(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】2024-11-19
(45)【発行日】2024-11-27
(54)【発明の名称】ターゲット対象物分離装置および方法
(51)【国際特許分類】
C12M 1/26 20060101AFI20241120BHJP
C12M 1/00 20060101ALI20241120BHJP
【ＦＩ】
C12M1/26
C12M1/00 A
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2023533268
(86)(22)【出願日】2023-03-16
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2024-05-24
(86)【国際出願番号】 KR2023003496
(87)【国際公開番号】W WO2023210966
(87)【国際公開日】2023-11-02
【審査請求日】2023-05-31
(31)【優先権主張番号】10-2022-0052701
(32)【優先日】2022-04-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】518232386
【氏名又は名称】クリオシス インコーポレイテッド
【住所又は居所原語表記】４Ｆ， ＩＳ ＢＬＤＧ．， １０， ＴＥＨＥＲＡＮ－ＲＯ ３８－ＧＩＬ， ＧＡＮＧＮＡＭ－ＧＵ， ＳＥＯＵＬ ０６２２１， ＲＥＰＵＢＬＩＣ ＯＦ ＫＯＲＥＡ
(74)【代理人】
【識別番号】110001818
【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ
(72)【発明者】
【氏名】ユン，ホ・ヨン
(72)【発明者】
【氏名】カン，ミョン・ウ
(72)【発明者】
【氏名】シン，テ・ファン
(72)【発明者】
【氏名】イ，ユ・ジン
(72)【発明者】
【氏名】シン，ソン・ギュ
【審査官】▲高▼ 美葉子
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１９－５０２９３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１０８７８７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２００５－５０９８８３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ１２Ｍ １／００－３／１０
Ｂ０１Ｌ ３／００
Ｇ０１Ｎ３７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
微細粒子を含む流体が注入される注入部；前記注入された流体が流動する過程で、ターゲット対象物が一定方向に集中して流動するようにする通路部；および
前記一定方向の終端に集中したターゲット対象物を獲得するターゲット対象物獲得部を含み、
前記通路部は前記流体の主流動方向に垂直な方向に溝形態を有する複数の陰刻構造物を含み、
前記注入部、前記通路部、および前記ターゲット対象物獲得部のうち少なくとも一つは、前記複数の陰刻構造物外の領域に配置される複数の柱構造物を含み、および
前記複数の柱構造物間の間隔は、前記陰刻構造物の長さより広いか同じである、
ターゲット対象物分離装置。
【請求項2】
前記ターゲット対象物分離装置は、ノン－ターゲット（non-target）対象物排出部をさらに含む、請求項１に記載のターゲット対象物分離装置。
【請求項3】
前記ターゲット対象物は、前記複数の陰刻構造物によって前記流体の主流動方向に垂直な方向に二次流動が発生して一定方向に集中する、請求項１に記載のターゲット対象物分離装置。
【請求項4】
前記通路部は、前記注入部から前記ターゲット対象物獲得部間の領域の少なくとも一部に延びて形成される高速チャンネル部をさらに含む、請求項１に記載のターゲット対象物分離装置。
【請求項5】
前記複数の陰刻構造物は、前記高速チャンネル部以外の通路部に配置される、請求項４に記載のターゲット対象物分離装置。
【請求項6】
前記高速チャンネル部は、前記微細粒子が濃縮される前記通路部の一側に深さ方向の溝型チャンネルで形成される、請求項４に記載のターゲット対象物分離装置。
【請求項7】
前記高速チャンネル部は、前記通路部の幅の０．１％ないし５０％の幅を有する、請求項４に記載のターゲット対象物分離装置。
【請求項8】
前記複数の陰刻構造物によって形成される微細パターンは曲線形態を有する、請求項１に記載のターゲット対象物分離装置。
【請求項9】
前記複数の陰刻構造物は、前記微細粒子分離装置の底面または天井面に配置され、前記複数の陰刻構造物は、複数個が互いに断絶して形成される、請求項１に記載のターゲット対象物分離装置。
【請求項10】
前記複数の陰刻構造物は、直線形態の微細パターンを形成し、前記直線形態の微細パターンは、前記流体の主流動方向に対して４５度ないし１３５度の角度を有する、請求項１に記載のターゲット対象物分離装置。
【請求項11】
前記複数の陰刻構造物は、開始箇所である第１点から終了箇所である第２点まで形成される曲線形態の微細パターンを形成し、前記曲線の前記第１点の接線は、前記流体の主流動方向に対して４５度ないし１３５度の角度を有し、前記曲線の前記第２点の接線は、前記流体の主流動方向に対して０度ないし７５度または１０５度ないし１８０度の角度を有する、請求項１に記載のターゲット対象物分離装置。
【請求項12】
前記ターゲット対象物が白血球である場合、前記ノン－ターゲット対象物排出部には赤血球が獲得され、前記ターゲット対象物が血漿である場合、前記ノン－ターゲット対象物排出部では血球が獲得され、
前記ターゲット対象物が細胞である場合、前記ノン－ターゲット対象物排出部では前記細胞が除去された培養液が獲得される、請求項２に記載のターゲット対象物分離装置。
【請求項13】
前記複数の柱構造物間の間隔は、獲得しようとする微細粒子の直径より広いか同じである、請求項１に記載のターゲット対象物分離装置。
【請求項14】
ターゲット対象物分離装置を利用して流体からターゲット対象物を分離するターゲット対象物の分離方法であって、注入部に微細粒子を含む流体を注入させるステップ；および
ターゲット対象物獲得部で、前記注入された流体が通路部で流動する過程で一定方向に集中したターゲット対象物を獲得するステップを含み、
前記通路部は、前記流体の主流動方向に垂直な方向に溝形態を有する複数の陰刻構造物を含み、
前記注入部、前記通路部および前記ターゲット対象物獲得部のうち少なくとも一つは、前記複数の陰刻構造物外の領域に配置される複数の柱構造物を含み、
前記複数の柱構造物間の間隔は、前記陰刻構造物の長さより広いか同じである、
ターゲット対象物の分離方法。
【請求項15】
前記ターゲット対象物の分離方法は、ノン－ターゲット（non-target）対象物排出部でノン－ターゲット対象物を獲得するステップをさらに含む、請求項１４に記載のターゲット対象物の分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ターゲット対象物分離装置および方法に関し、より具体的に、装置内部に溝、構造物などを配置してターゲット対象物の分離を円滑に遂行する装置および方法に関する。
【背景技術】
【0002】
細胞などのような微細粒子または血漿を分離および濃縮する試料前処理技術は、生物学的研究，体外診断，治療，製薬など多様な分野において非常に重要な役割をする。このような特定微細粒子または血漿を分離および濃縮するために、主に細胞間密度差を通じて微細粒子または血漿を分離および濃縮する遠心分離機が使用される。しかし、遠心分離機は多くの量のサンプルを処理する際に有用であるが、少ない量を高効率で処理するには限界があり、高価な装備であり、微細粒子または血漿に物理的に損傷を加える危険も存在する。
【0003】
これによって、近年、マイクロ流体チップ基盤の微細粒子または血漿の分離および濃縮技術が開発されているが、これは、数十マイクロメーターから数ミリメートルのチャンネル内に流動を操作することができる任意の構造物を設置して、微細粒子または血漿を分離および濃縮する技術である。マイクロ流体チップ基盤の微細粒子または血漿分離および濃縮技術によると、少ない試薬と少ない動力で分離および濃縮が可能であり、携帯性が高く、低い費用で迅速な分析および検出が遂行され得る。
【0004】
しかし、現存するマイクロ流体チップは、チップの製造工程上の熱変形によるチャンネル中央部の垂れ現象が発生し、一部に逆方向流線によって細胞濃縮効果が低下する問題点がある。これによって、優れた微細粒子分離および濃縮機能を遂行しながらもチャンネル中央部の垂れ現象および逆方向流線による濃縮効果低下現象を解決するための研究が必要な実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】韓国公開特許第２０１１－０００５９６３号公報（公開日：２０１１．０１．２０．）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本開示の一実施例は、優れたターゲット対象物の分離および濃縮機能を遂行するターゲット対象物分離装置および方法を提供するためのものである。
また、本開示の一実施例は、マイクロ流体チップのチャンネル中央部の垂れ現象を解決しようとする。
また、本開示の一実施例は、逆方向流線によって濃縮効果が低下する現象を解決しようとする。
また、本開示の一実施例は、マイクロ流体チップのチャンネル中央部の垂れ現象を解決しようとする。
また、本開示の一実施例は、逆方向流線によって濃縮効果が低下する現象を解決しようとする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一実施例は、優れたターゲット対象物分離および濃縮機能を遂行するターゲット対象物分離装置および方法を提供しようとする。
【0008】
本開示の一実施例は、微細粒子を含む流体が注入される注入部；前記注入された流体が流動する過程で、ターゲット対象物が一定方向に集中して流動するようにする通路部を含むターゲット対象物分離装置を提供しようとする。前記通路部は、前記流体の主流動方向に垂直な方向に溝形態を有する複数の陰刻構造物を含むことができる。また、ターゲット対象物分離装置は、前記一定方向に集中したターゲット対象物を獲得するターゲット対象物獲得部をさらに含み、前記注入部、前記通路部および前記ターゲット対象物獲得部のうち少なくとも一つは、前記複数の陰刻構造物外の領域に配置される柱構造物を含むことができる。
【0009】
一実施例において、前記ターゲット対象物分離装置は、ノン－ターゲット（non-target）対象物排出部をさらに含むことができる。
【0010】
一実施例において、前記ターゲット対象物は、前記複数の陰刻構造物によって前記流体の主流動方向に垂直な方向に二次流動が発生して一定方向に集中することができる。
【0011】
一実施例において、前記ターゲット対象物分離装置は、前記注入部から前記ターゲット対象物獲得部間の領域の少なくとも一部に延びて形成される高速チャンネル部を含むことができる。
【0012】
一実施例において、前記複数の陰刻構造物は、前記高速チャンネル部には配置されなくてよい。例えば、複数の陰刻構造物は、高速チャンネル部以外の通路部に配置されることができる。
【0013】
一実施例において、前記高速チャンネル部は、前記微細粒子が濃縮される方向に対応される前記通路部の一側に深さ方向の溝型チャンネルで形成されることができる。
【0014】
一実施例において、前記高速チャンネル部は、前記通路部の幅の０．１％ないし５０％の幅を有することができる。
【0015】
一実施例において、前記複数の陰刻構造物によって形成される微細パターンは曲線形態を有することができる。
【0016】
一実施例において、前記複数の陰刻構造物は、前記微細粒子分離装置の底面または天井面に配置され、前記複数の陰刻構造物は、複数個が互いに断絶して形成されることができる。
【0017】
一実施例において、前記複数の陰刻構造物は、直線形態の微細パターンを形成し、前記直線形態の微細パターンは、前記流体の主流動方向に対して４５度ないし１３５度の角度を有することができる。
【0018】
一実施例において、前記複数の陰刻構造物は、開始箇所である第１点から終了箇所である第２点まで形成される曲線形態の微細パターンを形成し、前記第１点の接線は、前記流体の主流動方向に対して４５度ないし１３５度の角度を有し、前記第２点の接線は、前記流体の主流動方向に対して０度ないし７５度または１０５度ないし１８０度の角度を有することができる。
【0019】
一実施例において、前記ターゲット対象物が白血球である場合、前記ノン－ターゲット対象物排出部には赤血球が獲得され、前記ターゲット対象物が血漿である場合、前記ノン－ターゲット対象物排出部では血球が獲得され、前記ターゲット対象物が細胞である場合、前記ノン－ターゲット対象物排出部では前記細胞が除去された培養液が獲得され得る。
【0020】
一実施例において、前記柱構造物の高さは前記通路部の高さに対応され、前記柱構造物は、円，楕円，流線形または丸い多角形の断面を有する柱形態を有し、前記柱形態の断面の最大長さは、（前記通路部の高さ）／（前記断面の最大長さ）が特定値を超えないように決定することができる。
【0021】
一実施例において、前記柱構造物が複数個存在する場合、複数の柱構造物間の間隔は、獲得しようとする微細粒子の直径または前記陰刻構造物の長さより広いか同一とすることができる。
【0022】
本開示の一実施例は、ターゲット対象物分離装置を利用して流体からターゲット対象物を分離するターゲット対象物の分離方法であって、注入部に微細粒子を含む流体を注入させるステップ；およびターゲット対象物獲得部で、前記注入された流体が通路部で流動する過程で一定方向に集中したターゲット対象物を獲得するステップを含み、前記通路部は、前記流体の主流動方向に垂直な方向に溝形態を有する複数の陰刻構造物を含み、前記注入部、前記通路部、および前記ターゲット対象物獲得部のうち少なくとも一つは、前記複数の陰刻構造物外の領域に配置される柱構造物を含む、ターゲット対象物の分離方法を提供しようとする。
【0023】
一実施例において、前記ターゲット対象物の分離方法は、ノン－ターゲット（non-target）対象物排出部でノン－ターゲット対象物を獲得するステップをさらに含むことができる。
【0024】
一実施例において、前記ターゲット対象物は、前記複数の陰刻構造物によって前記流体の主流動方向に垂直な方向に流動が発生して一定方向に集中することができる。
【0025】
一実施例において、前記ターゲット対象物分離装置は、前記注入部から前記ターゲット対象物獲得部間の領域の少なくとも一部に延びて形成される高速チャンネル部を含むことができる。
【発明の効果】
【0026】
本開示の一実施例によれば、ターゲット対象物を効率的に分離および濃縮することができる。
【0027】
また、本開示の一実施例によれば、マイクロ流体チップのチャンネル中央部の垂れ現象を解決することができる。
【0028】
また、本開示の一実施例によれば、逆方向流線によって濃縮効果が低下する現象を解決することができる。
【0029】
また、本開示の一実施例によれば、マイクロ流体チップには曲線形態の傾斜構造物である微細パターンが形成されており、曲線形態の傾斜構造物は直線形態の傾斜構造物に比べて二次流動の流速を大きく向上させることができ、この向上した流速は、血漿、細胞または微細粒子の分離性能を大きく増加させ得る効果を有する。またこのような効果を有する本開示によるマイクロ流体チップを使用することで、既存の細胞分離および濃縮技術より使用性に優れ、細胞の損傷を最小化することができ、さらにマイクロ流体チップ技術基盤の細胞分離および濃縮技術は一般的な細胞培養基盤の実験過程から幹細胞および免疫細胞治療剤の開発／生産工程まで適用可能な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1a】本開示の一実施例によるターゲット対象物分離装置の構成を概略的に示した図である。
【図2a】本開示の一実施例によるターゲット対象物分離装置の構成を概略的に示した図である。
【図3】本開示の一実施例による微細粒子分離装置の断面を概略的に示した図である。
【図4】本開示の一実施例による高速チャンネル部を含む微細粒子分離装置の断面を概略的に示した図である。
【図5】本開示の一実施例によるチャンネル中央部の垂れ現象が存在するターゲット対象物分離装置の断面を概略的に示した図である。
【図6】本開示の一実施例によるチャンネル中央部の垂れ現象を解決したターゲット対象物分離装置の断面を概略的に示した図である。
【図7a】本開示の一実施例による溝形態を有する複数の陰刻構造物によって微細粒子が分離する過程を示す図である。
【図7b】本開示の一実施例による溝形態を有する複数の陰刻構造物によって微細粒子が分離する過程を示す図である。
【図7c】本開示の一実施例による溝形態を有する複数の陰刻構造物によって微細粒子が分離する過程を示す図である。
【図8】本開示の一実施例による複数の陰刻構造物の配列と配置を示す概略図である。
【図9a】本開示の一実施例による直線形態を有する微細パターンの形状による細胞分離性能をシミュレーションした図である。
【図9b】本開示の一実施例による曲線形態を有する微細パターンの形状による細胞分離性能をシミュレーションした図である。
【図10a】本開示の一実施例による曲線形態を有する微細パターンの形状による細胞分離性能を実験した結果を示す図である。
【図10b】本開示の一実施例による曲線形態を有する微細パターンの形状による細胞分離性能を実験した結果を示す図である。
【図11a】本開示の一実施例による高速チャンネル部が存在しない場合のターゲット対象物の分離性能を示す図である。
【図11b】本開示の一実施例による高速チャンネル部が存在する場合のターゲット対象物の分離性能を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0031】
本開示の技術的思想を明確にするために、添付の図面を参照して本開示の実施例を詳細に説明する。本開示を説明するに当たり、関連した公知機能または構成要素に対する具体的な説明が本開示の要旨を不要に曇らすことができると判断される場合、その詳細な説明を省略する。図面のうち実質的に同一の機能構成を有する構成要素に対しては、たとえ他の図面上に示されるとしても、できるだけ同一の参照番号および符号を付与した。説明の便宜のために、必要な場合には装置と方法を一緒に叙述するようにする。本開示の各動作は、必ずしも記載した順序どおり遂行されなければならない必要はなく、並列的、選択的、または個別的に遂行されてよい。
【0032】
本開示の実施例で使用される用語は、本開示の機能を考慮してできるだけ現在広く使用される一般的な用語を選択したが、これは当分野に携わる技術者の意図または判例、新たな技術の出現などによって変わり得る。また、特定の場合は、出願人が任意に選定した用語もあり、この場合、該当する実施例の説明部分で詳細にその意味を記載するだろう。したがって、本明細書で使用される用語は単なる用語の名称ではなく、その用語が有する意味と本開示の全般に亘った内容に基づいて正義されなければならない。
【0033】
本開示の全体で単数の表現は、文脈上明白に異なるように意図しない限り、複数の表現を含むことができる。「含む」または「有する」などの用語は、特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないものと理解されなければならない。すなわち、本開示全体で、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
【0034】
「少なくとも一つの」のような表現は、構成要素のリスト全体を修飾し、そのリストの構成要素を個別的に修飾しない。例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣのうち少なくとも一つ」および「Ａ、Ｂ、またはＣのうち少なくとも一つ」は、ただＡ、ただＢ、ただＣ、ＡとＢのいずれも、ＢとＣのいずれも、ＡとＣのいずれも、ＡとＢとＣのいずれも、またはその組み合わせを示す。
【0035】
また、本開示に記載された「．．．部」、「．．．モジュール」などの用語は、少なくとも一つの機能または動作を処理する単位を意味し、これは、ハードウェアまたはソフトウェアで具現されるか、ハードウェアとソフトウェアの結合で具現されることができる。
【0036】
本開示全体において、ある部分が他の部分と「連結」されているとするとき、これは、「直接的に連結」されている場合だけではなく、その中間に他の素子を介して「電気的に連結」されている場合も含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
【0037】
本開示全体において使用された表現「～するように構成された（または設定された）（configured to）」は、状況によって、例えば、「～に適合した（suitable for）」、「～する能力を有する（having the capacity to）」、「～するように設計された（designed to）」、「～するように変更された（adapted to）」、「～するように作られた（made to）」、または「～ができる（capable of）」に置き換えて使用されてよい。用語「～するように構成された（または設定された）」は、ハードウェア的に「特別に設計された（specifically designed to）」ことのみを必ずしも意味しなくてよい。代わりに、ある状況においては、「～するように構成されたシステム」という表現は、そのシステムが他の装置または部品とともに「～することができる」ことを意味してよい。例えば、文句「Ａ、ＢおよびＣを遂行するように構成された（または設定された）プロセッサ」は、該当動作を遂行するための専用プロセッサ（例：エンベデッドプロセッサ）、またはメモリーに格納されている一つ以上のソフトウェアプログラムを実行することで、該当動作を遂行することができる汎用プロセッサ（generic-purpose processor）（例：ＣＰＵまたはapplication processor）を意味してよい。
【0038】
本開示において使用される用語「約」は、与えられた数値または範囲の１０％以内、好ましくは５％以内、さらに好ましくは１％以内を意味する。
【0039】
本開示の一実施例は、細胞などのような特定微細粒子または血漿を所望する方向に分離および／または濃縮するためのターゲット対象物分離装置および方法を提供しようとする。
【0040】
また、本開示の一実施例によれば、ターゲット対象物分離装置は、チャンネルの天井または底面で流体流動に垂直な方向に二次流動（Secondary flow）を誘導して、血漿、細胞または微細粒子などを分離および／または濃縮することができる。
【0041】
また、本開示の一実施例によれば、ターゲット対象物分離装置は、曲線形態の傾斜構造物を利用して直線形態の傾斜構造物を利用するときより二次流動の流速を大きく向上させることができる。また、向上した流速によってターゲット対象物に対する分離性能が向上することができる。
【0042】
また、本開示の一実施例によるターゲット対象物分離装置は、既存の微細粒子分離および濃縮装置より使用性に優れ、細胞のような微細粒子の損傷を最小化することができる。また、本開示の一実施例によるターゲット対象物分離装置および方法は、一般的な細胞培養基盤の実験過程から幹細胞および免疫細胞治療剤の開発／生産工程まで多様に適用されることができる。
【0043】
本開示の一実施例は、ターゲット対象物分離装置のパターン形状を利用してターゲット対象物を所望する方向に分離することができる。また、ターゲット対象物分離装置のパターン形状を通じて安価且つ簡便にターゲット対象物が特定方向に分離できる。
【0044】
本開示全体において、「ターゲット対象物」または「ターゲット対象」は、ターゲット対象物分離装置を通じて分離しようとする目標対象として、例えば微細粒子、血漿などを含むことができる。ここで、微細粒子は、赤血球、血小板、白血球、循環腫瘍細胞、幹細胞、無力になった保管された赤血球（effete stored erythrocytes）、自家Ｔ－細胞膨張から由来するＴ－細胞、有機微細粒子、無機微細粒子、有機金属性微細粒子、金属性微細粒子、エアロゾル粒子、バクテリア、酵母、真菌、海藻類、ウイルス、微細無脊椎動物またはこれの卵（egg）、花粉、細胞または組織断片、細胞塊、細胞破片（例えば、ＤＮＡまたはＲＮＡ精製と関連した細胞破片）、生物反応期－生産細胞または粒状体、タンパク質、タンパク質凝集物、プリオン、小胞、リポソーム、析出物（例えば、血液または血液分画からの析出物、産業用工程析出物、廃水析出物など）、発酵食品からの粒状体または細胞（例えば、発酵飲料からの粒状体または細胞）、巨大分子、巨大分子凝集物、ＤＮＡ、細胞器官、胞子、気泡、液滴およびエキソゾームなどを含むことができる。
【0045】
図１ａは、本開示の一実施例によるターゲット対象物分離装置の構成を概略的に示した図である。
【0046】
図１ａを参照すると、ターゲット対象物分離装置１００は、注入口１１０、注入部１１５、通路部１２０、ターゲット対象物獲得部１３０ａ、ノン－ターゲット（non-target）対象物排出部１３０ｂなどを含むことができる。一実施例において、微細粒子を含む流体は、注入口１１０を通じてターゲット対象物分離装置１００に注入することができる。注入部１１５は注入口１１０近くの流体流動通路と称することができる。一実施例において、注入された流体が注入部１１５および通路部１２０を通過して流動することによって、ターゲット対象物が集中的に一定方向に分離することができる。また、分離したターゲット対象物はターゲット対象物獲得部１３０ａに集中することができる。また、ターゲット対象物ではないノン－ターゲット対象物は、ノン－ターゲット対象物排出部１３０ｂに集中することができる。
【0047】
以下においては、流体が注入口１１０に注入されてターゲット対象物獲得部１３０ａでターゲット対象物が集中する過程についてより具体的に説明する。
【0048】
一実施例において、注入口１１０には、微細粒子を含む流体を注入することができる。例えばチューブ、注射器、ピペットなどを介して流体を注入することができる。また、例えば流体は、白血球または血漿獲得を目的とする全血を含むことができる。または、流体は、細胞培養液を含むことができる。
【0049】
一実施例において、注入された流体が注入部１１５および通路部１２０で流動する間、ターゲット対象物を特定方向に分離することができる。これによって、ターゲット対象物分離装置１００の一定方向の終端にターゲット対象物獲得部１３０ａを備えることで、分離したターゲット対象物が獲得され得る。また、ターゲット対象物分離装置１００の流体通路の終端には、ノン－ターゲット対象物排出部１３０ｂが備えられてノン－ターゲット対象物が獲得され得る。
【0050】
または、ターゲット対象物分離装置１００の流体通路の終端にターゲット対象物獲得部が備えられ、ターゲット対象物分離装置１００の一定方向の終端にノン－ターゲット対象物獲得部を備えてもよい（図示しない）。例えば、ノン－ターゲット対象物獲得部は、ターゲット対象物分離装置１００の流体通路の中間に備えられるようにチャンネルを形成することができる。また、ノン－ターゲット対象物獲得部は、複数個備えられてもよい。
【0051】
例えば、ターゲット対象物分離装置１００が血漿を分離するための装置である場合、注入口１１０に血液を注入すると、ターゲット対象物獲得部１３０ａには血漿が集中し、ノン－ターゲット対象物排出部１３０ｂには血球（例えば白血球、赤血球、血小板など）が集中することができる。これによって、血漿分離装置によって血漿を分離しても、血球などが捨てられずに使用され得る。
【0052】
また、例えば、ターゲット対象物分離装置１００が白血球を分離するための装置である場合、注入口１１０に血液を注入すると、ターゲット対象物獲得部１３０ａを通じて白血球が抽出され、ノン－ターゲット対象物排出部１３０ｂを通じて赤血球が抽出されることができる。
【0053】
また、例えばターゲット対象物分離装置１００が細胞を分離するための装置である場合、注入口１１０に細胞培養液または細胞浮遊液を注入すると、ターゲット対象物獲得部１３０ａを通じて濃縮された細胞が抽出され、ノン－ターゲット対象物排出部１３０ｂを通じて特定細胞が除去された培養液を抽出することができる。
【0054】
一実施例において、ターゲット対象物分離装置１００のターゲット対象物は、ターゲット対象物分離装置１００の流体通路パターンによって変わり得る。
【0055】
本開示の一実施例においては、ターゲット対象物獲得部１３０ａおよびノン－ターゲット対象物排出部１３０ｂがそれぞれ１個ずつである場合を示したが、これは一例示であって、ターゲット対象物獲得部およびノン－ターゲット対象物排出部のうち少なくとも一つは複数個であってよい。例えば、ターゲット対象物分離装置１００は、２個以上、例えば４個ないし１０個のターゲット対象物獲得部を含むことができる。また、他の例において、ターゲット対象物分離装置１００は３個以上、例えば４個ないし３０個、より具体的には８個ないし１５個のノン－ターゲット対象物排出部を含むことができる。このようなターゲット対象物獲得部およびノン－ターゲット対象物排出部のそれぞれの個数は、ターゲット対象物によって同一であるか、または異なって決定することができる。
【0056】
また、ターゲット対象物獲得部１３０ａを第１ターゲット対象物獲得部と称し、ノン－ターゲット対象物排出部１３０ｂを第２ターゲット対象物獲得部と称することもできる。ターゲット対象物獲得部１３０ａまたはノン－ターゲット対象物排出部１３０ｂの個数に関する構成は、別に言及がなくても、以下に言及される各実施例によるターゲット対象物分離装置のターゲット対象物獲得部およびノン－ターゲット対象物排出部にも同一に適用することができる。
【0057】
一実施例において、ターゲット対象物分離装置１００には複数個のチャンネルが形成できる。チャンネルとは、注入口からターゲット対象物獲得部またはノン－ターゲット対象物排出部まで続く通路であって、ターゲット対象物によってチャンネルの個数が同一であるか、または異なるように決定することができる。チャンネルの個数は１個ないし４０個、詳細には２個ないし３０個、より詳細には５個ないし２０個であってよい。例えば注入口からターゲット対象物獲得部までのチャンネル個数において、白血球分離装置は前記チャンネル個数が６個であり、血漿分離装置は前記チャンネル個数が６個であり、細胞分離装置は前記チャンネル個数が２個であってよい。ただし、これは一例示であって、多様な個数のチャンネルでターゲット対象物分離装置１００が形成できる。
【0058】
一実施例において、それぞれのチャンネルは、注入口から始まってターゲット対象物獲得部またはノン－ターゲット対象物排出部に繋がる通路中間に複数個のチャンネルに分かれてよく、これによって、追加チャンネルが生成され得る。例えば、チャンネルの中間に別途のチャンネルが生成されてその末端にはノン－ターゲット対象物排出部が形成できる。例えば、ノン－ターゲット対象物排出口が８個存在する場合、注入口から始まったチャンネルで８個の追加チャンネルが生成され得る。
【0059】
【0060】
図１ｂを参照すると、図１ａの通路部１２０の一部１４０が拡大された図が示される。一実施例において、ターゲット対象物の分離は、ターゲット対象物分離装置１００内に流体の主運動方向に対して所定の角度で傾斜度を有した一定パターンを利用して遂行されることができる。パターンの種類、大きさ、配置などは、流体の主運動方向とターゲット対象物を分離させようとする特定方向に基づいて決まることができる。例えば、ターゲット対象物分離装置１００の微細パターンは、流体の主流動方向を基準に、ターゲット対象物を分離させようとする特定方向に対して傾いた傾斜度を有することができ、傾斜度は、流体の主運動方向に対して４５ないし１３５度の傾斜度を含むことができる。このような傾斜度によって、微細粒子を含む流体がターゲット対象物分離装置１００に注入されると、流体が傾斜したパターン溝に垂直な方向に移動するようになり、これによってターゲット対象物が一定方向に集中して流動することができる。
【0061】
一実施例において、ターゲット対象物分離装置１００内の微細パターンは、複数の溝によって形成されることができる。溝の形態は、分離させようとするターゲット対象物の種類によって決まることができる。ここで、溝の形態は、溝の高さ、幅、長さ、通路部１２０の高さなどを含むことができる。例えば、溝の高さと幅は、ターゲット対象物の直径の０．５倍ないし２倍以内、溝の長さは、ターゲット対象物の直径の３倍ないし１０倍以内、通路部の高さは、ターゲット対象物の直径の１倍ないし３倍以内であってよい。ここで、微細粒子直径は微細粒子の平均径を含むことができる。また、通路部１２０内のパターンは、溝が一定間隔で配列されて形成されることを含むことができる。例えば、一定間隔は、約１ないし７０μｍ（micrometer）内外、例えば、約５ないし４０μｍ、または約１０ないし２０μｍを含むことができる。溝の形態は、長方形、菱形、三角形、楕円形、星形などであってよいが、これに限定されるものではない。一実施例において、溝は、陰刻チャンネル部または陰刻構造物と称することができる。すなわち、ターゲット対象物の分離は、通路部１２０内に備えられたチャンネルの天井または底面に配置された複数の陰刻構造物によって遂行されることができる。陰刻構造物と関連して図７を参照し、陰刻構造物によって形成される微細パターンと関連して図１ｃを参照して詳細に後述する。
【0062】
一実施例において、特定方向に移動されたターゲット対象物は、流体の層流（Laminar Flow）によって、一定パターンがない部分でも通路部１２０の垂直な方向への位置を保持するようになるので、終端に位置したターゲット対象物獲得部１３０ａを通じて高濃度で濃縮されたターゲット対象物を含む流体が獲得され得る。すなわち、通路部１２０によってターゲット対象物が集中的に一定方向に分離して流動することができるので、一定方向の終端にターゲット対象物獲得部１３０ａを設置して分離したターゲット対象物を獲得することができる。
【0063】
例えば、ターゲット対象物獲得部１３０ａを有するターゲット対象物分離装置１００を通じて、全血を利用した白血球分離が遂行され得る。すなわち、通路部１２０を通じた分離流動過程を利用してターゲット対象物獲得部１３０ａでは高い割合の白血球が獲得され、ターゲット対象物獲得部１３０ａに白血球が密集されて移動されることによって、ノン－ターゲット対象物排出部１３０ｂでは相対的に高い割合の赤血球が獲得され得る。ターゲット対象物獲得部１３０ａおよびノン－ターゲット対象物排出部１３０ｂの直径は、それぞれターゲット対象物およびノン－ターゲット対象物が何であるかによって決定することができる。例えば、ターゲット対象物が白血球であり、ノン－ターゲット対象物が赤血球である場合、ターゲット対象物獲得部１３０ａの直径は、ノン－ターゲット対象物排出部１３０ｂの直径より大きくてよい。
【0064】
一実施例において、ターゲット対象物分離装置１００は、ポリマー（ＰＳ（polystyrene），ＰＣ（polycarbonate），ＰＭＭＡ（polymethylmethacrylate）、ＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane）など）等に基づいて製作することができ、表面が疎水性である場合にもターゲット対象物を分離および整列することができるが、流体の流動を考慮してその表面は親水性を有するようにすることが好ましい。
【0065】
【0066】
図１ｃを参照すると、ターゲット対象物分離装置１００の微細パターンは、流体の主流動方向を基準に、４５ないし１３５度の角度で形成され得る。例えば、流体の主流動方向をｘ軸に取る場合、微細パターンの角度（θ）は約４５度ないし約１３５度の角度を有することができる。このとき、微細パターンの角度（θ）はターゲット対象物が何であるかによって決定することができる。例えば、ターゲット対象物によって、ターゲット対象物分離装置内の一チャンネルにおける微細パターンの角度（θ）は約４５度であり、他のチャンネルにおける微細パターンの角度（θ）は約１３５度であってよい。また他の例において、一チャンネルにおける微細パターンの角度（θ）は約６０度であり、他のチャンネルは約１２０度であってよい。また他の例において、一チャンネルにおける微細パターンの角度（θ）は約７５度であり、他のチャンネルは約１０５度であってよい。ただし、これは一例示であって、ターゲット対象物によって微細パターンの角度（θ）は適切に選択することができる。
【0067】
一実施例において、微細パターンはターゲット対象物分離装置１００の陰刻構造物によって形成されることができる。例えば、微細粒子を含む流体がターゲット対象物分離装置１００に注入されると、流体が傾斜した陰刻チャンネル部によって流体の主流動方向に垂直な方向に移動するようになり、微細パターンの角度によってターゲット対象物が一定方向に集中して流動することができる。
【0068】
図２ａは、本開示の一実施例によるターゲット対象物分離装置の構成を概略的に示した図である。
【0069】
図２ａを参照すると、ターゲット対象物分離装置２００は、図１ａを参照して前述したターゲット対象物分離装置１００と比較して、高速チャンネル部２５０をさらに含み、微細パターンの形態が互いに異なってよい。このような相違点または相違点で発生する部分の他においては、ターゲット対象物分離装置２００は図１を参照して前述したターゲット対象物分離装置１００の特徴を有することができる。
【0070】
図１ａないし図１ｃにおいては、直線形態の微細パターンを含むターゲット対象物分離装置１００が示され、図２ａないし図２ｃにおいては、曲線形態の微細パターンおよび高速チャンネル部２５０を含むターゲット対象物分離装置２００が示されるが、ターゲット対象物分離装置の形態がこれに限定されるものではなく、任意のターゲット対象物分離装置は直線形態の微細パターン、曲線形態の微細パターン、および高速チャンネル部のうち少なくとも一つを含むことができる。
【0071】
一実施例において、ターゲット対象物分離装置２００は、微細粒子を含む流体が注入される注入口２１０、注入口２１０の近くの流体流動通路である注入部２１５、注入された流体が流動する過程でターゲット対象物が一定方向に集中して流動するようにする通路部２２０、一定方向に集中したターゲット対象物を獲得するターゲット対象物獲得部２３０ａ、ノン－ターゲット対象物排出部２３０ｂ、高速チャンネル部２５０などを含むことができる。本開示の一実施例においては、ターゲット対象物獲得部２３０ａが１個である場合を示したが、これは一例示であって、ターゲット対象物獲得部２３０ａは２個であってもよく、３個以上、例えば４個ないし１０個の微細粒子獲得部を含むことができる。同様に、ノン－ターゲット対象物排出部２３０ｂも一つである場合が図２ａに示されたが、複数個であってもよい。例えばターゲット対象物分離装置１００は、３個以上、例えば４個ないし３０個、より具体的には８個ないし１５個のノン－ターゲット対象物排出部を含むことができる。このようなターゲット対象物獲得部およびノン－ターゲット対象物排出部のそれぞれの個数は、ターゲット対象物によって同一であるか、または異なって決まることができる。
【0072】
一実施例において、ターゲット対象物獲得部２３０ａおよびノン－ターゲット対象物排出部２３０ｂは、それぞれ第１ターゲット対象物獲得部および第２ターゲット対象物獲得部と称することもでき、第１ターゲット対象物獲得部２３０ａが複数個であり、第２ターゲット対象物排出部２３０ｂが複数個であってもよい。注入口２１０、注入部２１５および通路部２２０は、それぞれ図１ａを参照して前述した注入口１１０、注入部１１５および通路部１２０に対応することができる。また、ターゲット対象物獲得部２３０ａおよびノン－ターゲット対象物排出部２３０ｂは、それぞれ図１を参照して前述したターゲット対象物獲得部１３０ａおよびノン－ターゲット対象物排出部１３０ｂに対応することができる。よって、注入口２１０、注入部２１５、通路部２２０、ターゲット対象物獲得部２３０ａおよびノン－ターゲット対象物排出部２３０ｂに対する詳しい説明は省略する。ただし、ターゲット対象物分離装置２００の微細パターンとターゲット対象物分離装置１００の微細パターンの構造、形態、配置位置、個数などが異なる場合がある。
【0073】
一実施例において、微細パターンは、流体の主流動方向に垂直な方向に溝形態を有する陰刻構造物によって形成されることができる。
【0074】
一実施例において、注入部２１５、通路部２２０、ターゲット対象物獲得部２３０ａおよびノン－ターゲット対象物排出部２３０ｂのうち少なくとも一つは、流体の主流動方向に垂直な方向に溝形態を有する複数の陰刻構造物を含むことができる。
【0075】
一実施例において、注入口２１０を通じてターゲット対象物分離装置２００に注入された流体が注入部２１５および通路部２２０で流動することによって、ターゲット対象物を集中的に一定方向に分離することができる。このようなターゲット対象物の分離は、通路部２２０内に備えられたチャンネルの天井または底面に配置された複数の陰刻構造物によって遂行することができる。一実施例において、陰刻構造物は、陰刻チャンネル部または溝と称することもできる。陰刻構造物によってターゲット対象物が分離する過程と関連して、図７を参照して詳細に後述する。
【0076】
一実施例において、複数の陰刻構造物は、複数個が互いに断絶して形成された構造を有することができる。一実施例によれば、陰刻構造物は、流体が主に流動する方向に垂直な方向に二次流動（secondary flow）を誘導して、効率的に微細粒子を分離および濃縮することができる。
【0077】
一実施例において、陰刻構造物は、流体の主流動方向を基準に、微細粒子を分離させようとする特定方向に対して傾いた傾斜度を有することができ、すなわち、陰刻構造物は、傾斜構造物を含むことができる。傾斜度は、流体の主流動方向に対して４５ないし１３５度の傾斜度を含むことができる。一実施例によれば、ターゲット対象物分離装置２００に微細粒子を含む流体を流すことになると、微細粒子は、傾斜した陰刻構造物に垂直な方向に移動することで一定方向に集中して流動することができる。
【0078】
一実施例において、陰刻構造物は長さ方向に曲線形態を有する傾斜構造物であってよい。例えば、複数の陰刻構造物によって形成される微細パターンは曲線形態であってよい。例えば、曲線は、円の少なくとも一部、楕円の少なくとも一部、サイクロイド形状の少なくとも一部、任意の曲線形態などを含むことができる。
【0079】
一実施例において、ターゲット対象物分離装置２００には、複数個のチャンネルが形成できる。チャンネルとは、注入口からターゲット対象物獲得部またはノン－ターゲット対象物排出部まで続く通路であって、ターゲット対象物によってチャンネルの個数を決定することができる。チャンネルの個数は１個ないし４０個、詳細には２個ないし３０個、より詳細には５個ないし２０個であってよい。例えば、注入口からターゲット対象物獲得部までのチャンネル個数において、白血球分離装置はチャンネル個数が６個であり、血漿分離装置はチャンネル個数が６個であり、細胞分離装置はチャンネル個数が２個であってよい。ただし、これは一例示であって、多様な個数のチャンネルでターゲット対象物分離装置２００が形成できる。
【0080】
一実施例において、それぞれのチャンネルは、注入口から始まってターゲット対象物獲得部またはノン－ターゲット対象物排出部に繋がる通路中間に複数個のチャンネルに分かれてよく、これによって、追加チャンネルが生成され得る。例えば、チャンネルの中間に別途のチャンネルが生成されて、その末端にはノン－ターゲット対象物排出部が形成できる。例えば、ノン－ターゲット対象物排出口が８個存在する場合、注入口から始まったチャンネルで８個の追加チャンネルが生成され得る。
【0081】
一実施例において、注入口２１０からターゲット対象物獲得部間の領域の少なくとも一部には、高速チャンネル部２５０が形成できる。また、高速チャンネル部２５０には陰刻構造物が配置されず、高速チャンネル部２５０以外の領域にのみ複数の陰刻構造物を配置することができる。高速チャンネル部２５０と関連して、図２ｂ、図３および図４を参照して詳細に後述する。
【0082】
一実施例において、注入部２１５、通路部２２０、ターゲット対象物獲得部２３０ａおよびノン－ターゲット対象物排出部２３０ｂのうち少なくとも一つは、少なくとも一つの柱構造物を含むことができる。例えば、白血球を分離するためのターゲット対象物分離装置には注入部２１５に柱構造物が存在し、血漿を分離するためのターゲット対象物分離装置には注入部２１５および通路部２２０に柱構造物が存在し、細胞を分離するためのターゲット対象物分離装置には注入部２１５、通路部２２０、ターゲット対象物獲得部２３０ａ、ノン－ターゲット対象物排出部２３０ｂのすべてに柱構造物が存在することができる。また、各領域に柱構造物は複数個存在してもよい。ただし、これは一例示であって、柱構造物はターゲット対象物分離装置の多様な領域に多様な個数で存在することができる。柱構造物と関連して、図５および図６を参照して詳細に後述する。
【0083】
図１ａないし図２ｃには、ターゲット対象物分離装置の終端にターゲット対象物獲得部またはノン－ターゲット対象物排出部が配置されることを示したが、これは例示であって、ターゲット対象物獲得部およびノン－ターゲット対象物排出部のうち少なくとも一つはターゲット対象物分離装置の中間部分に位置してもよいことはもちろんである。例えば、ターゲット対象物分離装置が血漿分離装置である場合、ターゲット対象物である血漿獲得部は血漿分離装置の終端に位置し、ノン－ターゲット対象物である赤血球または白血球排出口は分離装置の中間部分に位置してよい。類似して、ターゲット対象物分離装置が白血球分離装置である場合、ターゲット対象物である白血球獲得部は分離装置の終端に位置し、ノン－ターゲット対象物である赤血排出口は分離装置の中間部分に位置してよい。
【0084】
【0085】
【0086】
一実施例において、通路部の天井面または底面の少なくとも一部に複数の陰刻構造物を配置することで流体が流動する方向に垂直な方向に二次流動が誘導され得る。また、二次流動に基づいてターゲット対象物を分離および濃縮することができる。陰刻構造物は、流体の主流動方向に対して所定の傾斜度を有することができ、傾斜度は、流体の主流動方向と微細粒子を分離させようとする特定方向に基づいて決定することができる。また、複数の陰刻構造物は、複数個を互いに断絶して形成することができる。
【0087】
一実施例において、複数の陰刻構造物は長さ方向に曲線形態を有し、このような陰刻構造物によって曲線の微細パターンが形成できる。例えば、図２ｃと同様に、複数の陰刻構造物によって形成される微細パターンは、アーク形態を有することができる。また、例えば、曲線は円の少なくとも一部、楕円の少なくとも一部、サイクロイド形状の少なくとも一部、任意の曲線形態などを含むことができる。
【0088】
一実施例において、高速チャンネル部２５０には陰刻構造物が配置されず、複数の陰刻構造物は、高速チャンネル部２５０以外の通路部にのみ配置することができる。一実施例によれば、高速チャンネル部２５０は、微細粒子が濃縮される方向に深さ方向に形成される溝型チャンネルであって、溝型チャンネルを形成することによってターゲット対象物の濃縮効率を高め、反対方向への損失を減少させることができる。すなわち、高速チャンネル部２５０は、微細粒子を閉じ込めるための構造物としての役割を遂行することができる。
【0089】
一実施例において、高速チャンネル部２５０は、注入部からターゲット対象物獲得部までの領域の少なくとも一部に形成することができる。一実施例によれば、高速チャンネル部２５０の存在により流体抵抗が低下し、局部的流速を増加させることができる。また、これによって圧力が減少して高速チャンネル部２５０方向への流れが発生してターゲット対象物の濃縮効率を増加させることができる。高速チャンネル部２５０の役割は、図３および図４を参照してより詳細に後述する。また、ターゲット対象物の濃縮効率は図９ａおよび図９ｂを参照してより詳細に後述する。
【0090】
【0091】
図２ｃを参照すると、ターゲット対象物分離装置２００の微細パターンは、曲線形態で形成することができる。一実施例において、曲線形態はアーク形態であってよい。下記においては、通路部の一部２７０を例示して微細パターンについて説明する。流体の主流動方向をｘ軸にして、通路部の一部２７０に形成される微細パターンの曲線の始点における接線のｘ軸に対する角度をθ１とするとき、始点における微細パターンの角度（θ１）は４５度ないし１３５度の角度を形成することができる。また、通路部の一部２７０に形成される微細パターンの曲線の終点における接線のｘ軸に対する角度をθ２とするとき、終点における微細パターンの角度（θ２）は０度ないし７５度または１０５度ないし１８０度を形成することができる。このとき、微細パターンの角度（θ１、θ２）は、ターゲット対象物が何であるかによって決定することができる。
【0092】
一例において、微細パターンの始点における角度（θ１）は８５度であり、終点における角度（θ２）は４５度であってよい。また他の例において、微細パターンの始点における角度（θ１）は１０５度、終点における角度（θ２）は１３５度であってよい。また他の例において、ターゲット対象物分離装置内一チャンネルにおける微細パターンの始点における角度（θ１）は６０度であり、微細パターンの終点における角度（θ２）は３０度であり；他のチャンネルにおける微細パターンの始点における角度（θ１）は１２０度であり、終点における角度（θ２）は１５０度であってよい。
【0093】
ただし、これは一例示であって、ターゲット対象物によって微細パターンの角度（θ１、θ２）は適切に選択することができる。
【0094】
図３は、本開示の一実施例による微細粒子分離装置の断面図を概略的に示した図である。
【0095】
図３を参照すると、ターゲット対象物分離装置の一例として、微細粒子分離装置３００、より具体的に細胞分離装置を例として説明するが、これは単に例示であって、図３の微細粒子分離装置３００の実施例は細胞だけでなく、血漿分離装置など多様なターゲット対象物分離装置にも適用することができる。一実施例において、微細粒子分離装置３００は複数の陰刻構造物３１０，３２０，３３０，３４０，３５０，３６０を含むことができる。一実施例において、微細粒子分離装置３００の注入部に注入された流体は、流動する過程で特定方向に移動するとともに微細粒子が特定方向に集中することができる。図３においては、微細粒子が右側方向に集中することを例示して説明する。微細粒子を含む流体は、複数の陰刻構造物によって形成される一定形態のパターンに基づいて右側方向に集中することができる。ただし、複数の陰刻構造物によって逆方向流線を発生させることができるが、この場合、逆方向流線によって微細粒子の濃縮効率が低くなることがある。
【0096】
一実施例においては、逆方向流線による微細粒子濃縮効率低下を解決するために、微細粒子が濃縮される側（例えば、図３においては右側）に、深さ方向の溝型チャンネルである高速チャンネル部を含む微細粒子分離装置を提供することができる。
【0097】
図４は、本開示の一実施例による高速チャンネル部を含む微細粒子分離装置の構成を概略的に示した図である。
【0098】
図４を参照すると、ターゲット対象物分離装置の一例として、微細粒子分離装置４００、より具体的に細胞分離装置を例として説明するが、これは単に例示であって、図４の微細粒子分離装置４００の実施例は細胞だけでなく、血漿分離装置など多様なターゲット対象物分離装置にも適用することができる。一実施例において、微細粒子分離装置４００は複数の陰刻構造物４１０，４２０，４３０，４４０，４５０および高速チャンネル部４６０を含むことができる。一実施例において、高速チャンネル部４６０には、陰刻構造物が配置されなくてよい。また、高速チャンネル部４６０は、微細粒子が濃縮される側に深さ方向の溝型チャンネルで形成することができる。例えば、図４においては、通路部の右側に高速チャンネル部４６０が形成できる。一実施例によれば、高速チャンネル部には、陰刻構造物を形成する傾斜構造物が配置されないことによって、高速チャンネル部４６０における逆方向流線が発生しないため、濃縮された微細粒子の逆方向移動確率が低くなることがある。これによって、高速チャンネル部は、濃縮効率を高めて反対方向への損失を減少させることができる。
【0099】
一実施例によれば、高速チャンネル部４６０には、陰刻構造物を形成する傾斜構造物が配置されないため、高速チャンネル部においては、傾斜構造物が存在する場合より流体抵抗が減少することがある。これによって、局所的に流速を増加させることができ、圧力を減少させることができる。圧力が減少すると、高速チャンネル部４６０方向に流体の流れがさらに発生して、細胞の濃縮効率を増加させることができる。
【0100】
一実施例において、高速チャンネル部の幅は微細粒子分離装置のチャンネル幅の０．１％ないし５０％の任意の値で形成することができる。例えば、血漿分離装置の高速チャンネル部の幅をチャンネル幅の約２０％ないし約３０％、例えば約２７％で形成し、細胞分離装置の高速チャンネル部の幅をチャンネル幅の約０．１ないし５％、例えば約２％で形成することができる。ただし、これは一例示であるだけであって、ターゲット対象物を効率的に濃縮および分離させるための適切な幅が選択され得る。
【0101】
図５は、本開示の一実施例によるチャンネル中央部の垂れ現象が存在するターゲット対象物分離装置の断面図を概略的に示した図である。
【0102】
図５を参照すると、ターゲット対象物分離装置５００には、ターゲット対象物分離装置６００の製作過程でプラスチックの熱変形などによるチャンネル中央部の垂れ現象が発生することがある。これにより、微細流体チャンネルの段差が変化してターゲット対象物の分離効率に影響を及ぼすことになる。本開示の一実施例は、チャンネル中央部の垂れ現象を防止するために、図６のような柱構造物を含むターゲット対象物分離装置６００を提供することができる。本開示の一実施例によれば、チャンネル中央部の垂れ現象によるチャンネル変形を防止することができる。また、チャンネル中央部の垂れ現象防止とともに、ターゲット対象物の損傷または流動に対する悪影響を防止することができる。
【0103】
本開示の一実施例は、チャンネル中央部の垂れ現象を防止するためのターゲット対象物分離装置を提供しようとする。
【0104】
図６は、本開示の一実施例によるチャンネル中央部の垂れ現象を解決したターゲット対象物分離装置の断面図を概略的に示した図である。
【0105】
図６を参照すると、チャンネル中央部の垂れ現象を防止するために、ターゲット対象物分離装置６００に柱構造物６３０を設置することができる。一実施例において、柱構造物６３０は、注入部、通路部、ターゲット対象物獲得部、ノン－ターゲット対象物排出部のうち少なくとも一つに配置することができ、複数個の柱構造物６３０を配置することもできる。例えば、白血球を分離するためのターゲット対象物分離装置６００には、柱構造物６３０を注入部にのみ配置することができる。また、例えば、血漿を分離するためのターゲット対象物分離装置６００には、注入部および通路部に柱構造物６３０を配置することができる。また、例えば、細胞を分離するためのターゲット対象物分離装置６００には、注入部、通路部、ターゲット対象物獲得部のすべてに柱構造物６３０を配置することができる。例えば、柱構造物６３０は、チャンネルの中央に配置されるか、適正間隔で配置されるか、陰刻構造物の間に配置されるか、チャンネル中央部に適正間隔で柱構造物６３０を設置することができる。
【0106】
一実施例において、柱構造物６３０は、複数の陰刻構造物外の領域に配置することができる。例えば柱構造物６３０は、陰刻構造物を形成する傾斜構造物の少なくとも一部の間に配置することができる。一実施例において、柱構造物６３０は、溶血（hemolysis）現象が現れず、流動に影響を与えない線で配置されなければならない。これによって、柱構造物の高さは通路部の高さと同一であるが、流体の主運動方向をｘ軸、チャンネルの幅方向をｙ軸に置くとき、ｘｙ平面に切った断面は、円，楕円，流線形（例：船型），丸い多角形などであってよい。断面が多角形である場合、頂点部分の断面積が小さく、頂点に細胞などのようなターゲット対象物またはノン－ターゲット対象物が接触する場合、衝撃量が大きいためこれらの損傷を引き起こすことがある。したがって、柱構造物６３０が頂点を含む多角形である場合、柱構造物６３０の断面は頂点部分を丸くした丸い多角形に形成するとよい。
【0107】
一実施例において、柱構造物６３０の高さは通路部の高さと同一であってよい。これによって、柱構造物６３０は、円柱，楕円柱，流線形柱または丸い多角形柱の形態を有することができる。
【0108】
一実施例において、複数の柱構造物６３０が存在する場合、微細粒子の損傷を防止するために複数の柱構造物間の間隔は微細粒子の直径より広くなければならない。これは、柱構造物による微細粒子の挟み込み現象と、溶血のような微細粒子の損傷を防止するためである。
【0109】
一実施例において、柱構造物６３０はプラスチックで製作することができる。この場合、柱構造物６３０の縦横比（高さ／断面の長さ；すなわち、通路部の高さ／断面の最大長さ）は、特定値以下でなければならない。例えば、ＱＤＭ（Quick Delivery Mold）の方法でターゲット対象物分離装置６００を製作する場合、柱構造物６３０の縦横比が３を超えると製造過程で柱構造物が損傷する可能性がある。これによって、通路部の高さによって構造物の断面の最大長さを決定することができる。例えば、通路部の高さが約４０μｍである場合、構造物断面の最大長さは約１３μｍ以上でなければならない。
【0110】
一実施例において、チャンネル中央部の垂れ現象を防止するために、チャンネルの両端からチャンネル幅の約５０％になる箇所内に少なくとも一つの柱構造物６３０を配置することができる。例えば、チャンネル中央に柱構造物６３０が配置されるか、チャンネル両端からチャンネル幅の約１／３、すなわち、約３３％になる箇所に柱構造物６３０を配置することができる。
【0111】
一実施例において、微細粒子の流動に影響を与えないために、柱構造物６３０が複数個存在する場合、柱構造物６３０の間隔は陰刻構造物の長さより同じか広くなければならない。ターゲット対象物分離装置の分離原理によると、試料がターゲット対象物分離装置に注入されると、陰刻構造物の傾斜方向に沿って二次流動（defocusing flow）が形成され、通路部では反対方向の流れ（focusing flow）を発生させることができる。このとき、この反対方向の流れによって微細粒子が片方の壁面に偏るようになって粒子を分離することができる。この過程で柱構造物が陰刻構造物の長さに比べて短い間隔で存在するようになると、陰刻構造物方向の流れ（defocusing flow）が柱構造物６３０によって妨げられるようになり、これにより反対方向の流れ（focusing flow）が弱くなるので、ターゲット対象物分離装置の分離効率に影響を及ぼすことができる。これによって、柱構造物６３０の間隔は、二次流動を妨げないように陰刻構造物の長さより広く形成することができる。
【0112】
一実施例によれば、柱構造物６３０を利用してターゲット対象物分離装置のチャンネル中央部の垂れ現象を防止することができる。
【0113】
図７ａないし７ｃは、本開示の一実施例による溝形態を有する複数の陰刻構造物によって微細粒子が分離する過程を示す図である。図７ａないし図７ｃの陰刻構造物は、通路部２２０内に備えられたチャンネルの底面に配置されている。
【0114】
【0115】
図７ａないし図７ｃを参照すると、微細粒子分離装置７００は複数の陰刻構造物７１０，７２０，７３０を含むことができる。陰刻構造物７１０，７２０，７３０は、溝形態で凹んだ構造であってよい。また、陰刻構造物７１０，７２０，７３０は傾斜度を有した傾斜構造物の形態を有してよい。一実施例において、傾斜度は流体の主流動方向に対して約４５度ないし約１３５度の傾斜度を含むことができる。例えば血漿分離装置は、約７０ないし約８０度、例えば約７５度の角度を有する陰刻構造物を含むことができる。陰刻構造物７１０，７２０，７３０は陰刻形態、すなわち溝の形態を有するので、主流動方向（bulk flow）に流動が形成され、図７ｂのように流体の主流動方向（bulk flow）に垂直な方向に二次流動が形成され、これによって図７ｃのように微細粒子の横移動を発生させることができる。また、陰刻構造物７１０，７２０，７３０は互いに断絶した形態で配置されることができる。互いに断絶して配置される陰刻構造物７１０，７２０，７３０が凹んだ構造で形成されているため、微細粒子の集束効果を示すことができる。
【0116】
図８は、本開示の一実施例による複数の陰刻構造物の配列と配置を示す概略図である。
【0117】
図８を参照すると、複数の陰刻構造物に基づいて微細パターンが形成できる。図８において微細パターン８００の長さ方向への長さ（Ｌ１）を陰刻構造物の長さと定義し、陰刻構造物間の間隔（Ｌ２）を断絶間隔、また陰刻構造物の縦長方向への幅（Ｗ）を微細パターンの幅と定義する。
【0118】
一実施例において、曲線形態の陰刻構造物の幅と深さは、分離しようとするターゲット対象物の種類によって変わり得る。例えば、陰刻構造物の高さ，幅，長さ，間隔は、下記の表１のように決定することができる。表１に表示された値は、おおよその値を意味することができ、例えば±２０％，±１５％，±１０％，±５％または±１％の偏差を有し得る。
【0119】
【表1】
【0120】
一実施例において、微細粒子が５ないし２０μｍであることに基き、陰刻構造物の高さ，幅，間隔は、微細粒子直径の０．５倍ないし３倍で製作することができる。
【0121】
一実施例において、曲線形態の陰刻構造物の長さは、陰刻構造物の幅の４倍ないし３０倍で製作することができ、曲線形態の陰刻構造物の断絶間隔は、微細パターンの幅の０．１倍ないし５倍の間で製作することができる。
【0122】
図９ａは、本開示の一実施例による直線形態を有する微細パターンの形状による細胞分離性能をシミュレーションした図であり、図９ｂは、本開示の一実施例による曲線形態を有する微細パターンの形状による細胞分離性能をシミュレーションした図である。
【0123】
【0124】
図９ａは、直線形態の微細パターンを示し、図９ｂは、曲線形態の微細パターンを示し、ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）を利用して直線形態と曲線形態の微細パターンの微細粒子分離性能を比較した結果、曲線形態の微細パターンで微細粒子分離領域が狭くて分離性能にさらに優れたことが示された。
【0125】
【0126】
図１０ａおよび図１０ｂは、実際細胞を利用した実験結果を示す。図１０ａは、蛍光に染めた細胞を微細パターンのあるマイクロ流体チャンネルに流動させながら、注入口からの距離がそれぞれ１３ｍｍ，４５ｍｍ，７５ｍｍである箇所でどれだけ細胞が集中したのかを蛍光顕微鏡で撮影した写真である。図１０ａの上側は曲線（Cycloid）形態の微細パターンを有するマイクロ流体チャンネルで細胞が集中する様子であり、図１０ａの下側は直線（Straight）形態の微細パターンを有するマイクロ流体チャンネルで細胞が集中する様子である。
【0127】
図１０ｂを参照すると、曲線形態の微細パターンでは、微細パターン通過長さによって細胞が分離して濃縮される幅が次第に減少し、直線形態のパターンに比べて分離性能に優れることが分かる。
【0128】
図１１ａは、本開示の一実施例による高速チャンネル部が存在しない場合のターゲット対象物の分離性能を示す図であり、図１１ｂは、本開示の一実施例による高速チャンネル部が存在する場合のターゲット対象物の分離性能を示す図である。
【0129】
図１１ａおよび図１１ｂを参照すると、ターゲット対象物が流れた軌跡に応じて色相を表示してある。速度が速やいほど赤い色相（図面で右側）で表現され、遅いほど青い色相（図面で左側）で表示される。すなわち、図１１ａより図１１ｂでターゲット対象物がさらに速い速度で高速チャンネル部を通じて流動していることが確認される。すなわち、高速チャンネル部によって局部的な流速が増加し、微細粒子の濃縮効率を向上させることができる。
【0130】
前述した本開示の説明は例示のためのものであり、本開示の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想や必須的な特徴を変更せずに他の具体的な形態に容易に変形が可能であるということを理解することができるだろう。そのため、以上において記述した実施例は、すべての面で例示的なものであって限定的ではないものと理解しなければならない。例えば、単一型で説明されている各構成要素は、分散して実施してもよく、同様に分散したものと説明されている構成要素も結合された形態で実施してもよい。
【0131】
本開示の範囲は、前記詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味および範囲、そしてその均等概念から導き出されるすべての変更または変形された形態が本開示の範囲に含まれるものと解析されなければならない。
【図1a】
【図1b】
【図1c】
【図2a】
【図2b】
【図2c】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7a】
【図7b】
【図7c】
【図8】
【図9a】
【図9b】
【図10a】
【図10b】
【図11a】
【図11b】