KR20100083987A - An apparatus and method for analyzing toxicity of nano-materials, and an apparatus and system for measuring effect of pharmaceutical nano-materials using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A system and apparatus for measuring drug effect of nano substance by an apparatus and method for analyzing harmfulness of nano substance are provided to analyze/evaluate harfulness in real time. CONSTITUTION: An apparatus for analyzing harmfulness of nano substance comprises: a first injection unit(100a,100b) which sequentially injecting solution containing cells and nano substance; a microchannel mixing unit(110) for mixing injected nano substance and dividing in a plurality of microchannels; a plurality of chambers(120) for capturing single cells from the solution containing cell of the plural microchannels; and a second injection unit for injecting a material for measuring cell change. A method for analyzing harmfulness of nano substance comprises: a step of injecting solution containing cells; a step of capturing plural single cells from the solution; a step of reacting nano substance of different concentration to plural single cells; and a step of injecting the material for measuring cell change into plural single cells.

Description

나노물질 위해성 분석 장치, 분석 방법 및 이를 이용한 나노물질의 약물 효과 측정 장치 및 그 시스템{An apparatus and method for analyzing toxicity of nano-materials, and an apparatus and system for measuring effect of pharmaceutical nano-materials using the same}An apparatus and method for analyzing toxicity of nano-materials, and an apparatus and system for measuring effect of pharmaceutical nano-materials using the same }

본 발명은 나노물질 위해성 분석 장치, 분석 방법 및 이를 이용한 약물 나노물질 효과 측정 장치, 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일 세포 수준에서 나노물질의 위해성을 다양한 농도별로 신속히 분석/평가할 수 있으며, 마이크로 칩 수준으로 집적화될 수 있으므로, 운반형의 나노물질 모니터링 및 농도 분석 장치로서도 활용될 수 있으며, 암을 포함한 다양한 질병 세포의 치료 효과 등을 효과적으로 모니터링할 수 있는 나노물질 위해성 분석장치, 분석 방법 및 이를 이용한 나노물질의 약물 효과 측정 장치, 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a nanomaterial risk analysis apparatus, an analysis method, and a drug nanomaterial effect measuring apparatus and system using the same. More specifically, the risk of nanomaterials can be rapidly analyzed / evaluated at various concentrations at a single cell level. As it can be integrated at the chip level, it can be used as a portable nanomaterial monitoring and concentration analysis device, and can effectively monitor the therapeutic effects of various disease cells including cancer, and a nanomaterial risk analysis device, an analysis method, and the like. The present invention relates to a device and a system for measuring drug effect of a used nanomaterial.

나노 크기의 입자(이하 나노물질)에 인체가 노출될 때에 발생할 수 있는 나노물질의 위해성은 최근 나노기술의 급격한 발달에 따라 새로운 문제로 대두되고 있다. 호흡에 의한 흡입, 구강에 의한 흡입, 및 피부 노출의 빈도가 점차 증가하고 있는 점을 고려하여 볼 때, 나노기술 및 나노물질의 안정성에 대하여 정확하고 과 학적인 정보가 시급히 요청되고 있다.The risk of nanomaterials that can occur when the human body is exposed to nanoscale particles (hereinafter referred to as nanomaterials) is emerging as a new problem due to the recent rapid development of nanotechnology. Given the increasing frequency of inhalation by breath, inhalation by mouth, and skin exposure, there is an urgent need for accurate and scientific information on the stability of nanotechnology and nanomaterials.

이러한 나노물질의 위해성 분석에 관한 보고서는 미국을 중심으로 2004년 이후 논문 및 특허가 급증하고 있으며 P. Bernier 등이 선도적으로 연구하고 있으나, 아직 국내에서는 아직 나노물질 위해성에 관한 연구결과가 미비하다. 또한 간, 신장 세포는 양자점을 이용하여 위해성을 측정한 데이터는 있으나 금 및 자성 입자 등에 대한 유해여부 데이터는 없으며, 심장, 혈액, 뇌 세포의 경우엔 세포 단위의 나노물질 위해성 분석 데이터가 전혀 없다. 이와 같이 현재 정확한 나노물질 위해성에 대한 데이터는 매우 부족한 상황이다. 또한 통상적인 인 비트로 실험은 장시간-고비용의 세포 배양 과정을 거치게 되므로, 공정 경제적이지 않으며, 종래의 인 비트로 실험 결과는 결국 세포군에 대한 평균치일 뿐이므로, 단일 세포 단위에서의 정확한 반응 결과는 예측할 수 없다는 문제가 있다. 따라서 종래의 인 비트로 실험 장치는 통상적인 인 비트로 실험 구성(세포군 배양)에 따라 진행되므로, 장시간, 고비용 문제를 극복할 수 있는, 나노물질 위해성을 단일 세포 단위에서 효과적으로 분석할 수 있는 소형화, 통합형, 운반형 형태의 위해성 분석 장치가 매우 절실한 상황이다. The report on the risk analysis of nanomaterials has been increasing since 2004 and led by P. Bernier et al., Mainly in the United States, but there are still few studies on nanomaterial risks in Korea. In addition, liver and kidney cells have risk data using quantum dots, but there is no harmful data on gold and magnetic particles, and in the case of heart, blood, and brain cells, there is no data on risk analysis of nanomaterials at the cell level. As such, there is a lack of accurate data on the risk of nanomaterials. In addition, conventional in vitro experiments are not process economical because they undergo a long- expensive cell culture process, and the results of conventional in vitro experiments are only averages for the cell populations, so accurate reaction results in a single cell unit can be predicted. There is no problem. Therefore, since the conventional in vitro experiment apparatus proceeds according to a conventional in vitro experiment configuration (cell culture), miniaturization, integrated type, which can effectively analyze nanomaterial risks in a single cell unit, which can overcome a long time and high cost problem, The risk analysis device in a portable form is very urgent.

또한, 나노물질이 치료용 약물로 개발된 경우, 실제 사멸시키고자 하는 질병세포에 대한 농도 효과를 단일 세포 단위에서 측정하는 데 상당한 시간이 소요될 뿐만 아니라, 정상 세포에 대한 부작용 측정을 추가적으로 진행하여야 하므로 비경제적이다라는 문제 또한 있다.In addition, when nanomaterials are developed as therapeutic drugs, not only does it take a long time to measure the effect of concentration on the diseased cells to be killed in a single cell unit, but additional side effects on normal cells should be further measured. There is also the problem of being uneconomic.

본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 효과적인 방식으로 신뢰성 있게 나노물질의 위해성을 분석할 수 있는 나노물질 위해성 분석 장치를 제공하는 데 있다.The first problem to be solved by the present invention is to provide a nanomaterial risk analysis device that can reliably analyze the risk of nanomaterials in an effective manner.

본 발명이 해결하고자 두 번째 과제는 효과적인 방식으로 신뢰성 있게 나노물질 위해성을 분석할 수 있는 나노물질의 위해성 분석 방법을 제공하는 데 있다.The second problem to be solved by the present invention is to provide a method for analyzing the risk of nanomaterials that can reliably analyze the risk of nanomaterials in an effective manner.

본 발명이 해결하고자 하는 세 번째 과제는 상기 장치를 이용한, 나노물질의 약물 효과 측정 장치 및 그 시스템을 제공하는 데 있다.The third object of the present invention is to provide an apparatus and a system for measuring drug effects of nanomaterials using the apparatus.

상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 세포 함유 용액 및 나노물질이 순차적으로 주입되는 제 1 주입부; 상기 주입된 나노물질을 상이한 농도 구배로 혼합하여, 복수개의 마이크로 채널로 분리하는 마이크로 채널 혼합부; 상기 복수개의 마이크로 채널로부터의 세포 함유 용액으로부터 단일 세포가 포획되며, 순차적으로 나노물질이 각각 상이한 농도로 유입되는 복수개의 챔버부; 및 상기 복수 개의 단일 세포의 변화를 측정하기 위한 세포 변화 측정 물질을 세포 내로 동시에 주입하기 위한 제 2 주입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노물질 위해성 분석 장치를 제공한다.In order to solve the first problem, the present invention comprises a first injection unit which is sequentially injected with the cell-containing solution and nanomaterials; A microchannel mixing unit for mixing the injected nanomaterials at different concentration gradients and separating the plurality of microchannels into a plurality of microchannels; A plurality of chamber portions in which single cells are captured from the cell-containing solution from the plurality of microchannels, and the nanomaterials are sequentially introduced at different concentrations; And a second injection unit for simultaneously injecting a cell change measurement material for measuring the change of the plurality of single cells into the cell at the same time.

상기 마이크로 채널 혼합부는 나노물질이 복수 단계로 혼합된 후 분리되며, 단계별로 분리됨에 따라 채널수가 증가하는 농도 구배 생성 마이크로 채널일 수 있 다.The microchannel mixing unit may be separated after the nanomaterial is mixed in a plurality of stages, and may be a concentration gradient generating microchannel in which the number of channels increases as the stages are separated.

상기 제 2 주입부는 상기 챔버부 각각에 대응하여 삽입되는 복수개의 마이크로 바늘을 포함할 수 있으며, 상기 나노물질은 1종 이상일 수 있다.The second injection portion may include a plurality of micro needles inserted corresponding to the chamber portions, and the nanomaterial may be one or more kinds.

본 발명의 일 실시예에서 상기 세포 변화 측정 물질은 분자 신호 물질이며, 상기 분자 신호 물질은 상기 나노물질에 의한 활성 산소종의 생성에 따른 mRNA 변화를 측정할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the cell change measuring material is a molecular signal material, and the molecular signal material may measure mRNA change according to generation of reactive oxygen species by the nanomaterial.

상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 (a) 세포 함유 용액을 제 1 주입하는 단계; (b) 상기 세포 함유 용액으로부터 복수 개의 단일 세포를 포획하는 단계; (c) 상기 복수 개의 단일 세포 각각에 대하여 상이한 농도의 나노 물질을 반응시키는 단계; (d) 상기 복수 개의 단일 세포 내로 세포 변화 측정 물질을 제 2 주입하는 단계; 및 (e) 상기 세포 변화 측정 물질에 의한 세포 변화를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노물질 위해성 분석 방법을 제공한다. 상기 (c)단계에서 상기 나노물질의 상이한 농도는 상기 나노물질이 복수 단계로 혼합된 후 분리되며, 단계가 증가할수록 많은 수로 분리되는 농도구배 생성 마이크로 채널에 의하여 달성되며, 상기 제 2 주입은 상기 포획된 복수 개의 단일 세포 내로 마이크로 바늘을 동시에 주입하는 방식으로 수행된다.In order to solve the second problem, the present invention comprises the steps of: (a) first injection of a cell containing solution; (b) capturing a plurality of single cells from the cell containing solution; (c) reacting different concentrations of nanomaterials to each of the plurality of single cells; (d) second injecting a cell change measurement material into the plurality of single cells; And (e) it provides a nanomaterial risk analysis method comprising the step of measuring the cell change by the cell change measurement material. In the step (c), different concentrations of the nanomaterials are achieved by concentration gradient generating microchannels in which the nanomaterials are separated after being mixed in a plurality of stages, and are separated into a larger number as the stage increases. This is done by injecting micro needles simultaneously into a plurality of captured single cells.

상기 세포 변화 측정 물질은 분자 신호 물질이며, 상기 세포 변화 측정 단계는 활성산소종 생성에 따른 mRNA 변화를 측정할 수 있으며, 상기 나노물질은 1종 이상 주입될 수 있다. The cell change measuring material is a molecular signal material, and the cell change measuring step may measure mRNA change according to generation of reactive oxygen species, and one or more nanomaterials may be injected.

상기 세 번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 질병 세포 함유 용액 또는 약물 나노물질이 순차적으로 주입되는 제 1 주입부; 상기 주입된 약물 나노물질을 상이한 농도 구배로 혼합하여, 복수개의 마이크로 채널로 분리하는 마이크로 채널 혼합부; 상기 복수개의 마이크로 채널로부터의 질병 세포 함유 용액으로부터 질병 세포가 포획되며, 순차적으로 나노물질이 각각 상이한 농도로 유입되는 복수개의 챔버부; 및 질병 세포 변화를 측정하기 위한 측정 물질을 상기 복수 개의 질병 세포 내로 동시에 주입하기 위한 제 2 주입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 약물 나노물질 효과 측정 장치가 제공된다.In order to solve the third problem, the present invention comprises a first injection unit which is sequentially injected with a disease cell-containing solution or drug nanomaterials; A microchannel mixing unit for mixing the injected drug nanomaterials at different concentration gradients and separating the plurality of microchannels into a plurality of microchannels; A plurality of chamber portions in which disease cells are captured from the disease cell-containing solution from the plurality of microchannels, and the nanomaterials are sequentially introduced at different concentrations; And a second injection unit for simultaneously injecting a measurement material for measuring disease cell changes into the plurality of disease cells.

상기 마이크로 채널 혼합부는 약물 나노물질이 복수 단계로 혼합된 후 분리되며, 단계별로 채널수가 증가하는 농도 구배 생성 마이크로 채널일 수 있다. 또한상기 제 2 주입부는 상기 포획된 질병 세포 각각에 대응하여 세포 내로 삽입되는 복수개의 마이크로 바늘을 포함할 수 있으며, 상기 약물 나노물질은 1종 이상일 수 있다.The microchannel mixing unit may be separated after the drug nanomaterial is mixed in a plurality of stages, and may be a concentration gradient generating microchannel in which the number of channels increases step by step. In addition, the second injector may include a plurality of micro needles inserted into the cells corresponding to each of the captured diseased cells, wherein the drug nanomaterial may be one or more.

본 발명의 일 실시예에서 상기 세포 변화 측정 물질은 분자 신호 물질이며, 상기 분자 신호 물질은 상기 약물 나노물질에 의한 활성 산소종의 생성에 따른 mRNA 변화를 측정할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the cell change measuring material is a molecular signal material, and the molecular signal material may measure mRNA change according to generation of reactive oxygen species by the drug nanomaterial.

상기 세 번째 과제를 해결하기 위한 또 다른 실시태양으로서, 본 발명은 상기 나노물질 위해성 분석 장치와 상기 약물 효과 측정 장치를 동시에 포함하는 약물 나노물질 측정 시스템을 제공한다.As another embodiment for solving the third problem, the present invention provides a drug nanomaterial measurement system comprising the nanomaterial risk analysis device and the drug effect measurement device at the same time.

본 발명에 따른 나노물질 위해성 분석 장치는 나노물질을 다양한 농도에서 즉각적이고 시각적인 방식으로 위해성을 분석/평가할 수 있으므로, 나노물질의 위해성을 다양한 농도별로 신속히 실시간으로 분석/평가할 수 있다. 더 나아가, 본 발명에 따른 나노물질 위해성 분석 장치는 마이크로 유체 채널에 기반한 마이크로 칩 수준으로 집적화될 수 있으므로, 운반형의 나노물질 모니터링 및 농도 분석 장치로서도 활용될 수 있으며, 암을 포함한 다양한 질병 세포의 치료 효과 등을 효과적으로 모니터링할 수 있다. The nanomaterial risk analysis apparatus according to the present invention can analyze / evaluate the risk of nanomaterials at various concentrations in an immediate and visual manner, and thus can rapidly analyze / evaluate the risk of nanomaterials at various concentrations in real time. Furthermore, since the nanomaterial risk analysis device according to the present invention can be integrated at the level of a microchip based on the microfluidic channel, it can also be used as a portable nanomaterial monitoring and concentration analysis device, and can be used for various disease cells including cancer. Effectively monitor the effectiveness of treatment.

이하 도면 및 실시예 등을 이용하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 하지만, 하기 도면 등은 모두 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 이에 본 발명이 한정되거나 제한되지 않는다. 또한 본 명세서에서 사용되는 “마이크로”라는 용어는 임의의 미소 단위(나노 단위)를 모두 포함하며, 특별한 수치 범위에 한정되지 않는다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings and examples. However, the following drawings and the like are all intended to illustrate the invention, but the invention is not limited or limited thereto. In addition, the term “micro” as used herein includes all arbitrary micro units (nano units) and is not limited to a particular numerical range.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노물질 위해성 분석 장치의 주입부(100a, b) 및 마이크로 채널부(110)에 대한 평면도이다. 1 is a plan view of the injection unit (100a, b) and the micro-channel unit 110 of the nanomaterial risk analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 상기 실시예에 따른 나노물질 위해성 분석 장치는 나노물질 및 세포가 순차적으로 주입되는 제 1 주입부(100a, 100b)를 포함한다. 특히 상기 제 1 주입부(100a, 100b)로부터 주입된 나노물질은 마이크로 채널부(110)에 의하여 복수개의 마이크로 채널로 분기되는데, 이때 본 발명자는 상기 나노물질이 주입되는 주입부 이외의 다른 주입부에는 물과 같은 용매를 주입시켜 분리되는 마이크로 채널에서의 나노물질 농도를 상이하게 변화시켰다. 즉, 상기 마 이크로 채널 혼합부로서, 복수 단계에 걸쳐 혼합/분리되며, 각 단계별로 채널이 증가하는 방식의 농도 구배 생성 마이크로 채널이 이용되었는데, 만약, 나노물질이 특정 주입부(100a)를 통하여 주입된 경우, 이에 가까운 마이크로 채널에서의 나노물질 농도는 더 높으며, 상기 주입부와 더욱 더 이격될수록 마이크로 채널 내의 나노물질 농도는 점차 감소되어, 전체 마이크로 채널의 농도 구배(gradient)가 형성된다. 특히 각 나노물질 단독의 위해성 효과뿐만 아니라, 2종 이상의 나노물질에 의한 위해성 또한 분석할 수 있으며, 이 경우 상기 주입부는 각 나노물질의 종류별로 달리할 수 있다. Referring to FIG. 1, the nanomaterial risk analysis apparatus according to the embodiment of the present invention includes first injection units 100a and 100b into which nanomaterials and cells are sequentially injected. In particular, the nanomaterial injected from the first injection unit (100a, 100b) is branched into a plurality of microchannels by the micro channel unit 110, in which the present inventors other injection unit other than the injection unit is injected Injecting a solvent, such as water, changed the concentration of nanomaterials in the microchannels to be separated. That is, as the micro channel mixing unit, a concentration gradient generation micro channel in which mixing / separation is performed in a plurality of stages and a channel increases in each stage is used. In the case of injection, the concentration of nanomaterials in the microchannel close to this is higher, and as the distance from the injection portion increases, the concentration of nanomaterials in the microchannel gradually decreases, thereby forming a concentration gradient of the entire microchannel. In particular, not only the risk effect of each nanomaterial alone, but also the risk caused by two or more nanomaterials can be analyzed. In this case, the injection unit may be different for each type of nanomaterial.

특히 본 발명에 따른 상기 분석 장치는 단일 세포 단위에서 나노물질의 효과를 측정하고자 하므로, 단일 세포를 포획, 고정하는 수단을 구비하는 챔버부를 포함한다. 즉, 상기 챔버부는 세포 변화 측정 물질이 단일 세포 단위로 주입될 수 있도록 세포의 위치 고정 역할을 수행할 뿐만 아니라, 나노물질과 세포의 충분한 반응시간을 확보하는 역할을 수행하는데, 이는 이하 보다 상세히 설명된다. 상기 포획 수단으로 본 발명의 일 실시예는 상기 마이크로 채널부터 유입되는 단일 세포에 대응하는 크기의 바스켓(예를 들면 ∪ 모양)과 같은 물리적 포획 수단을 내부에 구비하는 챔버부를 개시한다. 이 경우 유입되는 다수의 세포 중 적어도 하나는 상기 소형 챔버에 도달하여, 포획될 수 있다.In particular, the assay device according to the present invention is intended to measure the effect of nanomaterials in a single cell unit, and thus includes a chamber portion having means for capturing and fixing a single cell. That is, the chamber part not only plays a role of fixing the position of the cell so that the cell change measuring material can be injected into a single cell unit, and also plays a role of ensuring sufficient reaction time between the nanomaterial and the cell, which will be described in more detail below. do. One embodiment of the present invention as the capturing means discloses a chamber portion having a physical capturing means therein, such as a basket (for example, a shape) of a size corresponding to a single cell entering from the microchannel. In this case, at least one of the plurality of incoming cells can reach the small chamber and be captured.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노물질 위해성 분석 장치의 전체 평면도이다.2 is a plan view of the nanomaterial risk analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 상기 나노물질 위해성 분석 장치는 주입부(100a, b)를 구 비하는데, 먼저 상기 주입부(100a, b)에는 세포가 함유된 용액이 흐르게 된다. 이후 상기 세포 함유 용액은 챔버부(120)로 유입되어, 상기 세포 함유 용액 중 단일세포가 상기 챔버부에 포획되는데, 이는 다수의 세포를 일정시간 챔버부에 체류시킴으로써 보다 용이하게 달성될 수 있다. 이후, 상기 주입부(100a, b)에는 물과 같은 용매와 나노물질이 각각 독립적으로 주입된다. 상기 나노물질은 상술한 바와 같이 농도구배 생성 마이크로 채널에서 상이한 농도로 혼합되어 챔버부에 유입된다. 특히 본 발명자는 상기 챔버부 내에서 상기 나노물질을 일정시간동안 체류시킴으로써, 상기 세포의 변화를 발생시키게 된다. 즉, 상기 챔버부(120)는 단일 세포를 포획하는 기능을 수행함과 동시에 상술한 바와 같이 충분한 세포 변화를 관찰할 수 있도록 세포 및 나노물질의 반응시간을 유지시켜 주는 역할을 수행한다.Referring to FIG. 2, the nanomaterial risk analysis apparatus includes injection parts 100a and b. First, a solution containing cells flows through the injection parts 100a and b. Thereafter, the cell-containing solution is introduced into the chamber part 120, so that single cells of the cell-containing solution are captured in the chamber part, which can be more easily achieved by retaining a plurality of cells in the chamber part for a predetermined time. Subsequently, a solvent such as water and nanomaterials are respectively independently injected into the injection units 100a and b. The nanomaterial is mixed at different concentrations in the concentration gradient generating microchannel as described above and introduced into the chamber part. In particular, the inventors cause the change of the cells by retaining the nanomaterial in the chamber for a predetermined time. That is, the chamber 120 performs a function of capturing a single cell and at the same time serves to maintain the reaction time of the cells and nanomaterials to observe the sufficient cell changes as described above.

본 발명은 보다 신속하고, 정확한 세포 변화 측정을 위하여, 다수의 챔버부(120)에 체류하고 있는 복수의 단일 세포에 대하여 세포 변화 측정 물질을 동시에 주입하는 수단(주입부)을 구비한다. The present invention includes a means (injection unit) for simultaneously injecting a cell change measuring substance to a plurality of single cells staying in the plurality of chamber portions 120 for a faster and more accurate cell change measurement.

도 3 및 4는 본 발명에 따른 나노물질 위해성 분석 장치의 제 2 주입부에 대한 단면도이다.3 and 4 are cross-sectional views of the second injection portion of the nanomaterial risk analysis apparatus according to the present invention.

도 3 및 4를 참조하면, 본 발명자는 복수의 마이크로 채널에 대하여 동시에 세포 변화 측정 물질을 주입하기 위하여, 일체로 구동되는 복수의 마이크로 바늘을 일 수단으로 개시한다. 상기 복수의 마이크로 바늘(310)은 하나의 로드(320)에 결합되어, 로드의 움직임에 따라 전체 마이크로 바늘(310)이 동시에 움직이게 된다. 상기 로드(320)는 다양한 방식, 예를 들면 공압, 또는 전기적 방식에 의하여 구동 된다. 상기 마이크로 바늘(310)의 구동방식은 특별한 제한이 없으며, 어떠한 방식이어도 무방하다.3 and 4, the inventor discloses, as a means, a plurality of micro needles that are driven integrally to simultaneously inject a cell change measurement material into a plurality of micro channels. The plurality of micro needles 310 are coupled to one rod 320 so that the entire micro needles 310 move simultaneously with the movement of the rods. The rod 320 is driven by various methods, for example pneumatic or electrical methods. The driving method of the micro needle 310 is not particularly limited, and may be any method.

특히, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 세포 변화 측정 물질로 분자 신호 물질을 사용하며, 상기 분자 신호 물질은 나노물질에 의하여 발생하는 활성 산성종(Reactive Oxygen Species, ROS)의 생성을, mRNA를 정략적으로 측정하고, 이로써 나노물질에 따른 세포 산화스트레스 등을 감지하고자 한다. 만약, 챔버부 내에서 나노물질과 반응한 단일 세포에 분자 신호 물질이 동시에 주입되지 않으면, 다양한 농도 조건에 따른 세포 변화를 시간 단위에서 정확하게 측정할 수 없게 되며, 본 발명은 이러한 문제를 복수의 마이크로 바늘을 동시에 구동하여, 세포 변화 측정 물질을 주입함으로써 해결하였다.Particularly, in one embodiment of the present invention, a molecular signal material is used as the cell change measuring material, and the molecular signal material is used to generate the reactive acid specie (ROS) generated by the nanomaterials, and the mRNA is approximately It is measured as, thereby detecting the oxidative stress of the cell according to the nanomaterials. If the molecular signal material is not injected into a single cell reacted with the nanomaterial in the chamber at the same time, the cell change according to various concentration conditions cannot be accurately measured in a time unit. The needles were simultaneously driven to solve by injecting the cell change measurement material.

도 5 및 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노물질 위해성 분석 장치의 전체 단면도이다. 5 and 6 are a cross-sectional view of the nanomaterial risk analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 나노물질 위해성 분석 장치는 동일 웨이퍼 상에 구현되며, 주입부(미도시), 마이크로 채널부 및 챔버부를 포함하는 마이크로 칩을 개시하며, 상기 마이크로 칩 상부에 일정 간격으로 이격된 마이크로 바늘이 구비된다. 상기 마이크로 바늘(310)은 사용자의 구동 신호에 따라 상기 마이크로 칩으로 접근하여, 챔버부 내에서 포획된 단일 세포 내로 분자 신호 물질을 주입하게 된다(도 6 참조). 이후 시간 변화에 따른 세포 변화를 관찰하게 되며, 임계적인 세포 변화가 관찰되는 마이크로 채널이 발생하는 경우, 이때의 나노물질 농도가 임계적 농도로서 의미를 가지게 된다. Referring to FIG. 5, an apparatus for analyzing a nanomaterial risk according to the present invention is disclosed on a same wafer, and discloses a microchip including an injection part (not shown), a micro channel part, and a chamber part. Micro needles spaced at intervals are provided. The micro needle 310 approaches the microchip according to a user's driving signal, and injects a molecular signal material into a single cell captured in the chamber (see FIG. 6). Afterwards, cell changes over time are observed, and when a microchannel in which critical cell changes are observed occurs, the nanomaterial concentration at this time is meaningful as a critical concentration.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노물질 위해성 분석 방법을 나타내기 위한 단계도이다.Figure 7 is a step for showing a nanomaterial risk analysis method according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 먼저 세포 함유 용액을 주입하게 된다. 이때 상기 세포 함유 용액은 챔버부로 이동하여, 유입된 세포 중 단일 세포가 챔버부에 의하여 포획된다. 이후 나노물질을 순차적으로 주입하게 되는데, 이때 상기 나노물질은 물과 같은 용매와 함께 투입되어, 각 채널별로 상이한 농도가 되는데, 이는 상술한 바와 같다. 이후 나노물질과 단일 세포 간의 반응이 진행되게 된다. Referring to Figure 7, first, the cell-containing solution is injected. At this time, the cell-containing solution moves to the chamber part, and a single cell of the introduced cells is captured by the chamber part. Thereafter, the nanomaterials are sequentially injected, wherein the nanomaterials are added together with a solvent such as water to have different concentrations for each channel, as described above. The reaction between nanomaterials and single cells then proceeds.

이후, 상이한 농도의 나노물질과 반응한 복수의 단일 세포에 대한 각각의 세포 변화를 측정하기 위하여 세포 변화 측정 물질이 주입된다. 상기 세포 변화 측정 물질의 주입방법은 상술한 바와 같이 복수의 마이크로 채널에 대하여 동시에 진행되며, 주입방식은 마이크로 바늘에 의하여 수행될 수도 있으며, 이에 대한 기술적 의미는 상술한 바와 같다.Thereafter, a cell change measuring material is injected to measure each cell change for a plurality of single cells reacted with different concentrations of nanomaterials. As described above, the method of injecting the cell change measurement material is simultaneously performed for the plurality of microchannels, and the injection method may be performed by a microneedle, and the technical meaning thereof is as described above.

본 발명자는 상기 분석 장치를 이용하여 암 등과 같은 질병 세포의 치료 효과를 측정할 수 있는 점을 본 발명의 또 다른 실시 태양으로 개시한다. The present inventors disclose in another embodiment of the present invention that the analytical device can measure the therapeutic effect of disease cells such as cancer.

도 8a 및 8b는 본 발명에 따른 약물 나노물질 효과 측정 장치의 기본 개념을 나타내는 모식도이다.8A and 8B are schematic diagrams showing the basic concept of the apparatus for measuring drug nanomaterial effects according to the present invention.

도 8a를 참조하면, 먼저 주입부에는 암 등과 같은 질병 세포가 주입된다. 상기 질병 세포는 마이크로채널 혼합부 및 챔버부를 거치면서 단일 세포가 챔버부 내에 포획된다. 도 8b를 참조하면, 이후 상기 약물 나노물질이 주입되는데, 본 발명에서는 상이한 농도 조건을 챔버부 내에서 달성하기 위하여 약물 나노물질과 함께 물과 같은 용매를 동시에 주입하였다. 이후 일정 시간 경과에 따라 질병 세포의 사멸 효과가 측정될 수 있는데, 상기 측정은 상술한 바와 같이 분자 신호 물질이나 형광 물질과 같은 다양한 물질에 의하여 달성될 수 있다. 즉, 본 발명은 상기 측정 결과를 통하여 최적의 효과가 나타내는 약물 나노물질의 농도가 역으로 나올 수 있는 점에 착안한 것이다.Referring to FIG. 8A, first, a disease cell such as cancer is injected into an injection unit. As the diseased cells pass through the microchannel mixing section and the chamber section, single cells are captured in the chamber section. Referring to FIG. 8B, the drug nanomaterial is then injected. In the present invention, a solvent such as water is simultaneously injected together with the drug nanomaterial to achieve different concentration conditions in the chamber. After a certain time, the killing effect of the diseased cells can be measured, which can be achieved by various materials such as molecular signal material or fluorescent material as described above. That is, the present invention focuses on the fact that the concentration of the drug nanomaterial exhibiting the optimum effect can be reversed through the measurement result.

더 나아가, 본 발명자는 상기 약물 나노물질 효과 측정 장치와 나노물질 위해성 분석 장치를 동시에 사용하는 경우, 최적의 약물 농도를 구할 수 있는 점에 착안하여, 상기 약물 나노물질 효과 측정 장치와 나노물질 위해성 분석 장치를 동시에 포함하는 약물 효과 측정 시스템을 제공한다.Furthermore, the present inventors pay attention to the optimum drug concentration when using the drug nanomaterial effect measuring device and the nanomaterial risk analysis device at the same time, the drug nanomaterial effect measuring device and nanomaterial risk analysis Provided is a drug effect measurement system comprising a device simultaneously.

예를 들어, 간암에 효과적인 나노물질 약물이 개발된 경우라고 하더라도, 상기 나노물질 약물이 과도하게 투여되는 경우 정상적인 간세포에도 악영향을 미칠 수 있다. 이 경우 사용자는 상술한 약물 나노물질 효과 측정 장치에는 간암세포를 주입함과 동시에, 나노물질 위해성 분석 장치에는 정상 간세포를 주입하게 된다. 이때 결과로부터 간암 세포만을 효과적으로 사멸시킬 수 있는 최적의 나노물질 농도를 구할 수 있게 된다.For example, even if a nanomaterial drug is developed that is effective for liver cancer, it may adversely affect normal hepatocytes when the nanomaterial drug is excessively administered. In this case, the user injects hepatic cancer cells into the above-described drug nanomaterial effect measuring apparatus and injects normal liver cells into the nanomaterial risk analysis apparatus. From this result, it is possible to obtain an optimal nanomaterial concentration that can effectively kill only liver cancer cells.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노물질 위해성 분석 장치의 제 1 주입부(100a, b) 및 마이크로 채널 혼합부(110)에 대한 평면도이다. 1 is a plan view of the first injection unit (100a, b) and the micro-channel mixing unit 110 of the nanomaterial risk analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노물질 위해성 분석 장치의 전체 평면도이다.2 is a plan view of the nanomaterial risk analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노물질 위해성 분석 장치의 제 2 주입부가 챔버부와 이격된 형태의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a second injection unit spaced apart from a chamber part of a nanomaterial risk analysis apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노물질 위해성 분석 장치의 제 2 주입부가 삽입된 형태의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a form in which a second injection unit of a nanomaterial risk analysis apparatus according to an embodiment of the present invention is inserted.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노물질 위해성 분석 장치에서 제 2 주입부가 삽입되기 전의 전체 단면도이다. 5 is an overall cross-sectional view of the nano-injection risk analysis device before the second injection portion is inserted according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노물질 위해성 분석 장치에서 제 2 주입부가 삽입된 후의 전체 단면도이다. 6 is an overall cross-sectional view after the second injection unit is inserted in the nanomaterial risk analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노물질 위해성 분석 방법을 나타내기 위한 단계도이다. Figure 7 is a step for showing a nanomaterial risk analysis method according to an embodiment of the present invention.

도 8a 및 8b는 본 발명에 따른 약물 나노물질 효과 측정 장치의 기본 개념을 나타내는 모식도이다.8A and 8B are schematic diagrams showing the basic concept of the apparatus for measuring drug nanomaterial effects according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing

100a, b ........제 1 주입부 110....... 마이크로 채널 혼합100a, b ........ 1st inlet 110 ....... Microchannel mixing

120 ....... 챔버부 130....... 제 2 주입부120 ....... Chamber 130 ....... Second Injection Section

Claims (16)

세포 함유 용액 및 나노물질이 순차적으로 주입되는 제 1 주입부; A first injecting unit sequentially injecting the cell-containing solution and the nanomaterial; 상기 주입된 나노물질을 상이한 농도 구배로 혼합하여, 복수개의 마이크로 채널로 분리하는 마이크로 채널 혼합부; A microchannel mixing unit for mixing the injected nanomaterials at different concentration gradients and separating the plurality of microchannels into a plurality of microchannels; 상기 복수개의 마이크로 채널의 세포 함유 용액으로부터 단일 세포가 포획되며, 이후 나노물질이 각각 상이한 농도로 유입되는 복수개의 챔버부; 및 A plurality of chambers in which a single cell is captured from the cell-containing solution of the plurality of microchannels, and then nanomaterials are respectively introduced at different concentrations; And 상기 복수 개의 단일 세포의 변화를 측정하기 위한 세포 변화 측정 물질을 세포 내로 동시에 주입하기 위한 제 2 주입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노물질 위해성 분석 장치.And a second injector for simultaneously injecting a cell change measuring substance into the cell to measure the change of the plurality of single cells. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 마이크로 채널 혼합부는 나노물질이 복수 단계로 혼합된 후 분리되며, 단계별로 채널수가 증가하는 농도 구배 생성 마이크로 채널인 것을 특징으로 하는 나노물질 위해성 분석 장치.The microchannel mixing unit is separated after the nanomaterials are mixed in a plurality of steps, the nanomaterial risk analysis device, characterized in that the concentration gradient generation microchannels in which the number of channels increases step by step. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제 2 주입부는 상기 챔버부 각각에 대응하여 삽입되는 복수개의 마이크로 바늘을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노물질 위해성 분석 장치.And the second injector comprises a plurality of micro needles inserted corresponding to each of the chamber parts. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 나노물질은 1종 이상인 것을 특징으로 하는 나노물질 위해성 분석 장치.The nanomaterial risk analysis device, characterized in that at least one. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 세포 변화 측정 물질은 분자 신호 물질이며, 상기 분자 신호 물질은 상기 나노물질에 의한 활성 산소종의 생성에 따른 mRNA 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 나노물질 위해성 분석 장치. The cell change measuring material is a molecular signal material, the molecular signal material is a nanomaterial risk analysis device, characterized in that for measuring the mRNA changes according to the generation of reactive oxygen species by the nanomaterial. (a) 세포 함유 용액을 제 1 주입하는 단계;(a) first injecting a cell containing solution; (b) 상기 세포 함유 용액으로부터 복수 개의 단일 세포를 포획하는 단계;(b) capturing a plurality of single cells from the cell containing solution; (c) 상기 복수 개의 단일 세포 각각에 대하여 상이한 농도의 나노 물질을 반응시키는 단계; (c) reacting different concentrations of nanomaterials to each of the plurality of single cells; (d) 상기 복수 개의 단일 세포 내로 세포 변화 측정 물질을 제 2 주입하는 단계; 및 (d) second injecting a cell change measurement material into the plurality of single cells; And (e) 상기 세포 변화 측정 물질에 의한 세포 변화를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노물질 위해성 분석 방법.(e) measuring the cell change by the cell change measuring material. 제 6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 (c)단계에서 상기 나노물질의 상이한 농도는 상기 나노물질이 복수 단 계로 혼합된 후 분리되며, 단계가 증가할수록 많은 수로 채널로 분리되는 농도구배 생성 마이크로 채널에 의하여 달성되는 것을 특징으로 하는 나노물질 위해성 분석 방법.In the step (c), the different concentrations of the nanomaterials are separated by mixing the nanomaterials in a plurality of stages, and the nanoscales are achieved by concentration gradient generating microchannels separated into channels as the number of steps increases. Substance risk analysis method. 제 6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 제 2 주입은 상기 포획된 복수 개의 단일 세포 내로 마이크로 바늘을 동시에 주입하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 나노물질 위해성 분석 방법.And the second injection is performed by simultaneously injecting micro needles into the captured plurality of single cells. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 세포 변화 측정 물질은 분자 신호 물질이며, 상기 세포 변화 측정 단계는 산소종 생성에 따른 mRNA 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 나노물질 위해성 분석 방법.The cell change measuring material is a molecular signal material, and the cell change measuring step is a nanomaterial risk analysis method, characterized in that for measuring the mRNA change according to the generation of oxygen species. 제 6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 나노물질은 1종 이상 주입되는 것을 특징으로 하는 나노물질 위해성 분석 방법.The nanomaterial risk analysis method, characterized in that at least one injection of the nanomaterial. 질병 세포 함유 용액 또는 약물 나노물질이 순차적으로 주입되는 제 1 주입부;A first injecting unit for sequentially injecting a disease cell-containing solution or drug nanomaterial; 상기 주입된 약물 나노물질을 상이한 농도 구배로 혼합하여, 복수개의 마이크로 채널로 분리하는 마이크로 채널 혼합부;A microchannel mixing unit for mixing the injected drug nanomaterials at different concentration gradients and separating the plurality of microchannels into a plurality of microchannels; 상기 마이크로 채널로부터의 복수 개의 질병 세포를 포획하는 챔버부; 및 A chamber portion for capturing a plurality of disease cells from the microchannels; And 질병 세포 변화를 측정하기 위한 측정 물질을 상기 복수 개의 질병 세포 내로 동시에 주입하기 위한 제 2 주입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 약물 나노물질 효과 측정 장치.And a second injection portion for simultaneously injecting a measurement material for measuring disease cell changes into the plurality of disease cells. 제 11항에 있어서, The method of claim 11, 상기 마이크로 채널 혼합부는 약물 나노물질이 복수 단계로 혼합된 후 분리되며, 단계별로 채널수가 증가하는 농도 구배 생성 마이크로 채널인 것을 특징으로 하는 약물 나노물질 효과 측정 장치.The microchannel mixing unit is separated after the drug nanomaterials are mixed in a plurality of stages, drug nanomaterials effect measuring apparatus, characterized in that the concentration gradient generation microchannels in which the number of channels increases step by step. 제 11항에 있어서, The method of claim 11, 상기 제 2 주입부는 상기 포획된 질병 세포 각각에 대응하여 세포 내로 삽입되는 복수개의 마이크로 바늘을 포함하는 것을 특징으로 하는 약물 나노물질 효과 측정 장치.The second injector comprises a plurality of micro-needle is inserted into the cell corresponding to each of the captured diseased cells, the drug nanomaterial effect measurement device. 제 11항에 있어서, The method of claim 11, 상기 약물 나노물질은 1종 이상인 것을 특징으로 하는 약물 나노물질 효과 측정 장치.The drug nanomaterial is a drug nanomaterial effect measuring device, characterized in that at least one. 제 11항에 있어서, The method of claim 11, 상기 세포 변화 측정 물질은 분자 신호 물질이며, 상기 분자 신호 물질은 상기 약물 나노물질에 의한 활성 산소종의 생성에 따른 mRNA 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 약물 나노물질 효과 측정 장치.The cell change measuring material is a molecular signal material, and the molecular signal material is a drug nanomaterial effect measuring device, characterized in that for measuring the mRNA changes according to the generation of reactive oxygen species by the drug nanomaterial. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 나노물질 위해성 분석 장치와 제 11항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 따른 약물 나노물질 효과 측정 장치를 동시에 포함하는 약물 나노물질 효과 측정 시스템.A drug nanomaterial effect measurement system comprising simultaneously the nanomaterial risk analysis device according to any one of claims 1 to 5 and the drug nanomaterial effect measurement device according to any one of claims 11 to 15.
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