KR100608498B1 - Device for counting micro particles - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세포와 같은 미세입자의 개체수를 계수하기 위한 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 상기 미세입자를 포함하는 시료가 안치되어 있는 시료 칩 상의 소정영역으로 빛을 조사하는 광원; 상기 소정영역에 형성된 시료의 상을 확대하기 위한 대물렌즈; 상기 시료의 상을 촬영하는 영상촬영수단; 촬영된 영상으로부터 상기 소정영역의 미세입자를 계수하는 미세입자 계수부; 및 상기 시료 칩을 이동시키는 칩 이동부를 포함하는 미세입자 개체수 계수 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for counting the population of microparticles such as cells. More specifically, the present invention provides a light source for irradiating light to a predetermined region on a sample chip in which a sample containing the microparticles is placed; An objective lens for enlarging an image of a sample formed in the predetermined region; Image capturing means for capturing an image of the sample; A fine particle counting unit that counts the fine particles of the predetermined region from the photographed image; And a chip moving unit for moving the sample chip.
본 발명에 따른 미세입자 계수 장치를 사용함으로써, 시료 내의 효모, 유산균, 동물세포, 적혈구 또는 백혈구 등과 같은 미세입자의 개수를 자동으로 계수할 수 있다. 특히, 상기 칩 이동부는 영상촬영수단에 의하여 촬영된 영역의 인접한 영역이 상기 광원의 입사 위치에 오도록, 소정 시간마다 상기 시료 칩을 소정 거리 이동시킨다. 따라서, 상기 시료 칩 상에서 임의로 분할된 각각의 영역이 순차적으로 촬영된다. 상기 미세입자 계수부는 순차적으로 촬영된 각 영역의 미세입자를 계수한 후, 이를 합산하여 상기 시료 내의 미세입자의 전체 개체수를 계수한다. 따라서, 본 발명에 따른 미세입자 계수 장치는 미세입자의 개체수를 신속하고 정확하게 계수할 수 있다. 또한, 그 구조가 간단하고, 사용 방법이 간단하다.By using the microparticle counting apparatus according to the present invention, it is possible to automatically count the number of microparticles such as yeast, lactic acid bacteria, animal cells, red blood cells or white blood cells in a sample. In particular, the chip moving unit moves the sample chip a predetermined distance every predetermined time so that the adjacent area of the area photographed by the image photographing means is at the incidence position of the light source. Therefore, each area arbitrarily divided on the sample chip is photographed sequentially. The microparticle counting unit counts the microparticles of each region sequentially photographed, and adds them to count the total number of microparticles in the sample. Therefore, the microparticle counting device according to the present invention can quickly and accurately count the number of microparticles. Moreover, the structure is simple and the usage method is simple.
Description
도 1은 본 발명에 따른 미세입자 계수 장치의 구성도.1 is a block diagram of a microparticle counting apparatus according to the present invention.
도 2a는 시료를 안치하는 시료 칩의 평면도.2A is a plan view of a sample chip for placing a sample.
도 2b는 상기 시료 칩의 단면도.2B is a cross-sectional view of the sample chip.
도 3은 상기 미세입자 계수 장치가 상기 시료 칩을 소정영역 별로 촬영하고, 계수할 수 있도록, 상기 시료 칩을 각각의 소정영역으로 구획한 예.3 is an example in which the sample chip is divided into predetermined areas so that the fine particle counting device photographs and counts the sample chips for each predetermined area.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따라, 발광 다이오드를 광원으로 갖는 장치의 구성도.4 is a block diagram of a device having a light emitting diode as a light source according to a first embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따라, 레이저를 광원으로 갖는 장치의 구성도.5 is a block diagram of a device having a laser as a light source according to a second embodiment of the present invention;
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제2실시예에 따라 세포를 계수한 결과 및 그래프.6A and 6B are graphs and results of counting cells according to a second embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 광원 11a : 발광 다이오드(LED)10:
11b : 레이저 광원 12a, 12b : 입사광조절렌즈11b:
13a : 입사광여과기 14, 51 : 반사경13a:
20 : 시료 칩 21 : 시료 투입구20: sample chip 21: sample inlet
22 : 시료 배출구 23 : 판독부22: sample outlet 23: reading unit
24 : 시료 칩 상부기판 25 : 시료 칩 하부기판24: sample chip upper substrate 25: sample chip lower substrate
27 : 시료 칩 이동부 30 : 대물렌즈27: sample chip moving part 30: the objective lens
40 : 광여과기 50 : CCD 카메라40: optical filter 50: CCD camera
60 : 미세입자 계수부60: fine particle counter
본 발명은 세포와 같은 미세입자의 개체수를 계수하기 위한 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 상기 미세입자를 포함하는 시료를 소정 부피의 판독부에 안치하는 시료 칩; 상기 시료 칩 상의 소정영역으로 빛을 조사하는 광원; 상기 소정영역에 형성된 시료의 상을 확대하기 위한 대물렌즈; 상기 시료의 상을 촬영하는 영상촬영수단; 촬영된 영상으로부터 상기 소정영역의 미세입자를 계수하는 미세입자 계수부; 및 상기 시료 칩을 이동시키는 칩 이동부를 포함하는 미세입자 개체수 계수 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for counting the population of microparticles such as cells. More specifically, the present invention includes a sample chip for placing the sample containing the microparticles in the reading unit of a predetermined volume; A light source for irradiating light to a predetermined region on the sample chip; An objective lens for enlarging an image of a sample formed in the predetermined region; Image capturing means for capturing an image of the sample; A fine particle counting unit that counts the fine particles of the predetermined region from the photographed image; And a chip moving unit for moving the sample chip.
AIDS, 백혈병 또는 빈혈 등의 질병을 가진 환자들에 대하여, 이러한 질병을 진단하고, 질병의 진행 경과를 모니터링하며, 치료 효과를 파악하기 위해서는, 이들 환자들의 혈액 중에서 상기 질병들과 관련된 백혈구 또는 적혈구의 개체수를 계수하고, 그 분포를 파악할 필요가 있다.For patients with diseases such as AIDS, leukemia, or anemia, the diagnosis of these diseases, monitoring their progress, and the effectiveness of treatment are necessary in order to assess the effectiveness of leukocytes or red blood cells associated with these diseases in the blood of these patients. It is necessary to count the population and grasp the distribution.
특히, 상기 질병들을 진단하기 위한 혈액 검사 뿐만 아니라, 상기 질병을 보유하고 있는 것으로 판명된 환자들에 대하여 모니터링하기 위한 혈액 검사가 더욱 많이 이루어지고 있다.In particular, not only blood tests for diagnosing the diseases, but also more blood tests for monitoring the patients found to have the disease are being made.
이러한 혈액 분석을 위하여 개발된 분석기기, 예를 들어, 덴마크의 케모메텍(Chemometec)사의 뉴클레오카운터(NucleoCounter)TM는 그 가격이 매우 고가이고, 그 작동 방법이 매우 어렵기 때문에 일반인뿐만 아니라, 진단 전문가들조차 사용에 곤란을 느끼고 있다. 또한, 상기 기기에 사용되는 시료 칩도 별도로 제작되는 것으로서 매우 고가이기 때문에, 상기 기기의 사용에 부담이 된다.For these blood analysis the analytical instruments developed to, for example, kemo metek (Chemometec) Inc. nucleoside counter (NucleoCounter) Denmark TM is the price is very expensive, and the public, as well as because of its method of operation is very difficult, Diagnostic Even experts are having trouble using it. In addition, since the sample chip used in the device is also manufactured separately and is very expensive, the use of the device is burdensome.
이러한 실정으로 인하여, 현재 대부분의 병원에서는 임상병리사들이 직접 수작업으로 혈액 중의 백혈구 또는 적혈구 세포를 계수하고 있다. 임상병리사들이 직접 수작업으로 계수하기 때문에, 검사 결과에서 오차가 많이 발생하고, 검사하는데 시간이 많이 소요된다.Due to this situation, in most hospitals, clinicians now directly count white blood cells or red blood cells in blood. Since clinicians count by hand, the test results are error-prone and time-consuming to test.
따라서, 혈액 중의 백혈구 또는 적혈구를 신속하고 정확하게 계수하고, 비용이 저렴하면서도 편리하게 사용할 수 있는 계수 장치에 대한 필요성이 매우 높다.Therefore, there is a great need for a counting device that can count leukocytes or red blood cells in blood quickly and accurately, and can be used at low cost and conveniently.
특히, 환자의 소변, 뇌척수액, 위액 또는 복수 등을 시료로서 채취하여 검사하는 경우에는, 상기 시료의 특성상 1시간 이내에 검사가 완료되어야 한다. 따라서, 상기 시료 중의 특정 세포를 신속하게 계수할 수 있는 장치가 필요하다.In particular, when the urine, cerebrospinal fluid, gastric juice or ascites of a patient is collected and tested as a sample, the test should be completed within 1 hour due to the characteristics of the sample. Therefore, there is a need for an apparatus capable of quickly counting specific cells in the sample.
또한, 종래 개발된 장치를 이용하거나, 수작업으로 계수하는 경우, 실험자가 인체에 유해한 염색 시약에 노출되는 빈도가 매우 높다는 문제가 있다.In addition, when counting by hand or using a conventionally developed device, there is a problem that the frequency of exposure to the dyeing agent harmful to the human body is very high.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명에 따른 미세입자 개체수 계수 장치는, 시료칩; 광원; 대물렌즈; 영상촬영수단; 미세입자 계수부; 및 칩 이동부를 포함한다.The present invention has been proposed to solve the above problems, the microparticle counting apparatus according to the present invention, the sample chip; Light source; Objective lens; Image photographing means; Fine particle counting unit; And a chip moving unit.
본 발명에 따른 미세입자 계수 장치를 사용함으로써, 시료 내의 효모, 유산균, 동물세포, 적혈구 또는 백혈구 등과 같은 미세입자의 개수를 자동으로 계수할 수 있다.By using the microparticle counting apparatus according to the present invention, it is possible to automatically count the number of microparticles such as yeast, lactic acid bacteria, animal cells, red blood cells or white blood cells in a sample.
특히, 상기 칩 이동부는 상기 영상촬영수단, 예를 들어, CCD 카메라에 의하여 촬영된 영역의 인접한 영역이 상기 광원의 입사 위치에 오도록, 소정 시간마다 상기 시료 칩을 소정 거리 이동시킨다. 따라서, 상기 시료 칩 상에서 임의로 분할된 각각의 영역이 순차적으로 촬영된다. 상기 미세입자 계수부는 순차적으로 촬영된 각 영역의 미세입자를 계수한 후, 이를 합산하여 상기 시료 내의 미세입자의 전체 개체수를 계수한다. 따라서, 시료 내의 미세입자를 정확하고, 신속하게 계수할 수 있다. 또한, 그 구조가 간단하고, 사용 방법이 간단하며, 가격이 저렴하다.In particular, the chip moving unit moves the sample chip a predetermined distance every predetermined time such that an adjacent area of the area photographed by the image photographing means, for example, a CCD camera, is at an incident position of the light source. Therefore, each area arbitrarily divided on the sample chip is photographed sequentially. The microparticle counting unit counts the microparticles of each region sequentially photographed, and adds them to count the total number of microparticles in the sample. Therefore, the fine particles in the sample can be counted accurately and quickly. In addition, the structure is simple, the method of use is simple, and the price is low.
따라서, 본 발명의 목적은 미세입자의 개체수를 계수하기 위한 장치를 제공하기 위한 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide an apparatus for counting the number of microparticles.
본 발명은 미세입자의 개체수를 계수하기 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for counting the number of microparticles.
더욱 구체적으로, 본 발명은More specifically, the present invention
상기 미세입자를 포함하는 시료를 소정 부피의 판독부에 안치하는 시료 칩;A sample chip for placing a sample containing the microparticles in a reading volume;
상기 시료 칩 상의 소정영역으로 빛을 조사하는 광원;A light source for irradiating light to a predetermined region on the sample chip;
상기 광원에서 조사한 빛에 의하여 형성된 상기 시료 칩 상의 소정영역의 시료의 상을 확대하기 위하여 상기 칩과 접해있는 대물렌즈;An objective lens in contact with the chip to enlarge an image of a sample in a predetermined region on the sample chip formed by light emitted from the light source;
상기 대물렌즈를 통하여 확대된 상기 시료 칩 상의 소정영역의 시료의 상을 촬영하는 영상촬영수단(예를 들어, CCD 카메라);Image capturing means (for example, a CCD camera) for capturing an image of a sample of a predetermined region on the sample chip enlarged through the objective lens;
상기 영상촬영수단에 의하여 촬영된 영상으로부터 상기 시료 칩 상의 소정영역의 미세입자를 계수하는 미세입자 계수부; 및A fine particle counting unit that counts fine particles of a predetermined region on the sample chip from the image photographed by the image photographing means; And
상기 영상촬영수단에 의하여 촬영된 상기 소정영역의 인접한 영역이 상기 광원의 입사 위치에 오도록 상기 시료 칩을 이동시키는 칩 이동부를 포함하는 장치에 관한 것이다.And a chip moving unit for moving the sample chip so that the adjacent area of the predetermined area photographed by the image photographing means is at the incident position of the light source.
본 발명에 따른 장치에서, 상기 칩 이동부는 소정 시간마다 시료 칩을 소정 거리 이동시킨다. 예를 들어, 시료 칩 중에서 빛이 입사되는 소정영역이 CCD 카메라에 의하여 촬영될 때마다, 후속 동작을 위하여 이미 촬영된 상기 소정영역의 인접한 영역이 광원의 입사 위치에 오도록 상기 시료 칩을 소정 거리 이동시킨다. 이와 같이, 시료 칩이 소정 시간마다 소정 거리 이동함에 따라, CCD 카메라에 의하여 촬영된 소정영역의 이웃한 영역을 계속하여 촬영할 수 있다. 따라서, 상기 시료 칩의 전 영역을 순차적으로 모두 촬영할 수 있다. 상기 시료 칩은 칩 이동부, 예를 들어, 랙/피니언 방식이나 볼 스크류 방식의 X-Y 스테이지에 의하여 그의 위치를 고속으로 정밀하게 제어할 수 있다.In the apparatus according to the present invention, the chip moving unit moves the sample chip a predetermined distance every predetermined time. For example, whenever a predetermined region where light is incident on the sample chip is photographed by the CCD camera, the sample chip is moved a predetermined distance such that an adjacent region of the predetermined region that is already photographed for the subsequent operation is at the incident position of the light source. Let's do it. In this manner, as the sample chip moves a predetermined distance every predetermined time, the neighboring area of the predetermined area photographed by the CCD camera can be continuously photographed. Therefore, all the regions of the sample chip can be sequentially photographed. The sample chip can be precisely controlled at high speed by a chip moving unit, for example, a rack / pinion type or a ball screw type X-Y stage.
상기 미세입자 계수부는 순차적으로 촬영되는 시료 칩 상의 각 소정영역의 미세입자를 계수한 후, 각 소정영역의 미세입자 개체수를 합산함으로써, 시료 내의 미세입자의 전체 개체수를 계수할 수 있다. 특히, 상기 시료 칩에서 상기 시료가 충전되어 있는 판독부의 높이 및 영상촬영수단에 의하여 촬영되는 영역의 면적을 알고 있는 경우에는 상기 판독부의 부피를 알 수 있다. 따라서, 미세입자를 계수한 전체 영역(판독부)의 부피를 알 수 있으므로, 미세입자가 계수된 시료의 부피를 계산할 수 있다. 따라서, 상기 시료의 전체 부피 및 미세입자의 전체 개체수로부터, 상기 미세입자의 평균 농도(즉, 단위 부피당 미세입자의 개수)를 계산할 수 있다.The microparticle counting unit may count the total number of microparticles in the sample by counting the microparticles of each predetermined region on the sample chip sequentially photographed and then summing the number of microparticles in each predetermined region. In particular, when the height of the reading part in which the sample is filled in the sample chip and the area of the area photographed by the image photographing means are known, the volume of the reading part can be known. Therefore, since the volume of the whole area (reading part) which counted the microparticles can be known, the volume of the sample in which the microparticles were counted can be calculated. Therefore, from the total volume of the sample and the total number of microparticles, the average concentration of the microparticles (that is, the number of microparticles per unit volume) can be calculated.
이와 같이, 본 발명에 따른 미세입자 계수 장치는 시료 칩을 소정영역 별로 촬영하고, 계수하기 때문에 계수의 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 미세입자가 시료칩 내에 편재되어 분산되더라도, 시료의 전영역에 대하여 계수하기 때문에 오차가 발생하지 않는다.As described above, the fine particle counting apparatus according to the present invention photographs and counts the sample chips for each predetermined area, thereby increasing the accuracy of counting. In addition, even when the microparticles are dispersed and dispersed in the sample chip, no error occurs because they are counted over the entire area of the sample.
본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 광원으로는 계수하려는 입자의 특성에 따라 할로겐 램프, 제논 램프, 머큐리 램프, 발광 다이오드 또는 레이저를 선택하여 사용한다. 예를 들어, 적혈구를 계수하는 경우에는 자외선-가시광선을 발하는 램프 또는 발광 다이오드를 광원으로서 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 세포핵이 포함되어 있는 백혈구 또는 체세포를 계수하려는 경우에는 레이저를 광원으로서 사용하는 것이 바람직하다.In the apparatus according to the present invention, a halogen lamp, a xenon lamp, a mercury lamp, a light emitting diode or a laser is selected and used as the light source according to the characteristics of the particles to be counted. For example, when counting red blood cells, it is preferable to use a lamp or a light emitting diode that emits ultraviolet-visible light as a light source. In addition, when counting the white blood cells or somatic cells containing the cell nucleus, it is preferable to use a laser as a light source.
본 발명에 따른 장치는 광원으로부터 발한 빛의 양과 초점거리를 조절하여 시료 칩 상으로 조사시키는 입사광조절렌즈를 상기 광원의 전면에 더 포함할 수 있 다.The apparatus according to the present invention may further include an incident light adjusting lens on the front surface of the light source for controlling the amount of light emitted from the light source and the focal length to irradiate onto the sample chip.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 대물렌즈를 통과한 빛 중에서 특정 영역의 파장대의 빛만을 통과시키는 광여과기를 상기 대물렌즈와 영상촬영수단 사이에 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 시료의 입자 중, 특정 입자에서 발하는 특정 파장대의 빛만을 선택적으로 통과시켜 상기 영상촬영수단으로 촬영함으로써 상기 입자의 개수를 계수할 수 있다.In addition, the apparatus according to the present invention may further include a light filter passing only the light of the wavelength region of the specific region of the light passing through the objective lens between the objective lens and the image pickup means. Therefore, the number of the particles may be counted by selectively passing only light of a specific wavelength band emitted from a specific particle among the particles of the sample and photographing the same by the image photographing means.
상기 장치는, 복수개의 레이저를 구비할 수 있으며, 각 레이저의 파장대에 따른 광여과기를 복수개 구비하고 있는 광여과기 교환부를 더 포함할 수 있다. 상기 광여과기의 복수의 광여과기 중 특정 영역의 파장대의 빛만을 통과시키는 특정의 광여과기를 선택하여 사용할 수 있기 때문에, 목적하는 입자를 용이하게 계수할 수 있다.The apparatus may include a plurality of lasers, and may further include an optical filter exchanger including a plurality of optical filters corresponding to the wavelength band of each laser. Since the specific optical filter which passes only the light of the wavelength range of a specific area | region can be selected and used among the several optical filters of the said optical filter, a target particle can be counted easily.
대물렌즈로는 임의의 배율의 렌즈를 필요에 따라 선택하여 사용할 수 있다. 상기 시료 칩 상의 판독부 상에서 입자의 분포를 전체적으로 파악하기 위해서는 저배율로 관찰하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 시료 칩 상의 판독부 상에서 임의로 구획된 소정영역 각각에 대하여 빛을 조사하고 영상촬영수단으로 관찰하여 계수하는 경우에는, 정확한 계수를 위하여 고배율의 대물렌즈를 사용하는 것이 바람직하다.As the objective lens, a lens having an arbitrary magnification can be selected and used as necessary. In order to grasp the distribution of particle | grains on the reading part on the said sample chip as a whole, it is preferable to observe with low magnification. However, in the case where light is irradiated to each of a predetermined area arbitrarily partitioned on the reading unit on the sample chip and observed and counted by an image photographing means, it is preferable to use a high magnification objective lens for accurate counting.
상기 영상촬영수단 예를 들어, CCD 카메라에서 촬영한 영상은 컴퓨터로 전송된 후, 상기 컴퓨터에 구비되어 있는 미세입자 계수부에서 이미지 검출 관련 프로그램을 구동함으로써 특정 입자의 개체수를 계수할 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 미세입자 계수부는 순차적으로 촬영되는 시료 칩 상의 각 소정영역의 미세입자를 계수한 후, 각 소정영역의 미세입자 개체수를 합산함으로써, 시료 내의 미세입자의 전체 개체수를 계수할 수 있다. 또한, 상기 미세입자의 전체 개체수 및 상기 시료칩의 판독부의 부피로부터 상기 미세입자의 농도를 계산할 수 있다.The image capturing means, for example, an image photographed by a CCD camera may be transmitted to a computer, and the number of specific particles may be counted by driving an image detection related program in the microparticle counting unit included in the computer. As described above, the fine particle counting unit counts the fine particles of each predetermined region on the sample chip sequentially photographed, and then counts the total number of fine particles in the sample by adding up the fine particle population of each predetermined region. have. In addition, the concentration of the microparticles may be calculated from the total number of the microparticles and the volume of the reading part of the sample chip.
자외선-가시광선 광원을 사용하여 적혈구를 촬영하는 경우, 상기 적혈구는 검은색으로 나타나기 때문에, 이러한 검은색 입자를 계수함으로써 적혈구를 계수할 수 있다. 또한, 레이저를 광원으로 사용하고, 형광염료가 도포되어 있는 시료 칩 상에 혈액을 떨어뜨려 검사하는 경우, 백혈구는 형광염료에 염색되어 있어 특정 파장의 빛만을 발하게 되므로, 상기 대물렌즈를 통과한 빛 중에서 광여과기를 통과한 특정 영역의 파장대의 빛만을 촬영함으로써, 상기 백혈구를 계수할 수 있다.When erythrocytes are photographed using an ultraviolet-visible light source, the erythrocytes appear black, so red blood cells can be counted by counting these black particles. In addition, when the laser is used as a light source and the blood is dropped onto the sample chip coated with the fluorescent dye, the white blood cells are stained with the fluorescent dye to emit only light of a specific wavelength, so that the light passing through the objective lens The white blood cells can be counted by photographing only light in a wavelength region of a specific region that has passed through an optical filter.
상기한 바와 같은 장치를 사용함으로써, 혈액 내의 적혈구 또는 백혈구 등과 같은 각종 구성성분 뿐만 아니라, 체액 중의 체세포 및 기타 일반적인 미세입자를 즉시 계수할 수 있다. 또한, 전체 백혈구 개수 중 특정 백혈구 개수의 비를 즉시 계산함으로써, 신속하게 질병 경과 등을 보고할 수 있다. 또한, 세포의 활성(cell viability) 및 유전자 발현된 세포의 계수 등의 검사에도 이용할 수 있다.By using the device as described above, somatic cells and other common microparticles in body fluids can be immediately counted, as well as various components such as red blood cells or white blood cells in the blood. In addition, by immediately calculating the ratio of the specific white blood cell count among the total white blood cell count, the disease progression and the like can be quickly reported. It can also be used for testing of cell viability and counting of gene-expressed cells.
특히 사용이 편리하여, 시료 칩 내에 시료를 떨어뜨린 후, 상기 시료 칩을 본 발명에 따른 장치에 장착하면, 자동적으로 미세입자의 수가 계수된다. 따라서, 전문가 뿐만 아니라 일반인들도 용이하게 사용할 수 있다.In particular, it is easy to use, and after dropping a sample in a sample chip, when the said sample chip is mounted in the apparatus which concerns on this invention, the number of microparticles is automatically counted. Therefore, it is easy to use not only experts but also ordinary people.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 미세입자 개체수 계수 장치의 실시예를 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described an embodiment of the microparticle counting apparatus according to the present invention in detail. However, the present invention is not limited by the following examples.
도 1은 본 발명에 따른 미세입자 계수 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a microparticle counting apparatus according to the present invention.
상기 장치는 미세입자를 포함하는 시료가 소정 부피의 판독부에 안치되어 있는 시료 칩(20); 상기 시료 칩(20) 상의 소정영역으로 빛을 조사하는 광원(10); 상기 시료의 상을 확대하기 위하여 상기 칩(20)과 접해있는 대물렌즈(30); 상기 대물렌즈(30)를 통하여 확대된 상기 시료의 상을 촬영하는 CCD 카메라(50); 및 상기 CCD 카메라(50)에 의하여 촬영된 영상으로부터 미세입자를 계수하는 미세입자 계수부를 포함한다. 상기 시료 칩(20)은 시료 칩 중의 소정영역이 상기 광원의 입사 위치에 오도록 상기 시료 칩을 이동시킬 수 있는 칩 이동부(27)에 안치된다. 따라서, 상기 CCD 카메라(50)에 의하여 이미 촬영된 영역의 인접한 영역이 상기 광원의 입사 위치에 오도록 상기 시료 칩(20)의 위치를 제어할 수 있다.The apparatus includes a sample chip (20) in which a sample containing microparticles is placed in a read volume of a predetermined volume; A
상기 미세입자 계수 장치는, 상기 대물렌즈(30)를 통과한 빛 중에서 특정 영역의 파장대의 빛만을 통과시키는 광여과기(미도시)를 더 포함할 수 있다.The microparticle counting device may further include an optical filter (not shown) for passing only light in a wavelength region of the light passing through the
이하에서는, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 장치의 동작에 대하여 설명한다.Hereinafter, the operation of the apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.
상기 광원(10)에서 발한 빛은 시료 칩(20) 상의 소정영역으로 조사된다. 이때, 상기 광원(10)에서 나온 빛의 양과 초점 거리를 조절하기 위하여 입사광조절렌즈(미도시)를 추가로 구비할 수 있다. 또한, 상기 렌즈를 통과한 빛 중에서 특정 영역의 파장대의 빛만을 통과시켜 상기 시료 칩(20) 상으로 조사시키는 입사광여과기(미도시)를 추가로 구비할 수 있다.Light emitted from the
시료를 안치하기 위한 상기 시료 칩의 일예를 도 2a 및 도 2b에 도시하였다. 도 2a는 상기 시료 칩의 평면도이고, 도 2b는 상기 시료칩의 단면도이다.One example of the sample chip for placing the sample is shown in Figs. 2A and 2B. 2A is a plan view of the sample chip, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the sample chip.
상기 시료 칩(20)은 상부기판(24) 및 하부기판(25)으로 구성되며, 상기 상부기판(24)과 하부기판(25) 사이에는 상기 시료를 충전하기 위한 공간을 형성하는 판독부(23)가 구비되어 있다. 상기 판독부(23)는 소정 높이 및 소정 넓이로 형성시킴으로써, 시료의 부피를 정확하게 알 수 있다. 상기 판독부의 높이는 바람직하게는 10 내지 100㎛로 형성시켜, 검사 대상 미세입자들이 부유하지 않고, 고정되도록 한다.The
또한, 상기 시료 칩(20)은 상기 판독부(23)와 연결되어 시료를 투입할 수 있는 시료 투입구(21) 및 상기 시료 투입시 상기 판독부(23) 내에 있던 공기와 과량의 시료를 배출하기 위한 시료 배출구(22)를 구비한다.In addition, the
상기 시료 칩(20)은 플라스틱 재질로 제조하며, 1회용으로 간편하게 사용할 수 있다.The
상기 시료 칩(20)의 판독부(23) 내부에 상기 시료를 염색하기 위한 염색시약을 미리 코팅시켜 놓는다면, 사용자가 상기 염색시약과 같은 유해물질을 다루지 않아도 된다.If the dyeing reagent for dyeing the sample is coated in advance in the
상기한 바와 같은 시료 칩(20)상에 미세입자를 포함하는 시료를 상기 시료 투입구(21)에 떨어뜨려 상기 판독부(23) 내에 상기 시료를 충전시킨 후, 상기 시료 칩(20)을 칩 이동부(27) 상에 안치시킨다. 이후, 상기 칩 이동부(27)에 의하여 상기 시료 칩(20)을 상기 광원(10)의 입사 위치로 이동시킨다.After dropping a sample containing fine particles on the
상기 광원(10)의 빛이 상기 시료 칩(20) 상의 소정영역으로 조사되면, 상기 시료의 상은 상기 시료 칩(20)과 접해있는 대물렌즈(30)에 의하여 확대되고, 상기 대물렌즈(30)를 통하여 확대된 상기 시료의 상을 CCD 카메라(50)가 촬영한다.When the light of the
이때, 상기 상기 대물렌즈(30)를 통과한 빛 중에서 특정 영역의 파장대의 빛만을 통과시키는 광여과기(미도시)를 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 상기 광여과기를 통하여, 상기 시료의 입자 중 특정 입자에서 발하는 특정 파장대의 빛만을 선택적으로 통과시킴으로써, 상기 CCD 카메라(50)가 상기 특정 입자만을 촬영하게 할 수 있다.At this time, the light passing through the
상기 CCD 카메라(50)에서 촬영된 영상이 미세입자 계수부(60)로 전송된 후, 상기 미세입자 계수부(60)의 이미지 검출 관련 프로그램의 구동에 의하여, 시료 칩 중 상기 CCD 카메라에 의하여 촬영된 소정영역 내의 미세입자 개체수를 계수할 수 있다.After the image photographed by the
이후, 이미 촬영된 상기 소정영역의 인접한 영역을 촬영하여 상기 인접한 영역 내의 미세입자를 계수할 수 있도록, 상기 칩 이동부(27)는 상기 시료 칩(20)을 소정 거리 이동시키며, 이에 따라 촬영 및 계수하고자 하는 상기 인접한 영역이 광원의 입사 위치에 오게 된다.Subsequently, the
도 3은 상기 미세입자 계수 장치가 상기 시료 칩을 소정영역 별로 촬영하고, 계수할 수 있도록, 상기 시료 칩의 판독부를 각각의 소정영역으로 구획한 예이다. 상기 판독부 상의 각각의 영역 (1) 내지 (120)은 상기 CCD 카메라에 의하여 개별적으로 촬영되는 각각의 영역을 의미한다. 따라서, 상기 판독부 상의 구획선은 설명의 편의를 위한 가상의 선이며, 상기 판독부 상에 실재하는 것은 아니다. 또한, 상기 분할되는 영역의 면적 및 영역의 개수는 미세입자 계수의 정확성 및 계수 연산 속도를 감안하여, 적절하게 조정될 수 있다.3 is an example in which the reading unit of the sample chip is divided into predetermined regions so that the fine particle counting apparatus photographs and counts the sample chips for each predetermined region. Each region (1) to (120) on the readout means a respective region to be photographed separately by the CCD camera. Therefore, the dividing line on the reading unit is an imaginary line for convenience of description and does not exist on the reading unit. In addition, the area of the divided region and the number of regions can be appropriately adjusted in view of the accuracy of the fine particle counting and the counting operation speed.
시료 칩이 상기 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 소정영역으로 분할되어 있는 경우, 먼저 영역(1)을 촬영하고, 상기 촬영된 영역(1)의 인접한 영역인 영역(2)가 광원의 입사 위치에 오도록 소정 거리 이동시켜, 상기 영역(2)를 촬영하게 된다. 이러한 과정을 반복함으로써, 영역 (1) 내지 (120)의 전 영역을 모두 촬영한다.In the case where the sample chip is divided into predetermined regions as shown in FIG. 3, first, the
미세입자 계수부(60)는 영역(1) 내지 (120)의 미세입자를 각각 계수한 후, 각 영역(1) 내지 (120)의 미세입자 개체수를 합산함으로써, 전체 개체수를 계수할 수 있다. 또한, 상기 시료 칩에서 상기 시료가 충전되어 있는 판독부의 높이, 및 상기 영역 (1) 내지 (120)의 면적을 미리 알고 있는 경우 상기 판독부의 부피를 알 수 있기 때문에, 관찰된 영역의 시료의 부피를 계산할 수 있다. 따라서, 상기 관찰된 시료의 전체 부피 및 미세입자의 전체 개체수로부터, 상기 미세입자의 평균 농도(즉, 단위 부피당 미세입자의 개수)를 계산할 수 있다.The fine
도 4는 본 발명의 제1실시예로서, 발광 다이오드를 광원으로 갖는 장치의 구성도이다. 상기 도 4에 도시되어 있는 장치는 적혈구를 계수하기 위한 것으로서, 상기 장치는,4 is a configuration diagram of a device having a light emitting diode as a light source as a first embodiment of the present invention. The device shown in Figure 4 is for counting red blood cells, the device,
상기 적혈구를 포함하는 시료가 소정 부피의 판독부에 안치되어 있는 시료 칩(20); 상기 시료 칩(20) 상의 소정영역으로 자외선 또는 가시광선을 조사하는 발광 다이오드(11a); 상기 발광 다이오드(11a)에서 나온 빛의 양과 초점 거리를 조절하기 위한 입사광조절렌즈(12a); 상기 입사광조절렌즈(12a)를 통과한 빛 중에서 특정 영역의 파장대의 빛만을 통과시켜 상기 시료 칩(20) 상으로 조사하는 입사광여과기(13a); 상기 시료의 상을 확대하기 위하여 상기 칩과 접해있는 대물렌즈(30); 상기 대물렌즈(30)를 통과한 빛 중에서 특정 영역의 파장대의 빛만을 통과시키는 광여과기(40); 상기 광여과기(40)를 통과한 시료의 상을 촬영하는 CCD 카메라(50); 상기 CCD 카메라(50)에 의하여 촬영된 영상으로부터 상기 시료 칩 상의 소정영역 내의 적혈구의 개체수를 계수하는 미세입자 계수부(60); 및 상기 시료 칩(20)을 소정거리 이동시키는 칩 이동부(27)를 포함한다.A
상기 장치는 상기 광여과기(40)를 통과한 빛이 상기 CCD 카메라(50)로 입사되도록 빛의 경로를 변경하는 반사경(51)을 추가로 포함한다.The apparatus further includes a
도 5는 본 발명의 제2실시예로서, 레이저(11b)를 광원으로 갖는 장치의 구성도이다. 상기 도 5에 도시되어 있는 장치는 백혈구 또는 체세포 등과 같이 세포핵이 포함되어 있는 세포를 계수하기 위한 것으로서, 상기 장치는,5 is a configuration diagram of a device having the
형광염료 및 세포를 포함하는 시료가 소정 부피의 판독부에 안치되어 있는 시료 칩(20); 상기 시료 칩(20) 상으로 빛을 조사하는 레이저 광원(11b); 상기 레이저 광원(11b)에서 나온 빛의 양과 초점 거리를 조절하여, 상기 시료칩(20) 상으로 빛을 조사하기 위한 입사광조절렌즈(12b); 상기 시료의 상을 확대하기 위하여 상기 칩(20)과 접해있는 대물렌즈(30); 상기 대물렌즈(30)를 통과한 빛 중에서 특정 영역의 파장대의 빛만을 통과시키는 광여과기(40); 상기 광여과기(40)를 통과한 상기 시료의 상을 촬영하는 CCD 카메라(50); 상기 CCD 카메라(50)에 의하여 촬영된 영상으로부터 상기 세포의 개체수를 계수하는 미세입자 계수부(60); 및 상기 시료 칩(20)을 소정거리 이동시키는 칩 이동부(27)를 포함한다.A
상기 장치는 상기 입사광조절렌즈(12b)를 통과한 레이저가 상기 시료 칩(20)으로 조사되도록 빛의 경로를 변경하는 반사경(14), 및 상기 광여과기(40)를 통과한 빛이 상기 CCD 카메라(50)로 입사되도록 빛의 경로를 변경하는 반사경(51)을 추가로 포함한다.The apparatus includes a
상기 시료 칩(20) 내에 미리 형광물질을 도포해 놓고, 상기 시료를 상기 시료 칩(20) 내에 충전시키는 경우에는, 상기 광여과기(40)에 의하여, 상기 대물렌즈(30)를 통과한 빛 중에서 상기 형광염료의 발광 파장에 해당하는 빛만을 통과시킴으로써, 상기 CCD 카메라(50)가 특정 입자만을 촬영할 수 있다.In the case where the fluorescent material is coated in the
도 6a는 상기 도 4에 따른 미세입자 계수 장치를 사용하여 시료 칩 내에 충전시킨 시료 중의 동물세포의 개수를 계수한 실험 결과를 도시한 것이다.FIG. 6A illustrates an experimental result of counting the number of animal cells in a sample filled in a sample chip using the microparticle counting device according to FIG. 4.
먼저 실험실에서 배양한 동물세포를 배양액에 준비하고, 준비된 시료 중 20㎕를 형광 염료 PI(Propidium Iodide)가 포함된 시료 염색 용액과 동일한 부피로 혼합하여, 시료를 염색하였다. 염색된 시료 20㎕를 시료 칩의 시료 투입구에 파이펫을 이용하여 주입하여, 상기 시료를 시료칩 내에 충전하였다.First, animal cells cultured in a laboratory were prepared in a culture solution, and 20 µl of the prepared samples were mixed in the same volume as the sample staining solution containing the fluorescent dye PI (Propidium Iodide) to stain the samples. 20 μl of the stained sample was injected into the sample inlet of the sample chip using a pipette, and the sample was filled into the sample chip.
본 실험에서, 미세입자 계수 장치는 상기 시료 칩의 판독부를 총 120개(3×40)의 영역으로 구획하여 각 영역을 순차적으로 촬영하고 계수하였다. 분할된 각 영역의 크기는 가로 0.82mm 및 세로 0.61mm이다. 상기 도 6a의 좌측 하단에 도시되어 있는 이미지는 상기 시료 칩의 각 영역 중 6번째 영역을 촬영한 사진이다. 상기 사진에서 흰 점들은 특정 파장의 형광을 발하는 동물세포를 나타낸다.In this experiment, the microparticle counting device divided the read portions of the sample chip into a total of 120 (3 × 40) areas, and photographed and counted each area sequentially. The size of each divided area is 0.82mm in width and 0.61mm in length. 6A is a photograph of a sixth region of each region of the sample chip. The white dots in the picture represent animal cells that fluoresce at a particular wavelength.
120개 영역 전체에 대하여, 각각 촬영된 영상을 분석하여 각 영역에서의 미세입자를 계수하고, 이를 합산한 결과 총 1016개의 동물세포를 계수하였다. 한편, 상기 시료 칩의 판독부 중 촬영되는 영역의 넓이는 60mm2이고, 상기 판독부의 높이는 100㎛이므로, 관찰된 시료의 부피는 6㎕이다. 이로부터, 상기 시료에서의 동물세포의 평균 농도 1.69×105개/㎖를 계산한다. 상기 시료는 동물세포를 포함하는 시료와 시료 염색 용액이 1:1로 혼합되어 희석된 것이므로, 실제 농도는 희석배수(dilution factor) 2를 곱한 3.38×105개/㎖이다.For all 120 regions, the captured images were analyzed to count microparticles in each region, and the sum was counted to count a total of 1016 animal cells. On the other hand, the area of the photographed portion of the sample chip to be photographed is 60 mm 2 , and the height of the read portion is 100 μm, so that the volume of the observed sample is 6 μl. From this, the average concentration of 1.69 x 10 5 cells / ml of the animal cells in the sample is calculated. Since the sample is diluted by mixing 1: 1 with a sample containing animal cells and a sample staining solution, the actual concentration is 3.38 × 10 5 / ml multiplied by
도 6b는 상기 120개 영역으로부터 얻은 120개 영상을 모두 분석하여 얻은 세포의 크기, 형광의 세기, 및 각 영상마다 존재하는 세포의 개수를 도시한 그래프이다.Figure 6b is a graph showing the size of the cells obtained by analyzing all 120 images obtained from the 120 areas, the intensity of fluorescence, and the number of cells present in each image.
좌측의 그래프는 세포의 크기 분포를 도시한 것이다. x축은 영상에 나타난 세포의 크기이고, y축은 세포의 개수이다. 상기 세포의 크기 분포 그래프에서 피크 부분의 x축 값을 세포 크기의 최대값으로 설정하고, 상기 피크의 좌측 부분에서 최저점의 x축 값을 세포 크기의 최소값으로 설정하는 것이 바람직하다. 한편, 최 소값을 4㎛ 이하로 설정하는 경우에는 노이즈에 의한 픽셀을 세포로 계수할 가능성이 있으므로, 최소값은 4㎛ 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.The graph on the left shows the size distribution of the cells. The x-axis is the size of the cells in the image and the y-axis is the number of cells. In the cell size distribution graph, it is preferable to set the x-axis value of the peak portion to the maximum value of the cell size and the x-axis value of the lowest point in the left portion of the peak to the minimum value of the cell size. On the other hand, when setting the minimum value to 4 mu m or less, there is a possibility of counting pixels due to noise into cells. Therefore, the minimum value is preferably set to 4 mu m or more.
중앙의 그래프는 세포가 발하는 형광의 세기를 도시한 것이다. x축은 0-255 범위의 그레이스케일로 표현되는 형광 세기이고, y축은 해당 형광 세기에 대한 픽셀 수를 나타낸다. 그레이스케일이 255인 픽셀은 형광을 발하는 세포가 도시되어 있는 부분의 픽셀이고, 그레이스케일이 0인 픽셀은 여백의 픽셀이다. 따라서, 대부분의 픽셀의 그레이스케일 값은 0 또는 255이다.The graph in the middle shows the intensity of fluorescence emitted by the cells. The x-axis is the fluorescence intensity expressed in grayscale in the range 0-255, and the y-axis represents the number of pixels for that fluorescence intensity. A pixel with a grayscale of 255 is a pixel of the portion where cells that emit fluorescence are shown, and a pixel with a grayscale of zero is a pixel of a margin. Thus, the grayscale value of most pixels is 0 or 255.
우측의 그래프는 120개의 이미지 각각에 대하여 계수한 세포의 개수를 도시한 것이다. 각각의 이미지에 나타난 세포의 개수를 합산함으로써, 관찰된 영역에 존재하는 전체 세포의 개수를 구할 수 있다. 이미지마다 나타나 있는 세포의 개수에 대한 편차가 존재하지만, 전체 이미지의 세포 개수를 합산하기 때문에, 편차에 의한 오차는 발생되지 않는다.The graph on the right shows the number of cells counted for each of the 120 images. By summing the number of cells shown in each image, the total number of cells present in the observed region can be obtained. Although there is a deviation with respect to the number of cells shown for each image, the error due to the deviation does not occur because the number of cells of the entire image is added up.
전술한 본 발명에 따른 실시예는 상술한 것으로 한정되지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자가 자명한 범위내에서 여러 가지 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.The above-described embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various alternatives, modifications, and changes can be made without departing from the scope of the present invention.
본 발명에 따른 미세입자 계수 장치를 사용함으로써, 시료 내의 효모, 유산균, 동물세포, 적혈구 또는 백혈구 등과 같은 미세입자의 개수를 자동으로 계수할 수 있다. 특히, 상기 칩 이동부는 상기 CCD 카메라와 같은 영상촬영수단에 의하여 촬영된 상기 소정영역의 인접한 영역이 상기 광원의 입사 위치에 오도록, 소정 시 간마다 상기 시료 칩을 소정 거리 이동시킨다. 따라서, 상기 시료 칩 상에서 임의로 분할된 각각의 영역이 순차적으로 촬영된다. 상기 미세입자 계수부는 순차적으로 촬영된 각 영역의 미세입자를 계수한 후, 이를 합산하여 상기 시료 내의 미세입자의 전체 개체수를 계수한다. 또한, 상기 칩 이동부는 시료 칩의 위치를 고속 정밀 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 미세입자 계수 장치는 미세입자의 개체수를 신속하고 정확하게 계수할 수 있다. 또한, 그 구조가 간단하고, 사용 방법이 간단하며, 가격이 저렴하다.By using the microparticle counting apparatus according to the present invention, it is possible to automatically count the number of microparticles such as yeast, lactic acid bacteria, animal cells, red blood cells or white blood cells in a sample. In particular, the chip moving unit moves the sample chip a predetermined distance every predetermined time such that an adjacent region of the predetermined region photographed by an image photographing means such as the CCD camera is at an incidence position of the light source. Therefore, each area arbitrarily divided on the sample chip is photographed sequentially. The microparticle counting unit counts the microparticles of each region sequentially photographed, and adds them to count the total number of microparticles in the sample. In addition, the chip moving unit may be a high-speed precise control of the position of the sample chip. Therefore, the microparticle counting device according to the present invention can quickly and accurately count the number of microparticles. In addition, the structure is simple, the method of use is simple, and the price is low.
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