Sieving 효과를 이용한 미세유체소자의 크기별 입자 분리 및 회수 = Microfluidic sieving for Size-based Separation and Retrieval of Microparticles

국문 초록 (Abstract)

Microfluidics에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 요즘 이를 이용한 크기별 입자/세포 분류가 생물학, 화학, 의학 등 다양한 분야에서 활발히 연구되고 있다. 그중 미세 기둥구조를 이용한 필터 방식은 입자/세포의 물리적 크기에 따라 분류가 가능하여 다양하게 응용되고 있다. 하지만 이러한 방식은 입자/세포가 지속적으로 유입될수록 필터에 점차적으로 쌓여 고순도 분류를 할 수 없게 되고 나아가 유체 흐름이 막히면서 입자/세포가 받는 압력이 증가해 입자의 상태나 세포의 Viability에 영향을 주게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 구조적 특성을 기반으로 미세유체소자에 Actuator를 결합한 Microfluidic sieving(μ-sieving) 소자를 개발하였다. 특히 Actuator를 이용한 μ-sieving 효과로 유체에 진동을 발생시켜 고순도의 입자/세포를 분류할 수 있게 하였으며 Cross 형태의 채널을 이용하여 포획뿐만 아니라 수거까지 용이하게 하였다.

제작한 소자를 통해 Polystyrene particle과 유방암 줄기세포를 이용하여 순도, 처리량, 수거 효율, 세포 활성상태를 실험적으로 확인하였다. 본 논문에서는 이와 같이 Actuator를 이용해 발생되는 μ-sieving 효과로 고순도의 입자/세포 분류와 수거 및 배양이 가능한 미세유체소자를 소개하고자 한다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장. Introduction 1
• 1.1. Microfluidics의 소개 1
• 1.2. Microfluidics의 적용 분야 2
• 1.3. 미세유체소자를 이용한 크기별 입자 및 세포 분류 연구 동향 3
• 1.4. 본 연구에서 연구하고자 하는 바 6
• 참고문헌 7
• 제 2장. 이론적 배경 9
• 2.1. 암 줄기세포의 기본 이론 9
• 2.1.1. 암 줄기세포의 발견 9
• 2.1.2. 암 줄기세포의 특성 10
• 2.1.3. 혈중 암세포의 개념 11
• 2.2. 미세유체소자를 이용한 크기별 입자 및 세포 분류 방식 12
• 2.2.1. Microscale filters 13
• 2.2.1.1. Pillar-type filtration 13
• 2.2.1.2. Weir-type filtration 14
• 2.2.1.3. Cross-flow filtration 15
• 2.2.2. Deterministic lateral displacement 16
• 2.2.3. Inertial microfluidics 17
• 참고문헌 18
• 제 3장. μ-sieving 소자 제작 및 암 줄기세포 배양 23
• 3.1. μ-sieving 소자의 구조 및 동작원리 23
• 3.1.1. 소자의 구조와 유체 흐름 분석 24
• 3.1.2. μ-sieving 동작원리 26
• 3.2. μ-sieving 소자의 제작 28
• 3.2.1. SU-8 2050을 이용한 채널 및 필터 형성 28
• 3.2.2. 미세유체 채널 sealing을 위한 PDMS 제작 31
• 3.2.3. 미세유체 채널과 PDMS 접합공정 33
• 3.3. 암 줄기세포 배양 34
• 3.3.1. 세포배양액과 그 제조 35
• 3.3.2. 세포배양과 세포준비 38
• 제 4장. 결과 및 분석 42
• 4.1. Experimental Set-up 42
• 4.2. Polystyrene particle을 이용한 μ-sieving 소자 효율 분석 44
• 4.2.1. 주파수에 따른 입자 진동거리 측정 44
• 4.2.2. μ-sieving 분석 47
• 4.2.3. Retrieval 분석 50
• 4.3. 암 줄기세포를 이용한 μ-sieving 소자 효율 분석 51
• 4.3.1. μ-sieving 분석 52
• 4.3.2. Retrieval 분석 54
• 4.3.3. 암 줄기세포의 생존 분석 56
• 제 5장. 결론 및 향후 과제 59