KR100675103B1

KR100675103B1 - Apparatus and method for the quantitative measurement of adhesive force of cell to constructs

Info

Publication number: KR100675103B1
Application number: KR1020000041160A
Authority: KR
Inventors: 이태서
Original assignee: 주식회사 태산솔루젼스
Priority date: 2000-07-18
Filing date: 2000-07-18
Publication date: 2007-01-29
Also published as: KR20020007746A

Abstract

본 발명은, 운반체에 대한 세포의 부착력 측정장치에 관한 것으로서, 비전 카메라가 찍은 화면 정보를 통하여 프로브 니들의 움직임을 스스로 판단하여, 변형형상 및 방향과 같은 정보를 호스트에 전달하도록 구성된 인버트 현미경; 상기 현미경에 이동 가능하게 결합되며 미세 홀 가공된 지지대를 가지고 이 지지대를 미세이동 시키기 위한 미세이동기구; 및 상기 미세이동기구 지지대의 미세 홀에 삽입 고정된 프로브 니들을 포함하고, 상기 호스트에는 상기 프로브 니들의 휨 정도를 유한요소 법으로 해석하여 상기 부착력을 측정하는 측정프로그램이 탑재되어서, 해당 운반체에 부착된 세포에 미세 프로브 니들을 접근시키고, 프로브 니들 전체를 미세이동장치로 이동시켜, 운반체에 대하여 세포를 탈거시킬 때의 프로브 니들의 휨 정도에 의거하여 유한요소법으로 부착력에 대한 저항도를 측정함으로써, 극히 미소한 세포의 부착력을 보다 정확한 정량적 계량으로 신속하게 측정할 수 있도록 하였다.The present invention relates to an apparatus for measuring adhesion of cells to a carrier, comprising: an inverted microscope configured to determine the movement of a probe needle by itself through screen information taken by a vision camera, and to transmit information such as deformation shape and direction to a host; A micromovement mechanism movably coupled to the microscope, the micromovement mechanism for micromoving the support with a microhole processed support; And a probe needle inserted into and fixed in the microhole of the micromoving mechanism support, and the host is equipped with a measurement program for analyzing the bending degree of the probe needle by a finite element method to measure the adhesion force, and attaching the microneedle to the carrier. By accessing the fine probe needle to the cells, and moving the entire probe needle to the microtransfer device, by measuring the resistance to adhesion by the finite element method based on the degree of bending of the probe needle when the cell is removed from the carrier, The adhesion of extremely fine cells can be measured quickly by more accurate quantitative weighing.

Description

Apparatus and method for the quantitative measurement of adhesive force of cell to constructs

도1은 본 발명에 따른 세포의 부착력 측정장치의 접속상태를 도시한 구성도,1 is a block diagram showing a connection state of the cell adhesion measurement apparatus according to the present invention,

도2는 본 발명에 따른 세포의 부착력 측정장치를 개략적으로 구성한 구조도, 및2 is a schematic structural diagram of an apparatus for measuring adhesion of cells according to the present invention; and

도3은 본 발명에 따른 세포의 부착력 측정기법의 일례를 도시한 확대도.Figure 3 is an enlarged view showing an example of a cell adhesion measuring technique according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 인버트 현미경 20 : 카메라 10: inverted microscope 20: camera

30 : 호스트 컴퓨터 40 : 비디오 30: host computer 40: video

50 : 디스플레이 DB : 기억수단 50: display DB: storage means

100 : 미세이동기구 101 : 지지대 100: fine movement mechanism 101: support

110 : 프로브 니들 110: probe needle

본 발명은 체외 조직재생 기법에 있어, 세포의 부착력의 정량적 측정 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a system for quantitative measurement of adhesion of cells in an in vitro tissue regeneration technique.

일반적으로, 조직공학에서, 인체의 어느 특정 조직이 그 기능을 상실하였을 때에 인공물질로 대체하여 그 기능을 대체하는 것이 종래에 행해지던 기법이었지만, 근래 조직공학의 개념은 손상된 조직 중 아직 그 기능이 조금이라도 남아있는 조직에서 그 조직의 근간을 이루는 세포를 체외에서 분리하여 조직을 배양하고, 다시 삽입함으로써 조직의 재생을 통한 기능의 회복을 도모하고자 하는 기술이다.In general, in tissue engineering, when a specific tissue of the human body has lost its function, it has been a conventional technique to replace the function with an artificial substance and replace the function, but the concept of tissue engineering in recent years has not yet been performed. It is a technique that seeks to recover the function through the regeneration of tissues by culturing and reinserting the cells underlying the tissues in vitro from the remaining tissues.

여기에서, 분리된 세포를 근간으로 체외에서 조직을 배양할 때, 가장 중요한 요소는 세포를 운반하는 운반체(construct)에 세포가 붙어 면역 문제가 해결된 자체의 조직을 어느 정도 빠른 시간에 생성하는가 하는 것이다. 이를 위해 가장 기초가 되는 요소는 바로 세포의 부착력이다.Here, when culturing tissues in vitro based on the separated cells, the most important factor is how fast the cells attach to the cell-carrying construct to produce their own tissues that solve the immune problem. will be. The most basic factor for this is the adhesion of cells.

세포의 운반체로서는 생 분해성 고분자 물질, 세라믹 등 여러 가지가 있는데, 이러한 물질들의 평가방법 중 하나가 바로 부착력 측정이다. 세포의 부착력 측정법은 세포를 원하는 운반체의 표면에 안착시키고, 여기에 배양액을 흘려 보낸 후 현미경을 통해 일정한 범위 내에서 존재하는 세포의 수를 배양액을 흘려보내기 이전의 세포 수와 비교 계수하여 부착력의 증대 혹은 감소 정도를 비교한다.There are various cell carriers such as biodegradable polymers and ceramics. One of the methods for evaluating such materials is adhesion measurement. Cell adhesion is measured by mounting the cells on the surface of the desired carrier, the culture medium is flowed therein, and the number of cells existing within a certain range through a microscope is compared to the number of cells before flowing the culture medium to increase adhesion. Or compare the reduction.

그런데, 종래의 세포 부착력 측정 기법은 다분히 정성적이고, 유동 속도 및 유동량을 제어하기가 사실상 어렵기 때문에 수 나노 뉴턴(Nano Newton's, iNano = 10^-9)에 불과한 세포부착력을 정확하게 측정할 수 있는 정량적인 측정기법이 필요하게 되었다. However, since the conventional cell adhesion measurement technique is highly qualitative and it is virtually difficult to control the flow rate and flow rate, it is possible to accurately measure the cell adhesion force of only a few nano Newton's (iNano = 10 ^-9 ). Measurement techniques are needed.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서 본 발명의 목적은, 해당 운반체에 부착된 세포에 미세 프로브 니들을 접근시키고, 프로브 니들 전체를 미세이동장치로 이동시켜, 운반체에 대하여 세포를 탈거시킬 때의 프로브 니들의 휨 정도에 의거하여 유한요소 법으로 부착력에 대한 저항도를 측정함으로써, 세포의 부착력을 보다 정확한 정량적 방법으로 신속하게 측정할 수 있는 운반체에 대한 세포의 부착력 측정장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to access a fine probe needle to a cell attached to the carrier, move the entire probe needle to a micromigration device, and remove the cell from the carrier. Apparatus and method for measuring adhesion of cells to a carrier capable of quickly measuring adhesion of cells in a more accurate and quantitative manner by measuring the resistance to adhesion by the finite element method based on the degree of deflection of the probe needle at the time of To provide.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 운반체에 대한 세포의 부착력 측정장치는, Apparatus for measuring the adhesion of cells to the carrier according to the present invention in order to achieve the above object,

현미경으로서, 현미경에 설치된 비전 카메라가 찍은 화면 정보를 통하여 프로브 니들의 움직임을 스스로 판단하여, 변형형상 및 방향과 같은 정보를 호스트에 전달하도록 구성된 인버트 현미경;A microscope, comprising: an inverted microscope configured to determine a movement of a probe needle by itself through screen information taken by a vision camera installed in the microscope, and to transmit information such as a deformation shape and a direction to a host;

상기 현미경에 이동 가능하게 결합되며 미세 홀 가공된 지지대를 가지고 이 지지대를 미세이동 시키기 위한 미세이동기구; 및A micromovement mechanism movably coupled to the microscope, the micromovement mechanism for micromoving the support with a microhole processed support; And

상기 미세이동기구 지지대의 미세 홀에 삽입 고정된 프로브 니들을 포함하고,And a probe needle inserted into and fixed in the microhole of the micromoving mechanism support.

상기 호스트에는 상기 프로브 니들의 휨 정도를 유한요소 법으로 해석하여 상기 부착력을 측정하는 측정프로그램이 탑재된 것을 특징으로 한다.The host is characterized in that the measurement program for measuring the adhesion by analyzing the degree of bending of the probe needle by a finite element method is mounted.

또한, 본 발명의 다른 특징은, 운반체에 부착된 세포의 표본을 추출하여 현미경에 탑재하는 단계;In addition, another aspect of the invention, the step of extracting a sample of cells attached to the carrier and mounted on a microscope;

상기 현미경에 이동 가능하게 결합되며 미세 홀 가공된 지지대를 가지고 이 지 지대에 결합된 프로브 니들을 미세이동 시키면서 운반체로부터 세포를 분리하는 단계;Separating the cells from the carrier while microscopically moving the probe needle coupled to the support with a microhole-processed support movably coupled to the microscope;

상기 분리단계를 찍기 위한 촬영단계;A photographing step for taking the separation step;

상기 현미경 위에 설치된 비전 카메라가 찍은 화면 정보를 통하여 프로브 니들의 움직임을 스스로 판단하여, 변형 형상, 변형 방향 및 기계적 특성과 같은 정보를 마이콤에 전달하는 단계; 및Judging the movement of the probe needle by the screen information taken by the vision camera installed on the microscope, and transmitting information such as deformation shape, deformation direction, and mechanical properties to the microcomputer; And

상기 프로브니들의 휨 정도를 판단하여, 유한요소 법을 이용하여 상기 부착력을 해석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 운반체에 대한 세포의 부착력 측정방법을 제공함에 있다.To determine the bending degree of the probe needle, to provide a method for measuring the adhesion of the cell to the carrier, characterized in that it comprises the step of analyzing the adhesion by using a finite element method.

이로써, 해당 운반체에 부착된 세포에 미세 프로브 니들을 접근시키고, 프로브 니들 전체를 미세이동장치로 이동시킨 후, 운반체에 대하여 세포를 탈거시킬 때의 프로브 니들의 휨 정도에 의거하여 유한요소 법으로 부착력에 대한 저항도를 측정함으로써, 세포의 부착력을 보다 정확한 정량적 계량 계산으로 간편하고도 신속하게 측정할 수 있도록 하였다.As a result, the fine probe needle is approached to the cells attached to the carrier, the entire probe needle is moved to the micromigration device, and the adhesion force is determined by the finite element method based on the degree of bending of the probe needle when the cell is removed from the carrier. By measuring the resistance to, the adhesion of the cells can be measured easily and quickly by more accurate quantitative weighing calculation.

이하, 본 발명의 일실시예에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도1은 본 발명에 따른 세포의 부착력 측정장치의 접속상태를 도시한 구성도이고, 도2는 본 발명에 따른 세포의 부착력 측정장치를 개략적으로 구성한 구조도이며, 도3은 본 발명에 따른 세포의 부착력 측정기법의 일례를 도시한 확대도이다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Figure 1 is a block diagram showing a connection state of the cell adhesion force measuring apparatus according to the present invention, Figure 2 is a schematic configuration of the cell adhesion force measuring apparatus according to the present invention, Figure 3 is a cell of the present invention It is an enlarged view which shows an example of an adhesion force measuring technique.

부호 '10'은, 도1에 도시된 바와 같이, 비전 카메라(20)가 찍은 화면 정보를 통하여 프로브 니들(110)의 움직임을 스스로 판단하여, 프로브 니들(110)의 변형 형상 및 방향과 같은 정보를 호스트 컴퓨터(30)의 마이콤에 전달하도록 구성된 인버트 현미경(invert microscope)이다.As shown in FIG. 1, reference numeral 10 denotes information such as deformation shape and direction of the probe needle 110 by judging by itself the movement of the probe needle 110 based on the screen information taken by the vision camera 20. Is an invert microscope configured to deliver the microcomputer to the host computer 30.

또, 상기 현미경(10)에는, 미세 홀 가공 지지대(101)와 이 지지대(101)를 미세이동 시키기 위한 미세이동기구(100) 직선 이동 또는 사방 이동 가능하게 결합되어 있다.In addition, the micro-hole processing support 101 and the micro-movement mechanism 100 for finely moving the support 101 are coupled to the microscope 10 so as to be able to move linearly or in all directions.

상기 미세이동기구(100)의 지지대(101)의 미세 홀에는 프로브 니들(110)이 삽입 고정되어 있다.The probe needle 110 is inserted into and fixed in the microhole of the support 101 of the micromoving mechanism 100.

상기 호스트 컴퓨터(30)에는 상기 프로브 니들(110)의 휨 정도를 유한요소 법으로 해석하여 그 결과치를 후술하는 디스플레이(50)에 출력하도록 상기 부착력을 측정하는 측정프로그램이 탑재되어 있다.The host computer 30 is equipped with a measurement program for measuring the adhesion force so as to analyze the degree of warpage of the probe needle 110 by the finite element method and output the result to the display 50 described later.

또한, 상기 프로브 니들(110)은, 두께 20∼30 마이크로미터( u m ), 폭 50∼60 마이크로미터의 사각 기둥형상으로 이루어져 있다.In addition, the probe needle 110 has a rectangular pillar shape having a thickness of 20 to 30 micrometers (u m) and a width of 50 to 60 micrometers.

물론, 상기 프로브 니들(110)은, 원형 기둥형상으로 이루어져도 된다.Of course, the probe needle 110 may be formed in a circular columnar shape.

또, 상기 미세이동기구(100)는 CPU를 탑재한 제어기, 자체 전원 및 지지대 구동모터(도시하지 않음)가 내장되어 있고, 외부와 유선 또는 무선으로 통신할 수 있도록 구성되어 있다.In addition, the micro-movement mechanism 100 has a controller equipped with a CPU, its own power supply and a support drive motor (not shown), and is configured to communicate with the outside in a wired or wireless manner.

또한, 상기 호스트 컴퓨터(30)에는, 상기 비전 카메라(20)에 의해 촬영된 프로브 니들(110)의 휨 정도를 가시화하기 위해 디스플레이(50)가 연결되어 있다.In addition, the display 50 is connected to the host computer 30 to visualize the degree of warpage of the probe needle 110 taken by the vision camera 20.

또, 상기 미세이동기구(100)의 지지대(101)에는, 상기 프로브 니들(110)이 수직방향으로 결합되도록 미세 홀이 가공된 회로기판을 갖는 공지의 프로브카드가 내장되어도 좋다.In addition, a support probe 101 of the micro movement mechanism 100 may include a known probe card having a circuit board processed with fine holes such that the probe needle 110 is coupled in the vertical direction.

다음에, 다음에 이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 설명한다.Next, the operation and effect of the present invention thus constructed will be described.

우선, 운반체(60)에 부착된 세포(70)의 표본을 추출하여 현미경(10)에 탑재한다(S1).First, a sample of the cells 70 attached to the carrier 60 is extracted and mounted on the microscope 10 (S1).

상기 미세이동기구(100)를 가동시켜 프로브 니들(110)이 결합된 지지대(101)를 이동시키면서 운반체(60)에 부착된 세포(70)를 밀어내어 분리한다(S2).By moving the micro-movement mechanism 100, while moving the support base 101 to which the probe needle 110 is coupled to push and separate the cells 70 attached to the carrier 60 (S2).

이때, 이러한 분리과정을 비전 카메라(20)로 연속촬영 함은 물론이다.At this time, of course, the continuous shooting with the vision camera 20 of the separation process.

다음에, 상기 세포(70) 분리 전후를 촬영한다(S3).Next, the cell 70 is photographed before and after separation (S3).

이때, 상기 현미경(10) 위에 설치된 비전 카메라가 찍은 화면 정보를 통하여 프로브 니들(110)의 움직임을 스스로 판단하여, 변형 형상, 변형 방향 및 기계적 특성과 같은 정보를 호스트의 마이콤에 전달한다(S4).In this case, the movement of the probe needle 110 is determined by the screen information taken by the vision camera installed on the microscope 10, and information such as deformation shape, deformation direction, and mechanical characteristics is transmitted to the host microcomputer (S4). .

또, 상기 프로브니들(110)의 휨 정도를 판단하여, 유한요소 법을 이용하여 상기 부착력을 연산 해석한다(S5).In addition, the bending degree of the probe needle 110 is determined, and the adhesion force is calculated and analyzed using the finite element method (S5).

여기서, 모든 촬영 명령은 호스트 컴퓨터(30)가 내린다. 호스트 컴퓨터(30)는 프로브 니들(110)의 변형 형상 및 변형 방향을 마이콤에 전달하도록 구성된다.Here, all the shooting commands are issued by the host computer 30. The host computer 30 is configured to transmit the deformation shape and the deformation direction of the probe needle 110 to the microcomputer.

상기 호스트 컴퓨터는 마이콤(CPU)을 탑재한 제어 장치 자체 전원, 구동장치 등이 내장되어 있고, 통신부를 구비하여 외부와 무선으로 통신할 수 있도록 설계되어도 좋다.The host computer has a built-in control device power supply, a drive device, etc., which is equipped with a microcomputer (CPU), and may be designed to communicate wirelessly with the outside by having a communication unit.

디스플레이(50)는, 기존 화상기에 비하여 4배 이상의 해상도를 갖는 제품으로 고해상도의 분해능을 갖고 있으며, VGA-SGXA까지의 다양한 PC출력 FORMAT을 지 원하여 어떠한 액정 프로젝터로 접속하여 사용할 수 있도록 해도 좋다.The display 50 is a product having a resolution four times higher than that of a conventional imager, has a high resolution, and may support various PC output formats up to VGA-SGXA to be connected to any liquid crystal projector.

상기 미세이동기구(100)에 장착된 지지대(101) 이송을 위한 모터 제어용 칩은 기존의 소프트웨어에 의해 구현된 제어기법 들을 통합, 핵심이 되는 알고리즘을 집약하여 하드웨어로 처리할 수 있도록 제작된 칩을 통해 미세 이동되도록 구성되어도 좋다.The motor control chip for transporting the support 101 mounted on the micro-moving mechanism 100 integrates the control methods implemented by the existing software and aggregates the core algorithms to process the hardware. It may be configured to move fine.

상기한 휨 정도에 의거하여 부착력을 측정하기 위한 측정 프로그램은, 윈도우 기반 소프트웨어로, 유한요소 법을 사용하여 부착력을 해석하는 시뮬레이터를 이용해도 좋으며, 윈도우상에서 동작하는 과학기술 용 설계 소프트웨어로 공학 및 수학분야에서 알고리즘의 해석 및 설계를 위한 다양한 함수와 그래픽 결과출력, 고급프로그래밍기능 등을 제공한다. 또한 실시간 실험이 가능한 통합환경을 제공함으로써 구현하고자 하는 알고리즘의 분석 및 개발시간을 획기적으로 단축시켜 줄 수 있다.The measurement program for measuring the adhesion force based on the deflection degree described above is window-based software, and may use a simulator that analyzes the adhesion force by using the finite element method. It provides various functions, graphic result output, and advanced programming functions for the interpretation and design of algorithms in the field. In addition, by providing an integrated environment that enables real-time experiments, it is possible to drastically reduce the analysis and development time of the algorithm to be implemented.

따라서, 해당 운반체(60)에 부착된 세포(70)에 미세 프로브 니들을 접근시키고, 프로브 니들 전체를 미세이동장치로 이동시켜, 운반체(60)에 대하여 세포(70)를 탈거시킬 때의 프로브 니들의 휨 정도에 의거하여 유한요소 법으로 부착력에 대한 저항도를 측정함으로써, 세포(70)의 부착력을 보다 정량적으로 간편하고도 신속하게 측정할 수 있게 되는 것이다.Therefore, the probe needle at the time of approaching the fine probe needle to the cell 70 attached to the carrier 60, moving the entire probe needle to the micromigration device, and removing the cell 70 with respect to the carrier 60 By measuring the resistance to adhesion by the finite element method on the basis of the degree of warp, it is possible to measure the adhesion of the cell 70 more easily and quantitatively.

앞에서 설명한 바와 같이 운반체(60)에 대한 세포(70)의 부착력 측정장치 및 그 방법에 의하면, 기존의 정성적인 부착력의 정도 판별에 의거하여 운반체(60)에 대한 세포(70)의 부착력을 정성적으로 부착력의 크기에 대한 변동 내력만을 파악하는 기법과는 달리, 세포(70)의 부착력을 정량적으로 간단하고도 신속하게 판별하여 조직공학에 활용할 수 있게 됨으로써, 보다 신속한 방법으로 세포의 특성을 파악할 수 있는 등의 매우 뛰어난 효과가 있는 것이다.As described above, according to the apparatus for measuring the adhesion force of the cells 70 to the carrier 60 and the method thereof, the adhesion force of the cells 70 to the carrier 60 is qualitatively determined based on the conventional qualitative determination of the adhesion force. Unlike the technique of identifying only the variation in the strength of the adhesion force, it is possible to determine the adhesion force of the cell 70 quantitatively and quickly and to utilize it in tissue engineering, thereby identifying the characteristics of the cell in a faster manner. There is a very good effect.

Claims

An inverted microscope configured to determine the movement of the probe needle by itself based on the screen information taken by the vision camera, and transmit information such as deformation shape and direction to the host;

A micromovement mechanism movably coupled to the microscope, the micromovement mechanism for micromoving the support with a microhole processed support; And

And a probe needle inserted into and fixed in the microhole of the micromoving mechanism support.

The host is equipped with a measurement program for measuring the adhesion by analyzing the bending degree of the probe needle by the finite element method is equipped with a cell adhesion force measuring device.

The method of claim 1,

The probe needle is a device for measuring the adhesion of cells to a carrier, characterized in that the rectangular columnar shape of 20 to 30 micrometers thick, 50 to 60 micrometers wide.

The method of claim 1,

The micro-moving mechanism has a controller equipped with a CPU, its own power supply and a support drive motor, and is configured to communicate wirelessly with the outside, the apparatus for measuring the adhesion of the cell to the carrier.

The method of claim 1,

And a display connected to the host computer to visualize the deflection degree of the probe needle photographed by the vision camera.

delete

Extracting a sample of cells attached to the carrier and mounting the sample on a microscope;

Separating the cells from the carrier while microscopically moving the probe needle coupled to the support with a microhole-processed support movably coupled to the microscope;

A photographing step for taking the separation step;

Judging the movement of the probe needle by the screen information taken by the vision camera installed on the microscope, and transmitting information such as deformation shape, deformation direction, and mechanical properties to the computing unit of the host; And

And determining the bending degree of the probe needle, and analyzing the adhesion force by using a finite element method.