KR102037891B1 - 다중 분리 장치 및 혈중 암세포 분리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 분리 장치 및 이를 이용한 혈중 암세포 분리 방법을 제공한다. 이 장치 및 방법에서는 미세 채널 안에 혈액 샘플을 넣고 이의 유속 또는 강자성 패턴의 자기력을 조절하여, 암종류에 따라 암세포들을 분리할 수 있다.

Description

다중 분리 장치 및 혈중 암세포 분리 방법{Multiple discrimination device and method for tumor discrimination}
본 발명은 생물질을 비롯한 물질종의 다중 분리 장치 및 혈중 암세포 분리 방법에 관한 것이다.
의약 분야에서의 진단, 치료 및 연구 분야에서 최종 목적 또는 다른 분석을 하기 위한 준비적인 도구로서 세포 타입 또는 세포 내 성분의 분리가 요구된다. 예를 들면, 암 세포를 분석하는 것이 필요하다. 혈중 암세포란 암 환자의 말초 혈액 (peripheral blood)에 존재하는 암세포를 통칭하며 원발 병소 또는 전이 병소로부터 탈락된 암세포들이다. 이러한 혈중 암세포는 암 진단, 치료 예후 분석, 미세전이 분석 등에 있어서 유력한 바이오마커로 기대되고 있다. 뿐만 아니라 기존의 암 진단 방법에 비해 혈중 암세포 분석은 비침습 (non-invasive) 방법이라는 장점을 가지고 있기 때문에 미래의 암진단 방법으로 매우 유망하다. 하지만 혈중 암세포는 혈액중 분포 비율이 전체 세포 10억개 당 암세포 1개 또는 백혈구 106~107개 당 암세포 1개 수준으로 매우 낮기 때문에 정확한 분석이 매우 어려우며 매우 정교한 분석 방법을 필요로 한다.
혈중 암세포 분리 방법으로 다양한 방법이 연구되고 있으나, 검사 시간이 오래 걸리고 암세포의 유무 및 수량에 대한 정보만을 제시할 뿐 암 종류 등에 대한 분석이 곤란하다는 단점이 있다. 또한 비특이 결합되는 혈구 세포에 의한 간섭이 문제가 된다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 생물질을 비롯한 물질종의 다중 분리 장치 및 혈중 암세포 분리 방법을 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 분리 장치는, 혼합 용액이 흐르는 채널; 및 상기 채널의 바닥 아래에 배치되는 강자성 패턴을 포함하되, 상기 혼합 용액의 유속 또는 상기 강자성 패턴의 자기력은 채널의 위치에 따라 변할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 다중 분리 장치는 상기 채널에 연결되며 상기 혼합 용액이 투입되는 투입구와 상기 혼합 용액이 배출되는 배출구를 더 포함할 수 있으며, 상기 혼합 용액의 유속은 상기 투입구 쪽에 가까울수록 빠르고 상기 배출구에 가까울수록 느릴 수 있다.
상기 채널의 폭은 상기 투입구로부터 상기 배출구에 가까울수록 넓어질 수 있다. 이때 상기 강자성 패턴의 자기력은 위치에 따라 일정할 수 있다.
상기 다중 분리 장치는 상기 채널에 인접하여 배치되는 적어도 하나의 영구자석을 더 포함할 수 있다.
상기 영구자석은 상기 채널의 아래 또는 옆에 배치될 수 있다.
상기 혼합 용액은 제 1 자화량을 가지는 제 1 물질종, 제 2 자화량을 가지는 제 2 물질종, 및 제 3 자화량을 가지는 제 3 물질종을 포함하며, 상기 제 2 자화량은 상기 제 1 자화량 보다 크며 상기 제 3 자화량 보다 작으며, 상기 제 3 물질종은 상기 투입구에 인접한 강자성 패턴에 포획되고, 상기 제 1 물질종은 상기 배출구에 인접한 강자성 패턴에 포획되거나 상기 배출구로 배출되고, 상기 제 2 물질종은 상기 투입구와 상기 배출구 사이의 강자성 패턴에 포획될 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 혼합 용액은 혈액일 수 있으며, 상기 제 1 물질종은 정상 세포이며, 상기 제 2 물질종과 제 3 물질종은 자성 나노입자가 결합된 서로 다른 종류의 암세포들일 수 있다.
상기 암세포들은 서로 다른 수(number)의 표지자들을 포함하며, 상기 자성 나노 입자는 상기 표지자들에 결합되며, 상기 제 2 물질종과 상기 제 3 물질종은 서로 다른 수의 자성 나노 입자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따른 다중 분리 장치는, 상기 강자성 패턴의 자기력은 상기 채널의 위치에 따라 변하되, 상기 혼합 용액의 유속은 상기 채널의 위치에 따라 일정할 수 있다. 구체적으로 상기 강자성 패턴과 상기 채널 바닥 사이의 거리는 위치에 따라 변화시켜 혼합 유체에 미치는 강자성 패턴의 자기력을 변화시킬 수 있다. 상기 다중 분리 장치는 상기 채널에 연결되며 상기 혼합 용액이 투입되는 투입구와 상기 혼합 용액이 배출되는 배출구를 더 포함하되, 상기 강자성 패턴과 상기 채널 바닥 사이의 거리는 상기 투입구 쪽에 인접할수록 멀고 상기 배출구에 인접할수록 가까울 수 있다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 혈중 암세포 분리 방법은, 암세포에 특이반응하는 항체가 결합된 자성 나노입자와 검사하고자 하는 혈액을 혼합하여 상기 자성 나노 입자가 결합된 암세포들을 포함하는 혼합 용액을 제조하는 단계; 강자성 패턴들이 하부면에 배치되는 채널 안에 상기 혼합 용액을 넣는 단계; 및 상기 채널 안에서 상기 혼합 용액의 유속을 조절하거나 상기 강자성 패턴의 자기력을 변화시켜 암세포들을 종류에 따라 포획하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 상기 강자성 패턴의 포획 위치에 따른 암세포들을 분석/판별하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 강자성 패턴의 포획 위치에 따른 암세포들을 분석/판별하는 단계는, 상기 채널에 남아있는 상기 혼합 용액을 제거하는 단계; 상기 암세포들을 분리하는 단계; 및 상기 암세포의 DNA를 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 강자성 패턴의 표면으로부터 상기 암세포들을 분리하는 단계는, 상기 강자성 패턴을 자화시시킨 자기장의 반대 방향으로 자기장을 인가하여 상기 강자성 패턴을 탈자화시키는 단계를 포함할 수 있다. 이때 상기 자기장은 상기 강자성 패턴의 보자력(coercive field)에 해당하는 크기를 가질 수 있다.
상기 강자성 패턴을 탈자화시키는 단계는 영구자석 또는 전자석을 이용할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 다중 분리 장치 및 혈중 암세포 분리 방법은, 간단하게 암 발생 여부를 진단함은 물론 암의 종류까지 구분하는 것이 가능하다. 뿐만 아니라 혈구 세포들의 간섭 영향을 거의 완전하게 제거할 수 있으므로 기존 기술들에 비해 특이성(specificity)을 크게 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 혈중 암세포 분리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 혼합 용액 안에 포함되는 물질종들을 나타낸다.
도 3a은 본 발명의 실시예 1에 따른 다중 분리 장치를 나타내는 평면도이다.
도 3b 및 3c는 각각 도 3a를 A-A'선 및 B-B'선으로 자른 단면도이다.
도 4는 도 3a의 다중 분리 장치에서 물질종 입자의 움직임을 나타낸다.
도 5a은 본 발명의 실시예 2에 따른 다중 분리 장치를 나타내는 평면도이다.
도 5b는 각각 도 5a를 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 6a은 본 발명의 실시예 3에 따른 다중 분리 장치를 나타내는 평면도이다.
도 6b는 각각 도 6a를 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 7 및 8은 본 발명의 다른 예들에 따른 다중 분리 장치의 단면도들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "상에" 있다거나 "연결되어" 있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "바로 위에" 있다거나 "직접 연결되어" 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "~사이에"와 "직접 ~사이에" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명맥하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다. 또한, "적어도 하나"는 최소한 하나와 동일한 의미로 사용되며 하나 또는 그 이상을 선택적으로 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 혈중 암세포 분리 방법을 나타내는 순서도이다. 도 2는 본 발명의 일 예에 따른 혼합 용액 안에 포함되는 물질종들을 나타낸다. 도 3a은 본 발명의 실시예 1에 따른 다중 분리 장치를 나타내는 평면도이다. 도 3b 및 3c는 각각 도 3a를 A-A'선 및 B-B'선으로 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 예에 따른 혈중 암세포 분리 방법은, 암세포에 특이반응하는 항체가 결합된 자성 나노입자와 검사하고자 하는 혈액을 혼합하여 혼합 용액을 만든다(제 1 단계, S10). 상기 혈액에는 백혈구와 같은 정상 세포들(제 1 물질종, PU), 서로 다른 종류의 암세포A(제 2 물질종, PS1)와 암세포B(제 3 물질종, PS2)을 포함할 수 있다. 암세포들(PS2, PS3)의 종류가 다를 경우, 암세포에 발현되는 표지자(예를 들면, 항원)의 수가 다르다. EpCAM (epithelial cellular adhesion molecule) 표지자의 경우 유방암세포 SKBr-3의 세포당 EpCAM 발현수는 약 500,000개, 전립선암세포 PC3-9의 세포당 EpCAM 발현수는 약 50,000개, 방광암세포 T-24의 세포당 EpCAM 발현수는 약 2,000개 등으로 암종에 따라 1개의 암세포당 발현되는 표지자의 수에 큰 차이가 난다. 따라서 EpCAM에 특이 반응하는 항체를 자성나노입자에 결합시키고 이 자성나노입자와 암환자의 혈액을 혼합하게 되면 암세포의 암 종류에 따라 암세포에 결합되는 자성나노입자의 수에 큰 차이가 발생한다. 이러한 세포당 결합되는 자성 나노입자의 수 차이는 자기장을 이용하여 암종을 분리하는데 활용되어질 수 있다. 자성 나노 입자의 수가 많을 수록 자화량(magnetization)이 커진다. 상기 자성 나노 입자는 도 2에서처럼 백혈구와 같은 정상 세포에 비특이 결합할 수 있으나, 백혈구에 결합된 자성 나노 입자의 수는 암세포들의 표지자들에 결합된 자성 나노 입자의 수보다 현저히 작을 수 있다. 상기 제 1 물질종(PS1), 상기 제 2 물질종(PS2) 및 제 3 물질종(PS3)이 각각 제 1 자화량, 제 2 자화량 및 제 3 자화량을 가진다면, 상기 제 2 자화량은 상기 제 1 자화량 보다 크며 상기 제 3 자화량보다 작다.
이와 같이 상기 자성 나노 입자가 포함된 혈액으로 이루어지는 상기 혼합 용액을 실시예 1 내지 3의 다중 분리 장치들을 이용하여 분리한다.
<실시예 1>
도 3a 내지 3c를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 다중 분리 장치(100)는 상기 혼합 용액이 투입되는 투입구((1), 상기 혼합 용액이 배출되는 배출구(4), 및 상기 투입구(1)와 상기 배출구(4)를 연결하는 채널(2)을 포함한다. 상기 채널(2) 안에서, 상기 혼합 용액은 제 1 방향(X)으로 흐른다. 상기 채널(2)은 배출구(4)를 제공하는 기판(6)과 상기 기판(6)을 덮으며 투입구(1)와 홈을 제공하는 뚜껑(5)에 의해 제공될 수 있다. 상기 기판(6)과 상기 뚜껑(5)은 반응성이 적은 유리나 플라스틱과 같은 물질로 형성될 수 있다.
상기 채널(2)의 바닥면 아래에는 강자성 패턴들(3)이 배치된다. 상기 강자성 패턴(3)은 강자성체의 특성을 가지는 어떤 물질도 사용이 가능한데, 대표적으로는 Ni, Co, Fe 또는 이들의 화합물들이 사용되어질 수 있다. 상기 강자성 패턴(3)은 유체내에서 자성을 띈 입자를 끌어당겨 입자의 흐름을 방해하는 역할을 한다.
상기 기판(6)의 하부에는 상기 강자성 패턴(3)을 자화시켜주고 자화 상태를 항상 일정하게 유지시켜주기 위해 영구자석 (7)을 배치하는 것이 바람직하다. 상기 영구 자석(7)은 서로 반대의 제 1 극(P1)과 제 2 극(P2)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 극(P1)은 예를 들면 N극이고 상기 제 2 극(P2)은 예를 들면 S극일 수 있다. 상기 강자성 패턴들(3)은 상기 제 1 방향(X)과 교차하는 제 2 방향(Y)으로 길쭉한 바(bar) 형태를 가지며 서로 같은 크기로, 일정한 간격으로 이격되어 배치된다. 상기 강자성 패턴들(3)은 서로 동일한 자기력을 가질 수 있다.
상기 혼합 용액은 정상세포인 제 1 물질종(PS1), 암세포 A인 제 2 물질종(PS2) 및 암세포 B인 제 3 물질종(PS3)을 포함한다. 본 실시예에서 상기 암세포의 종류는 두 개를 예시했지만, 3개 이상도 가능하다.
도 1 및 도 3a 내지 3c를 참조하여, 상기 혼합 용액을 상기 투입구(1)안에 투입한다. 즉, 상기 혼합 용액을 위치에 따라 일정한 자기력을 가지는 강자성 패턴들(3)이 하부면에 배치되는 채널(2) 안에 넣는다(S20). 그리고 상기 채널 안에서 상기 혼합 용액의 유속 또는 상기 강자성 패턴(3)의 자기력을 조절하여 암세포들을 종류에 따라 포획한다(S30). 실시예 1과 2에서는 혼합 용액의 유속을 조절하여 암세포들을 종류에 따라 포획하는 방법을 개시하고 실시예 3에서는 혼합 용액에 미치는 강자성 패턴의 자기력을 조절하여 암세포들을 종류에 따라 포획하는 방법을 개시한다.
다시 도 3a 내지 3c를 참조하여,, 상기 채널(2)의 폭(W1, Wn)은 상기 투입구(1)로부터 상기 배출구(4) 쪽으로 갈수록 넓어진다. 즉, 상기 투입구(1)에 인접한 상기 채널(2)의 폭(W1)은 상기 배출구(4)에 인접한 상기 채널(2)의 폭(Wn) 보다 좁다. 상기 채널(2)의 폭(W1, Wn)은 상기 투입구(1)로부터 상기 배출구(4) 쪽으로 갈수록 연속적으로 넓어질 수 있다. 모든 위치에서 상기 채널(2)의 하부면은 평탄하고 상기 채널(2)의 두께는 일정할 수 있다. 상기 채널(2) 안에서 상기 혼합 용액의 유속(v1, vn)은 상기 투입구(1)로부터 상기 배출구(4)로 갈수록 느려진다. 즉, 상기 투입구(1)에 인접한 상기 혼합 용액의 유속(v1)은 상기 배출구(4)에 인접한 상기 혼합 용액의 유속(vn) 보다 빠르다.
도 4는 도 3a의 다중 분리 장치에서 물질종 입자의 움직임을 나타낸다.
도 1, 3a 내지 3c 및 4를 참조하여, 상기 강자성 패턴(3)에 인접한 상기 물질종들(PS1, PS2, PS3)에 인가되는 힘은 상기 강자성 패턴(3)이 상기 물질종들(PS1, PS2, PS3)을 끌어당기는(포획하려는) 자기력(Fm)과 이와 반대되는 방향의 상기 혼합 용액의 흐름에 의한 힘(Fd)이 작용한다. 상기 물질종들(PS1, PS2, PS3)에 결합된 자성 나노 입자들의 수가 많을수록 자화량이 커지므로 상기 강자성 패턴(3)에 잘 끌려가게 된다. 따라서 예를 들면 가장 큰 자화량을 가지는 제 3 물질종(PS3)에 작용하는 자기력(Fm)이 상기 혼합 용액의 흐름에 의한 힘(Fd) 보다 클 수 있으므로, 상기 투입구(1)에 인접한 강자성 패턴들(3)에 포획될 확률이 크게 된다. 그러나 이 위치에서 유속이 상대적으로 빠르므로, 상기 제 3 물질종(PS3) 보다 작은 자화량을 가지는 제 1 및 제 2 물질종들(PS1, PS2)에는 상기 자기력(Fm) 보다는 혼합 용액의 흐름에 의한 힘(Fd)이 더 크게 영향을 미쳐, 상기 채널(2)을 따라 떠내려 가게 된다. 그러다 유속이 보다 약한 위치의 강자성 패턴(3)에 상기 제 2 물질종(PS2)이 포획될 수 있다. 가장 약한 자화량을 가지는 제 1 물질종(PS1)은 상기 배출구(4)에 인접한 상기 강자성 패턴(3)에 포획되거나, 또는 포획되지 않고 상기 배출구(4)로 배출될 수 있다. 이로써 자성 나노 입자 수에 따라 암세포를 암종으로 분리할 수 있다.
후속으로 도 1을 참조하여, 강자성 패턴(3)의 포획 위치에 따른 암세포들을 분석/판별한다(S40). 구체적으로, 검사하고자 하는 혈액 샘플을 모두 흘려준 다음에는 식염수 등의 버퍼 용액을 이용하여 상기 채널(2)에 남아있는 잔존 혈액들을 제거한다. 이때 버퍼 용액의 유속은 혈액과 동일하거나 약하게 하여 포획된 암세포들의 이탈이나 손상을 방지하여야 한다.
잔존 혈액을 제거 후에 암세포가 포획된 칩에 대한 영상 분석을 통해 포획된 암세포의 수와 포획된 위치를 통해서 암세포의 유무 및 종류에 대한 추정이 가능하다. 이때 암세포의 포획 위치는 강자성 패턴(3) 주변으로 국한되므로 영상 분석시 강자성 패턴 주변의 좁은 영역만을 분석하면 충분하다.
포획된 암세포들을 이용하여 DNA 분석 등이 추가적으로 필요한 경우에는 포획된 암세포들을 상기 강자성 패턴(3)으로부터 분리하여 포집하여야 한다. 강자성 패턴(3)에 의해 포획된 암세포들을 분리하여 포집하기 위해서는 강자성 패턴(3)을 탈자화시켜야 한다. 이를 위해서는 강자성 패턴(3)을 자화시킨 반대방향의 약한 자기장을 인가하여 강자성 패턴(3)을 탈자화시키는 것이 가능하다. 이러한 강자성 패턴(3)의 탈자화는 암 세포 포획시에 사용하였던 하부의 영구 자석(7)을 제거하고 반대 방향의 약한 크기의 자석을 배치하여 행할 수 있다. 이때 약한 크기의 자석에 의해 강자성 패턴(3)에 인가되는 자기장은 강자성 패턴(3)을 구성하는 자성 물질의 특징적인 보자력(coercive field)에 해당하는 크기이어야 한다. 강자성 패턴(3)의 탈자화 시에 영구 자석을 이용한 인가 자기장의 미세한 조정이 어려울 경우에는 전자석을 이용할 수 있다. 하부 자석을 제거하고 동일 위치에 반대 방향의 자장을 가지도록 전자석을 배치한 후 식염수 등의 버퍼 용액을 흘려주면서 전자석에 흐르는 전류량을 제어하여 점차적으로 인가되는 자기장을 증가시키면서 포획된 세포들의 분리를 확인할 수 있다. 포획되어 있던 세포들이 강자성 패턴(3)에서 이탈되는 순간의 자장 크기가 이 패턴(3)의 보자력에 근접한 크기이며 그 크기에서 세포를 탈착시키는 것이 바람직하다. 지나치게 큰 자장을 인가할 경우에는 강자성 패턴(3)이 반대 방향으로 자화되어 탈착된 암세포들을 다시 끌어당기게 되므로 암 세포 탈착시 인가하는 자장은 강자성 패턴(3)의 보자력 부근에서 유지하여야 한다. 강자성체의 보자력은 사용하는 강자성 물질에 따라 특징적으로 달라지므로 사용하는 강자성 재료에 맞게 맞추어야 한다.
<실시예 2>
도 5a은 본 발명의 실시예 2에 따른 다중 분리 장치를 나타내는 평면도이다. 도 5b는 각각 도 5a를 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 5a 및 5b를 참조하면, 본 실시예 2에 따른 다중 분리 장치(101)에서는 채널(2)의 평면 형태가 굴곡진 요철 구조를 가지며, 상기 채널(2)의 폭(W1, Wn)이 단계적으로 불연속적으로 넓어진다. 강자성 패턴(3)은 상기 채널(2)을 가로지르며 제 1 방향(X)으로 연장되는 복수개의 라인 형태를 가질 수 있다. 위치에 따라 상기 채널(2)의 하부면은 평탄하며 두께는 일정할 수 있다. 상기 채널(2)의 폭(W1, Wn)이 증가하므로 이를 통한 혼합 용액의 유속(v1, vn)도 상기 투입구(1)로부터 상기 배출구(4)로 갈수록 느려진다. 본 실시예에서는 동일한 유로의 폭 구간, 즉 동일한 유속 구간에 여러 개의 강자성 패턴들(3)을 배열하여 동작의 신뢰도를 높일 수 있다는 장점이 있다. 위에서 설명한 바와 같은 원리로 자성 나노 입자 수에 따라 암세포를 암종으로 분리할 수 있다.
<실시예 3>
도 6a은 본 발명의 실시예 3에 따른 다중 분리 장치를 나타내는 평면도이다. 도 6b는 각각 도 6a를 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 6a 및 6b를 참조하면, 본 실시예 3에 따른 다중 분리 장치(102)에서는 상기 채널(2)의 폭(W1, Wn)과 두께는 위치에 따라 일정할 수 있다. 상기 채널(2)은 경사질 수 있다. 그러나 강자성 패턴들(3)의 상부면들은 기판(6)의 상부면들과 공면을 이루며 수평하다. 따라서 상기 강자성 패턴들(3)과 상기 채널(2)의 하부면 사이의 거리는 상기 투입구(1)로부터 상기 배출구(4)로 갈수록 좁아질 수 있다. 상기 채널(2)이 경사져도, 상기 채널(2) 안을 흐르는 혼합 유체는 양이 워낙 적어 미세 유체이므로 중력의 영향을 거의 받지 않는다. 따라서 상기 채널(2)의 폭과 두께가 일정하므로 상기 채널(2) 안을 흐르는 상기 혼합 유체의 유속은 위치에 따라 거의 일정할 수 있다. 그러나, 상기 채널(2)의 상기 혼합 유체에 미치는 상기 강자성 패턴(3)의 포획력(또는 자기력(도 4의 Fm))은 상기 투입구(1)로부터 상기 배출구(4)로 갈수록 커질 수 있다. 따라서 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이 상기 제 3 물질종(PS3) 보다 작은 자화량을 가지는 제 1 및 제 2 물질종들(PS1, PS2)에는 상기 자기력(Fm) 보다는 혼합 용액의 흐름에 의한 힘(Fd)이 더 크게 영향을 미쳐, 상기 채널(2)을 따라 떠내려 가게 된다. 그러다 자기력이 보다 강한 위치에서는 강자성 패턴(3)에 상기 제 2 물질종(PS2)이 포획될 수 있다. 가장 약한 자화량을 가지는 제 1 물질종(PS1)은 상기 배출구(4)에 인접한 상기 강자성 패턴(3)에 포획되거나, 또는 포획되지 않고 상기 배출구(4)로 배출될 수 있다. 이로써 자성 나노 입자 수에 따라 암세포를 암종으로 분리할 수 있다.
도 7 및 8은 본 발명의 다른 예들에 따른 다중 분리 장치의 단면도들이다.
도 7을 참조하면, 본 예에 따른 다중 분리 장치(103)에서는 두 개의 영구자석들(7)이 각각 채널(2)의 양 옆에 배치될 수 있다. 또는 도 8을 참조하면, 본 예에 따른 다중 분리 장치(104)에서는 두 개의 영구자석들(7)이 각각 상기 채널(2)의 양 측면 아래에 배치될 수 있다. 도 3b, 5b, 6b 및 8과 같이 상기 영구자석(7)이 상기 채널(2)의 아래에 위치할 경우에는, 자기장의 세기가 상기 채널(2)의 바닥면에서 멀어질수록 약해지므로 상기 물질종들(PS2, PS3)이 상기 채널(2)의 바닥면 부근에서 이동하게 되고, 따라서 상기 채널(2)에서 채널 높이에 따른 편차 없이 물질종(PS2, PS3)의 포획이 잘 될 수 있다. 상기 영구자석(7)의 배치는 다양할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예들의 조합도 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

Claims (18)

  1. 혼합 용액이 흐르는 채널;
    상기 채널에 연결되며 상기 혼합 용액이 투입되는 투입구;
    상기 혼합 용액이 배출되는 배출구; 및
    상기 채널의 바닥 아래에 배치되는 강자성 패턴을 포함하되,
    상기 혼합 용액의 유속은 채널의 위치에 따라 변하며,
    상기 혼합 용액의 유속은 상기 투입구 쪽에 가까울수록 빠르고 상기 배출구에 가까울수록 느리고,
    상기 혼합 용액은 제 1 자화량을 가지는 제 1 물질종, 제 2 자화량을 가지는 제 2 물질종, 및 제 3 자화량을 가지는 제 3 물질종을 포함하며,
    상기 제 2 자화량은 상기 제 1 자화량 보다 크며 상기 제 3 자화량 보다 작으며,
    상기 제 3 물질종은 상기 투입구에 인접한 강자성 패턴에 포획되고,
    상기 제 1 물질종은 상기 배출구에 인접한 강자성 패턴에 포획되거나 상기 배출구로 배출되고,
    상기 제 2 물질종은 상기 투입구와 상기 배출구 사이의 강자성 패턴에 포획되며,
    상기 혼합 용액은 혈액이며,
    상기 제 1 물질종은 정상 세포이며,
    상기 제 2 물질종과 제 3 물질종은 자성 나노입자가 결합된 서로 다른 종류의 암세포들이며,
    상기 암세포들은 서로 다른 수(number)의 표지자들을 포함하며, 상기 자성 나노 입자는 상기 표지자들에 결합되며,
    상기 제 2 물질종과 상기 제 3 물질종은 서로 다른 수의 자성 나노 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 분리 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널의 폭은 상기 투입구로부터 상기 배출구에 가까울수록 넓어지는 다중 분리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 강자성 패턴의 자기력은 위치에 따라 일정한 다중 분리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널에 인접하여 배치되는 적어도 하나의 영구자석을 더 포함하는 다중 분리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 영구자석은 상기 채널의 아래 또는 옆에 배치되는 다중 분리 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 강자성 패턴의 자기력은 상기 채널의 위치에 따라 변하는 다중 분리 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 강자성 패턴과 상기 채널의 바닥 사이의 거리는 위치에 따라 변하는 다중 분리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 다중 분리 장치는 상기 채널에 연결되며 상기 혼합 용액이 투입되는 투입구와 상기 혼합 용액이 배출되는 배출구를 더 포함하되
    상기 강자성 패턴과 상기 채널의 바닥 사이의 거리는 상기 투입구로부터 상기 배출구 쪽으로 갈수록 좁아지는 다중 분리 장치.
  13. 암세포에 특이반응하는 항체가 결합된 자성 나노입자와 검사하고자 하는 혈액을 혼합하여 상기 자성 나노 입자가 결합된 암세포들을 포함하는 혼합 용액을 제조하는 단계;
    강자성 패턴들이 하부면에 배치되는 채널 안에 상기 혼합 용액을 넣는 단계; 및
    상기 채널 안에서 상기 혼합 용액의 유속을 조절하여 암세포들을 종류에 따라 포획하는 단계를 포함하는 혈중 암세포 분리 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 강자성 패턴의 포획 위치에 따른 암세포들을 분석/판별하는 단계를 더 포함하는 혈중 암세포 분리 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 강자성 패턴의 포획 위치에 따른 암세포들을 분석/판별하는 단계는,
    상기 채널에 남아있는 상기 혼합 용액을 제거하는 단계;
    상기 암세포들을 분리하는 단계; 및
    상기 암세포의 DNA를 분석하는 단계를 포함하는 혈중 암세포 분리 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 강자성 패턴의 표면으로부터 상기 암세포들을 분리하는 단계는,
    상기 강자성 패턴을 자화시시킨 자기장의 반대 방향으로 자기장을 인가하여 상기 강자성 패턴을 탈자화시키는 단계를 포함하는 혈중 암세포 분리 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 자기장은 상기 강자성 패턴의 보자력(coercive field)에 해당하는 크기를 가지는 혈중 암세포 분리 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 강자성 패턴을 탈자화시키는 단계는 영구자석 또는 전자석을 이용하는 혈중 암세포 분리 방법.
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