KR100709284B1 - 주화성 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본 발명은 채널의 형태가 웰부분으로 갈수록 채널 폭이 점차 좁아지는 구조를 가지는 웰 유닛을 포함하는 주화성 측정장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 웰, 채널, 몸체부 및 유리기판으로 이루어진 웰 유닛에 상부하우징과 하부하우징을 구성하여, 상부하우징의 돌출부에 의하여 몸체부을 누름으로써 웰과 채널의 연결을 차단하거나, 상부하우징에 형성된 밸브부를 웰 내부에 삽입함으로써 웰과 채널의 연결을 차단하기 위한 주화성 측정장치에 관한 것이다.

주화성, 웰, 채널, 웰 유닛, 주화성 측정장치

Description

주화성 측정장치 {chemotaxis measurement apparatus}

도 1a는 종래기술에 따른 수직채널구조의 주화성 측정장치의 단면도,

도 1b는 종래기술에 따른 수평채널구조의 주화성 측정장치의 구조의 평면도,

도 1c는 종래기술에 따른 수평채널구조의 주화성 측정장치의 구조에 내벽을 포함한 구조의 다른 실시예를 나타내는 평면도,

도 2는 본 발명에 따른 웰 유닛의 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 채널의 구조가 감소하는 형태의 웰 유닛의 평면도,

도 4a는 본 발명에 따른 돌출부를 가진 상부하우징, 하부하우징 및 웰 유닛으로 구성된 주화성 측정장치의 단면도,

도 4b는 본 발명에 따른 밸브부를 가진 상부하우징, 하부하우징 및 웰 유닛으로 구성된 주화성 측정장치의 다른 실시예를 나타내는 단면도,

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 격자를 포함한 유리기판을 적용시킨 세포의 주화성 장치의 평면도, 및

도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 격자를 포함한 유리기판을 제조하는 공정 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 웰 120 : 채널

120a : 감소채널 120b : 채널벽

130 : 유리기판 140 : 마이크로 채널

210 : 상부개구부 220 : 상판결합부

230 : 상판잠금부 240 : 돌출부

240b : 밸브부 240b-1 : 웰 접합부

250 : 하판결합부 260 : 하판잠금부

270 : 웰유닛 지지부 280 : 하부개구부

본 발명은 주화성 측정장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 주화성 물질이 담긴 웰부분으로 갈수록 채널폭이 점차 좁아지는 구조를 가지는 웰 유닛을 포함하는 주화성 측정장치에 관한 것이다.

도 1a는 종래기술에 따른 수직채널 구조의 주화성 측정장치이다. 생체 외 시험관(In vitro)에서 세포 주화성을 검출하기 위한 장치로 보이덴 챔버(Boyden chamber)가 사용되어 왔다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 이 장치는 세포(2)가 통과할 수 있는 크기의 구멍(직경 3∼8㎛)을 가진 필터(3)에 의하여 상부챔버(1)와 하부챔버(4)로 나누어진 구조를 갖는데, 상부챔버(1)에는 세포 부유액(cell suspension)을, 하부챔버(4)에는 주화성 인자(chemotactic factor)를 함유하는 검체 용액(specimen solution)을 넣으면, 주화성 인자를 향하여 필터(3)를 통과하여 이동한 세포 또는 필터(3)의 뒷면에 나타난 세포의 수를 계수하는 장치이다.

도 1b는 종래기술에 따른 수평채널구조의 주화성 측정장치의 구조이다. 이는 25×75㎜, 두께 2㎜의 현미경 글라스 슬라이드 위에 폭 1㎜의 채널(6)을 끼우고 그 양쪽에 폭 4㎜, 길이 25㎜, 깊이 1㎜의 두 개의 웰(5)이 형성되어 있는 것이다. 즉, 두 개의 웰(5)이 채널(6)을 통하여 서로 연결되어 있다. 한 쪽의 웰(5)에 세포 부유액을 넣고, 다른 쪽 웰(5)에 주화성 인자를 함유하는 검체 용액을 넣고, 커버 글라스를 덮으면, 채널(6)을 통하여 한 쪽 웰(5)로부터 다른 쪽 웰(5)로 이동하는 세포가 현미경을 통하여 관찰된다.

상기 수평채널구조의 주화성 측정장치는, 세포를 기판에 잘 부착시키기 위한 코팅용액을 웰과 채널에 주입하여 일정시간 인큐베이션하는 제 1단계; 세포부유액을 한쪽 웰에 주입하고 세포가 기판에 부착될 때까지 인큐베이션하는 제 2단계; 배양액만 제외한 후 새로운 배지 용액을 세포가 놓여 있는 웰과 채널에 주입하는 제 3단계; 세포부유액이 주입된 반대편 웰에 주화성인자를 주입하는 제 4단계; 및 세 포의 이동을 현미경으로 관찰하는 제 5단계의 과정에 의하여 세포의 이동을 관찰하게 된다.

도 1c는 종래기술에 따른 수평채널구조의 주화성 측정장치의 구조에 내벽을 포함한 구조이다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 채널(6) 내에 세포가 통과하는 홈을 구성하는 내벽(7)을 설치하여 보이덴 챔버(Boyden chamber)에서의 필터(3)와 같은 역할을 할 수 있게 한 것이다.

상기 도 1a의 수직채널구조의 주화성 측정장치는 세포의 자발적인 이동에 결정적인 영향을 미치는 요소로 알려진 주화성물질의 농도기울기의 형성이 본 구조에서는 증명된 바가 없고, 따라서 주화성에 의한 세포이동을 명확히 입증함에 문제가 있다. 또한, 챔버가 고가이며, 세포를 염색해야하고 세포의 수를 계산하기 위해 멤브레인(membrane)을 챔버에서 분리해야 하므로 비효율적이며, 세포 이동의 실시간 측정이 불가능하여 원하는 데이터를 얻을 수가 없고, 수직채널구조의 장치는 비교적 많은 양의 세포를 획득하여 주화성을 측정하여야 하므로 매우 적은 양으로 존재하는 세포를 이용하여 세포의 주화성을 측정하는 경우에는 문제가 있다.

또한, 상기 도 1b 및 도 1c의 수평채널구조의 주화성 측정장치는 상기 제시한 단계에 있어, 제 2단계의 세포 주입과정에서 웰과 채널의 연결된 구조 때문에 세포부유액이 채널쪽으로 이동하게 될 수 있는데, 이런 경우 세포가 채널로 퍼져서 주화성인자 쪽으로의 이동관찰이 용이하지 않게 되며, 세포부유액을 웰의 중심부에만 주입하는 것은 실험자의 능숙도가 요구되며 신뢰도가 떨어지고 시간이 많이 걸린다는 문제점이 있다. 제 4단계에서는 피펫팅(pipetting)에 의해 주화성인자를 주입하므로 피펫팅(pipetting)방법에 따라 또는 실험자에 따라 주입 후의 주화성인자의 농도기울기가 달라져 신뢰도에 문제를 줄 수 있다. 제 5단계에서는 주화성인자가 주입된 웰방향으로의 세포의 이동수와 이동거리를 측정하기 어렵다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 웰, 채널, 몸체부 및 유리기판으로 이루어진 웰 유닛에 상부하우징과 하부하우징을 구성하여, 상부하우징의 돌출부에 의하여 몸체부을 누름으로써 웰과 채널의 연결을 차단하기 위한 수평구조로 고안된 주화성 측정장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 웰, 채널, 마이크로 채널 및 유리기판으로 이루어진 웰 유닛에 상부하우징과 하부하우징을 구성하여, 상부하우징의 돌출부에 의하여 마이크로 채널을 누름으로써 웰과 채널의 연결을 차단하기 위한 수평구조로 고안된 주화성 측정장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

또한, 웰, 채널, 몸체부 및 유리기판으로 이루어진 웰유닛에 상부하우징과 하부하우징을 구성하여, 상부하우징에 형성된 2중막구조의 돌출부를 웰 내부에 삽입하여 웰과 채널의 연결을 차단하기 위한 수평구조로 고안된 주화성 측정장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

또한, 웰 유닛의 구성에 있어서, 채널의 형태를 웰부분으로 갈수록 채널폭이 점차 좁아지는 구조로 하고, 유리기판에 격자가 형성된 구조로 한 수평구조로 고안된 주화성 측정장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 주화성 측정용 웰유닛, 상기 웰유닛의 상부에 위치하고, 상기 웰유닛을 개폐하기 위한 상부하우징 및 상기 웰유닛의 하부에 위치하여, 상기 웰유닛을 지지하기 위한 하부하우징을 포함하고, 위 주화성 측정용 웰유닛은 액체 시료를 수납할 수 있는 제 1 및 제 2 웰, 상기 제 1 및 제 2 웰을 서로 연결하기 위한 채널, 상기 제 1 및 제 2 웰과 채널의 하부에 형성된 유리 기판 및 상기 유리 기판 상에서 위치하며 상기 제 1 및 제 2 웰과 채널을 둘러싸는 몸체부를 포함하고, 상기 채널은 제 1 웰에서 제 2 웰로 갈수록 채널폭이 좁아지는 감소채널구조인 주화성 측정장치에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 목적은 위 주화성 측정장치에 있어서 그 유리기판에는 격자패턴이 형성된 주화성 측정장치에 의해 달성된다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 2는 본 발명에 따르는 웰 유닛의 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 액체 시료를 수납할 수 있는 제 1 및 제 2 웰(110); 상기 제 1 및 제 2 웰(110)을 서로 연결하기 위한 채널(120); 상기 채널(120)의 상부에 형성된 몸체부(140); 및 상기 제 1 및 제 2 웰(110)과 채널(120)의 하부에 형성된 유리 기판(130)을 포함한 웰 유닛으로 구성되어 있다. 상기 몸체부(140)은 PDMS(polydimethylsiloxane) 등의 탄성 고무 재질을 사용한다.

도 3은 본 발명에 따른 채널의 구조가 감소하는 형태의 웰 유닛의 평면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 주화성 물질이 주입된 웰 부분(제 2 웰)으로 갈수록 채널폭이 점점 좁아지고, 최대감소지점의 폭이 바람직하게는 1~10㎛인 형태의 감소채널(120a) 구조로 되어 있다. 감소채널이 아닌 구조에 비해, 상대적으로 적은 몰수의 주화성분자가 주화성물질의 웰 입구에 배열됨에 따라, 이들의 확산을 통한 희석은 웰 부위가 넓어 많은 몰수의 분자가 배열되는 구조에 비해 천천히 이루어지므로 한쪽 웰부위가 좁아지는 구조의 경우는 가장 좁은 위치에서는 상대적으로 적은 수의 분자가 확산되고, 확산 경로를 따라 채널이 넓어짐으로써 더 가파른 농도 기울기를 형성하고, 따라서 평형이 되기까지의 시간이 더 오래 걸린다. 즉, 주화성물질이 웰에서 채널로 이동할 때 서서히 농도기울기를 형성할 뿐만 아니라 오래 유지하는 것도 가능하게 한다.

또한, 내부 채널벽(120b)에 젤상태의 주화성 물질(콜라겐젤, Matrigel 등)을 코팅하여 채널의 모양을 따라 주화성물질의 농도 기울기가 형성되게 한다. 즉, 채널의 폭이 좁아지는 부위에서는 코팅된 물질이 채널 내의 용액에 녹아들어 형성되는 농도치가 폭이 넓은 부위에서 형성되는 농도치 보다 크기 때문에 농도기울기를 보다 용이하게 형성할 수 있다. 상기 방법을 감소채널(120a) 형태의 웰 유닛에 복합적으로 적용함으로써 주화성물질의 농도기울기가 더욱 잘 형성되고, 더욱 오래 농도기울기를 유지되게 하는 것이 가능하다.

도 4a는 본 발명에 따른 돌출부를 가진 상부하우징, 하부하우징 및 웰 유닛으로 구성된 주화성 측정장치의 단면도이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 상부하우징은 액체시료를 주입하기 위한 상부개구부(210); 하판결합부(250)와 정렬하기 위한 상판결합부(220); 하판잠금부(260)과 결속하기 위한 상판잠금부(230); 및 몸체부(140)을 눌러 밸브역할을 하기 위한 돌출부(240)로 구성되어 있으며, 하부하우징은 상판결합부(220)와 정렬하기 위한 하판결합부(250); 상판잠금부(230)과 결속하기 위한 하판잠금부(260); 웰 유닛을 지지하기 위한 웰 유닛 지지부(270); 및 세포의 이동을 관찰하기 위한 하부개구부(280)로 구성되어 있다. 웰과 채널을 차단하기 위해 각각의 웰과 채널사이의 밸브가 필요하며, 이는 마이크로밸브를 삽입하면 되지만, 구조 및 제작이 복잡해지고 고가의 장치들도 더불어 필요하다. 따라서 웰 유닛에 PDMS(polydimethylsiloxane) 등 탄성 고무와 같은 재질로 몸체부(140)을 제작하고 상기 몸체부(140)을 위쪽에서 눌러주는 상부하우징의 돌출부(240)로 구성된 간단한 구조물을 이용하여 마이크로밸브 대신 임시 밸브의 역할을 하게 된다. 이때, 상판결합부(220)와 하판결합부(250)에 의하여 상부하우징과 하부하우징이 결합하게 되고, 상판잠금부(230)와 하판잠금부(260)에 의하여 상부하우징과 하부하우징의 결합이 결속된다.

도 4b는 본 발명에 따른 2중막구조의 돌출부를 가진 상부하우징, 하부하우징 및 웰 유닛으로 구성된 주화성 측정장치의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 상부하우징은 액체시료를 주입하기 위한 상부개구부(210); 하판결합부(250)와 정렬하기 위한 상판결합부(220); 하판잠금부(260)와 결속하기 위한 상판잠금부(230); 및 상기 개구부(210)에 분리가능한 형태로 제작되고, 웰의 공간에 삽입되어 밸브역할을 하기 위한 밸브부(240b)로 구성되어 있으며, 하부하우징은 상판결합부(220)와 정렬하기 위한 하판결합부(250); 상판잠금부(230)과 결속하기 위한 하판잠금부(260); 웰 유닛을 지지하기 위한 웰 유닛 지지부(270); 및 세포의 이동을 관찰하기 위한 하부개구부(280)로 구성되어 있다. 웰과 채널을 차단하기 위해 각각의 웰과 채널사이의 밸브가 필요하며, 이는 마이크로밸브를 삽입하면 되지만, 구조 및 제작이 복잡해지고 고가의 장치들도 더불어 필요하다. 따라서, 웰 내로 삽입되는 밸브부(240b)로 구성된 간단한 구조물을 이용하여 마이크로 밸브 대신 웰과 채널을 차단시키는 임시 밸브역할을 하게 된다. 이때, 상판결합부(220)와 하판결합부(250)에 의하여 상판과 하판이 결합하게 되고, 상판잠금부(230)와 하판잠금부(260)에 의하여 상판과 하판의 결합이 결속된다. 도 4b의 밸브부(240b)는 상부개구부(210)에서 소모성으로 분리가능한 형태로 제작되어 교체가 가능하도록 하며, 밸브부(240b)의 가장 끝단, 즉, 웰 접합부(240b-1)는 약간의 압력에 의해서도 유리 기판과 좋은 접착력을 보이는 테프론 또는 폴리머 재질로 만들어진다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 격자를 포함한 유리기판을 적용시킨 수평구조로 된 세포의 주화성 장치의 평면도이다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 유리기판의 격자의 크기는 바람직하게 5㎛×5㎛로 형성하여 웰 유닛의 세포 이동경로를 관찰할 수 있다. 또한, 세포의 주화성을 다량으로 한번에 가능하도록 다수의 웰 유닛이 배열된 형태가 가능하며(도 5a), 여러 종류의 주화성물질을 주입하여 세포의 이동경로를 비교실험이 가능하도록 십자(cross)형태의 웰 유닛이 배열된 형태가 가능하다.(도 5b)

도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 격자를 형성한 유리기판을 제조하는 공정 단면도이다. 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 유리기판 위에 리소그래피 기술을 이용하여 격자 패턴을 형성하는 단계; 상기 패턴이 형성된 유리기판 상에 다른 유리기판을 접착하는 단계; 및 상기 격자패터닝이 유리 윗면에 드러나도록 윗면을 평탄하게 연마하는 단계로 구성된다. 상기 격자 패턴 형성 단계의 유리기판의 격자무늬 패터닝에는 감광막(PR), 산화티타늄(TiO2), 인듐주석화합물(ITO) 등의 투명 물질을 사용한다. 즉, 투명한 물질(TiO2, ITO, PR 등)을 이용해 유리기판에 포토공정을 통해 격자모양으로 30nm정도의 두께로 패터닝을 한다(도 6a). 그 후 다른 파이렉스(pyrex) 유리기판과 아노딕본딩(anodic bonding) 등의 방법으로 접착한다(도 6b). 상기 접착된 유리기판의 윗면을 CMP(Chemical Mechanical Planarization) 등을 통해 평탄하게 갈아서 격자패터닝이 유리 윗면에 거의 드러나도록 한다(도 6c). 따라서, 완성된 유리기판은 세포가 기판에 부착하여 이동하더라도 격자패턴을 통하여 이동거리와 위치파악이 가능하다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 따르면, 간단한 구조의 돌출부에 의하여, 웰에 세포부유액 주입시 세포부유액이 채널로 유입됨을 방지하고, 피펫팅(pipetting) 에러에 의한 주화성물질이 채널로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 웰의 중심에만 세포부유액을 피펫팅(pipetting)하게 하기 위해 웰 크기를 키울 필요가 없으므로, 사용되는 세포와 배양시료의 양을 줄일 수가 있고, 몸체부 부근 가까이에 세포를 위치시키는 것이 가능한 효과가 있다. 또한, 채널과 주화성물질주입 웰 사이의 연결부위 폭을 감소시켜 세포의 이동에 매우 중요한 주화성 물질의 농도기울기 형성과 유지를 가능하게 하는 효과가 있다. 또한, 격자가 포함된 유리기판을 통하여 시간에 따른 세포의 위치 파악이 용이하고 이동한 세포의 수를 계산함에 편리한 효과가 있다.

Claims (12)

1. 액체 시료를 수납할 수 있는 제 1 및 제 2 웰;

   상기 제 1 및 제 2 웰을 서로 연결하기 위한 채널;

   상기 제 1 및 제 2 웰과 채널의 하부에 형성된 유리 기판; 및

   상기 유리 기판 상에서 위치하며 상기 제 1 및 제 2 웰과 채널을 둘러싸는 몸체부를 포함하고,

   상기 채널은 제 1 웰에서 제 2 웰로 갈수록 채널폭이 좁아지는 감소채널구조인 세포의 주화성을 측정하기 위한 웰유닛.
2. 제 1항의 주화성 측정용 웰유닛;

   상기 웰유닛의 상부에 위치하고, 상기 웰유닛을 개폐하기 위한 상부하우징; 및

   상기 웰유닛의 하부에 위치하여, 상기 웰유닛을 지지하기 위한 하부하우징

   을 포함하는 주화성 측정장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 채널의 내벽에는 주화성 물질이 코팅되는 주화성 측정 장치.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 유리 기판은 격자패턴이 형성된 주화성 측정장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 유리기판의 격자패턴은 감광막, 산화티타늄 및 인듐주석화합물 중 어느 하나를 사용하는 주화성 측정장치.
6. 제 2항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부하우징은,

   상기 상부하우징과 정렬하기 위한 하판결합부;

   상기 상부하우징과 결속하기 위한 하판잠금부;

   상기 웰유닛을 지지하기 위한 웰 유닛 지지부; 및

   세포의 이동을 관찰하기 위한 하부개구부

   를 포함하는 주화성 측정장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 상부하우징은,

   상기 제 2 웰에 액체시료를 주입하기 위한 상부개구부;

   상기 하판결합부와 정렬하기 위한 상판결합부;

   상기 하판잠금부와 결속하기 위한 상판잠금부; 및

   상기 채널 위쪽의 상기 몸체부를 눌러주어 상기 채널이 막히도록 밸브역할을 하는 돌출부

   를 포함하는 주화성 측정 장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 몸체부는 탄성고무재질인 주화성 측정장치.
9. 제 6항에 있어서, 상기 상부하우징은,

   상기 제 2 웰에 액체시료를 주입하기 위한 상부개구부;

   상기 하판결합부와 정렬하기 위한 상판결합부;

   상기 하판잠금부와 결속하기 위한 상판잠금부; 및

   상기 상부개구부로부터 상기 제 2 웰 내부로 이동 가능하게 삽입되어 상기 제 2 웰을 상기 채널로부터 고립시키는 밸브부

   를 포함하는 주화성 측정 장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 밸브부의 끝단은 테프론 또는 폴리머 재질인 주화성 측정장치.
11. 삭제
12. 삭제

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