발생시키는 복수 개의 마이크로필라(Micro pillars)을 포함하며, 정자가 포함된 정액이 상기 복수 개의 마이크로 필라에 투하되며, 투하된 상기 정액에 포함된 정자들의 일부 정자들이 주류성(rheotaxis)에 의해서 상기 유체의 흐름에 거슬러 이동하여 상기 주입부에서 추출될 수 있다.

Description

정자 추출 마이크로 유체칩 및 그의 정자 추출 방법
본 발명은 정자 추출 마이크로 유체칩 및 그의 정자 추출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 모세관 효과 및 증발 효과를 이용하여 유체의 일 방향 흐름을 형성하고 또한 정자의 주류성(rheotaxis)을 이용하여 건강한 정자를 효과적으로 추출할 수 있는 정자 추출 마이크로 유체칩 및 그의 정자 추출 방법에 관한 것이다.
심각한 저출산 문제는 우리나라뿐 아니라 전 세계적인 문제로 대두되고 있으며, 여성의 고령 임신에 따른 생식능력 감소와 생식기 질환 증가 그리고 스트레스 및 환경 오염 증가 등으로 인한 불임 또는 난임 발생 빈도는 빠르게 증가하고 있다.
따라서 이러한 불임 및 난임 극복을 위한 배란 유도, 자궁 내 인공수정(IUI), 체외수정, 배아이식, 세포질 내 정자주입술 등과 같은 다양한 보조생식술이 개발되어 실제 임상에 적용되고 있다.
특히 이들 과운데 체외수정을 통해 생산된 체외수정란을 이용한 배아 이식은 국내뿐만 아니라 국외에서도 임상 적용 사례가 가장 많은 시술 빈도를 가지고 있다. 체외수정을 통한 체외수정란 생산에 있어서, 양질의 체외수정란 생산은 성공적인 임신을 위한 중요한 요소이며, 따라서 체외수정란 생산 과정에서 운동성이 좋은 정자를 효율적으로 선별하는 과정이 매우 중요하다.
이를 위해, 스윔-업(swim-up) 방법을 비롯한 다양한 체외 정자 처리 기술이 개발되어 사용되고 있지만 장시간 전자의 체외 노출이 요구되기 때문에 이후 정자의 DNA 손상 증가가 유발될 수 있다.
이에 건강한 정자를 분리하기 위해 마이크로 유체칩이 개발되었는데, 이의 경우에도 유체 흐름을 형성하여 정자를 분리하는 것이기 때문에 유체펌프, 시린지펌프 등과 외부 동력원을 필요로 하였고, 따라서 구조가 복잡화되는 문제가 발생될 수 있었다.
따라서, 건강한 정자를 효과적으로 분리할 수 있으면서도 외부 동력원 없이도 유체의 흐름을 형성시킴으로써 건강한 정자가 모일 수 있도록 하는 새로운 구조의 정자 추출 마이크로 유체칩의 개발이 요구되는 실정이다.
선행 기술로는, 대한민국 등록특허 10-1485336호(발명의 명칭: 친수성 필라에 의해 마이크로 채널의 수동형 펌프를 구현한 바이오칩 및 그 제조 방법) 등이 있다.
본 발명의 실시예는 별도의 외부 동력원 없이도 마이크로필라들에서 발생되는 모세관 효과 및 증발 효과로 인해서 유체의 일 방향 흐름을 형성할 수 있고, 또한 정자가 주류성을 이용하여 주입부 방향으로 이동할 수 있어 건강한 정자를 효과적으로 추출할 수 있는 정자 추출 마이크로 유체칩을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 정자 추출 마이크로 유체칩은, 일측에는 유체가 주입되는 주입부가 형성되는 칩본체와, 상기 주입부의 위치와 대칭되도록 상기 칩본체에 배치되며, 상기 주입부에 주입된 상기 유체가 일 방향으로의 흐름을 유지할 수 있도록 모세관 효과 및 증발 효과를 발생시키는 복수 개의 마이크로필라(Micro pillars)을 포함하며, 정자가 포함된 정액이 상기 복수 개의 마이크로 필라에 투하되며, 투하된 상기 정액에 포함된 정자들의 일부 정자들이 주류성(rheotaxis)에 의해서 상기 유체의 흐름에 거슬러 이동하여 상기 주입부에서 추출될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 상기 칩본체에서 상기 복수 개의 마이크로필라와 상기 주입부의 사이에는 상기 복수 개의 마이크로 필라에 투하된 상기 정자들이 주류성을 향상시키기 위한 복수 개의 격벽 채널이 구비될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 상기 복수 개의 마이크로필라는 가로 및 세로 방향으로 규칙적으로 배치되어 격자 패턴을 형성할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 상기 복수 개의 마이크로필라 각각은 정사각기둥, 직사각기둥 또는 마름모 형태의 기둥으로 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 상기 복수 개의 마이크로필라 각각은 원기둥 또는 타원기둥으로 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 상기 복수 개의 격벽 채널은 상기 정자의 흐름 방향으로 경로가 형성되도록 상호 평행하게 마련될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 상기 복수 개의 격벽 채널은 상기 정자의 흐름 방향으로 경로가 형성되되 상기 주입부 방향으로 갈수록 경로의 폭이 좁아지는 방사 수렴형으로 마련되거나 필라 타입으로 마련될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 상기 칩본체에 착탈 가능하며, 상기 주입부의 영역 및 상기 복수 개의 격벽 채널을 덮는 덮개부를 더 포함하며, 상기 덮개부에는 상기 주입부에 상기 유체를 주입하거나 상기 주입부에 모아진 상기 정자들을 추출하기 위한 덮개홀이 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 정자 추출 마이크로 유체칩의 정자 추출 방법은, 상기 주입부에 유체를 주입하여 상기 일 방향으로의 상기 유체의 흐름을 형성하는 유체 흐름 형성 단계와, 상기 복수 개의 마이크로필라에 정자가 포함된 정액을 투하하여, 투하된 상기 정액에 포함된 정자들의 일부 정자들이 주류성(rheotaxis)에 의해서 상기 유체의 흐름에 거슬러 이동하도록 하는 정자 이동 단계와, 상기 주입부에 모아진 상기 정자들을 추출하는 정자 추출 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 상기 칩본체에서 상기 복수 개의 마이크로필라와 상기 주입부의 사이에는 복수 개의 격벽 채널이 구비되며, 상기 정자 이동 단계 시, 상기 복수 개의 격벽 채널로 인해 상기 복수 개의 마이크로필라에 투하된 상기 정자들이 주류성이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 별도의 외부 동력원 없이도 마이크로필라들에서 발생되는 모세관 효과 및 증발 효과로 인해서 유체의 일방향 흐름을 형성할 수 있고, 또한 정자가 주류성을 이용하여 주입부 방향으로 이동할 수 있어 건강한 정자를 효과적으로 추출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정자 추출 마이크로 유체칩을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 마이크로 유체칩에서 덮개부를 분리한 사시도이다.
도 3는 도 2에 도시된 마이크로 유체칩에서 덮개부를 제외한 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 정자 추출 마이크로 유체칩의 정자 추출 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정자 추출 마이크로 유체칩을 개략적으로 도시한 평면도이다.
*도면 중 주요 부호에 대한 설명
100 : 마이크로 유체칩
110: 칩본체
120: 주입부
121: 이탈 방지벽
130: 복수 개의 마이크로 채널
140: 격벽 채널
150: 덮개부
151: 덮개홀
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정자 추출 마이크로 유체칩을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 마이크로 유체칩에서 덮개부를 분리한 사시도이며, 도 3는 도 2에 도시된 마이크로 유체칩에서 덮개부를 제외한 평면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 정자 추출 마이크로 유체칩(100)은, 기본 틀을 형성하는 칩본체(110)와, 칩본체(110) 상에 마련되어 유체가 주입되는 주입부(120)와, 칩본체(110) 상에 구비되어 유체의 일 방향(화살표 A 방향) 흐름을 형성하도록 하는 복수 개의 마이크로필라(130, Micro pillar)와, 복수 개의 마이크로필라(130)에 투하된 정액에 포함된 정자들이 주입부(120) 방향으로 갈 수 있도록 주류성(rheotaxis)을 향상시키는 복수 개의 격벽 채널(140)과, 칩본체(110)의 덮는 덮개부(150)를 포함할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 별도의 외부 동력원 없이도 마이크로필라(130)들에서 발생되는 모세관 효과 및 증발 효과로 인해서 유체의 일 방향(화살표 A 방향) 흐름을 형성할 수 있고, 또한 정자가 주류성을 이용하여 주입부(120) 방향(화살표 B 방향)으로 이동할 수 있어 건강한 정자를 효과적으로 분리할 수 있다. 즉, 구조의 간소화와 건강한 정자 추출의 정확성 및 효율성을 향상시킬 수 있는 것이다.
각각의 구성에 대해서 설명하면, 먼저 본 실시예의 칩본체(110)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 평평한 직사각 플레이트 형상을 가지며 도 3 기준으로 우측 상면에는 유체가 주입되는 주입부(120)가 형성되어 있다.
주입부(120)에는 칩본체(110) 내에서 일 방향으로 흐르는 유체가 제공될 수 있으며, 후술하겠지만 추출하고자 하는 정자가 주입부(120)로 모여서 주입부(120)로부터 정자를 추출할 수 있다.
도 3을 참고하면, 칩본체(110)에서 주입부(120)의 우측 및 양측에는 이탈 방지벽(121)이 형성되어 주입부(120)로 주입되는 유체 또는 주입부(120)로 모이는 정자가 칩본체(110) 외부로 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 이탈 방지벽(121)은 우측으로 갈수록 모이는 형상을 가짐으로써 유체가 주입부(120)에 주입되는 경우 주입된 유체는 후술할 격벽 채널(140)로 고르게 퍼질 수 있고, 아울러 주입부(120) 방향으로 이동되는 정자 역시 주입부(120)에 잘 모아질 수 있다.
한편 주입부(120)를 통해 주입된 유체는 일 방향(화살표 B 방향), 즉 주입부(120) 방향에서 복수 개의 마이크로필라(130)가 마련된 방향으로 계속적으로 흘러갈 수 있다. 즉, 유체의 흐름성을 유지할 수 있는 것이다.
이는 복수 개의 마이크로필라(130)의 구조로 기인된 것이다. 본 실시예의 복수 개의 마이크로필라(130)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 것처럼, 주입부(120)의 위치에 대칭되도록 칩본체(110)의 좌측 상면에서 배열될 수 있다. 아울러, 전술한 것처럼, 복수 개의 마이크로필라(130)는 주입부(120)에 주입된 유체가 일 방향(화살표 A 방향) 즉 마이크로필라(130) 방향으로 흐름을 유지할 수 있도록 모세관 효과 및 증발 효과를 발생시킬 수 있는 구조를 가지고 있다.
도 3을 참고하면, 복수 개의 마이크로필라(130)는 가로 및 세로 방향으로 규칙적으로 배치될 수 있다. 예를 들면 격자 패턴을 갖도록 복수 개의 마이크로필라(130)가 조밀하게 배열될 수 있으며, 이러한 배열 구조로 인해서 모세관 효과를 극대화시킬 수 있어 유체를 자신의 일 방향으로 끌어당길 수 있으며 따라서 유체의 흐름을 유지할 수 있도록 한다.
다만, 본 실시예에서는 복수 개의 마이크로필라(130)의 배열 구조가 격자 패턴을 가진다고 상술하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 모세관 효과 및 증발 효과를 극대화시킬 수 있는 패턴이라면 격자 패턴 말고도 다른 배열 구조가 적용될 수 있음은 당연하다.
복수 개의 마이크로필라(130)는, 도 3에 도시된 것처럼, 정사각기둥의 형상을 가질 수 있으며, 따라서 각각의 마이크로필라(130)는 인접한 마이크로필라(130)와 근접하게 배치됨으로써 모세관 효과를 극대화시킬 수 있고 이를 통해 유체를 끌어당겨 유체가 흐르게 만들 수 있다.
또한, 전술한 마이크로필라(130)들의 배열로 인해 주입부(120)에 주입된 유체가 마이크로필라(130) 끝에 이르기까지 흐름성을 계속 유지할 수 있다. 아울러, 마이크로필라(130)들 사이에 유체가 차 있을 경우, 증발 효과가 극대화되어 유체의 증발을 더 유발시킬 수 있다.
다시 말해, 복수 개의 마이크로필라(130)들이 모세관 효과 및 증발 효과를 극대화할 수 있는 구조를 가짐으로써 칩본체(110) 내에서 유체의 일 방향 흐름이 원활하면서도 지속적으로 이루어질 수 있는 것이다.
다만, 마이크로필라(130)는 전술한 것처럼 정사각기둥 형상으로 마련될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 직사각기둥, 마름모 형태의 기둥, 원기둥 또는 타원기둥과 같은 다른 형상으로 마련될 수 있음은 당연하다.
한편, 유체의 흐름은 전술한 것처럼 형성되고, 정자의 흐름은 유체의 흐름과 반대 방향(화살표 B 방향)으로 형성되어 주입부(120) 방향으로 정자가 이동하게 되는데, 이에 대해서 설명하기로 한다.
본 실시예에 따르면, 남성으로부터 배출된 정액은 복수 개의 마이크로필라(130)에 투하되며 투하된 정액에 포함된 정자들의 일부 정자들은 주류성에 의해서 유체의 흐름에 거슬러 주입부(120) 방향으로 이동하여 주입부(120)에서 추출될 수 있다.
부연하면, 복수 개의 마이크로필라(130)에 투하된 정액의 정자는 유체와 섞이게 되며, 전술한 것처럼 유체는 마이크로필라(130)들에 의해 발생되는 모세관 효과 및 증발 효과에 의해서, 화살표 A 방향으로 흐르게 되고, 정자는 주류성에 의해서 유체를 거슬러 역 방향(화살표 B 방향)으로 이동하게 된다. 쉽게 표현하면, 주류성에 의해서 건강한 정자는 주입부(120)까지 헤엄을 쳐서 이동하려 한다는 것이다.
주류성(rheotaxis)에 대해서 설명하면, 주류성이란 정자의 성질 중 특정 속도로 유체가 흐를 경우 오히려 유체 흐름의 반대 방향으로 이동하려는 성질을 가리킨다. 정액 내의 건강하지 못한 정자나 백혈구 등은 유체의 흐름 때문에 휩쓸려 내려갈 수 있지만, 건강한 정자는 유체의 흐름을 거슬러 헤엄칠 수 있는데, 본 실시예에서는 이러한 정자의 주류성과, 전술한 유체의 흐름성을 이용하여서 건강한 정자만을 추출하려는 것이다.
아울러, 본 실시예에서는, 정자가 가지는 주류성에 의해서 정자를 추출하는 구조를 가지는데, 종래와 같이 유체의 흐름을 위해서 추가적인 외부 동력원을 요구하지 않고도, 모세관 효과 및 증발 효과로 인해 유체 흐름을 유지할 수 있어서 편리하다.
또한, 정자의 주류성을 이용하기 때문에 건강한 정자를 정확하면서도 효율적으로 분리할 수 있다.
한편, 본 실시예의 마이크로 유체칩(100)은, 건강한 정자가 마이크로필라(130)들로부터 주입부(120) 방향으로 잘 이동할 수 있도록, 복수 개의 격벽 채널(140)을 더 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 복수 개의 격벽 채널(140)은 정자의 흐름 방향으로 경로가 형성되도록 상호 평행하게 마련될 수 있다. 정자 중 건강한 정자는 직진성을 가지는 반면에 건강하지 못한 정자는 제자리에서 돌거나 곡선을 그리는데, 본 실시예의 격벽 채널(140)은 건강한 정자가 주입부(120) 방향으로 직진 이동하게 함으로써 주입부(120)에서 건강한 정자를 추출할 수 있도록 한다. 다시 말해, 복수 개의 격벽 채널(140)로 인해서 건강한 정자 추출의 효율이 더 높아질 수 있는 것이다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 마이크로 유체칩(100)은, 칩본체(110)에 착탈 가능하며, 주입부(120)의 영역 및 복수 개의 격벽 채널(140)을 덮는 덮개부(150)를 더 포함할 수 있다.
덮개부(150)에는 주입부(120)에 유체를 주입하거나 주입부(120)에 모아진 정자들을 추출하기 위한 덮개홀(151)이 형성될 수 있다. 이러한 덮개부(150)로 인해서 칩본체(110) 내에서 이동하는 유체 또는 정자가 외부의 이물질 등에 의해서 영향을 받는 것을 방지할 수 있다.
한편, 이하에서는, 전술한 정자 분석 마이크로 유체칩(100)을 이용하여 정자를 추출하는 방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 4는 도 1에 도시된 정자 추출 마이크로 유체칩의 정자 추출 방법을 나타낸 순서도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 정자 추출 마이크로 유체칩(100)의 정자 추출 방법은, 유체 흐름 형성 단계(S100)와, 정자 이동 단계(S200)와, 정자 추출 단계(S300)를 포함할 수 있다.
먼저, 본 실시예의 유체 흐름 형성 단계(S100) 시에는, 주입부(120)에 유체를 주입하여 일 방향으로의 유체의 흐름을 형성시킬 수 있다. 전술한 것처럼, 마이크로필라(130)가 가진 구조로 인해 유체의 흐름 시 모세관 효과와 증발 효과가 발생될 수 있고, 따라서 유체의 일 방향 흐름이 유지될 수 있다.
본 실시예의 정자 이동 단계(S200) 시에는, 복수 개의 마이크로필라(130)에 정자가 포함된 정액을 투하하고, 투하된 정액에 포함된 정자들의 일부 정자들이 주류성(rheotaxis)에 의해서 유체의 흐름에 거슬러 역방향으로 이동할 수 있다.
한편, 본 실시예의 정자 추출 단계(S300) 시에는, 주류성에 의해서 주입부(120)로 이동된 건강한 정자를 추출기(미도시)를 이용하여 추출할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 별도의 외부 동력원 없이도 마이크로필라(130)들에서 발생되는 모세관 효과 및 증발 효과로 인해서 유체의 일방향 흐름을 형성할 수 있고, 또한 정자가 주류성을 이용하여 주입부(120) 방향으로 이동할 수 있어 건강한 정자를 효과적으로 분리 및 추출할 수 있다.
한편, 이하에서는 도면을 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 정자 추출 마이크로 유체칩을 설명하되 전술한 일 실시예의 구성과 실질적으로 대응되는 것에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정자 추출 마이크로 유체칩을 개략적으로 도시한 평면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 유체칩(200)은 전술한 일 실시예의 유체칩(100, 도 1 참조)과 격벽 채널(240) 구조에 있어서 차이점이 있다.
본 실시예의 격벽 채널(240)은 정자의 흐름 방향으로 경로가 형성되되 주입부(220) 방향으로 갈수록 경로의 폭이 좁아지는 방사 수렴형으로 마련될 수 있다. 따라서 마이크로필라(230)에서 주입부(220) 방향으로 이동되는 정자가 좁아지는 경로를 거쳐 주입부(220)로 이동되기 때문에 정자의 주류성을 보다 더 잘 이용할 수 있다.
다만 격벽 채널(140, 240)의 전술한 일 실시예 또는 다른 실시예의 구조에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 필라 타입의 격벽 채널이 마련될 수 있음은 당연하다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (10)

  1. 일측에는 유체가 주입되는 주입부가 형성되는 칩본체; 및
    상기 주입부의 위치와 대칭되도록 상기 칩본체에 배치되며, 상기 주입부에 주입된 상기 유체가 일 방향으로의 흐름을 유지할 수 있도록 모세관 효과 및 증발 효과를 발생시키는 복수 개의 마이크로필라(Micro pillars);
    을 포함하며,
    정자가 포함된 정액이 상기 복수 개의 마이크로 필라에 투하되며, 투하된 상기 정액에 포함된 정자들의 일부 정자들이 주류성(rheotaxis)에 의해서 상기 유체의 흐름에 거슬러 이동하여 상기 주입부에서 추출되는 것을 특징으로 하는 정자 추출 마이크로 유체칩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 칩본체에서 상기 복수 개의 마이크로필라와 상기 주입부의 사이에는 상기 복수 개의 마이크로 필라에 투하된 상기 정자들이 주류성을 향상시키기 위한 복수 개의 격벽 채널이 구비되는 것을 특징으로 하는 정자 추출 마이크로 유체칩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 마이크로필라는 가로 및 세로 방향으로 규칙적으로 배치되어 격자 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 정자 추출 마이크로 유체칩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 마이크로필라 각각은 정사각기둥, 직사각기둥 또는 마름모 형태의 기둥으로 형성되는 것을 특징으로 하는 정자 추출 마이크로 유체칩.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 마이크로필라 각각은 원기둥 또는 타원기둥으로 형성되는 것을 특징으로 하는 정자 추출 마이크로 유체칩.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 격벽 채널은 상기 정자의 흐름 방향으로 경로가 형성되도록 상호 평행하게 마련되는 것을 특징으로 하는 정자 추출 마이크로 유체칩.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 격벽 채널은 상기 정자의 흐름 방향으로 경로가 형성되되 상기 주입부 방향으로 갈수록 경로의 폭이 좁아지는 방사 수렴형으로 마련되거나 필라 타입으로 마련되는 것을 특징으로 하는 정자 추출 마이크로 유체칩.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 칩본체에 착탈 가능하며, 상기 주입부의 영역 및 상기 복수 개의 격벽 채널을 덮는 덮개부를 더 포함하며,
    상기 덮개부에는 상기 주입부에 상기 유체를 주입하거나 상기 주입부에 모아진 상기 정자들을 추출하기 위한 덮개홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 정자 추출 마이크로 유체칩.
  9. 일측에는 유체가 주입되는 주입부가 형성되는 칩본체와, 상기 주입부의 위치와 대칭되도록 상기 칩본체에 배치되며 상기 주입부에 주입된 상기 유체가 일 방향으로의 흐름을 유지할 수 있도록 모세관 효과 및 증발 효과를 발생시키는 복수 개의 마이크로필라를 포함하는 정자 추출 마이크로 유체칩의 정자 추출 방법에 있어서,
    상기 주입부에 유체를 주입하여 상기 일 방향으로의 상기 유체의 흐름을 형성하는 유체 흐름 형성 단계;
    상기 복수 개의 마이크로필라에 정자가 포함된 정액을 투하하여, 투하된 상기 정액에 포함된 정자들의 일부 정자들이 주류성(rheotaxis)에 의해서 상기 유체의 흐름에 거슬러 이동하도록 하는 정자 이동 단계; 및
    상기 주입부에 모아진 상기 정자들을 추출하는 정자 추출 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 정자 추출 마이크로 유체칩의 정자 추출 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 칩본체에서 상기 복수 개의 마이크로필라와 상기 주입부의 사이에는 복수 개의 격벽 채널이 구비되며,
    상기 정자 이동 단계 시, 상기 복수 개의 격벽 채널로 인해 상기 복수 개의 마이크로필라에 투하된 상기 정자들이 주류성이 향상되는 것을 특징으로 하는 정자 추출 마이크로 유체칩의 정자 추출 방법.
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