KR101659670B1 - A 3-dimensional cell culture-chip for imaging - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이미징용 3차원 세포 배양칩에 관한 것이다. 실시 예에 따르면, 이미징용 3차원 세포 배양칩은, 세포 및 기질의 혼합액이 주입되기 위한 매트릭스 인렛과, 상기 매트릭스 인렛으로부터 분지되는 복수 개의 분지 유로와, 상기 복수 개의 분지 유로에 각각 연결되는 복수 개의 매트릭스 아웃렛을 포함하는 매트릭스 채널; 및 배양액이 주입되기 위한 배양액 인렛과, 배양액 아웃렛과, 상기 배양액 인렛 및 배양액 아웃렛을 연결하며 상기 복수 개의 분지 유로 중 적어도 둘 이상의 분지 유로와 직접 연통되는 순환부를 포함하는 순환식 배양액 채널을 포함할 수 있다. The present invention relates to a three-dimensional cell culture chip for imaging. According to the embodiment, the three-dimensional cell culture chip for imaging comprises a matrix inlet for injecting a mixture of cells and a substrate, a plurality of branch channels branched from the matrix inlet, and a plurality of branch channels connected to the plurality of branch channels A matrix channel including a matrix outlet; And a circulating culture channel including a culture solution inlet for injecting the culture solution, a culture solution outlet, and a circulation part connecting the culture solution inlet and the culture solution outlet and directly communicating with at least two branch channels of the plurality of branch channels. have.

Description

이미징용 3차원 세포 배양칩{A 3-DIMENSIONAL CELL CULTURE-CHIP FOR IMAGING}A 3-DIMENSIONAL CELL CULTURE-CHIP FOR IMAGING [0002]

본 발명은 이미징용 3차원 세포 배양칩에 관한 것이다. The present invention relates to a three-dimensional cell culture chip for imaging.

마이크로플루이딕스(microfluidics) 기반의 3차원 미세세포 배양 및 분석 시스템(3-dimensional microfluidic cell chip)에 대한 개발이 최근 이루어지고 있ㅇ으며, 그 예로, 졸-겔(sol-gel) 상변이가 일어나는 물질, 배지 및 시약 주입구, 졸-겔 상변이를 일으키는 물질 및 세포 주입구, 상변이 조절 유체 주입구, 주채널(main channel), 유체 배출구로 이루어진 미세 유체 세포 칩들이 개발되고 있다. 예를 들면, 미국 공개특허 US 2014-0273223호에는, 종래의 세포 배양칩이 개시된다.Development of a 3-dimensional microfluidic cell chip based on microfluidics has recently been developed, for example, in which a sol-gel phase change occurs Microfluidic cell chips are being developed which consist of material, medium and reagent inlet, substances causing sol-gel phase change, and cell inlet, top flow control fluid inlet, main channel and fluid outlet. For example, US Patent Publication No. US 2014-0273223 discloses a conventional cell culture chip.

본 발명의 목적은, 보다 안정적인 3차원 배양 구조를 만들어 작은 칩에 구현함으로써, 편리하고 빠르게 세포의 활성에 영향을 미치는 약물 및 기타 화학물질에 대한 효과를 볼 수 있는 3차원 세포 배양용 바이오칩을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a biochip for three-dimensional cell culture, which can realize a more stable three-dimensional culture structure and realize effects on drugs and other chemicals that can be conveniently and quickly applied to a small chip, .

실시 예에 따르면, 이미징용 3차원 세포 배양칩은, 세포 및 기질의 혼합액이 주입되기 위한 매트릭스 인렛과, 상기 매트릭스 인렛으로부터 분지되는 복수 개의 분지 유로와, 상기 복수 개의 분지 유로에 각각 연결되는 복수 개의 매트릭스 아웃렛을 포함하는 매트릭스 채널; 및 배양액이 주입되기 위한 배양액 인렛과, 배양액 아웃렛과, 상기 배양액 인렛 및 배양액 아웃렛을 연결하며 상기 복수 개의 분지 유로 중 적어도 둘 이상의 분지 유로와 직접 연통되는 순환부를 포함하는 순환식 배양액 채널을 포함할 수 있다.
상기 순환부는, 상기 복수 개의 분지 유로 중 하나의 분지 유로와 직접 연통되는 배양액 공급 유로를 포함하고, 상기 하나의 분지 유로 및 배양액 공급 유로 사이에 복수 개가 이격 배치되어, 상기 하나의 분지 유로로부터 상기 배양액 공급 유로로 세포 및 기질의 혼합액이 누출되는 것을 방지하기 위한 마이크로 포스트를 더 포함할 수 있다.
상기 마이크로 포스트는, 상기 매트릭스 인렛으로부터 상기 매트릭스 아웃렛을 향하여 갈수록, 상기 분지 유로의 중심을 향하여 경사지는 형상의 단면을 가질 수 있다.
상기 마이크로 포스트는, 상기 분지 유로의 중심을 향하여 경사지는 형상의 평행 사변형의 단면을 가질 수 있다.
상기 순환부는, 상기 복수 개의 분지 유로 중 하나의 분지 유로의 양측에 각각 직접 연통되는 제 1 배양액 공급 유로 및 제 2 배양액 공급 유로; 및 상기 제 1 배양액 공급 유로 및 제 2 배양액 공급 유로를 서로 연통시키는 우회 유로를 포함하고, 상기 제 1 배양액 공급 유로로 안내되는 배양액의 유동 방향은, 상기 제 2 배양액 공급 유로를 통해 안내되는 배양액의 유동 방향과 서로 반대일 수 있다.
상기 순환부는, 상기 복수 개의 분지 유로 중 다른 하나의 분지 유로에 직접 연통되는 제 3 배양액 공급 유로; 및 상기 제 1 배양액 공급 유로 또는 제 2 배양액 공급 유로와, 상기 제 3 배양액 공급 유로를 서로 연결하는 연결 유로를 더 포함할 수 있다.
상기 이미징 3차원 세포 배양칩은, 상기 매트릭스 인렛으로부터 연장되며, 상기 분지 유로의 입구부를 규정하는 격벽을 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 이미징용 3차원 세포 배양칩은, 세포 및 기질의 혼합액이 주입되기 위한 매트릭스 채널과, 배양액이 주입되기 위한 배양액 채널이 형성되는 베이스; 상기 베이스의 일측에 배치되어, 세포 배양시에 상기 두 개의 채널로 유입된 유체들이 외부로 누출되는 것을 방지하고, 투명한 재질로 형성되는 제 1 커버; 및 상기 베이스를 기준으로 상기 제 1 커버의 반대측에 탈부착 가능하게 제공되는 제 2 커버를 포함할 수 있다.
상기 제 1 커버는, 퓨즈드 실리카(fused silica) 재질로 형성될 수 있다.
상기 제 2 커버는, 커버 베이스; 및 상기 커버 베이스의 양면 중 상기 베이스를 향한 면에 형성되는 반사부를 포함할 수 있다.
상기 반사부는, 은(Ag) 또는 알루미늄(Al) 등의 금속 재질로 상기 커버 베이스에 코팅 형성될 수 있다. According to the embodiment, the three-dimensional cell culture chip for imaging comprises a matrix inlet for injecting a mixture of cells and a substrate, a plurality of branch channels branched from the matrix inlet, and a plurality of branch channels connected to the plurality of branch channels A matrix channel including a matrix outlet; And a circulating culture channel including a culture solution inlet for injecting the culture solution, a culture solution outlet, and a circulation part connecting the culture solution inlet and the culture solution outlet and directly communicating with at least two branch channels of the plurality of branch channels. have.
Wherein the circulation portion includes a culture liquid supply passage that is in direct communication with one branch passage of the plurality of branch passages, and a plurality of the branch passages are spaced apart from each other between the one branch passage and the culture solution supply passage, And a micropost to prevent leakage of the mixed liquid of the cells and the substrate into the supply flow path.
The micropost may have a cross section that is inclined toward the center of the branch passage from the matrix inlet toward the matrix outlet.
The micropost may have a cross-section of a parallelogram shape that is inclined toward the center of the branch passage.
Wherein the circulation unit includes a first culture liquid supply passage and a second culture liquid supply passage which are respectively communicated directly to both sides of one branch passage among the plurality of branch passages; And a bypass channel that communicates the first culture solution supply passage and the second culture solution supply passage with each other, and the flow direction of the culture solution guided by the first culture solution supply passage is the same as the flow direction of the culture solution guided through the second culture solution supply passage And may be opposite to the flow direction.
Wherein the circulation unit includes: a third culture liquid supply passage directly communicating with another branch flow channel of the plurality of branch flow channels; And a connection channel for connecting the first culture solution supply passage or the second culture solution supply passage and the third culture solution supply passage to each other.
The imaging three-dimensional cell culture chip may further include a partition wall extending from the matrix inlet and defining an inlet portion of the branch passage.
According to an embodiment, a three-dimensional cell culture chip for imaging comprises: a matrix channel for injecting a mixed solution of cells and a substrate; a base on which a culture channel for injecting a culture liquid is formed; A first cover disposed on one side of the base to prevent fluids introduced into the two channels from leaking out during cell culture and formed of a transparent material; And a second cover detachably provided on an opposite side of the first cover with respect to the base.
The first cover may be formed of a fused silica material.
The second cover includes: a cover base; And a reflector formed on a surface of the cover base facing the base on both sides of the cover base.
The reflective portion may be formed on the cover base with a metal such as silver (Ag) or aluminum (Al).

본 발명에 따르면, 바이오칩의 제작의 편의성을 향상시키고, 제조 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 한번의 주입만으로, 각각 분지된 영역으로 세포 및 기질의 혼합액을 공급하고, 한번의 주입만으로 모든 분지된 영역에 배양액을 공급할 수 있으므로, 배양 용량을 증가시킬 수 있다. 또한, 배양된 세포를 별도로 옮기지 않고도, 즉시 관찰할 수 있으므로, 이미징에 용이한 장점을 갖는다. According to the present invention, there is an advantage that the convenience of manufacturing the biochip can be improved and the manufacturing cost can be reduced. In addition, the culture medium can be supplied to all the branched regions by only one injection, and the culture capacity can be increased by feeding the mixed liquid of the cells and the substrate into the branched regions by one injection only. In addition, since the cultured cells can be observed immediately without being transferred separately, they have an advantage of being easily imaged.

도 1은 실시 예에 따른 이미징용 3차원 세포 배양칩의 분리 단면도이다.
도 2는 실시 예에 따른 이미징용 3차원 세포 배양칩의 평면도이다.
도 3은 도 2의 A부분 중 일부의 확대도이다.
도 4는 도 2의 B부분의 확대도이다.
도 5는 도 2의 C부분의 확대도이다.
도 6은 실시 예에 따른 이미징용 3차원 세포 배양칩에 주입된 유체들의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 7은 실시 예에 따른 이미징용 3차원 세포 배양칩의 단면도 및 부분 사시도이다.
도 8은 실시 예에 따른 이미징용 3차원 세포 배양칩을 이용한 관찰 방법을 나타내는 도면이다.1 is an exploded sectional view of a three-dimensional cell culture chip for imaging according to an embodiment.
2 is a plan view of a three-dimensional cell culture chip for imaging according to an embodiment.
3 is an enlarged view of a part of part A in Fig.
4 is an enlarged view of a portion B in Fig.
5 is an enlarged view of a portion C in Fig.
6 is a view showing flows of fluids injected into a three-dimensional cell culture chip for imaging according to an embodiment.
7 is a cross-sectional view and a partial perspective view of a three-dimensional cell culture chip for imaging according to an embodiment.
8 is a view showing an observation method using a three-dimensional cell culture chip for imaging according to an embodiment.

이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 실시 예에 따른 이미징용 3차원 세포 배양칩의 분리 단면도이고, 도 2는 실시 예에 따른 이미징용 3차원 세포 배양칩의 평면도이다. 도 3은 도 2의 A부분 중 일부의 확대도이고, 도 4는 도 2의 B부분의 확대도이고, 도 5는 도 2의 C부분의 확대도이다. 도 6은 실시 예에 따른 이미징용 3차원 세포 배양칩에 주입된 유체들의 흐름을 나타내는 도면이다. 도 7은 실시 예에 따른 이미징용 3차원 세포 배양칩의 단면도 및 부분 사시도이다. 도 8은 실시 예에 따른 이미징용 3차원 세포 배양칩을 이용한 관찰 방법을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 실시 예에 따른 이미징용 3차원 세포 배양칩(10)은, 복수 개의 미세 유로들이 형성되는 베이스(110), 베이스(110)의 일측을 커버하기 위한 제 1 커버(120) 및 베이스(110)의 타측을 커버하기 위한 제 2 커버(130)를 포함할 수 있다.
베이스(110)는, 세포 및 기질의 혼합액이 주입되기 위한 매트릭스 채널(matrix channel)(111), 배양액이 주입되기 위한 순환식 배양액 채널(112), 마이크로 포스트(113) 및 격벽(114)을 포함할 수 있다. 베이스(110)는, 예를 들어, 생물친화적 폴리머인 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 재질로 형성될 수 있다. 베이스(110)의 매트릭스 채널(111), 순환식 배양액 채널(112), 마이크로 포스트(113) 및 격벽(114)은, 예를 들어, 광리소그라피 방법과 몰딩을 통해 제작될 수 있다.
매트릭스 채널(111)은, 적어도 하나의 매트릭스 인렛(inlet)(1111)과, 매트릭스 인렛(1111)으로부터 분지되는 복수 개의 분지 유로(1112)와, 복수 개의 분지 유로(1112)에 각각 연결되는 복수 개의 매트릭스 아웃렛(outlet)(1113)을 포함할 수 있다. 매트릭스 인렛(1111)을 통하여 주입된 세포 및 기질의 혼합액은, 복수 개의 매트릭스 아웃렛(1113)을 향하여 각각 유동하면서, 복수 개의 분지 유로(1112)에 각각 주입될 수 있다.
매트릭스 인렛(1111)은, 예를 들어, 세포 배양 실험시를 기준으로 상측이 개방되는 형상일 수 있다. 매트릭스 인렛(1111)은, 도 1을 기준으로 하측으로 개방되는 형상일 수 있다. 매트릭스 인렛(1111)의 횡단면은, 중심을 기준으로 대칭되는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 매트릭스 인렛(1111)은, 원통형일 수 있다. 다른 예로, 매트릭스 인렛(1111)은, 복수 개의 분지 유로(1112)의 개수에 대응하는 개수의 꼭지점을 갖는 다각형일 수 있다. 다만, 본 발명에서, 매트릭스 인렛(1111)의 형상이 제한되는 것은 아니다.
복수 개의 분지 유로(1112)는, 매트릭스 인렛(1111)을 중심으로 방사형으로 배치될 수 있다. 복수 개의 분지 유로(1112)는, 대칭적으로 배치될 수 있다. 복수 개의 분지 유로(1112)는, 예를 들어, 동일한 각도로 배치될 수 있으며, 이 경우, 매트릭스 인렛(1111)을 통하여 유입된 세포 및 기질의 혼합액은 각각의 분지 유로(1112)로 균일하게 분지되어 주입될 수 있다. 분지 유로(1112)는, 예를 들어 100㎛의 폭을 가질 수 있다. 분지 유로(1112)는, 배양액이 확산되어 유입되는 공간인 확산부(1112a)와, 매트릭스 인렛(1111)으로부터 확산부(1112a)까지 세포 및 기질의 혼합액을 안내하는 입구부(1112b)를 포함할 수 있다.
매트릭스 인렛(1111)과 같은 방향으로 개방되는 형상일 수 있다. 매트릭스 아웃렛(1113)은, 예를 들어, 세포 배양 실험시를 기준으로 상측이 개방되는 형상일 수 있다. 매트릭스 아웃렛(1113)은, 도 1을 기준으로 하측이 개방되는 형상일 수 있다.
순환식 배양액 채널(112)은, 하나의 배양액 인렛(1121)과, 하나의 배양액 아웃렛(1122)과, 배양액 인렛(1121) 및 배양액 아웃렛(1122)을 연결하는 순환부(1123)를 포함할 수 있다. 배양액 인렛(1121)을 통하여 주입된 배양액은, 배양액 아웃렛(1122)을 향하여 유동하면서, 순환부(1123)에 전체적으로 주입될 수 있다.
순환부(1123)는, 적어도 둘 이상의 분지 유로(1112)와 직접 연통될 수 있다. 순환부(1123)는, 분지 유로(1112)와 연통되는 배양액 공급 유로(1123a)와, 서로 다른 분지 유로(1112)에 각각 직접 연통되는 두 개의 배양액 공급 유로(1123a)를 연결하는 연결 유로(1123b)와, 동일한 분지 유로(1112)에 직접 연통되는 두 개의 배양액 공급 유로(1123a)를 연결하는 우회 유로(1123c)를 포함할 수 있다.
복수 개의 분지 유로(1112) 중 하나를 “제 1 분지 유로”라고 하고, 다른 하나를 “제 2 분지 유로”라고 할 때에, 순환부(1123)로 주입된 배양액은, “제 1 분지 유로”와 직접 연통되는 배양액 공급 유로(1123a), 연결 유로(1123b), “제 2 분지 유로”의 일측에 직접 연통되는 배양액 공급 유로(1123a), 우회 유로(1123c) 및 “제 2 분지 유로”의 타측에 직접 연통되는 배양액 공급 유로(1123a)를 순차적으로 흐르면서, 각각의 유로에 전체적으로 주입될 수 있다.
배양액 공급 유로(1123a)는, 각각의 분지 유로(1112)의 양측에 쌍을 이루어 복수 개 제공될 수 있다. 배양액 공급 유로(1123a)는, 예를 들어, 150㎛의 폭을 가질 수 있다. 배양액 공급 유로(1123a)는, 동일한 분지 유로(1112)의 양측에 각각 배치되는 제 1 배양액 공급 유로(1123aa) 및 제 2 배양액 공급 유로(1123ab)를 포함할 수 있다.
제 1 배양액 공급 유로(1123aa)를 통해 안내되는 배양액의 유동 방향은, 직접 연통된 분지 유로(1112)를 통해 안내되는 세포 및 기질의 혼합액의 유동 방향과 서로 반대일 수 있다. 이 경우, 제 1 배양액 공급 유로(1123aa)를 “역방향 공급 유로”라고 할 수 있다.
제 2 배양액 공급 유로(1123ab)를 통해 안내되는 배양액의 유동 방향은, 직접 연통된 분지 유로(1112)를 통해 안내되는 세포 및 기질의 혼합액의 유동 방향과 서로 동일할 수 있다. 이 경우, 제 2 배양액 공급 유로(1123ab)를 “순방향 공급 유로”라고 할 수 있다.
다시 말하면, 제 1 배양액 공급 유로(1123aa)를 통해 안내되는 배양액의 유동 방향은, 제 2 배양액 공급 유로(1123ab)를 통해 안내되는 배양액의 유동 방향과 서로 반대일 수 있다.
연결 유로(1123b)는, 서로 인접한 2개의 분지 유로(1112)에 각각 연통되는 2개의 배양액 공급 유로(1123a)를 서로 연결할 수 있다. 연결 유로(1123b)는, 예를 들어, 매트릭스 인렛(1111)의 외벽(1111a)을 따라서 형성될 수 있다.
우회 유로(1123c)는, 서로 인접한 2개의 배양액 공급 유로(1123a), 다시 말하면, 제 1 배양액 공급 유로(1123aa) 및 제 2 배양액 공급 유로(1123ab)를 서로 연결시킬 수 있다. 우회 유로(1123c)는, 예를 들어, 매트릭스 아웃렛(1113)의 둘레 방향을 따라서 형성될 수 있다. 예를 들어, 우회 유로(1123c)는, 도 2와 같이, 매트릭스 아웃렛(1113)을 감싸는 원형 유로일 수 있다.
마이크로 포스트(113)는, 분지 유로(1112) 및 배양액 공급 유로(1123a) 사이에 복수 개 배치될 수 있다. 복수 개의 마이크로 포스트(113)는, 분지 유로(1112)의 확산부(1112a)를 따라서, 확산부(1112a)의 양측에 각각 배열될 수 있다. 마이크로 포스트(113)는, 분지 유로(1112)로 유입된 세포 및 기질의 혼합액이 배양액 공급 유로(1123a)로 누출되는 것을 어느 정도 방지할 수 있다. 그리고 복수 개의 마이크로 포스트(113)는, 서로 이격 배치됨으로써, 배양액 공급 유로(1123a)에 채워진 배양액은 각각의 마이크로 포스트(113)의 사이 간격을 통해 분지 유로(1112)로 확산될 수 있다.
마이크로 포스트(113)는, 세포 및 기질의 혼합액의 유동 방향을 따라 경사지게 형성되는 단면을 가질 수 있다. 다시 말하면, 마이크로 포스트(113)는, 매트릭스 인렛(1111)으로부터 매트릭스 아웃렛(1113)을 향하여 갈수록, 상기 분지 유로(1112)의 중심을 향하여 경사지는 형상의 단면을 가질 수 있다. 위 형상에 의하면, 세포 및 기질의 혼합액이 매트릭스 인렛(1111)으로부터 매트릭스 아웃렛(1113)을 향하여 유동되는 동안, 배양액 공급 유로(1123a)로 누출되는 비율을 획기적으로 줄일 수 있다. 예를 들면, 마이크로 포스트(113)는, 도 3과 같이 대략 평행사변형 형상의 단면을 가질 수 있다. 또한, 마이크로 포스트(113)의 단면의 단부는 라운드(round)지게 형성될 수 있다. 위 형상에 의하면, 분지 유로(1112)를 유동하는 혼합액에 포함된 세포가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 마이크로 포스트(113)의 높이는 50㎛ ~ 200㎛, 더 구체적으로는 100㎛, 지름은 50㎛일 수 있다. 인접한 2개의 마이크로 포스트(113) 사이 간격은 10㎛ 일 수 있다. 특히, 도 3과 같이, 마이크로 포스트(113)의 단면이 경사지게 형성되는 경우, 인접한 2개의 마이크로 포스트(113) 사이 간격이 30㎛인 때에도, 세포 및 기질의 혼합액이 배양액 공급 유로(1123a)로 누출되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 실시 예에 따르면, 마이크로 포스트(113) 사이의 간격을 지나치게 좁게 설계할 필요가 없으므로, 제작 과정에 있어서 공차에 따른 세포 배양칩 불량률을 획기적으로 줄일 수 있다. 결과적으로, 실시 예에 따르면, 세포 배양칩의 제작 비용을 절감하고, 제작 용이성을 증대시킬 수 있다.
한편, 하나의 채널(channel) 안에서 마이크로 포스트(113)가 2열로 배치되는 것으로 이해될 수도 있다. 이 경우, 2열의 마이크로 포스트(113) 사이의 공간으로 규정되는 부분이 분지 유로(1112)이고, 분지 유로(1112)의 양측의 공간이 배양액 공급 유로(1123a)인 것으로 이해될 수 있다.
격벽(114)은, 세포 및 기질의 혼합액이, 매트릭스 인렛(1111)으로부터 분지 유로(1112)를 향하여 온전히 유입되게 할 수 있다. 격벽(114)은, 매트릭스 인렛(1111)으로부터 연장되며, 분지 유로(1112)의 입구부(1112b)를 규정할 수 있다. 예를 들어, 격벽(114)은, 인접한 10개의 마이크로 포스트(113)의 양 단부 사이의 길이로 연장될 수 있다. 격벽(114)에 의하면, 배양액이 하나의 연결 유로(1123b)로부터 다른 연결 유로(1123b)로 직접 유입되는 것을 방지할 수 있다.
제 1 커버(120)는, 세포 배양 실험시에, 세포 및 기질의 혼합액과 배양액 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다. 제 1 커버(120)는, 매트릭스 인렛(1111) 및 매트릭스 아웃렛(1113)이 형성된 방향의 반대 방향을 커버할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 커버(120)는, 제 1 커버(120)는, 도 1을 기준으로, 베이스(110)의 상면을 커버할 수 있다. 제 1 커버(120)는, 투명한 재질로 형성될 수 있다. 제 1 커버(120)는, 예를 들어 퓨즈드 실리카(fused silca) 등의 광학 렌즈와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 제 1 커버(120)에 의하면, 세포 배양 실험시에, 베이스(110)에 주입된 유체들(세포 및 기질의 혼합액, 배양액)이 외부로 누출되는 것을 방지하면서도, 배양된 세포의 관찰 실험시에, 별도의 조치없이, 배양칩(10)을 뒤집어서 바로 관찰할 수 있도록 할 수 있다.
제 2 커버(130)는, 베이스(110)를 기준으로 제 1 커버(120)의 반대편에 배치될 수 있다. 제 2 커버(130)는, 예를 들어, 베이스(110)에 탈부착 가능하게 제공될 수 있다. 제 2 커버(130)는, 커버 베이스(131)와, 커버 베이스(131)의 양면 중 베이스(110)를 향한 면에 형성되는 반사부(132)를 포함할 수 있다. 반사부(132)는, 반사성 재질로 코팅 형성될 수 있다. 반사부(132)는, 예를 들어, 은(Ag) 또는 알루미늄(Al) 등의 금속 재질로 코팅될 수 있다. 제 2 커버(230)에 의하면, 분지 유로(1112)로 유입된 빛이 제 1 커버(130)를 향하여 반사되는 반사율을 높힐 수 있다. 따라서, 적은 광량으로도 배양된 세포들을 용이하게 관찰할 수 있다.
본 발명에 따르면, 바이오칩의 제작의 편의성을 향상시키고, 제조 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 한번의 주입만으로, 각각 분지된 영역으로 세포 및 기질의 혼합액을 공급하고, 한번의 주입만으로 모든 분지된 영역에 배양액을 공급할 수 있으므로, 배양 용량을 증가시킬 수 있다. 또한, 배양된 세포를 별도로 옮기지 않고도, 즉시 관찰할 수 있으므로, 이미징에 용이한 장점을 갖는다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다. Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the embodiments, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the best of an understanding clear.
In describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be "connected,""coupled," or "connected. &Quot;
FIG. 1 is an exploded sectional view of a three-dimensional cell culture chip for imaging according to an embodiment, and FIG. 2 is a plan view of a three-dimensional cell culture chip for imaging according to an embodiment. Fig. 3 is an enlarged view of part A of Fig. 2, Fig. 4 is an enlarged view of part B of Fig. 2, and Fig. 5 is an enlarged view of part C of Fig. 6 is a view showing flows of fluids injected into a three-dimensional cell culture chip for imaging according to an embodiment. 7 is a cross-sectional view and a partial perspective view of a three-dimensional cell culture chip for imaging according to an embodiment. 8 is a view showing an observation method using a three-dimensional cell culture chip for imaging according to an embodiment.
1 to 8, a 3D cell culture chip 10 for imaging according to an embodiment includes a base 110 on which a plurality of micro channels are formed, a first cover 110 for covering one side of the base 110, And a second cover 130 for covering the other side of the base 110.
The base 110 includes a matrix channel 111 for injecting a mixed solution of cells and a substrate, a circulating culture channel 112 for injecting a culture solution, a micropost 113, and a partition 114 can do. The base 110 may be formed of, for example, polydimethylsiloxane (PDMS), a biocompatible polymer. The matrix channel 111 of the base 110, the circulating culture fluid channel 112, the micropost 113 and the partition 114 may be fabricated through, for example, a photolithographic method and molding.
The matrix channel 111 includes at least one matrix inlet 1111, a plurality of branch channels 1112 branched from the matrix inlet 1111 and a plurality of branch channels 1112 connected to the plurality of branch channels 1112, And a matrix outlet 1113. The mixed liquid of the cells and the matrix injected through the matrix inlet 1111 can be respectively injected into the plurality of branched flow paths 1112 while flowing toward the plurality of matrix outlets 1113.
The matrix inlet 1111 may be shaped such that the upper side is opened based on, for example, a cell culture experiment. The matrix inlet 1111 may be shaped to open downward with reference to Fig. The cross section of the matrix inlet 1111 may have a shape symmetrical with respect to the center. For example, the matrix inlet 1111 may be cylindrical. As another example, the matrix inlet 1111 may be a polygon having a number of vertexes corresponding to the number of branch channels 1112. However, the shape of the matrix inlet 1111 is not limited in the present invention.
The plurality of branch flow paths 1112 can be radially arranged around the matrix inlet 1111. [ The plurality of branch flow paths 1112 can be disposed symmetrically. In this case, the mixed liquid of the cells and the substrate introduced through the matrix inlet 1111 is uniformly branched into the respective branched flow paths 1112, . The branch flow path 1112 may have a width of, for example, 100 mu m. The branched flow path 1112 includes a diffusion portion 1112a which is a space into which the culture liquid diffuses and flows and an inlet portion 1112b that guides the mixed liquid of the cells and the substrate from the matrix inlet 1111 to the diffusion portion 1112a .
And may be shaped to open in the same direction as the matrix inlet 1111. The matrix outlet 1113 may be shaped such that the upper side is opened based on, for example, a cell culture experiment. The matrix outlet 1113 may have a shape in which the lower side is opened with reference to Fig.
The circulating culture channel 112 may include a single culture solution inlet 1121, a single culture solution outlet 1122 and a circulation part 1123 connecting the culture solution inlet 1121 and the culture solution outlet 1122 have. The culture solution injected through the culture solution inlet 1121 can be entirely injected into the circulation part 1123 while flowing toward the culture solution outlet 1122.
The circulation portion 1123 can communicate directly with at least two branch passages 1112. [ The circulation section 1123 is connected to the culture medium supply passage 1123a communicating with the branch passage 1112 and the connection passage 1123b connecting the two culture solution supply passages 1123a directly communicating with the different branch passages 1112 And a bypass channel 1123c for connecting the two culture medium supply channels 1123a communicating with the same branch channel 1112 directly.
When one of the plurality of branch flow paths 1112 is referred to as a "first branch flow path" and the other is referred to as a "second branch flow path", the culture liquid injected into the circulation section 1123 flows through the "first branch flow path" A culture liquid supply passage 1123a directly communicating with one side of the "second branch passage", a bypass passage 1123c, and a "second branch passage" are provided on the other side of the culture liquid supply passage 1123a, the connection passage 1123b, Can be injected as a whole into the respective channels while flowing sequentially through the culture medium supply channel 1123a that is in direct communication.
A plurality of culture medium supply channels 1123a may be provided on both sides of each branch channel 1112 in pairs. The culture medium supply passage 1123a may have a width of, for example, 150 mu m. The culture medium supply passage 1123a may include a first culture medium supply passage 1123aa and a second culture medium supply passage 1123ab disposed on both sides of the same branch passage 1112, respectively.
The flow direction of the culture liquid guided through the first culture medium supply passage 1123aa may be opposite to the flow direction of the mixture of the cells and the substrate guided through the branch passage 1112 directly communicated. In this case, the first culture medium supply passage 1123aa may be referred to as a " reverse-direction supply passage ".
The flow direction of the culture liquid guided through the second culture medium supply passage 1123ab may be the same as the flow direction of the mixed liquid of the cells and the substrate guided through the branch passage 1112 directly communicated with each other. In this case, the second culture medium supply passage 1123ab may be referred to as " forward supply passage ".
In other words, the flow direction of the culture solution guided through the first culture solution supply passage 1123aa may be opposite to the flow direction of the culture solution guided through the second culture solution supply passage 1123ab.
The connection channel 1123b can connect two culture solution supply channels 1123a communicating with the two branch channels 1112 adjacent to each other. The connection flow path 1123b may be formed along the outer wall 1111a of the matrix inlet 1111, for example.
The bypass channel 1123c can connect the two culture medium supply channels 1123a adjacent to each other, that is, the first culture medium supply channel 1123aa and the second culture medium supply channel 1123ab. The bypass flow path 1123c may be formed along the circumferential direction of the matrix outlet 1113, for example. For example, the bypass flow path 1123c may be a circular flow path surrounding the matrix outlet 1113, as shown in FIG.
A plurality of micro posts 113 may be disposed between the branch channel 1112 and the culture medium supply channel 1123a. The plurality of microposts 113 can be arranged on both sides of the diffusion portion 1112a along the diffusion portion 1112a of the branch flow path 1112. [ The micropost 113 can prevent leakage of the mixed liquid of the cells and the substrate flowing into the branch channel 1112 into the culture medium supply channel 1123a to some extent. The plurality of microposts 113 are spaced apart from each other so that the culture liquid filled in the culture medium supply channel 1123 can be diffused into the branch channel 1112 through the interval between the microposts 113.
The micropost 113 may have a cross section formed obliquely along the flow direction of the mixed liquid of the cells and the substrate. In other words, the micropost 113 can have a cross-sectional shape inclined toward the center of the branch passage 1112 from the matrix inlet 1111 toward the matrix outlet 1113. According to the stomach shape, the rate of leakage of the mixed liquid of the cells and the matrix into the culture medium supply channel 1123a while flowing from the matrix inlet 1111 toward the matrix outlet 1113 can be drastically reduced. For example, the micropost 113 may have a substantially parallelogram-shaped cross section as shown in Fig. In addition, the end of the cross section of the micropost 113 can be rounded. According to the stomach shape, the cells contained in the mixed liquid flowing through the branch channel 1112 can be prevented from being damaged.
For example, the height of the micropost 113 may be 50 占 퐉 to 200 占 퐉, more specifically 100 占 퐉, and the diameter may be 50 占 퐉. The interval between two adjacent micro posts 113 may be 10 [mu] m. Particularly, when the cross section of the micro post 113 is formed to be inclined as shown in FIG. 3, even when the interval between the adjacent two micro posts 113 is 30 μm, the mixed liquid of the cells and the substrate leaks into the culture liquid feed channel 1123a . Therefore, according to the embodiment, it is not necessary to design the interval between the microposts 113 too narrow, so that the defective rate of the cell culture chip due to the tolerance in the manufacturing process can be drastically reduced. As a result, according to the embodiment, it is possible to reduce the manufacturing cost of the cell culture chip and increase the ease of fabrication.
On the other hand, it can be understood that the micro posts 113 are arranged in two columns in one channel. In this case, it can be understood that the portion defined by the space between the two rows of microposts 113 is the branch channel 1112, and the space on both sides of the branch channel 1112 is the culture medium supply channel 1123a.
The partition wall 114 can allow the mixed liquid of the cells and the substrate to be completely introduced from the matrix inlet 1111 toward the branch flow channel 1112. The partition wall 114 extends from the matrix inlet 1111 and can define an inlet portion 1112b of the branch flow passage 1112. [ For example, the partition 114 may extend a length between two ends of adjacent ten micro posts 113. According to the partition 114, it is possible to prevent the culture liquid from flowing directly from one connection passage 1123b to another connection passage 1123b.
The first cover 120 can prevent leaking out of the mixed liquid of the cells and the substrate and the culture liquid during the cell culture experiment. The first cover 120 can cover the opposite direction of the direction in which the matrix inlet 1111 and the matrix outlet 1113 are formed. In other words, the first cover 120 can cover the upper surface of the base 110, with reference to Fig. 1, the first cover 120. Fig. The first cover 120 may be formed of a transparent material. The first cover 120 may be formed of the same material as an optical lens such as fused silica, for example. According to the first cover 120, it is possible to prevent leakage of fluids (a mixture of cells and a substrate and a culture medium) into the base 110 while preventing leakage of the cells to the outside, , The culture chip 10 can be turned upside down and observed immediately without any additional action.
The second cover 130 may be disposed on the opposite side of the first cover 120 with respect to the base 110. The second cover 130 may be detachably provided to the base 110, for example. The second cover 130 may include a cover base 131 and a reflector 132 formed on a surface of the cover base 131 facing the base 110 on both sides. The reflective portion 132 may be formed of a reflective material. The reflecting portion 132 may be coated with a metal material such as silver (Ag) or aluminum (Al). According to the second cover 230, the reflectance of the light reflected by the first cover 130 toward the branch channel 1112 can be increased. Therefore, the cultured cells can be easily observed even at a low light amount.
According to the present invention, there is an advantage that the convenience of manufacturing the biochip can be improved and the manufacturing cost can be reduced. In addition, the culture medium can be supplied to all the branched regions by only one injection, and the culture capacity can be increased by feeding the mixed liquid of the cells and the substrate into the branched regions by one injection only. Further, since the cultured cells can be observed immediately without transferring them separately, they have advantages that are easy to be imaged.
Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. For example, it is contemplated that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described structures, devices, and the like may be combined or combined in other ways than the described methods, Appropriate results can be achieved even if they are replaced or replaced.
Therefore, other implementations, other embodiments and equivalents to the claims are within the scope of the following claims.

Claims (11)

세포 및 기질의 혼합액이 주입되기 위한 매트릭스 인렛과, 상기 매트릭스 인렛으로부터 분지되는 복수 개의 분지 유로와, 상기 복수 개의 분지 유로에 각각 연결되는 복수 개의 매트릭스 아웃렛을 포함하는 매트릭스 채널;
배양액이 주입되기 위한 배양액 인렛과, 배양액 아웃렛과, 상기 배양액 인렛 및 배양액 아웃렛을 연결하며 상기 복수 개의 분지 유로 중 적어도 둘 이상의 분지 유로와 직접 연통되고 상기 복수 개의 분지 유로 중 하나의 분지 유로와 직접 연통되는 배양액 공급 유로를 구비하는 순환부를 포함하는 순환식 배양액 채널; 및
상기 하나의 분지 유로 및 배양액 공급 유로 사이에 복수 개가 이격 배치되어, 상기 하나의 분지 유로로부터 상기 배양액 공급 유로로 세포 및 기질의 혼합액이 누출되는 것을 방지하기 위한 복수 개의 마이크로 포스트를 포함하고,
상기 마이크로 포스트는 2열로 배치되고,
상기 2열의 마이크로 포스트 사이의 공간은 분지 유로를 형성하고,
상기 2열의 마이크로 포스트의 외측의 양측 공간은 배양액 공급 유로를 형성하는 이미징용 3차원 세포 배양칩.
A matrix inlet for injecting a mixed liquid of cells and a matrix, a plurality of branch channels branched from the matrix inlet, and a plurality of matrix outlets connected to the plurality of branch channels, respectively;
A culture solution outlet, a culture solution inlet, a culture solution outlet, and a culture solution outlet for directly connecting the at least two branch passages of the plurality of branch passages and directly communicating with one branch passage of the plurality of branch passages, And a circulation portion having a culture medium supply passage for supplying a culture medium; And
A plurality of microposts spaced apart from each other between the one branch channel and the culture liquid supply channel to prevent leakage of the mixed liquid of cells and substrate from the one branch channel to the culture liquid supply channel,
The microposts are arranged in two rows,
The spaces between the micro posts of the two rows form a branch passage,
Wherein the two spaces on the outer side of the micro posts of the two rows form a culture solution supply channel.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 마이크로 포스트는,
상기 매트릭스 인렛으로부터 상기 매트릭스 아웃렛을 향하여 갈수록, 상기 분지 유로의 중심을 향하여 경사지는 형상의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 이미징용 3차원 세포 배양칩.
The method according to claim 1,
The micro-
Wherein the matrix inlet has a cross section that is inclined toward the center of the branch passage from the matrix inlet toward the matrix outlet.
제 1 항에 있어서,
상기 마이크로 포스트는,
상기 분지 유로의 중심을 향하여 경사지는 형상의 평행 사변형의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 이미징용 3차원 세포 배양칩.
The method according to claim 1,
The micro-
And a cross-section of a parallelogram shape having a shape inclined toward the center of the branched flow channel.
제 1 항에 있어서,
상기 순환부는,
상기 복수 개의 분지 유로 중 하나의 분지 유로의 양측에 각각 직접 연통되는 제 1 배양액 공급 유로 및 제 2 배양액 공급 유로; 및
상기 제 1 배양액 공급 유로 및 제 2 배양액 공급 유로를 서로 연통시키는 우회 유로를 포함하고,
상기 제 1 배양액 공급 유로로 안내되는 배양액의 유동 방향은, 상기 제 2 배양액 공급 유로를 통해 안내되는 배양액의 유동 방향과 서로 반대인 것을 특징으로 하는 이미징용 3차원 세포 배양칩.
The method according to claim 1,
The circulation unit includes:
A first culture liquid supply passage and a second culture liquid supply passage directly communicating with both sides of one branch passage among the plurality of branch passages; And
And a bypass channel for communicating the first culture solution supply passage and the second culture solution supply passage with each other,
Wherein the flow direction of the culture liquid guided to the first culture liquid supply channel is opposite to the flow direction of the culture liquid guided through the second culture liquid supply channel.
제 5 항에 있어서,
상기 순환부는,
상기 복수 개의 분지 유로 중 다른 하나의 분지 유로에 직접 연통되는 제 3 배양액 공급 유로; 및
상기 제 1 배양액 공급 유로 또는 제 2 배양액 공급 유로와, 상기 제 3 배양액 공급 유로를 서로 연결하는 연결 유로를 더 포함하는 이미징용 3차원 세포 배양칩.
6. The method of claim 5,
The circulation unit includes:
A third culture medium supply passage directly communicating with the other branch passage of the plurality of branch conduits; And
Further comprising a connection channel for connecting the first culture solution supply passage or the second culture solution supply passage and the third culture solution supply passage to each other.
제 6 항에 있어서,
상기 매트릭스 인렛으로부터 연장되며, 상기 분지 유로의 입구부를 규정하는 격벽을 더 포함하는 이미징용 3차원 세포 배양칩.
The method according to claim 6,
And a partition wall extending from the matrix inlet and defining an inlet portion of the branch passage.
제 1 항에 있어서,
상기 매트릭스 채널, 순환식 배양액 채널 및 마이크로 포스트를 포함하는 베이스;
상기 베이스의 상면에 배치되어, 세포 배양시에 상기 두 개의 채널로 유입된 유체들이 외부로 누출되는 것을 방지하고, 투명한 재질로 형성되는 제 1 커버; 및
상기 베이스를 기준으로 상기 제 1 커버의 반대측에 탈부착 가능하게 제공되는 제 2 커버를 포함하는 이미징용 3차원 세포 배양칩.
The method according to claim 1,
A base including the matrix channel, the circulating culture fluid channel, and the micropost;
A first cover disposed on an upper surface of the base to prevent fluids introduced into the two channels from leaking out during cell culture and formed of a transparent material; And
And a second cover detachably provided on an opposite side of the first cover with respect to the base.
제 8 항에 있어서,
상기 제 1 커버는, 퓨즈드 실리카(fused silica) 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미징용 3차원 세포 배양칩.
9. The method of claim 8,
Wherein the first cover is formed of a fused silica material.
제 8 항에 있어서,
상기 제 2 커버는,
커버 베이스; 및
상기 커버 베이스의 양면 중 상기 베이스를 향한 면에 형성되는 반사부를 포함하는 이미징용 3차원 세포 배양칩.
9. The method of claim 8,
The second cover
A cover base; And
And a reflection portion formed on a surface of the cover base facing both sides of the base.
제 10 항에 있어서,
상기 반사부는,
은(Ag) 또는 알루미늄(Al) 등의 금속 재질로 상기 커버 베이스에 코팅 형성되는 것을 특징으로 하는 이미징용 3차원 세포 배양칩.11. The method of claim 10,
The reflector includes:
Wherein the cover base is coated with a metal material such as silver (Ag) or aluminum (Al) to form a coating on the cover base.
KR1020140192702A 2014-12-29 2014-12-29 A 3-dimensional cell culture-chip for imaging KR101659670B1 (en)

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