KR100973042B1 - Cell sensor and Method of monitoring cell growth and apoptosis in real time - Google Patents

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Abstract

본 발명은 셀센서 및 이를 이용하여 세포의 상태를 실시간으로 모니터링하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 전극 사이에 상태를 측정하고자 하는 세포를 놓고 시간 경과에 따라 전극 간의 커패시턴스 또는 임피던스를 실시간으로 측정함으로써 세포의 성장과 사멸을 실시간으로 모니터링할 수 있는 셀센서 및 이를 이용하여 세포의 상태를 실시간으로 모니터링하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cell sensor and a method for monitoring the state of cells in real time using the same. More specifically, the cell sensor to monitor the growth and death of the cell in real time by placing a cell to measure the state between the electrodes and measuring the capacitance or impedance between the electrodes in real time over time and the state of the cell using the same To monitor in real time.

이를 위하여 본 발명은 기판; 및 상기 기판상에 서로 이격되어 형성되며, 상기 이격된 공간에 상기 세포가 삽입되는 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀센서를 제공한다.To this end, the present invention is a substrate; And a first electrode and a second electrode formed on the substrate and spaced apart from each other, wherein the first electrode and the second electrode are inserted into the spaced space.

셀센서, 성장, 사멸, 실시간, 모니터링, 커패시턴스, 임피던스 Cell Sensor, Growth, Death, Real Time, Monitoring, Capacitance, Impedance

Description

셀센서 및 이를 이용하여 세포의 상태를 실시간으로 모니터링하는 방법{Cell sensor and Method of monitoring cell growth and apoptosis in real time}Cell sensor and method of monitoring cell status using the same {{Cell sensor and Method of monitoring cell growth and apoptosis in real time}

본 발명은 셀센서 및 이를 이용하여 세포의 상태를 실시간으로 모니터링하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 전극 사이에 상태를 측정하고자 하는 세포를 놓고 시간 경과에 따라 전극 간의 커패시턴스 또는 임피던스를 실시간으로 측정함으로써 세포의 성장과 사멸을 실시간으로 모니터링할 수 있는 셀센서 및 이를 이용하여 세포의 상태를 실시간으로 모니터링하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cell sensor and a method for monitoring the state of cells in real time using the same. More specifically, the cell sensor to monitor the growth and death of the cell in real time by placing a cell to measure the state between the electrodes and measuring the capacitance or impedance between the electrodes in real time over time and the state of the cell using the same To monitor in real time.

세포는 생명체의 가장 작은 구조적, 기능적 단위로, 친수성(hydrophillic) 부분과 소수성(hydrophobic) 부분으로 이루어진 인지질 이중층(phospholipid bilayer)이 세포 멤브레인의 주요 구성요소이다.Cells are the smallest structural and functional units of life, with phospholipid bilayers consisting of hydrophillic and hydrophobic moieties.

이러한 세포는 활발하게 증식하고 있는 세포, 독성 물질이나 부적절한 영양 공급으로 손상 받은 세포, 사멸의 과정으로 진행하는 세포 등 여러 가지 상태로 존재할 수 있다. Such cells may exist in various states, such as actively proliferating cells, cells damaged by toxic substances or improper nutrition, and cells undergoing death.

세포의 상태를 측정하는 방법으로는 주로 광학 현미경을 이용한 광학적인 방법이 사용된다. 그러나, 광학적인 방법은 측정 효율이 떨어지고 실시간으로 세포의 상태를 모니터링하기 어려운 문제점이 있다.As a method of measuring the state of cells, an optical method using an optical microscope is mainly used. However, the optical method has a problem that the measurement efficiency is poor and it is difficult to monitor the state of the cell in real time.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 세포의 성장과 사멸을 실시간으로 모니터링할 수 있는 셀센서 및 이를 이용하여 세포의 상태를 실시간으로 모니터링하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and in particular, to provide a cell sensor that can monitor the growth and death of the cell in real time and a method for real-time monitoring the state of the cell using the same have.

또한, 본 발명은 한 번에 다량의 샘플 측정이 가능하도록 함으로써 측정 효율을 극대화시킨 셀센서 및 이를 이용하여 세포의 상태를 실시간으로 모니터링하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a cell sensor that maximizes the measurement efficiency by enabling a large amount of sample measurement at a time, and a method for real-time monitoring of the state of cells using the same.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 셀센서는 세포의 상태를 실시간으로 모니터링하는 셀센서에 있어서, 기판; 및 상기 기판상에 서로 이격되어 형성되며, 상기 이격된 공간에 상기 세포가 삽입되는 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the cell sensor according to the present invention comprises a cell sensor for monitoring the state of a cell in real time, the substrate; And a first electrode and a second electrode formed spaced apart from each other on the substrate and into which the cells are inserted in the spaced space.

또한, 상기 셀센서는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 커패시턴스(capacitance) 또는 임피던스(impedance)를 측정함으로써 상기 세포의 상태를 실시간으로 모니터링하는 것일 수 있다.In addition, the cell sensor may be to monitor the state of the cell in real time by measuring the capacitance (capacitance) or impedance (impedance) between the first electrode and the second electrode.

또한, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 금, 백금, 전도성 폴리머 중 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다.In addition, the first electrode and the second electrode may be formed of any one material of gold, platinum, and a conductive polymer.

또한, 상기 공간은 평면 형상이 트렌치(trench) 형상으로 형성될 수 있다.In addition, the space may be formed in a trench shape in the planar shape.

또한, 상기 공간은 평면 형상이 지그재그 형상으로 형성될 수 있다.In addition, the space may be formed in a zigzag shape in the plane shape.

또한, 상기 셀센서는 상기 공간 주위에 웰(well)을 더 구비할 수 있다.In addition, the cell sensor may further include a well around the space.

또한, 상기 웰은 아크릴(acryl) 또는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 재질로 형성될 수 있다.In addition, the well may be formed of acryl or polydimethylsiloxane (PDMS) material.

또한, 상기 셀센서는 상기 기판을 공통으로 하고, 상기 기판상에 상기 제1 전극과 상기 제2 전극으로 이루어진 전극쌍 복수개가 어레이(array)된 것일 수 있다.The cell sensor may have the substrate in common, and a plurality of electrode pairs including the first electrode and the second electrode may be arrayed on the substrate.

본 발명에 따른 세포의 상태를 실시간으로 모니터링하는 방법은 (a) 셀센서의 상기 공간에 세포 배양을 위한 세포 배양액(medium)과 상기 세포를 넣는 단계; (b) 상기 (a)단계를 거친 상기 셀센서를 세포 배양용 인큐베이터에 넣고 세포를 배양시키면서 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 커패시턴스와 임피던스 중 적어도 어느 하나를 실시간으로 측정하는 단계; (c) 상기 세포 중 일부의 사멸을 유도하는 사멸 유도 물질을 상기 세포에 주입하는 단계; 및 (d) 상기 (c)단계를 거친 상기 셀센서를 배양하면서 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 커패시턴스와 임피던스 중 적어도 어느 하나를 실시간으로 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Method for monitoring the state of the cells in real time according to the present invention comprises the steps of (a) placing a cell culture medium (medium) and the cells for cell culture in the space of the cell sensor; (b) measuring the at least one of capacitance and impedance between the first electrode and the second electrode in real time by placing the cell sensor passed through step (a) in a cell culture incubator and culturing the cell; (c) injecting a killing inducing substance into said cells inducing killing of some of said cells; And (d) measuring at least one of a capacitance and an impedance between the first electrode and the second electrode in real time while culturing the cell sensor passed through step (c).

또한, 상기 세포 배양액은 DMEM(Dulbecco's Modified Eagle Medium), RPMI 1640 Medium, MEM(Minimum Essential Medium)을 포함할 수 있다.In addition, the cell culture medium may include Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM), RPMI 1640 Medium, Minimum Essential Medium (MEM).

또한, 상기 사멸 유도 물질은 TRAIL(Tumor necrosis factor Related Apoptosis Inducing Ligand)을 포함하는 단백질, 바이러스, 박테리아, 핵산, 약물을 포함할 수 있다.In addition, the death inducing substance may include proteins, viruses, bacteria, nucleic acids, drugs including TRAIL (Tumor necrosis factor Related Apoptosis Inducing Ligand).

또한, 상기 모니터링 방법은 상기 (c)단계 이전에 상기 세포 배양액을 이용하여 상기 사멸 유도 물질의 농도를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the monitoring method may further comprise the step of adjusting the concentration of the killing induction material using the cell culture medium before step (c).

본 발명에 의하면 세포의 성장뿐만 아니라 사멸을 포함한 세포의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention there is an effect that can monitor in real time the state of the cells, including cell growth as well as death.

또한, 본 발명에 의하면 어레이 셀센서를 통해 측정 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of maximizing the measurement efficiency through the array cell sensor.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are assigned to the same components as much as possible, even if shown on different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the following will describe a preferred embodiment of the present invention, but the technical idea of the present invention is not limited thereto and may be variously modified and modified by those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀센서의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a cell sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀센서는 단일 전극상에 세포를 올려놓는 대신, 한 쌍의 전극 사이에 세포를 놓고 배양함으로써 세포의 성장과 사멸 상태를 실시간으로 모니터링한다. 이때, 세포가 놓여진 한 쌍의 전극 사이의 커패시턴스 또는 임피던스를 측정하면 세포의 성장 상태를 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라, 세포에 사멸 유도 성분을 주입한 후 배양하면서 전극 사이의 커패시턴스 또는 임피던스를 측정하면 세포의 사멸 상태를 모니터링할 수 있다. 또한, 이러한 실시간 모니터링을 통하여 세포연구, 약의 독성 연구 등을 수행할 수 있다.The cell sensor according to a preferred embodiment of the present invention monitors the growth and death of cells in real time by culturing the cells between a pair of electrodes instead of placing the cells on a single electrode. In this case, by measuring capacitance or impedance between a pair of electrodes on which a cell is placed, not only the growth state of the cell can be monitored, but also when the capacitance or impedance between the electrodes is measured while incubating after injecting a death-inducing component into the cell, The death can be monitored. In addition, through such real-time monitoring, cell research, drug toxicity research, etc. can be performed.

도 2와 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀센서의 평면도이다.2 and 3 are plan views of a cell sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀센서는 기판(10), 제1 전극(20), 제2 전극(30), 제1 전극과 제2 전극의 패시베이션 레이어(50)를 포함하여 형성된다. 도 2와 도 3에서는 도시되지 않았으나, 셀센서는 웰(60)을 더 구비할 수 있다(도 4 및 도 5 참조).The cell sensor according to the preferred embodiment of the present invention is formed to include a substrate 10, the first electrode 20, the second electrode 30, the passivation layer 50 of the first electrode and the second electrode. Although not shown in FIGS. 2 and 3, the cell sensor may further include a well 60 (see FIGS. 4 and 5).

기판(10)은 제1 전극(20)과 제2 전극(30)이 형성되며, 세포가 놓여지는 부분이다. 기판(10)으로는 슬라이드 글라스 등이 사용될 수 있으며, 이외에도 생체 적합성(biocompatibility)이 있는 것이라면 어떤 것이라도 가능하다.The substrate 10 is a portion where the first electrode 20 and the second electrode 30 are formed and the cells are placed thereon. A slide glass or the like may be used as the substrate 10, and any substrate may be used as long as it has biocompatibility.

제1 전극(20)과 제2 전극(30)은 기판(10) 상에 형성된다. 제1 전극(20)과 제2 전극(30)으로는 금, 백금, 투명한 PEDOT(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene))과 같은 전도성 폴리머 등이 사용될 수 있다. 이때, 제1 전극(20)과 제2 전극(30)은 열증착기를 이용한 증착, 리소그라피를 이용하는 방법에 의해 형성될 수 있다. 다만, 여기서 제1 전극(20)과 제2 전극(30)의 재질과 형성방법을 한정하는 것은 아니다. The first electrode 20 and the second electrode 30 are formed on the substrate 10. As the first electrode 20 and the second electrode 30, a conductive polymer such as gold, platinum, and transparent PEDOT (Poly (3,4-ethylenedioxythiophene)) may be used. In this case, the first electrode 20 and the second electrode 30 may be formed by deposition using a thermal evaporator, a method using lithography. However, the material and the formation method of the first electrode 20 and the second electrode 30 are not limited thereto.

제1 전극(20)과 제2 전극(30)의 패시베이션 레이어(50)로는 PMMA(Polymethyl Methacrylate), SiO2 등이 사용될 수 있다. 패시베이션 레이어(50)는 열증착기를 이용한 증착방법이나 리소그라피를 이용하는 방법으로 형성될 수 있다. 패시베이션 레이어(50)는 제1 전극(20)과 제2 전극(30) 표면 위에 존재하는 세포에 의한 영향을 감소시켜 측정의 정확도를 향상시켜 준다.As the passivation layer 50 of the first electrode 20 and the second electrode 30, polymethyl methacrylate (PMMA), SiO 2, or the like may be used. The passivation layer 50 may be formed by a deposition method using a thermal evaporator or a method using lithography. The passivation layer 50 reduces the influence of cells on the surfaces of the first electrode 20 and the second electrode 30 to improve the accuracy of the measurement.

제1 전극(20)과 제2 전극(30)은 서로 소정 간격 이격되어 공간(40, 45)을 형성한다. 공간(40)은 도 2와 같이 트렌치(trench) 형상으로 형성될 수 있다. 한편, 공간(45)은 세포와 전극(20, 30) 간의 접촉 면적을 증가시키기 위해 도 3과 같이 지그재그 형상으로 형성될 수도 있음은 물론이다. 세포와 전극(20, 30) 간의 접촉 면적이 증가하면 측정 민감도가 향상될 수 있다.The first electrode 20 and the second electrode 30 are spaced apart from each other by a predetermined interval to form the spaces 40 and 45. The space 40 may be formed in a trench shape as shown in FIG. 2. Meanwhile, the space 45 may be formed in a zigzag shape as shown in FIG. 3 to increase the contact area between the cells and the electrodes 20 and 30. Increasing the contact area between the cells and the electrodes 20, 30 can improve the measurement sensitivity.

도 4는 웰이 더 구비된 셀센서의 사시도이고, 도 5는 도 4의 수직 단면도이다.4 is a perspective view of a cell sensor further equipped with a well, and FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of FIG. 4.

웰(60)은 제1 전극(20)과 제2 전극(30)이 이루는 공간(40, 45) 주위를 둘러싸도록 구비된다. 웰(60)은 세포배양시 사용되는 세포 배양액이 공간(40, 45) 외부로 누출되지 않도록 막는 역할을 수행한다. 웰(60)은 아크릴(acryl), PDMS(Polydimethylsiloxane)와 같은 재질로 형성될 수 있다. 이때, 웰(60)은 전극(20, 30) 살균 후에 세포 배양을 하기 위해 전극(20, 30) 상에 탈부착이 가능하도록 구비되는 것이 바람직하다. The well 60 is provided to surround the spaces 40 and 45 formed by the first electrode 20 and the second electrode 30. The well 60 serves to prevent the cell culture used in the cell culture from leaking out of the spaces 40 and 45. The well 60 may be formed of a material such as acrylic or polydimethylsiloxane (PDMS). At this time, the well 60 is preferably provided to be detachable on the electrode (20, 30) for cell culture after sterilization of the electrode (20, 30).

도 6은 단위 셀센서들이 집적된 어레이 형태를 가지는 셀센서의 사시도이다.6 is a perspective view of a cell sensor having an array form in which unit cell sensors are integrated.

이하에서는 한 쌍의 전극으로 이루어진 셀센서를 "단위 셀센서", 다수의 단 위 셀센서를 배열하여 집적시킨 셀센서를 "어레이 셀센서"라 하기로 한다.Hereinafter, a cell sensor composed of a pair of electrodes is referred to as an "array cell sensor" and a cell sensor in which a plurality of unit cell sensors are arranged and integrated.

어레이 셀센서는 다수의 단위 셀센서를 도 6과 같이 배열하고 각 단위 셀센서의 배선 패턴을 한 방향으로 집중시켜 각 단위 셀센서의 측정이 용이하도록 구현될 수 있다. 각 단위 셀센서는 기판을 공통으로 사용하며, 일체형의 웰이 구비된다. 이러한 웰은 사출성형 등의 방법을 이용하여 간단하게 제조될 수 있으며, 탈부착이 가능하도록 구비되는 것이 좋다.The array cell sensor may be implemented to facilitate the measurement of each unit cell sensor by arranging a plurality of unit cell sensors as shown in FIG. 6 and concentrating the wiring pattern of each unit cell sensor in one direction. Each unit cell sensor uses a substrate in common, and is provided with an integrated well. Such a well may be simply manufactured using a method such as injection molding, and may be provided to be detachable.

이와 같이 어레이 셀센서를 구현함으로써 측정 효율을 극대화할 수 있다.By implementing an array cell sensor as described above, measurement efficiency can be maximized.

도 7은 셀센서와, 셀센서에서의 세포 배양을 위한 인큐베이터를 비롯한 측정 장비를 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating measurement equipment including a cell sensor and an incubator for cell culture in the cell sensor.

세포 배양용 인큐베이터(I) 내부는 세포가 배양하기에 적당한 온도와 이산화탄소 농도로 유지된다. 셀센서(100)의 각 전극은 LCR 미터(L)의 단자와 전기적으로 연결되며, LCR 미터(L)를 통해 측정된 전극간 커패시턴스 또는 임피던스는 컴퓨터(C)를 통해 플로팅(plotting)될 수 있다.The incubator (I) for cell culture is maintained at a temperature and carbon dioxide concentration suitable for the cells to culture. Each electrode of the cell sensor 100 is electrically connected to the terminal of the LCR meter (L), the capacitance or impedance between electrodes measured by the LCR meter (L) may be plotted through the computer (C). .

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀센서를 이용하여 세포의 상태를 실시간으로 모니터링하는 방법은 다음과 같다.Method for monitoring the state of the cell in real time using a cell sensor according to a preferred embodiment of the present invention are as follows.

먼저, 셀센서를 제조한다.First, a cell sensor is manufactured.

제조된 셀센서의 공간에 세포 배양을 위한 세포 배양액(medium)과 세포를 넣는다. 이때, 세포 배양액으로는 DMEM(Dulbecco's Modified Eagle Medium), RPMI(Rosewell Park Memorial Institue) 1640 Medium, MEM(Minimum Essential Medium) 등이 사용될 수 있다.Put the cell culture medium (medium) and cells for cell culture in the space of the prepared cell sensor. In this case, DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium), RPMI (Rosewell Park Memorial Institue) 1640 Medium, MEM (Minimum Essential Medium) may be used as the cell culture medium.

그 후, 셀센서를 세포 배양용 인큐베이터에 넣고 세포를 배양시키면서 제1 전극과 제2 전극 사이의 커패시턴스와 임피던스 중 적어도 어느 하나를 실시간으로 측정한다.Thereafter, the cell sensor is placed in a cell culture incubator to measure at least one of capacitance and impedance between the first electrode and the second electrode in real time while culturing the cells.

다음으로, 일부 세포의 사멸을 유도하는 사멸 유도 물질을 세포에 주입한 후 셀센서를 배양하면서 제1 전극과 제2 전극 사이의 커패시턴스와 임피던스 중 적어도 어느 하나를 실시간으로 측정한다. 이때, 사멸 유도 물질로는 TRAIL(Tumor necrosis factor Related Apoptosis Inducing Ligand)과 같은 단백질, 바이러스, 박테리아, 핵산, 약물 등이 사용될 수 있으며, 농도를 적절히 조절한 후 주입하는 것이 바람직하다.Next, at least one of the capacitance and the impedance between the first electrode and the second electrode is measured in real time while injecting a death inducing substance that induces the death of some cells into the cell and culturing the cell sensor. In this case, as a killing inducing substance, proteins such as TRAIL (Tumor necrosis factor Related Apoptosis Inducing Ligand), viruses, bacteria, nucleic acids, drugs and the like can be used, it is preferable to inject after adjusting the concentration appropriately.

이하에서는 실험을 통하여 세포의 상태를 모니터링한 결과를 설명한다.Hereinafter, the results of monitoring the state of the cell through the experiment will be described.

슬라이드 글라스 위에 열 증착기를 이용하여 70nm 두께의 금을 증착함으로써 전극을 제작하였다.The electrode was fabricated by depositing 70 nm thick gold on a slide glass using a thermal evaporator.

제작한 전극을 오토 클래이브(autoclave) 장비를 이용하여 살균한 후, 세포 배양을 위해 전극 상에 아크릴 또는 PDMS로 제작된 웰을 부착하였다.The prepared electrode was sterilized using an autoclave equipment, and then a well made of acrylic or PDMS was attached to the electrode for cell culture.

세포 배양을 위해 10% fetal calf serum을 포함한 DMEM 세포 배양액과 배양하고자 하는 세포를 벽 내부에 넣은 후, 온도가 37도씨, 이산화탄소 농도가 5%로 조절되는 세포 배양용 인큐베이터에 셀센서를 넣고 세포를 배양시키면서 커패시턴스와 임피던스를 실시간으로 측정하였다.For cell culture, put DMEM cell culture medium containing 10% fetal calf serum and the cell to be cultured inside the wall, and put the cell sensor into the cell culture incubator whose temperature is 37 ° C and the carbon dioxide concentration is adjusted to 5%. Capacitance and impedance were measured in real time while culturing.

세포로는 섬유아세포(NIH3T3), 자궁경부암세포(HELA), 식도암세포(TE2)를 사용하였으며, 약 30시간 세포 배양을 하면서 커패시턴스와 임피던스를 측정하였다.Fibroblasts (NIH3T3), cervical cancer cells (HELA), and esophageal cancer cells (TE2) were used as cells. Capacitance and impedance were measured during cell culture for about 30 hours.

이후, 세포 배양액을 이용하여 최종 농도를 100ng/ml로 조절한 TRAIL을 세포 사멸 유도 물질로 사용하였다. TRAIL은 리간드 수용체(ligand receptor)가 존재하는 HELA와 TE2와 같은 암세포에는 독성을 가져 세포 사멸을 유도하지만, 리간드 수용체가 존재하지 않는 NIH3T3과 같은 정상세포에는 영향을 미치지 않는다. 이러한 TRAIL에 의한 반응을 관찰하기 위해 TRAIL 용액을 넣은 후 20시간 동안 배양하면서 커패시턴스와 임피던스를 실시간으로 측정하였다.Subsequently, TRAIL using a cell culture medium, the final concentration of which was adjusted to 100 ng / ml, was used as a cell death inducing substance. TRAIL is toxic to cancer cells such as HELA and TE2 where ligand receptors are present, leading to cell death, but does not affect normal cells such as NIH3T3 without ligand receptors. To observe the response by TRAIL, the capacitance and impedance were measured in real time while incubating for 20 hours after adding TRAIL solution.

도 8은 시간 경과에 따른 커패시턴스 변화를 도시한 그래프이고, 도 9는 시간 경과에 따른 임피던스의 변화를 도시한 그래프이다.8 is a graph showing capacitance change over time, and FIG. 9 is a graph showing a change in impedance over time.

세포 배양을 수행한 초기 30시간 동안은 세 종류의 세포 모두에 대해 커패시턴스는 시간에 따라 증가하고 임피던스는 시간에 따라 감소하였다.During the initial 30 hours of cell culture, the capacitance increased over time and the impedance decreased over time for all three cell types.

TRAIL 용액을 넣었을 때 NIH3T3의 경우는 변화가 거의 없었으나, TE2의 경우는 즉시 커패시턴스가 시간에 따라 감소하고 임피던스가 증가하였다. HELA의 경우에는 약 3~5시간 이후부터 커패시턴스와 임피던스의 변화가 관측되었다.The addition of TRAIL solution showed little change in NIH3T3, but in TE2, the capacitance immediately decreased with time and the impedance increased. In the case of HELA, capacitance and impedance changes were observed after 3 to 5 hours.

TE2의 경우는 TRAIL에 의해 2시간 이내에 세포가 사멸되는 것으로 알려져 있으며, HELA의 경우는 약 5~7시간 이내에 사멸이 유도되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 도 8과 도 9에 의하면 커패시턴스와 임피던스의 측정을 통해 세포의 성장/분열과 사멸을 실시간으로 모니터링할 수 있음을 알 수 있다.In the case of TE2, it is known that cells are killed within 2 hours by TRAIL, and in the case of HELA, death is induced in about 5 to 7 hours. Accordingly, it can be seen from FIG. 8 and FIG. 9 that the growth / division and death of cells can be monitored in real time by measuring capacitance and impedance.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질 적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes, and substitutions may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. It will be possible. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by the embodiments and the accompanying drawings. . The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

본 발명은 세포의 성장과 사멸을 실시간으로 모니터링할 수 있도록 하여 세포 연구, 신약 개발, 개개인의 특성에 맞는 맞춤 치료약 선택, 약의 독성 연구, 세포 연구 등의 분야에 광범위하게 이용될 수 있다.The present invention can be used in a wide range of fields such as cell research, drug development, personalized drug selection, drug toxicity research, cell research and the like by monitoring the growth and death of cells in real time.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀센서의 개념도,1 is a conceptual diagram of a cell sensor according to a preferred embodiment of the present invention;

도 2와 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀센서의 평면도,2 and 3 are a plan view of a cell sensor according to a preferred embodiment of the present invention,

도 4는 웰이 더 구비된 셀센서의 사시도, 4 is a perspective view of a cell sensor further provided with a well;

도 5는 도 4의 수직 단면도,5 is a vertical cross-sectional view of FIG.

도 6은 단위 셀센서들이 집적된 어레이 형태를 가지는 셀센서의 사시도,6 is a perspective view of a cell sensor having an array in which unit cell sensors are integrated;

도 7은 셀센서와, 셀센서에서의 세포 배양을 위한 인큐베이터를 비롯한 측정 장비를 도시한 도면,FIG. 7 illustrates a measurement device including a cell sensor and an incubator for cell culture in the cell sensor; FIG.

도 8은 시간 경과에 따른 커패시턴스 변화를 도시한 그래프, 8 is a graph illustrating capacitance change over time;

도 9는 시간 경과에 따른 임피던스의 변화를 도시한 그래프이다.9 is a graph showing a change in impedance over time.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 - 기판 20 - 제1 전극10-substrate 20-first electrode

30 - 제2 전극 40, 45 - 공간30-second electrode 40, 45-space

50 - 패시베이션 레이어 60 - 웰(well)50-passivation layer 60-well

Claims (12)

세포의 상태를 실시간으로 모니터링하는 셀센서(cell sensor)에 있어서,In the cell sensor for monitoring the state of the cell in real time, 기판; 및Board; And 상기 기판상에 서로 이격되어 형성되며, 상기 이격된 공간에 상기 세포가 삽입되는 제1 전극과 제2 전극을 포함하고,It is formed spaced apart from each other on the substrate, and includes a first electrode and a second electrode which is inserted into the spaced space, 상기 공간 주위에는 웰(well)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 셀센서.And a well around the space. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 커패시턴스(capacitance) 또는 임피던스(impedance)를 측정함으로써 상기 세포의 상태를 실시간으로 모니터링하는 것을 특징으로 하는 셀센서.The cell sensor, characterized in that for monitoring the state of the cell in real time by measuring the capacitance (capacitance) or impedance (impedance) between the first electrode and the second electrode. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 금, 백금, 전도성 폴리머 중 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 셀센서.The first electrode and the second electrode is a cell sensor, characterized in that formed of any one material of gold, platinum, conductive polymer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 공간은 평면 형상이 트렌치(trench) 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 셀센서.The space sensor is characterized in that the planar shape is formed in a trench (trench) shape. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 공간은 평면 형상이 지그재그 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 셀센서.The space sensor is characterized in that the planar shape is formed in a zigzag shape. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 웰은 아크릴(acryl) 또는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 셀센서.The well is a cell sensor, characterized in that formed of acrylic (acryl) or PDMS (Polydimethylsiloxane) material. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판을 공통으로 하고, 상기 기판상에 상기 제1 전극과 상기 제2 전극으로 이루어진 전극쌍 복수개가 어레이(array)된 것을 특징으로 하는 셀센서.The cell sensor, characterized in that the common electrode, a plurality of electrode pairs consisting of the first electrode and the second electrode is arranged on the substrate (array). 세포의 상태를 실시간으로 모니터링하는 방법에 있어서,In the method for monitoring the state of the cell in real time, (a) 제1항 내지 제5항, 제7항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 셀센서의 상기 공간에 세포 배양을 위한 세포 배양액(medium)과 상기 세포를 넣는 단계;(a) placing a cell culture medium and a cell for cell culture in the space of the cell sensor according to any one of claims 1 to 5 and 7 to 8; (b) 상기 (a)단계를 거친 상기 셀센서를 세포 배양용 인큐베이터에 넣고 세포를 배양시키면서 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 커패시턴스와 임피던스 중 적어도 어느 하나를 실시간으로 측정하는 단계;(b) measuring the at least one of capacitance and impedance between the first electrode and the second electrode in real time by placing the cell sensor passed through step (a) in a cell culture incubator and culturing the cell; (c) 상기 세포 중 일부의 사멸을 유도하는 사멸 유도 물질을 상기 세포에 주입하는 단계; 및(c) injecting a killing inducing substance into said cells inducing killing of some of said cells; And (d) 상기 (c)단계를 거친 상기 셀센서를 배양하면서 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 커패시턴스와 임피던스 중 적어도 어느 하나를 실시간으로 측정하는 단계(d) measuring at least one of capacitance and impedance between the first electrode and the second electrode in real time while culturing the cell sensor that has passed the step (c) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포의 상태를 실시간으로 모니터링하는 방법.Method for monitoring in real time the state of the cell comprising a. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 세포 배양액은 DMEM(Dulbecco's Modified Eagle Medium), RPMI(Rosewell Park Memorial Institue) 1640 Medium, MEM(Minimum Essential Medium)을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포의 상태를 실시간으로 모니터링하는 방법.The cell culture medium Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM), Rosewell Park Memorial Institue (RPMI) 1640 Medium, MEM (Minimum Essential Medium) method for monitoring the status of the cells in real time. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 사멸 유도 물질은 TRAIL(Tumor necrosis factor Related Apoptosis Inducing Ligand)을 포함하는 단백질, 바이러스, 박테리아, 핵산, 약물을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포의 상태를 실시간으로 모니터링하는 방법.The killing inducing material is a method for real-time monitoring of the state of the cell, characterized in that it comprises a protein, virus, bacteria, nucleic acid, drugs, including a TRAIL (Tumor necrosis factor Related Apoptosis Inducing Ligand). 제9항에 있어서, 상기 (c)단계 이전에 10. The method according to claim 9, wherein before step (c) 상기 세포 배양액을 이용하여 상기 사멸 유도 물질의 농도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포의 상태를 실시간으로 모니터링하는 방법.And controlling the concentration of the killing inducing substance by using the cell culture solution.
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