特許 7277969 マトリックス構造を有するメンブレン構造体及びこれを用いた生体分子フィルタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-11

(45)【発行日】2023-05-19

(54)【発明の名称】マトリックス構造を有するメンブレン構造体及びこれを用いた生体分子フィルタ

(51)【国際特許分類】

   B01D 71/02 20060101AFI20230512BHJP

   B81B 1/00 20060101ALI20230512BHJP

   G01N 1/10 20060101ALI20230512BHJP

【ＦＩ】

B01D71/02

B81B1/00

G01N1/10 B

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020561565

(86)(22)【出願日】2019-01-25

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-05-06

(86)【国際出願番号】 KR2019001102

(87)【国際公開番号】W WO2019147071

(87)【国際公開日】2019-08-01

【審査請求日】2022-01-20

(31)【優先権主張番号】10-2018-0010006

(32)【優先日】2018-01-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】520271883

【氏名又は名称】メタポア カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000671

【氏名又は名称】ＩＢＣ一番町弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】キム，キュ ナム

(72)【発明者】

【氏名】キム，ソンフン

(72)【発明者】

【氏名】ジョン，サン ヨル

【審査官】富永 正史

(56)【参考文献】

【文献】欧州特許出願公開第００８７９６３５（ＥＰ，Ａ１）

【文献】米国特許第０５７５３０１４（ＵＳ，Ａ）

【文献】特表２００８－５４００７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００３－５２６４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５０３７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０６８７５３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ６１／００－７１／８２

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｃ０２Ｆ １／４４

Ｂ８１Ｂ １／００

Ｇ０１Ｎ １／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料に含まれた生体分子をフィルタリングするメンブレン構造体であって、
試料移動経路に沿って複数のウィンドウセルがマトリックス形態に形成されたウィンドウ領域と、ウィンドウセルが形成されない遮断領域を含み、前記ウィンドウ領域に沿って移動する試料から生体分子をフィルタリングするフィルタリング部；及び
前記フィルタリング部から延びて前記フィルタリング部を支持する支持部を含み、
前記フィルタリング部のウィンドウ領域に形成された各々のウィンドウセルは、一定サイズ以下の生体分子を通過させる微細ホールを有し、前記フィルタリング部は、複数のウィンドウ領域を含み、前記複数のウィンドウ領域は、前記遮断領域を挟んで順次に離隔して並んで配置されるように構成されたことを特徴とする、マトリックス構造を有するメンブレン構造体。

【請求項2】

前記微細ホールは、１００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下の範囲に該当する直径を有する、請求項１に記載のマトリックス構造を有するメンブレン構造体。

【請求項3】

前記メンブレン構造体は、
前記ウィンドウセルを構成する貫通孔が形成された基板；及び
前記基板に積層されて前記貫通孔は一側開口をカバーする多孔膜を含む積層構造を有することを特徴とする、請求項１に記載のマトリックス構造を有するメンブレン構造体。

【請求項4】

前記基板は、シリコン基板を含むことを特徴とする、請求項３に記載のマトリックス構造を有するメンブレン構造体。

【請求項5】

前記基板は、前記シリコン基板に積層された酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層をさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載のマトリックス構造を有するメンブレン構造体。

【請求項6】

前記多孔膜は、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）で構成されたことを特徴とする、請求項３に記載のマトリックス構造を有するメンブレン構造体。

【請求項7】

請求項１乃至６のうち、いずれか一項に従うメンブレン構造体を用いて試料に含まれた生体分子をフィルタリングする生体分子フィルタであって、
前記メンブレン構造体の一面側に位置し、試料の供給を受けて前記メンブレン構造体のウィンドウ領域に沿って移動させる第１ハウジング；及び
前記メンブレン構造体の他面側に位置し、前記メンブレン構造体の前記他面を通じて出る生体分子を収集する第２ハウジングを含む、生体分子フィルタ。

【請求項8】

前記第１ハウジングは、
前記試料が流入する流入口；
前記試料から少なくとも一部の生体分子が分離された残余試料を排出する第１排出口；及び
前記流入口を通じて流入した試料を前記メンブレン構造体のウィンドウ領域に沿って移動させた後、前記第１排出口に伝達する第１流路を含むことを特徴とする、請求項７に記載の生体分子フィルタ。

【請求項9】

前記第１流路は、
前記メンブレン構造体のウィンドウ領域に沿って形成され、前記流入口と前記第１排出口を連結する流路溝部；及び
前記流路溝部の周辺に形成されて試料の漏れを防止する隔壁部を含むことを特徴とする、請求項８に記載の生体分子フィルタ。

【請求項10】

前記第１ハウジングは、
接着剤が塗布されて前記メンブレン構造体の支持部と接着される第１接着部；及び
前記第１接着部を前記第１ハウジングの外部と連通させる第１ベントホールをさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の生体分子フィルタ。

【請求項11】

前記第２ハウジングは、
前記メンブレン構造体を通じて分離された生体分子を排出する第２排出口；及び
前記メンブレン構造体の前記他面を通じて出る生体分子を移動させて前記第２排出口に伝達する第２流路を含むことを特徴とする、請求項７に記載の生体分子フィルタ。

【請求項12】

前記第２流路は、
相互一定間隔をおいて並んで延びるように構成されて前記メンブレン構造体の前記他面から出る生体分子の移動を一定方向にガイドする複数のガイド溝部、及び前記複数のガイド溝部によりガイドされ、移動した生体分子を収集して前記第２排出口に伝達する収集溝部を有する第２流路溝部；及び
前記第２流路溝部の周辺に形成されて生体分子の漏れを防止する第２隔壁部を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の生体分子フィルタ。

【請求項13】

前記第２ハウジングは、
接着剤が塗布されて前記メンブレン構造体の支持部と接着される第２接着部；及び
前記第２接着部を前記第２ハウジングの外部と連通させる第２ベントホールをさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載の生体分子フィルタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［技術分野］
本発明はマトリックス構造を有するメンブレン構造体及びこれを用いた生体分子フィルタに関し、より詳しくは、マトリックス形態に配列された複数のウィンドウセルを有するメンブレン構造体及びこれを用いて試料に含まれた生体分子をフィルタリングする生体分子フィルタに関する。

【背景技術】

【0002】

［背景技術］
本出願は２０１８年１月２６日付けで出願された大韓民国特許出願第１０－２０１８－００１０００６号を優先権に主張し、前記明細書の全体は本出願の参考文献である。

【0003】

一般に、生体分子（biomolecule）は核酸、蛋白質、微細小胞などの生体を構成する物質または生体から由来した物質をいう。最近、細胞間の信号伝達物質であるエクソソーム（exosome）を用いて癌やアルツハイマーなどの病気を診断することができる事実が知らせられるにつれて、エクソソームのような特定の生体分子を効率よく分離することができる技術に対する関心と研究が急増している。

【0004】

しかしながら、米国公開特許公報第２０１２－０１４２００１号に開示されたように、小胞蛋白質に張り付く抗体をマイクロチップに固定させて体液内の小胞を分離する既存の技術は、前処理過程として遠心分離過程を経なければならず、抗体を固定するために高価の装備を使用しなければならないので、生体分子の損傷を引き起こし、生体分子分離過程に多い時間と費用が要求される問題がある。

【0005】

また、韓国登録特許公報第１０－０５５０５１５号に開示されたように、多孔膜を使用して生体分子を分離する既存の技術は、単純なフィルム形態のＤＦＲ（dry film resist）膜を使用するか、またはポリカーボネート（polycarbonate）膜を使用するので、多孔膜の耐久性が落ちて、取扱と設置が難しいという問題がある。さらに、既存の技術は多孔膜が設置されたチャンネルに試料を充填して静的な状態の試料で生体物質をフィルタリングするので、試料に含まれた他の物質により多孔膜が閉塞され、これによってフィルタリング効率が急激に落ちる問題がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

［発明の詳細な説明］
［技術的課題］
本発明が解決しようとする技術的課題は、試料に含まれた生体分子の分離過程で生体分子の損傷を防止し、時間と費用を低減することは勿論、メンブレン構造体の耐久性を改善し、フィルタリング対象生体分子の以外の物質によるメンブレン構造体の閉塞とこれによるフィルタリング効率の低下を防止する、マトリックス構造を有するメンブレン構造体及びこれを用いた生体分子フィルタを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

［課題解決手段］
本発明の一実施形態に従うマトリックス構造を有するメンブレン構造体は、複数のウィンドウセルがマトリックス形態に形成されたウィンドウ領域と、ウィンドウセルが形成されない遮断領域を含み、前記ウィンドウ領域に沿って移動する試料から生体分子をフィルタリングするフィルタリング部；及び前記フィルタリング部から延びて前記フィルタリング部を支持する支持部を含み、前記フィルタリング部のウィンドウ領域に形成された各々のウィンドウセルは、一定サイズ以下の生体分子を通過させる微細ホールを有するように構成されて、試料に含まれた生体分子をフィルタリングする。

【0008】

一実施形態において、前記フィルタリング部は、複数のウィンドウ領域を含み、前記複数のウィンドウ領域は、前記遮断領域を挟んで順次に離隔して並んで配置されるように構成できる。

【0009】

一実施形態において、前記メンブレン構造体は、前記ウィンドウセルを構成する貫通孔が形成された基板；及び前記基板に積層されて前記貫通孔の一側開口をカバーする多孔膜を含む積層構造を有することができる。

【0010】

一実施形態において、前記基板は、シリコン基板を含むことができる。

【0011】

一実施形態において、前記基板は、前記シリコン基板に積層された酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層をさらに含むことができる。

【0012】

一実施形態において、前記多孔膜は、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）で構成できる。

【0013】

本発明の一実施形態に従う生体分子フィルタは、前述した実施形態のうち、いずれか一実施形態に従うメンブレン構造体を用いて試料に含まれた生体分子をフィルタリングするフィルタであって、前記メンブレン構造体の一面側に位置し、試料の供給を受けて前記メンブレン構造体のウィンドウ領域に沿って移動させる第１ハウジング；及び前記メンブレン構造体の他面側に位置し、前記メンブレン構造体の前記他面を通じて出る生体分子を収集する第２ハウジングを含む。

【0014】

一実施形態において、前記第１ハウジングは、前記試料が流入する流入口；前記試料から少なくとも一部の生体分子が分離された残余試料を排出する第１排出口；及び前記流入口を通じて流入した試料を、前記メンブレン構造体のウィンドウ領域に沿って移動させた後、前記第１排出口に伝達する第１流路を含むことができる。

【0015】

一実施形態において、前記第１流路は、前記メンブレン構造体のウィンドウ領域に沿って形成され、前記流入口と前記第１排出口を連結する流路溝部；及び前記流路溝部の周辺に形成されて試料の漏れを防止する隔壁部を含むことができる。

【0016】

一実施形態において、前記第１ハウジングは、接着剤が塗布されて前記メンブレン構造体の支持部と接着される第１接着部；及び前記第１接着部を前記第１ハウジングの外部と連通させる第１ベントホールをさらに含むことができる。

【0017】

一実施形態において、前記メンブレン構造体を通じて分離された生体分子を排出する第２排出口；及び前記メンブレン構造体の前記他面を通じて出る生体分子を移動させて前記第２排出口に伝達する第２流路を含むことができる。

【0018】

一実施形態において、前記第２流路は、相互一定間隔をおいて並んで延びるように構成されて前記メンブレン構造体の前記他面から出る生体分子の移動を一定方向にガイドする複数のガイド溝部、及び前記複数のガイド溝部によりガイドされ、移動された生体分子を収集して前記第２排出口に伝達する収集溝部を有する第２流路溝部；及び前記第２流路溝部の周辺に形成されて生体分子の漏れを防止する第２隔壁部を含むことができる。

【0019】

一実施形態において、前記第２ハウジングは、接着剤が塗布されて前記メンブレン構造体の支持部と接着される第２接着部；及び前記第２接着部を前記第２ハウジングの外部と連通させる第２ベントホールをさらに含むことができる。
。

【発明の効果】

【0020】

［発明の効果］
本発明によれば、試料に含まれた生体分子を多孔性構造を有するメンブレン構造体を通じてフィルタリングする方式により分離することによって、生体分子の損傷を防止し、生体分子分離過程に要求される時間と費用を低減することができる。

【0021】

特に、メンブレン構造体に複数のウィンドウセルを形成し、破損されやすい多孔性構造を各々のウィンドウセル単位に分割して構成することによって、メンブレン構造体の耐久性を改善し、メンブレン構造体の取扱と設置を容易にすることができる。

【0022】

また、ウィンドウセルがマトリックス形態に配列されたメンブレン構造体のウィンドウ領域に沿って試料を移動させながら試料に含まれた生体分子をフィルタリングすることで、フィルタリング対象生体分子の以外の物質によるメンブレン構造体の閉塞とこれによるフィルタリング効率の低下を防止することができる。

【0023】

また、一定量の試料をメンブレン構造体のウィンドウ領域に沿って反復的に循環させ、試料に含まれた生体分子をフィルタリングすることで、生体分子確保に必要な試料の量を減少させながらも生体分子の収得率を改善することができる。

【0024】

延いては、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者であれば、本発明に従う多様な実施形態が前記言及されていないさまざまな技術的課題が解決できることを以下の説明から自明に理解することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

［図面の簡単な説明］

【図1】本発明の一実施形態に従う生体分子フィルタを示す前方斜視図である。

【図2】図１に図示された生体分子フィルタを示す後方斜視図である。

【図3】図１に図示された生体分子フィルタを示す分解斜視図である。

【図4】本発明の一実施形態に従うマトリックス構造を有するメンブレン構造体を示す平面図である。

【図5】図４に図示されたメンブレン構造体のウィンドウセル部分を示す拡大図である。

【図6】図５に図示されたＡ－Ａ‘部分を示す垂直断面図である。

【図7】図３に図示された第１ハウジングの内部面を示す斜視図である。

【図8】図３に図示された第２ハウジングの内部面を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

［発明の実施のための形態］
以下、本発明の技術的課題に対する解決方案を明確化するために添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、本発明を説明するに当たって、関連の公知技術に関する説明がむしろ本発明の要旨を曖昧にする場合、それに関する説明は省略する。また、後述する用語は本発明での機能を考慮して定義された用語であって、これは設計者、製造者などの意図または慣例などによって変わることがある。したがって、その定義は本明細書の全般に亘る内容に基づいて下されるべきである。

【0027】

本明細書において、‘生体分子’は核酸、蛋白質、微細小胞などの生体を構成する物質と、生体から由来した物質は勿論、このような物質が結合、分解、変形、または変異されてなされた全ての物質を意味するものである。

【0028】

図１には本発明の一実施形態に従う生体分子フィルタ１００が前方斜視図として図示されている。

【0029】

図１に図示したように、本発明の一実施形態に従う生体分子フィルタ１００は、第１ハウジング１１０、第２ハウジング１２０、及び前記第１ハウジング１１０と第２ハウジング１２０との間に設置されるメンブレン構造体（図示せず）を含むことができる。

【0030】

第１ハウジング１１０は、メンブレン構造体の一面側に位置し、フィルタリング対象生体分子を含んだ試料の供給を受けてメンブレン構造体の一面に接触させるように構成される。このために、第１ハウジング１１０は第１排出口１１１、流入口１１２、及び第１流路（図示せず）を含むことができる。

【0031】

流入口１１２は、第１ハウジング１１０の外部から供給される試料が第１ハウジング１１０の内部に流入するように構成される。例えば、流入口１１２は第１ハウジング１１０の外部面に形成された試料供給管挿入用突出部と、前記突出部の末端部から前記第１ハウジング１１０の内部面まで延びた貫通口を含むように構成できる。

【0032】

第１排出口１１１は、流入口１１２に流入した試料から少なくとも一部の生体分子が分離された残余試料を排出するように構成される。例えば、第１排出口１１１は第１ハウジング１１０の外部面に形成された試料回収管挿入用突出部と、前記第１ハウジング１１０の内部面から前記試料回収管挿入用突出部の末端部まで延びた貫通口を含むように構成できる。

【0033】

また後に説明するが、第１ハウジング１１０の第１流路は、流入口１１２を通じて流入した試料を、メンブレン構造体の一面と接触させながら前記一面上の一定経路に沿って移動させた後、第１排出口１１１に伝達するように構成される。

【0034】

また、第１ハウジング１１０は第１ハウジング１１０の内部と外部を連通させる第１ベントホール１１６をさらに含むことができる。

【0035】

図２には図１に図示された生体分子フィルタ１００が後方斜視図として図示されている。

【0036】

図２に図示したように、本発明の一実施形態に従う生体分子フィルタ１００の第２ハウジング１２０は、メンブレン構造体の一面側に位置した第１ハウジング１１０に対応してメンブレン構造体の他面側に位置し、メンブレン構造体の他面を通じて出る生体分子を収集して排出するように構成される。このために、第２ハウジング１２０は第２排出口１２１及び第２流路（図示せず）を含むことができる。

【0037】

第２排出口１２１は、メンブレン構造体を通じて分離された生体分子を排出するように構成される。例えば、第２排出口１２１は第２ハウジング１２０の外部面に形成された生体分子収集管挿入用突出部と、前記第２ハウジング１２０の内部面から前記生体分子収集管挿入用突出部の末端部まで延びた貫通口を含むように構成できる。

【0038】

また後に説明するが、第２ハウジング１２０の第２流路は、メンブレン構造体の前記他面を通じて出る生体分子を収集して第２排出口１２１に伝達するように構成される。

【0039】

また、第２ハウジング１２０は第２ハウジング１２０の内部と外部を連通させる第２ベントホール１２６をさらに含むことができる。

【0040】

図３には図１に図示された生体分子フィルタ１００が分解斜視図として図示されている。

【0041】

図３に図示したように、生体分子フィルタ１００はメンブレン構造体１３０を含み、前記メンブレン構造体１３０を用いて試料に含まれた生体分子をフィルタリングする。即ち、第１ハウジング１１０はメンブレン構造体１３０の一面側に位置し、メンブレン構造体１３０の前記一面と結合され、第２ハウジング１２０はメンブレン構造体１３０の他面側に位置し、メンブレン構造体１３０の前記他面と結合される。実施形態によって、第１ハウジング１１０と第２ハウジング１２０はメンブレン構造体１３０を収容するように構成されることもできる。例えば、第１ハウジング１１０と第２ハウジング１２０は、相互結合により形成された内部空間にメンブレン構造体１３０を収容し、上記のように第１ハウジング１１０はメンブレン構造体１３０の一面と結合され、第２ハウジング１２０はメンブレン構造体１３０の他面と結合できる。

【0042】

図４には本発明の一実施形態に従うマトリックス構造を有するメンブレン構造体１３０が平面図として図示されている。

【0043】

図４に図示したように、本発明の一実施形態に従うメンブレン構造体１３０は、試料に含まれた生体分子をフィルタリングするように構成された膜形態の構造体であって、フィルタリング部１３２及び支持部１３４を含む。

【0044】

フィルタリング部１３２は生体分子フィルタリングが遂行される部分であって、ウィンドウセルｗが形成されたウィンドウ領域Ｄｗとウィンドウセルｗが形成されない遮断領域Ｄｂを含む。

【0045】

フィルタリング部１３２のウィンドウ領域Ｄｗは、試料移動経路に沿って複数のウィンドウセルｗがマトリックス形態に形成されて試料と接触するように構成された領域である。メンブレン構造体１３０と結合される第１ハウジング１１０は、フィルタリング部１３２のウィンドウ領域Ｄｗに沿って流路を形成し、該当流路を通じて試料を移動させる。フィルタリング部１３２は上記のようにウィンドウ領域Ｄｗに沿って移動する試料から生体分子をフィルタリングする。このために、ウィンドウ領域Ｄｗに形成された各々のウィンドウセルｗは、一定サイズ以下の生体分子を通過させる多数の微細ホールを有する。

【0046】

フィルタリング部１３２の遮断領域Ｄｂはフィルタリング部１３２の全体領域のうちのウィンドウ領域Ｄｗを除外した領域であって、生体分子のフィルタリングが生じない領域である。このような遮断領域Ｄｂには後述する第１ハウジング１１０の隔壁部などが位置するようになって、ウィンドウ領域Ｄｗに沿って移動する試料の漏れを遮断するようになる。

【0047】

実施形態によって、フィルタリング部１３２は図４のように複数のウィンドウ領域Ｄｗを含むことができる。この場合、複数のウィンドウ領域Ｄｗは遮断領域Ｄｂを挟んで順次に離隔して並んで配置できる。

【0048】

一方、支持部１３４は、フィルタリング部１３２から延長または拡張されて前記フィルタリング部１３２を支持するように構成される。即ち、支持部１３４はメンブレン構造体１００の運搬時、ユーザにより把持されるか、またはメンブレン構造体１００の設置時、他の構造体に接着または挿入されてフィルタリング部１３２を支持するフレームに該当する部分である。

【0049】

メンブレン構造体１３０が図４のように四角形の平板形態に構成される場合、フィルタリング部１３２はメンブレン構造体１３０の中心部分に位置し、支持部１３４はメンブレン構造体１３０の枠部分に位置することができる。メンブレン構造体１３０の形態、サイズ、フィルタリング部１３２と支持部１３４の位置などは、メンブレン構造体１００が適用される環境によって多様に変更できる。

【0050】

本発明において留意する点は、試料に含まれたフィルタリング対象生体分子は、ウィンドウ領域Ｄｗに形成されたウィンドウセルｗにより分離されるのでなく、各々のウィンドウセルｗに形成された微細ホールにより分離されるものであるという点である。即ち、ウィンドウセルｗのサイズと形態は、フィルタリング対象生体分子のサイズとは関わらないものである。

【0051】

図５には図４に図示されたメンブレン構造体１３０のウィンドウセルｗ部分が拡大図として図示されている。

【0052】

図５に図示したように、メンブレン構造体１３０のフィルタリング部１３２に形成された各々のウィンドウセルｗには多数の微細ホールｈが形成される。このようなウィンドウセルｗのサイズは、例えばメンブレン構造体１３０が５０×５０ｍｍサイズで構成される場合、１．２×１．２ｍｍサイズで構成できる。即ち、ウィンドウセルｗのサイズと形態は、フィルタリング対象生体分子のサイズとは関わらないものであり、ウィンドウセル構造の強度と厚さなどによって多様に変更できるものである。

【0053】

一方、ウィンドウセルｗに形成される微細ホールｈのサイズは、フィルタリング対象生体分子のサイズによって決定される。即ち、ウィンドウセルｗに形成される微細ホールｈは１０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下の範囲に該当する直径を有するように構成できる。例えば、フィルタリング対象生体分子がエクソソーム（exosome）である場合、ウィンドウセルｗに形成される多数の微細ホールｈは１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲に該当する直径を有するように構成できる。

【0054】

図６には図５に図示されたＡ－Ａ’部分が垂直断面図として図示されている。

【0055】

図６に図示したように、メンブレン構造体１３０は基板１３０ａ及び多孔膜１３０ｂを含む積層構造を有することができる。

【0056】

基板１３０ａはメンブレン構造体１３０の基本骨格に該当するものであって、コア層をなすシリコン基板Ｌ１を含むことができる。また、基板１３０ａは残留応力による基板の変形やクラック（crack）の発生を防止するために、シリコン基板Ｌ１に積層される酸化シリコン層Ｌ２をさらに含むことができる。酸化シリコン層Ｌ２は、図６のように、シリコン基板Ｌ１の上部面と下部面に全て積層されることができ、実施形態によって上・下部面のうち、いずれか一面のみに積層されることもできる。一実施形態において、酸化シリコン層Ｌ２は半導体製造技術の蒸着工程によりシリコン基板Ｌ１に積層できる。

【0057】

このような基板１３０ａにはウィンドウセルｗを構成するための貫通孔Ｈｗが形成される。この場合、貫通孔Ｈｗは半導体製造技術のリソグラフィ（lithography）工程により形成できる。

【0058】

多孔膜１３０ｂは、ウィンドウセルｗの多孔性構造に該当するものであって、一定サイズ以下の生体分子を通過させる多数の微細ホールｈを有し、基板１３０ａの一面に積層されて支持され、貫通孔Ｈｗの一側開口をカバーする。

【0059】

一実施形態において、多孔膜１３０ｂはシリコン系化合物で構成できる。例えば、多孔膜１３０ｂは窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）及び炭化シリコン（ＳｉＣ）からなる群より選択された少なくとも１つの化合物で構成されることができ、特に、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）で構成できる。

【0060】

窒化シリコンは、主として半導体の製造時、アルカリイオンが半導体の表面に拡散することを防止するパッシベーション（passivation）膜に使われる素材である。本発明では、窒化シリコンの特性、即ち強度が高く（常温曲げ強度１００～１４０ｋｇ／ｍｍ^２）、熱膨脹率が低く（熱膨脹率３×１０^－６／℃）、耐熱衝撃性に優れる点などを考慮して、窒化シリコンが多孔膜１３０ｂの素材として採択される。このように、多孔膜１３０ｂを窒化シリコンで構成することによって、多孔膜の厚さを減少させ、孔隙率を高めることができ、その結果、メンブレン構造体の生体分子分離効率を改善することができる。

【0061】

この場合、多孔膜１３０ｂはナノサイズの厚さ、即ち５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲に該当する厚さを有するように構成できる。多孔膜１３０ｂの厚さが５０ｎｍ未満であれば、多孔膜１３０ｂの強度が落ちて、製造過程または使用過程で破損されやすい。一方、多孔膜１３０ｂの厚さが５００ｎｍを超過すれば、生体分子分離時間が長くなり、分離効率が落ちるようになる。膜強度と生体分子分離効率を同時に満たすために、多孔膜１３０ｂは１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲に該当する厚さを有するように構成されることもできる。

【0062】

一方、多孔膜１３０ｂに形成される微細ホールｈのサイズは、フィルタリング対象生体分子のサイズによって決定される。即ち、多孔膜１３０ｂに形成される多数の微細ホールｈは１０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下の範囲に該当する直径を有するように構成できる。例えば、フィルタリング対象生体分子がエクソソーム（exosome）である場合、多孔膜１３０ｂに形成される多数の微細ホールｈは１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲に該当する直径を有するように構成できる。この場合、多孔膜１３０ｂに形成されるナノサイズの微細ホールは高い解像度を有する電子ビームリソグラフィ（electron beam lithography）やＸ線リソグラフィ（X-ray lithography）工程により形成できる。

【0063】

図７には図３に図示された第１ハウジング１１０の内部面が斜視図として図示されている。

【0064】

図７に図示したように、第１ハウジング１１０は、メンブレン構造体１３０の一面側に位置し、フィルタリング対象生体分子を含んだ試料の供給を受けてメンブレン構造体１３０のウィンドウ領域Ｄｗに沿って移動させるように構成される。このために、第１ハウジング１１０は、第１排出口１１１、流入口１１２、及び第１流路１１３を含み、実施形態によって第１接着部１１４、第１接着剤収容溝１１５、第１ベントホール１１６、第１外壁部１１７などをさらに含むことができる。

【0065】

前述したように、流入口１１２はフィルタリング対象生体分子を含んだ試料が第１ハウジング１１０の外部から内部に流入するように構成される。また、第１排出口１１１は流入口１１２を通じて流入した試料から少なくとも一部の生体分子が分離された残余試料を排出するように構成される。

【0066】

流入口１１２と第１排出口１１１を連結する第１流路１１３は、流入口１１２を通じて流入した試料を、メンブレン構造体１３０のウィンドウ領域Ｄｗと接触させながら前記ウィンドウ領域Ｄｗに沿って移動させた後、第１排出口１１１に伝達するように構成される。この場合、第１流路１１３は流入した試料をメンブレン構造体１３０の複数のウィンドウ領域Ｄｗと全て接触させた後、第１排出口１１１に伝達するように構成できる。

【0067】

例えば、第１流路１１３は流入口１１２と第１排出口１１１を連結するミアンダ（meander）形態の試料移動経路をメンブレン構造体１３０の一面に形成するように構成できる。この場合、第１流路１１３は図７のように流入口１１２を通じて流入した試料をメンブレン構造体１３０のウィンドウ領域に沿ってジグザグ方向に移動させ、第１排出口１１１側に徐々に進行させる形態に構成できる。

【0068】

また、第１流路１１３は第１流路溝部１１３ａ及び第１隔壁部１１３ｂを含むことができる。第１流路溝部１１３ａは流入口１１２と第１排出口１１１を連結する溝構造であって、前述したようにミアンダ形態に構成できる。第１隔壁部１１３ｂは、第１流路溝部１１３ａの周辺に形成されて第１流路溝部１１３ａでの試料の漏れを防止するように構成できる。

【0069】

一実施形態において、第１ハウジング１１０はメンブレン構造体１３０の一面と第１流路１１３の第１隔壁部１１３ｂとの間をシーリング（sealing）するシーリング部材（図示せず）をさらに含むことができる。このようなシーリング部材は接着性と防水性を有する高分子合成樹脂で構成できる。実施形態によって、シーリング部材はメンブレン構造体１３０の一面に密着するゴム部材を含むことができる。この場合、第１隔壁部１１３ｂは前記ゴム部材が挿入されて設置される設置溝１１３ｃを含むことができる。

【0070】

また、一実施形態において、第１隔壁部１１３ｂは第１流路溝部１１３ａと後述する第１接着部１１４との間に形成される第１接着剤遮断溝１１３ｄをさらに含むことができる。第１接着剤遮断溝１１３ｄは第１接着部１１４とメンブレン構造体１３０との間の接着時、該当接着面から漏れ出る残量の接着剤を収容するように構成されて、接着剤が第１流路溝部１１３ａ側に流入することを遮断することができる。

【0071】

一方、第１接着部１１４は接着剤が塗布される部分であって、メンブレン構造体１３０の一面に接着される。この場合、第１接着部１１４は接着剤により形成される接着層の厚さを考慮して第１流路１１３の第１隔壁部１１３ｂと段差を有し、第１隔壁部１１３ｂより低く形成できる。また、第１接着部１１４はメンブレン構造体１３０の枠部分に該当する支持部１３４と接着されるように環形構造で形成できる。

【0072】

第１接着剤収容溝１１５は第１接着部１１４の外側周りに形成される溝であって、基本的に第１接着部１１４のように接着剤が塗布できる。この場合、第１接着剤収容溝１１５は第１接着部１１４とメンブレン構造体１３０との間の接着時、該当接着面から漏れ出る残量の接着剤を収容し、メンブレン構造体１３０と接着されるように構成できる。第１接着部１１４が環形構造で構成される場合、第１接着剤収容溝１１５は第１接着部１１４に沿って形成された環形の溝で構成できる。

【0073】

第１ベントホール１１６は、第１接着部１１４を第１ハウジング１１０の外部と連通させるように構成される。第１ベントホール１１６は第１接着部１１４とメンブレン構造体１３０との間の接着時に発生するガスや残量の接着剤を外部に排出させることができる。この場合、第１ベントホール１１６は第１接着剤収容溝１１５内に形成できる。

【0074】

第１外壁部１１７は第１ハウジング１１０の最外郭構造であって、メンブレン構造体１３０の外部露出を防止してメンブレン構造体１３０を保護するように構成される。例えば、第１外壁部１１７はメンブレン構造体１３０の最外側の枠部と接着されるように構成できる。この場合、第１外壁部１１７は第１接着部１１４や第１接着剤収容溝１１５のように予め接着剤で塗布されなくても、第１接着部１１４と第１接着剤収容溝１１５がメンブレン構造体１３０と接着される過程で流入する接着剤によりメンブレン構造体１３０と接着できる。

【0075】

図８には、図３に図示された第２ハウジング１２０の内部面が斜視図として図示されている。

【0076】

図８に図示したように、第２ハウジング１２０は、メンブレン構造体１３０の一面側に位置した第１ハウジング１１０に対応してメンブレン構造体１３０の他面側に位置し、メンブレン構造体１３０の他面を通じて出る生体分子を収集して排出するように構成される。このために、第２ハウジング１２０は第２排出口１２１及び第２流路１２３を含み、実施形態によって第２接着部１２４、第２接着剤収容溝１２５、第２ベントホール１２６、第２外壁部１２７などをさらに含むことができる。

【0077】

前述したように、第２排出口１２１はメンブレン構造体１３０を通じて分離された生体分子を排出するように構成される。

【0078】

第２流路１２３は、メンブレン構造体１３０の他面から各ウィンドウセルｗの微細ホールを通じて出る生体分子を移動させて第２排出口１２１に伝達するように構成される。このために、第２流路１２３は第２流路溝部１２３ａ、１２３ｂ、及び第２隔壁部１２３ｃを含むことができる。

【0079】

第２流路溝部１２３ａ、１２３ｂはメンブレン構造体１３０の他面と第２排出口１２１を連結する溝構造であって、複数のガイド溝部１２３ａ及び収集溝部１２３ｂを含むことができる。

【0080】

複数のガイド溝部１２３ａはメンブレン構造体１３０の他面から各々のウィンドウセルｗを通じて出る生体分子の移動を一定方向、即ち収集溝部１２３ｂ方向にガイドする溝であって、メンブレン構造体１３０の全体領域のうち、少なくともフィルタリング部１３２に該当する領域をカバーするように互いに一定間隔をおいて並んで延びた長い溝で構成できる。

【0081】

収集溝部１２３ｂは複数のガイド溝部１２３ａによりガイドされ、移動された生体分子を収集して第２排出口１２１に伝達する溝であって、各々のガイド溝部１２３ａと第２排出口１２１を連結するように構成できる。

【0082】

第２隔壁部１２３ｃは、第２流路溝部１２３ａ、１２３ｂの周辺に形成されて生体分子の漏れを防止するように構成できる。

【0083】

一実施形態において、第２ハウジング１２０はメンブレン構造体１３０の他面と第２隔壁部１２３ｃとの間をシーリングするシーリング部材（図示せず）をさらに含むことができる。このようなシーリング部材は接着性と防水性を有する高分子合成樹脂で構成できる。

【0084】

また、一実施形態において、第２隔壁部１２３ｃは第２流路溝部１２３ａ、１２３ｂと後述する第２接着部１２４との間に形成される第２接着剤遮断溝１２３ｄをさらに含むことができる。第２接着剤遮断溝１２３ｄは、第２接着部１２４とメンブレン構造体１３０との間の接着時、該当接着面から漏れ出る残量の接着剤を収容するように構成されて、接着剤の第２流路溝部１２３ａ、１２３ｂ側への流入を遮断することができる。

【0085】

一方、第２接着部１２４は接着剤が塗布される部分であって、メンブレン構造体１３０の他面に接着される。この場合、第２接着部１２４は接着剤により形成される接着層の厚さを考慮して第２流路１２３の第２隔壁部１２３ｃと段差を有し、第２隔壁部１２３ｃより低く形成できる。また、第２接着部１２４はメンブレン構造体１３０の枠部分に該当する支持部１３４と接着されるように環形構造で構成できる。

【0086】

第２接着剤収容溝１２５は第２接着部１２４の外側周りに形成される溝であって、基本的に第２接着部１２４のように接着剤が塗布できる。この場合、第２接着剤収容溝１２５は第２接着部１２４とメンブレン構造体１３０との間の接着時、該当接着面から漏れ出る残量の接着剤を収容し、メンブレン構造体１３０と接着されるように構成できる。第２接着部１２４が環形構造で構成される場合、第２接着剤収容溝１２５は第２接着部１２４に沿って形成された環形の溝で構成できる。

【0087】

第２ベントホール１２６は、第２接着部１２４を第２ハウジング１２０の外部と連通させるように構成される。第２ベントホール１２６は第２接着部１２４とメンブレン構造体１３０との間の接着時に発生するガスや残量の接着剤を外部に排出させることができる。この場合、第２ベントホール１２６は第２接着剤収容溝１２５内に形成できる。

【0088】

第２外壁部１２７は第２ハウジング１２０の最外郭構造であって、メンブレン構造体１３０の外部露出を防止してメンブレン構造体１３０を保護するように構成される。このために、第２外壁部１２７はメンブレン構造体１３０の最外側の枠部分と接着されるように構成できる。この場合、第２外壁部１２７は第２接着部１２４や第２接着剤収容溝１２５のように予め接着剤で塗布されなくても、第２接着部１２４と第２接着剤収容溝１２５がメンブレン構造体１３０に接着される過程で流入する接着剤によりメンブレン構造体１３０と接着できる。

【0089】

このように構成された生体分子フィルタ１００は、第１ハウジング１１０の流入口１１２を通じて供給を受けた試料をメンブレン構造体１３０のウィンドウ領域Ｄｗに沿って移動させながら試料に含まれた生体分子をフィルタリングした後、フィルタリングされた生体分子を第２ハウジング１２０の第２排出口１２１に排出する一方、一部の生体分子が分離された残余試料を第１ハウジング１１０の第１排出口１１１に排出することができる。また、生体分子フィルタ１００は第１排出口１１１を通じて排出された残余試料をまた流入口１１２を通じて供給を受ける方式で、一定量の試料をメンブレン構造体１３０のウィンドウ領域Ｄｗに沿って反復的に循環させながら試料に含まれた生体分子をフィルタリングすることができる。

【0090】

前述したように、本発明によれば、試料に含まれた生体分子を多孔性構造を有するメンブレン構造体を通じてフィルタリングする方式により分離することによって、生体分子の損傷を防止し、生体分子分離過程に要求される時間と費用を低減することができる。

【0091】

特に、メンブレン構造体に複数のウィンドウセルを形成し、破損されやすい多孔性構造を各々のウィンドウセル単位に分割して構成することによって、メンブレン構造体の耐久性を改善し、メンブレン構造体の取扱と設置を容易にすることができる。

【0092】

また、ウィンドウセルがマトリックス形態に配列されたメンブレン構造体のウィンドウ領域に沿って試料を移動させながら試料に含まれた生体分子をフィルタリングすることで、フィルタリング対象生体分子の以外の物質によるメンブレン構造体の閉塞とこれによるフィルタリング効率の低下を防止することができる。

【0093】

また、一定量の試料をメンブレン構造体のウィンドウ領域に沿って反復的に循環させながら試料に含まれた生体分子をフィルタリングすることで、生体分子確保に必要な試料の量を減少させながらも生体分子の収得率を改善することができる。

【0094】

延いては、本発明に従う実施形態は、当該技術分野は勿論、関連技術分野で本明細書に言及された内容の以外の他のさまざまな技術的課題が解決できることは勿論である。

【0095】

以上、本発明に対して具体的な実施形態を参考にして説明した。しかしながら、当業者であれば、本発明の技術的範囲で多様な変形実施形態が具現できることを明確に理解することができる。したがって、先に開示された実施形態は限定的な観点でなく、説明的な観点から考慮されるべきである。即ち、本発明の真の技術的思想の範囲は請求範囲に示されており、それと均等範囲内にある全ての差異点は本発明に含まれるものとして解釈されるべきである。

【符号の説明】

【0096】

１００ 生体分子フィルタ
１１０ 第１ハウジング
１１１ 第１排出口
１１２ 流入口
１１３ 第１流路
１１４ 第１接着部
１１５ 第１接着剤収容溝
１１６ 第１ベントホール
１１７ 第１外壁部
１２０ 第２ハウジング
１２１ 第２排出口
１２３ 第２流路
１２４ 第２接着部
１２５ 第２接着剤収容溝
１２６ 第２ベントホール
１２７ 第２外壁部
１３０ メンブレン構造体
１３２ フィルタリング部
１３４ 支持部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】