KR101223274B1

KR101223274B1 - Cell trapping apparatus

Info

Publication number: KR101223274B1
Application number: KR1020100108649A
Authority: KR
Inventors: 정옥찬
Original assignee: 인제대학교 산학협력단
Priority date: 2010-11-03
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2013-01-17
Also published as: KR20120047023A

Abstract

단일 세포를 외부 자극 없이 포획할 수 있는 세포 포획 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 포획 장치는, 세포를 이동시킬 수 있는 유체의 흐름을 제어하는 유체 채널; 및 이동하는 세포를 포획하기 위하여, 유체 내에서 진동을 일으켜 세포 포획 영역을 형성하기 위한 복수의 진동기를 포함한다. 이에 의하여, 단일 세포를 포획할 수 있는 환경을 제공할 뿐만 아니라, 외부 스트레스를 주지 않고 단일 세포를 포획할 수 있어, 더욱 정밀한 세포 연구를 가능케 할 수 있다.Disclosed is a cell capture device capable of capturing single cells without external stimulation. Cell capture device according to an embodiment of the present invention, the fluid channel for controlling the flow of fluid capable of moving the cell; And a plurality of vibrators for vibrating in the fluid to form cell capture regions to capture the moving cells. This not only provides an environment capable of capturing single cells, but can also capture single cells without exerting external stress, thereby enabling more precise cell research.

Description

세포 포획 장치{CELL TRAPPING APPARATUS}Cell capture device {CELL TRAPPING APPARATUS}

본 발명은 단일 세포를 포획할 수 있는 세포 포획 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체 흐름을 이용하여, 세포에 대한 외부 자극을 최소화하면서 세포를 포획하는 세포 포획 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cell capture device capable of capturing a single cell, and more particularly, to a cell capture device using fluid flow to capture cells while minimizing external stimulation to the cells.

생명 공학의 기술 개발이 활발히 이루어지고 있는 현 시점에서 세포에 대한 연구 및 실험은 기술 개발의 가장 기초적이고 본질적인 부분이다. 세포에 대한 연구나 실험은 인간이나 동식물의 특정 조직 단위로 이루어지는 경우도 있겠지만, 본질적으로는 조직 내 세포 자체, 즉, 단위 세포의 연구는 필수적일 수밖에 없다.Research and experimentation on cells is the most basic and essential part of technology development at the present time when the development of technology in biotechnology is active. Although studies and experiments on cells may be made of specific tissue units of humans or animals or plants, the study of cells in tissues, that is, unit cells, is indispensable.

세포 공학이 발전함에 따라 세포에 대한 연구가 더욱 세분화되면서 단위 세포만을 효율적으로 분석할 수 있는 방법론적 모색이 요구되었고, 미세 공학은 그 방법론을 제공하면서 세포 공학 연구를 가속화하였다.As cell engineering has advanced, research on cells has been further refined, requiring a methodological search for efficient analysis of only unit cells, and microtechnology has accelerated cell engineering research while providing the methodology.

하지만, 세포 연구를 위한 세포 포획 방법에 있어서는 여전히 효율적인 방법이 존재하지 않는다. 생물 미세 공학이 빠른 속도로 발전하고 있음에도 불구하고, 복수의 세포를 한꺼번에 추출하여 세포에 대한 연구가 이루어지고 있는 실정이다.However, there is still no efficient method for cell capture for cell research. Despite the rapid development of biological micro-engineering, the situation is being studied for cells by extracting a plurality of cells at once.

다만, 세포계에서 작용하는 힘은 가시 세계의 것과 매우 다를 수 있으며, 복수의 세포가 존재하는 경우, 단일 세포는 세포 간에 작용하는 힘에 적지 않은 영향을 받는다는 문제점이 존재한다. 그래서, 단일 세포 자체의 정보를 얻기 위해서는 복수의 셀을 추출하여 그 평균을 내어 각 세포의 정보로 판단하여 연구가 이루어지고 있다.However, the force acting in the cell system may be very different from that of the visible world, and when there are a plurality of cells, there is a problem that a single cell is affected by the force acting between the cells. Therefore, in order to obtain information of a single cell itself, a plurality of cells are extracted and averaged, and the information is determined based on the information of each cell.

즉, 단일 세포의 미세 크기에서 작용하는 실제적인 현상이나 세포 정보를 획득하기 위해서는 세포 간에 미치는 영향을 배제하고, 세포 자체만을 연구할 수 있는 환경이 필요함에도 불구하고, 이를 가능케 하기 위해 단일 세포 자체만을 포획하여 추출할 수 있는 방법이 요구된다.In other words, in order to obtain the actual phenomenon or cell information that affects the fine size of a single cell, the environment that can study only the cell itself is excluded in order to exclude the influence between cells, and to make it possible, There is a need for a method that can be captured and extracted.

이를 해결하기 위한 방안이 다소 제시되기는 하였으나, 단일 세포 포획 과정에서 발생하는 외부 스트레스까지 배제시킬 수 있는 방법은 현재까지 제시되지 않았다. 외부 스트레스 없는 단일 세포를 포획할 수 있는 방법은 단일 세포의 정밀한 연구를 위해서, 나아가서는 생명 공학의 발전을 위해서 기본적으로 해결되어야 할 문제로 남아있다.Although some suggestions have been made to solve this problem, no method has been proposed to exclude external stresses in single cell capture process. The ability to capture single cells without external stress remains a fundamental problem for the precise study of single cells, and for biotechnology development.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 외부 스트레스를 주지 않고 단일 세포를 포획할 수 있는 세포 포획 장치를 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention to provide a cell capture device that can capture a single cell without external stress.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 포획 장치는, 세포를 이동시킬 수 있는 유체의 흐름을 제어하는 유체 채널; 및 상기 이동하는 세포를 포획하기 위하여, 상기 유체 내에서 진동을 일으켜 세포 포획 영역을 형성하기 위한 복수의 진동기;를 포함한다.Cell capture device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the fluid channel for controlling the flow of fluid capable of moving the cell; And a plurality of vibrators for vibrating in the fluid to form the cell trapping region to capture the moving cells.

그리고, 상기 유체 채널은, 상기 세포를 상기 세포 포획 영역으로 유도하기 위한 유체를 포함할 수 있다.The fluid channel may include a fluid for directing the cell into the cell capture region.

또한, 상기 복수의 진동기는 상기 유체 채널 내부에 포함되어 있고, 상기 유체 채널 내에서 유체가 흐르는 방향에 평행하게 어레이될 수 있다.In addition, the plurality of vibrators may be included in the fluid channel, and arranged in parallel to a direction in which the fluid flows in the fluid channel.

그리고, 상기 복수의 진동기는 상기 유체 채널 내부에 포함되어 있고, 서로 동일한 간격을 두고 어레이될 수 있다.The plurality of vibrators may be included in the fluid channel, and may be arrayed at equal intervals.

또한, 상기 복수의 진동기 각각은 유체에 진동을 일으키기 위한 압력을 전달받기 위하여 압력 제공 채널과 연결될 수 있다.되어 있는 것을 특징으로 하는 세포 포획 장치.In addition, each of the plurality of vibrators may be connected to the pressure providing channel to receive the pressure for causing the vibration in the fluid.

그리고, 상기 복수의 진동기는 상기 세포 포획 영역을 형성하기 위하여 상기 유체에 기설정된 크기의 압력을 가하고, 상기 세포 포획 영역은 상기 복수의 진동기 각각으로부터 발생된 진동파가 상쇄되어 힘의 평형을 이루는 영역일 수 있다.The plurality of vibrators apply a pressure of a predetermined size to the fluid to form the cell capture region, and the cell capture region is a region where the vibration waves generated from each of the plurality of vibrators cancel each other to balance the force. Can be.

또한, 상기 세포 포획 영역은 정사각형의 꼭지점에 위치하는 4개의 진동기의 중심에 형성될 수 있다.In addition, the cell capture region may be formed at the center of four vibrators located at the vertex of the square.

그리고, 상기 유체 채널 및 상기 복수의 진동기는 모두 PDMS로 제조될 수 있다.The fluid channel and the plurality of vibrators may both be made of PDMS.

또한, 상기 세포를 이동시킬 수 있는 유체는 물(H₂O)일 수 있다.In addition, the fluid capable of moving the cells may be water (H ₂ O).

그리고, 상기 복수의 진동기로부터 형성되는 진동은 최대 125kPa의 압력에 의한 진동일 수 있다.The vibrations formed from the plurality of vibrators may be vibrations due to pressures up to 125 kPa.

상기 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 포획 장치에 의하면, 단일 세포를 포획할 수 있는 환경을 제공할 뿐만 아니라, 외부 스트레스를 주지 않고 단일 세포를 포획할 수 있어, 더욱 정밀한 세포 연구를 가능케 할 수 있다.According to the cell capture device according to an embodiment of the present invention, not only provide an environment capable of capturing single cells, but also can capture single cells without external stress, thereby enabling more precise cell research. have.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 포획 장치의 제조 공정을 나타내는 도면,
도 2a 및 도 2b에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 포획 장치에 있어서, 세포 포획 영역이 형성되는 원리를 설명하기 위한 도면,
도 3a은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 포획 장치의 전체 구성을 나타내는 도면,
도 3b 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 포획 장치의 세부 구성을 나타내는 도면,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 포획 장치에서, 세포가 포획되는 방법을 설명하기 위한 도면, 그리고,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 포획 장치에서, 세포의 위치에 따른 세포내의 물리적인 자극의 영향을 측정한 그래프이다.1 is a view showing a manufacturing process of the cell capture device according to an embodiment of the present invention,
2a and 2b is a view for explaining the principle that the cell capture region is formed in the cell capture device according to an embodiment of the present invention,
Figure 3a is a view showing the overall configuration of the cell capture device according to an embodiment of the present invention,
3b to 3d is a view showing a detailed configuration of the cell capture device according to an embodiment of the present invention,
4A and 4B are views for explaining a method of capturing cells in a cell capture device according to an embodiment of the present invention, and
5a and 5b is a graph measuring the effect of the physical stimulation in the cell according to the position of the cell in the cell capture device according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail with respect to the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 포획 장치의 제조 공정을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 세포 포획 장치는 PDMS(polydimethylsiloxane)로 제조될 수 있다. PDMS는 고분자 물질로 안정적인 점착성을 가질 뿐만 아니라, 성형 가공성이 매우 뛰어난 물질이다. 또한, 광학적으로 일정 두께 이하에서는 투명한 성질을 가지며, 내구성이 뛰어나다는 특성을 가진다. 1 is a view showing a manufacturing process of the cell capture device according to an embodiment of the present invention. The cell capture device shown in FIG. 1 may be made of polydimethylsiloxane (PDMS). PDMS is a polymer material that not only has stable adhesiveness but also has excellent molding processability. In addition, optically transparent and less than a certain thickness has the property of excellent durability.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 포획 장치는 기본적으로 세 개의 PDMS 층으로 구성된다. 구체적으로, 연결층(interconnection layer)(100), 진동기층(vibrator layer)(110) 및 챔버층(chamber layer)(130)으로 구성된다. 여기서, 챔버층(130)은 세포 포획 장치를 전체적으로 지지하는 기능을 갖고, 진동기층(110)은 세포 포획 영역을 생성하기 위하여 진동을 일으키는 기능을 갖는다. 연결층(100)은 외부로부터 압축 공기를 전달하거나 세포를 주입하는 통로가 된다.As shown in FIG. 1, the cell capture device according to the embodiment of the present invention basically consists of three PDMS layers. In detail, the connection layer 100 includes an interconnection layer 100, a vibrator layer 110, and a chamber layer 130. Here, the chamber layer 130 has a function of supporting the cell trapping device as a whole, and the vibrator layer 110 has a function of generating vibration in order to generate a cell capture area. The connection layer 100 is a passage for delivering compressed air or injecting cells from the outside.

챔버층(130)이 생성된 후, 그 위에 유체 필름(120)이 형성된다. 이를 통해 단일 세포가 흐를수 있는 환경을 형성하게 된다. 세 개의 PDMS 층이 형성된 이후, 진동기층(110) 및 챔버층(130)이 서로 본딩되며, 이후 다시 연결층(100)이 본딩되어 세 개의 층이 세포 포획 장치를 구성하게 된다.After the chamber layer 130 is created, a fluid film 120 is formed thereon. This creates an environment in which a single cell can flow. After the three PDMS layers are formed, the vibrator layer 110 and the chamber layer 130 are bonded to each other, and then the connection layer 100 is bonded again to form three cell capture devices.

압축 공기가 진동 챔버(111)로 공급되면, 유체의 흐름이 생성되며, 유체 필름(120) 내의 세포는 생성된 유체의 흐름에 영향을 받게 된다. 진동 챔버(111)의 직경이 유사하고, 그들의 위치가 대칭적이라면 진동 챔버(111)들이 위치하는 정 중앙에 세포 포획 영역이 형성될 것이다. 다시 말해, 진동 챔버(111)는 4개가 하나의 그룹으로 일정 간격을 두고 이격되어 있을 수 있고, 특히, 정사각형의 꼭지점에 하나씩 배치되는 형태로 정렬되는 경우, 정사각형의 정중앙에 세포 포획 영역이 형성될 수 있게 된다. 여기서, 세포 포획 영역이란 유체 필름(120)내에서 이동하는 세포가 흐름을 멈추고 정지하여 포획되는 영역을 말한다.When compressed air is supplied to the vibrating chamber 111, a flow of fluid is generated, and the cells in the fluid film 120 are affected by the flow of the generated fluid. If the diameters of the vibration chambers 111 are similar and their positions are symmetrical, a cell capture region will be formed at the center of the vibration chambers 111. In other words, the vibration chambers 111 may be spaced apart at regular intervals in a group of four, in particular, when arranged in a form arranged one by one at the corners of the square, the cell capture region is to be formed in the center of the square It becomes possible. Here, the cell capture region refers to an area where cells moving in the fluid film 120 are captured by stopping and stopping flow.

하지만, 이와 같은 진동 챔버(111), 즉, 진동기들의 배치는 이와 달리 형성될 수 있고, 그 경우에는 세포 포획 영역이 상술한 바와 다르게 형성될 수 있을 것이다. 다만, 이하에서는 이해의 편의를 위하여 진동 챔버(111), 즉, 진동기들이 도 1에 도시된 바와 같이 정사각형의 꼭지점에 각각 위치하는 형태로 구성된 세포 포획 장치로 상정하여 설명하기로 한다.However, such a vibration chamber 111, ie, the arrangement of the vibrators may be formed differently, in which case the cell capture region may be formed differently than described above. However, hereinafter, the vibration chamber 111, ie, the vibrators are assumed to be described as a cell capture device configured in a form that is located at each vertex of the square as shown in FIG.

도 2a 및 도 2b에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 포획 장치에 있어서, 세포 포획 영역이 형성되는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 2에서 세포가 이동하는 환경을 제공하기 위하여, 유체를 물(H₂O)로 상정하였으나, 이와 달리 세포 흐름의 속도를 제어할 수 있거나, 세포에 화학적 스트레스를 주지 않는 유체라면 이와 다른 것이어도 무방하다. 2A and 2B are diagrams for explaining the principle of forming a cell capture region in the cell capture device according to an embodiment of the present invention. In order to provide an environment in which the cells move in FIG. 2, the fluid is assumed to be water (H ₂ O). However, if the fluid can control the flow rate of the cell or does not give chemical stress to the cell, the fluid may be different. It's okay.

도 2a에서는 4개의 진동기(210)가 일정한 간격에 의해 대칭적으로 배치되어 있다. 4개의 PDMS 진동기(210)에서는 125kPa의 압력을 제공될때 각 진동기(210)로부터는 속도장(velocity field)이 형성된다. 즉, 진동기(210)와 가까운 유체의 경우 강한 속도장에 위치하게 되며, 유체에서 멀리 떨어질 수록 속도장이 약해진다. In FIG. 2A, four vibrators 210 are symmetrically arranged at regular intervals. In four PDMS vibrators 210 a velocity field is formed from each vibrator 210 when a pressure of 125 kPa is provided. That is, the fluid close to the vibrator 210 is located in a strong velocity field, the farther away from the fluid, the weaker the velocity field.

각각의 PDMS 진공기들(210)의 직경은 약 100㎛이며, 각 PDMS 진동기(210)와 유체 필름의 두께는 40㎛로 상정하여 설명하기로 한다. 4개의 진동기들(210)의 직경과 각각의 진동기들 사이의 거리가 동일하기 때문에, 진동기에 의하여 생성되는 유체의 속도장은 xy평면 상에서 제거되거나 최소화될 수 있다. The diameter of each PDMS vacuum unit 210 is about 100 μm, and the thickness of each PDMS vibrator 210 and the fluid film is assumed to be 40 μm. Since the diameters of the four vibrators 210 and the distance between each vibrator are the same, the velocity field of the fluid generated by the vibrator can be eliminated or minimized on the xy plane.

한편, 진동기(210)의 대칭 구조를 이용함으로써, 각 진동기들의 중심부위에 세포 포획 영역(200)이 생성할 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 진동기(210)에 의하여 생성되는 속도장의 단면을 보여준다. 도 2b에 의하면, 파란색의 유체 부분은 중심부로 갈수록 색깔이 어두워지며 이는 속도장이 약해지는 것을 나타낸다. 즉, 진동기에 가까이 있는 유체 부분은 강한 속도장을 받게 되며, 진동기에서 멀리 떨어진 유체 부분은 상대적으로 약한 속도장을 받게된다.On the other hand, by using the symmetrical structure of the vibrator 210, the cell capture region 200 can be generated on the center of each vibrator. As shown in FIG. 2B, the cross section of the velocity field produced by the vibrator 210 is shown. According to FIG. 2B, the blue fluid portion darkens in color toward the center, indicating a weak velocity field. That is, the portion of the fluid close to the vibrator receives a strong velocity field, while the portion of the fluid far from the vibrator receives a relatively weak velocity field.

만약, 어떤 세포가 유체 필름에 존재한다면, 그 세포는 생성되는 더 강한 속도장으로부터 생성된 유체의 흐름에 의해서 약한 속도장으로 이동하게 되며, 4개의 진동기들에 의해 생긴 속도장에 의해서 결국 그 세포는 4개의 진동기의 중심 부위, 즉, 세포 포획 영역(200)으로 이동하게 된다.If a cell is present in the fluid film, the cell is moved to a weak velocity field by the flow of fluid generated from the stronger velocity field produced, and ultimately by the velocity field created by the four vibrators. Is moved to the central portion of the four vibrators, that is, the cell capture region 200.

이와 같이 각각의 진동기에 공기압을 제공하여, 그에 따라 형성되는 속도장에 의하여, 세포를 4개의 진동기의 세포 포획 영역에 고정시킬수 있게 된다. 상술한 발명에 의한 세포 포획 장치에 의하면, 세포 자체가 아닌 세포를 포함하는 유체에 가해지는 물리적인 힘에 의하여, 세포의 이동을 유도하게 되어 세포에는 외부적인 스트레스 없이 단일 세포를 포획할 수 있게 된다.In this way, the air pressure is provided to each vibrator, and accordingly, the velocity field is formed so that the cells can be fixed to the cell capture regions of the four vibrators. According to the cell capture device according to the invention described above, by the physical force applied to the fluid containing the cells, not the cells themselves, the movement of the cells is induced to capture a single cell without external stress to the cells. .

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 포획 장치의 전체 구성을 나타내는 도면, 그리고, 도 3b 내지 ℃도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 포획 장치의 세부 구성을 나타내는 도면이다.Figure 3a is a view showing the overall configuration of the cell capture device according to an embodiment of the present invention, and Figures 3b to 3d is a view showing the detailed configuration of the cell capture device according to an embodiment of the present invention.

도 3a의 세포 포획 장치는 마이크로 사이즈의 크기를 가지며, PDMS로 제조될 수 있다. 상술한 바와 같이 세포 포획 장치는 세 개의 층으로 형성될 수 있으며, 세 개의 층은 고주파로 PDMS 표면을 플라즈마 처리하여 본딩될 수 있다. 우선, PDMS의 각 층이 제조된 이후, PDMS는 진공 챔버내에서 혼합되며, 가스가 제거된다. 이렇게 준비된 액체 상태의 PDMS 혼합물은 SU8 몰드에 넣어진 후, 75℃에서 10분동안 소프트하게 보존처리(cure)된다. SU8으로부터 필링 오프(peeling off)되는 공정에서 진동기의 스트레칭(stretching)을 방지하기 위하여, 챔버층(chamber layer)이 진동기층(vibrator layer) 아래 얼라인된다. 이후 스택 구조의 PDMS는 본딩 공정을 촉진하기 위해서, EM거운 플레이트 위에서 다시 75℃에서 5분동안 다시 보존처리(cure)된다. 본딩된 구조는 실리콘 기판 위에서 필링 오프되며, 다시 연결층(interconnection layer)과 본딩된다. 마지막으로, 외부 압축 공기를 위한 연결구멍 및 세포를 공급하기 위한 포트가 생성된다. 이렇게, 생성된 마이크로 사이즈의 세포 포획 장치의 구조가 도 3a에 도시되어 있다.The cell capture device of FIG. 3A has a micro size and can be made of PDMS. As described above, the cell capture device may be formed of three layers, and the three layers may be bonded by plasma treatment of the PDMS surface at a high frequency. First, after each layer of PDMS is made, the PDMS is mixed in a vacuum chamber and the gas is removed. The liquid PDMS mixture thus prepared is placed in a SU8 mold and then softly cured at 75 ° C. for 10 minutes. In order to prevent stretching of the vibrator in the process of peeling off from SU8, a chamber layer is aligned below the vibrator layer. The stack structured PDMS is then again cure for 5 minutes at 75 ° C. again on an EM hot plate to facilitate the bonding process. The bonded structure is peeled off over the silicon substrate and again bonded with an interconnection layer. Finally, a connection hole for external compressed air and a port for supplying cells are created. Thus, the structure of the resulting microsized cell capture device is shown in FIG. 3A.

다만, 상기 세포 포획 장치의 제조 방법은 일 실시예에 불과하며, 이와 다른 조건/환경 및 순서대로 마이크로 사이즈의 세포 포획 장치를 제조할 수 있음은 물론이다.However, the manufacturing method of the cell capture device is only an embodiment, and of course, the microcapture cell capture device may be manufactured in different conditions / environments and orders.

아울러 도 3b는 7개의 진동기 어레이가 세포 포획 영역을 형성하는 구성을 보여준다. 즉, 세포 포획 영역은 4개의 진동기의 중심 부분에 형성되지만, 진동기의 갯수 및 구성은 다양한 방법으로 구성될 수 있다. 도 3b와 같은 어레이 구조로 되어 있는 경우, 세포 포획 영역이 매우 많아져서, 단일 세포를 각각의 세포 포획 영역에 포획할 수 있어, 단시간에 복수의 단일 세포를 각각 포획할 수 있게 된다.In addition, FIG. 3B shows a configuration in which seven vibrator arrays form cell capture regions. That is, the cell capture region is formed in the central portion of the four vibrators, but the number and configuration of the vibrators can be configured in various ways. In the case of the array structure shown in Fig. 3B, the cell capture region becomes very large, and a single cell can be captured in each cell capture region, and a plurality of single cells can be captured in a short time.

도 3c는 진동기 챔버(vibrator chamber), 진동기막(vibrator diaphragm), 세포 포획 챔버의 높이를 도시하며, 각각 57㎛, 53㎛ 및 25㎛이다. FIG. 3C shows the heights of the vibrator chamber, vibrator diaphragm and cell capture chamber, respectively 57 μm, 53 μm and 25 μm.

세포 포획 챔버 내에서, 공기압 채널의 형성으로 인해 생기는 속도장(velocity field)을 최소화하기 위하여, 진공기 및 공기압 제공 채널 구조는 이중의 SU8 공정을 통해서 제조되는데, 도 3d는 그 구조를 보여준다. 제1 SU8 구조는 진공기 챔버 및 공기 채널을 위한 구조인 반면, 제2 SU8구조는 오직 진공기 챔버만을 위한 구조이다. 여기서, 외부 압축 공기는 최대 250kPa의 압력으로 제공될 수 있다. In the cell capture chamber, to minimize the velocity field resulting from the formation of pneumatic channels, the vacuum and pneumatic providing channel structures are fabricated through a dual SU8 process, FIG. 3D shows the structure. The first SU8 structure is for vacuum chambers and air channels, while the second SU8 structure is for vacuum chambers only. Here, the external compressed air can be provided at a pressure of up to 250 kPa.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 포획 장치에서, 세포가 포획되는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 한편, 도 4는 세포 포획 과정을 비디오 현미경 KH-7700을 통하여 촬영되었다. 각각 125kPa의 압력, 듀티비 50%, 5Hz의 프리퀀시의 진동을 가하였다. 두 개의 진동기 어레이의 주기적인 진동 생성에 의하여, 세포들은 생성된 유체 흐름에 의하여 이동된다. 이는 도 4a에 도시되어 있다. 4A and 4B are diagrams for explaining a method of capturing cells in a cell capture device according to an embodiment of the present invention. On the other hand, Figure 4 was taken through a video microscope KH-7700 cell capture process. The vibrations of 125 kPa pressure, 50% duty ratio, and 5 Hz frequency were applied respectively. By periodic vibration generation of the two vibrator arrays, the cells are moved by the generated fluid flow. This is shown in Figure 4a.

한편, 최종적으로 세포가 세포 포획 영역에 위치하게 된 모습을 도 4b에 도시하였다. 즉, 활성화된 두 개의 진동기 어레이에 의하여 세포는 세포 포획 영역에 고정된다. 세포 포획 방법은 상술한 방법과 동일하며, 도 4b에 도시된 바와 같이 힘의 균형이 이루어지는 4개의 진동기의 중심 부분에 포획된다.On the other hand, the appearance of the cells finally located in the cell capture region is shown in Figure 4b. That is, the cells are fixed to the cell capture region by two activated vibrator arrays. The cell capture method is the same as the method described above, and is captured in the central portions of the four vibrators in which the force is balanced as shown in FIG. 4B.

다만, 도 4b에서는 각각의 진동기의 크기가 모두 동일하고, 활성화되는 진동기 어레이에 제공되는 압축 공기의 조건이 동일하다는 조건을 상정하여, 세포 포획 영역이 이루어지는 모습을 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 각각의 진동기 어레이에 제공되는 압축 공기의 조건은 서로 다를 수도 있고, 이에 따라 세포 포획 영역이 도 4b와 상이하게 형성될 수 있음은 물론이다.In FIG. 4B, although the size of each vibrator is the same and the conditions of the compressed air provided to the activated vibrator array are the same, it is shown that the cell capture region is formed, but is not limited thereto. The conditions of the compressed air provided to the vibrator array of may be different, and accordingly, the cell capture region may be formed differently from FIG. 4B.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 포획 장치에서, 세포의 위치에 따른 세포내의 물리적인 자극의 영향을 측정한 도면이다. 칼슘은 세포 내에서 다양한 영역의 세포 활동을 컨트롤하는 세포내 메신저로서 매우 중요한 기능을 한다. 예를 들어, 유전자 전사(gene transcription), 근육 수축(muscle contraction) 및 세포 증식(cell proliferation) 등의 기능을 갖는다.5a and 5b is a view of measuring the effect of the physical stimulation in the cell according to the position of the cell in the cell capture device according to an embodiment of the present invention. Calcium plays a very important role as an intracellular messenger that controls the cellular activity of various regions within the cell. For example, they have functions such as gene transcription, muscle contraction, and cell proliferation.

도 5a 및 도 5b는 형광 칼슘 표식자(fluorescent calcium indicator)를 도포한 세포가 세포 포획 장치의 위치에 따른 형광도(fluorescence intensity)를 나타낸다. 각각의 진동기의 동작 및 조건은 도 4a 및 도 4b에서와 동일하다. 5A and 5B show the fluorescence intensity of cells coated with a fluorescent calcium indicator according to the position of the cell trapping device. The operation and conditions of each vibrator are the same as in FIGS. 4A and 4B.

구체적으로, 도 5a는 세포의 형광도를 도 5b의 (i),(ii),(iii)에서의 위치에 대응하여 수치로 나타낸 그래프이며, 도 5b는 세포의 위치에 따른 형광도를 3차원 평면 상에서 그림으로 나타낸 것이다.Specifically, Figure 5a is a graph showing the fluorescence of the cell corresponding to the position in Figures (i), (ii), (iii) of Figure 5b, Figure 5b is a three-dimensional fluorescence according to the position of the cell It is shown graphically on the plane.

세포의 위치에 따른 칼슘의 형광도를 비교함으로써, 세포 내부의 내부 신호는 외부 물리 환경에 민감하여 반응한다는 것을 알 수 있다. 도 5b의 그림 (ii)에서와 같이 세포가 진동기에 가까이 근접하는 경우 상대적으로 높은 형광도를 나타낸다. 포획 과정에서 세포는 진동기로부터의 물리적인 응력이나 유체 흐름에 의한 전단 응력(shear stress)에 영향을 받을 수 있음을 알 수 있다.By comparing the fluorescence of calcium with the location of the cells, it can be seen that the internal signals inside the cells react sensitively to the external physical environment. As shown in (ii) of FIG. 5B, when the cell is close to the vibrator, the fluorescence is relatively high. In the capture process, the cells can be affected by the physical stress from the vibrator or the shear stress caused by the fluid flow.

그러나, 도 5b의 그림 (iii)에서와 같이 세포 포획 영역에서는 세포의 형광도가 매우 낮게 내려옴을 알 수 있다. 이는 세포에 대한 힘이 매우 적어지고, 결과적으로 세포가 포획될 때 세포에 가해지는 자극이 무시할 수 있는 정도라는 것을 의미한다.However, it can be seen that the fluorescence of the cells is very low in the cell capture region as shown in Fig. 5 (iii). This means that the force on the cell becomes very low, and as a result, the stimulus applied to the cell when the cell is captured is negligible.

도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 포획 장치는 세포에 물리적인 자극을 가하지 않고, 단일 세포를 포획할 수 있는 환경을 제공할 수 있는 유리한 효과를 도모할 수 있다.As shown in Figures 5a and 5b, the cell capture device according to an embodiment of the present invention can achieve an advantageous effect that can provide an environment that can capture a single cell without physically stimulating the cell Can be.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.While the above has been shown and described with respect to preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, it is usually in the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.

100...................연결층(interconnection layer)
110...................진동기층(vibrator layer)
111...................진동 챔버(vibrator chamber)
112...................진동막(vibrator diaphragm)
120...................유체 필름(fluidic film)
130...................챔버층(chamber layer)100 ......... interconnection layer
110 ..... vibrator layer
111 ......... vibrator chamber
112 .... vibrator diaphragm
120 ......... fluidic film
130 ..... chamber layer

Claims

외부로부터 압축 공기를 전달받도록 공급 포트(port)가 형성된 연결층;
상기 연결층의 하부에 형성되고, 세포 포획 영역을 생성하기 위하여 유체에 기설정된 크기의 압력을 가하여 진동을 일으키는 복수의 진동기가 구비된 진동기 챔버 및 그 하면에 형성된 진동기막으로 구성되는 진동기층;
상기 진동기층의 하부에 형성되고, 세포를 포획할 수 있는 세포 포획 챔버; 및
세포를 이동시킬 수 있는 유체의 흐름을 제어하는 유체 채널;을 포함하고,
상기 공급 포트(port)를 통해 압축 공기가 상기 진동기 챔버에 공급되면, 상기 진동기막의 변형에 따라 생성되는 유체의 흐름에 의하여 상기 세포 포획 챔버로 상기 세포가 포획될 수 있도록 상기 진동기 챔버의 중심에 상기 세포 포획 영역을 생성하는 것을 특징으로 하는 세포 포획 장치. A connection layer in which a supply port is formed to receive compressed air from the outside;
A vibrator layer formed under the connection layer, the vibrator layer including a vibrator chamber having a plurality of vibrators generating vibration by applying a pressure having a predetermined size to a fluid to generate a cell trapping region;
A cell capture chamber formed under the vibrator layer and capable of capturing cells; And
A fluid channel for controlling the flow of fluid capable of moving the cell;
When compressed air is supplied to the vibrator chamber through the supply port, the cell is captured at the center of the vibrator chamber so that the cells can be captured into the cell capture chamber by the flow of fluid generated by the deformation of the vibrator membrane. A cell capture device, characterized by generating a cell capture region.

제 1항에 있어서,
상기 유체 채널은,
상기 세포를 상기 세포 포획 영역으로 유도하기 위한 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 포획 장치.The method of claim 1,
The fluid channel,
And a fluid for directing said cells into said cell capture region.

제 1항에 있어서,
상기 복수의 진동기는 상기 유체 채널 내부에 포함되어 있고, 상기 유체 채널 내에서 유체가 흐르는 방향에 평행하게 어레이되는 것을 특징으로 하는 세포 포획 장치.The method of claim 1,
And the plurality of vibrators are included in the fluid channel and are arranged parallel to the direction in which the fluid flows in the fluid channel.

제 1항에 있어서,
상기 복수의 진동기는 상기 유체 채널 내부에 포함되어 있고, 서로 동일한 간격을 두고 어레이되는 것을 특징으로 하는 세포 포획 장치.The method of claim 1,
The plurality of vibrators are included in the fluid channel, and the cell capture device, characterized in that arranged at equal intervals from each other.

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제 1항에 있어서,
상기 세포 포획 영역은, 정사각형의 꼭지점에 위치하는 4개의 진동기의 중심에 형성되며, 상기 4개의 진동기로부터 발생된 진동파가 상쇄되어 힘의 평형을 이루는 영역인 것을 특징으로 하는 세포 포획 장치.The method of claim 1,
The cell trapping region is formed at the center of four vibrators positioned at the vertices of the square, and the cell trapping device is characterized in that the vibration wave generated from the four vibrators cancel the balance of the force.

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제 1항에 있어서,
상기 세포를 이동시킬 수 있는 유체는 물(H₂O)인 것을 특징으로 하는 세포 포획 장치.The method of claim 1,
The fluid capable of moving the cell is a cell capture device, characterized in that the water (H ₂ O).

제 1항에 있어서,
상기 복수의 진동기로부터 형성되는 진동은 최대 125kPa의 압력에 의한 진동인 것을 특징으로 하는 세포 포획 장치.The method of claim 1,
The vibration formed from the plurality of vibrators is a cell capture device, characterized in that the vibration by the pressure of up to 125kPa.