KR101066106B1 - 세포 대사정보 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세포 대사정보 측정 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 세포 대사시 변화하는 pH, 산소 농도, 이산화탄소 농도를 광학식으로 측정하면서 각각의 웰에 부착된 온도계로 발열량을 동시에 측정할 수 있는 세포 대사정보 측정 장치에 관한 것이다.
본 발명의 세포 대사정보 측정 장치는 마이크로 플레이트에 차례로 배열되어 세포 또는 배양액이 주입되는 복수의 웰; 상기 웰의 외주면으로부터 상기 웰의 내부 방향으로 돌출되고, 돌출된 부분의 소정 영역에 삽입구가 형성된 돌출부; 상기 삽입구에 삽입되어 웰 내부로 고정되며 세포 또는 배양액에서 방출되는 열을 독립적으로 측정하는 온도계; 및 상기 마이크로 플레이트 하부에 위치하여 상기 웰 각각에 광을 조사하기 위한 광원 플레이트를 포함함에 기술적 특징이 있다.
세포대사, 마이크로 플레이트, 온도측정

Description

세포 대사정보 측정 장치{Measuring apparatus for cellular metabolic information}
본 발명은 세포 대사정보 측정 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 세포 대사시 변화하는 pH, 산소 농도, 이산화탄소 농도를 광학식으로 측정하면서 각각의 웰에 부착된 온도계로 발열량을 동시에 측정할 수 있는 세포 대사정보 측정 장치에 관한 것이다.
세포의 발열량을 포함한 세포의 대사정보를 측정하기 위한 장치는 일반적으로 세포의 대사정보를 측정하기 위한 장치와 세포의 발열량을 측정하기 위한 장치로 각각 분리되어 있는 것이 대부분이다.
이 중, 세포의 대사정보를 측정하기 위한 장치는 세포 대사에서 가장 중요한 광합성, 호흡과 밀접한 관련이 있는 수소 이온과 산소 농도의 변화량을 측정함으로써 세포의 대사 정보를 알 수 있다. 현재 사용되는 산소 농도와 pH 측정 센서에는 ISFET 등의 접촉식 센서와 시험관을 밀폐시킨 상태에서 가스를 공급하면서 시험관 밖으로 배출되는 가스의 양을 측정하여 그 변화량을 측정하는 방식이 있다.
이러한 종래기술은 pH, 산소와 이산화탄소 등 각각에 대한 변화, 소모, 배출량을 동시에 측정할 수는 있으나, pH, 산소와 이산화탄소 등을 개별적으로 측정하기 위한 센서와 그 시스템을 필요로 하고 있으며, 다수 개의 시료에 대한 정보를 얻기 위해서는 각각에 대해 측정을 수행해야 하므로 측정 과정이 번거롭다는 문제점이 있다.
또한, 가장 중요한 측정요소인 열의 변화량을 측정하는데 있어서 각 측정요소들 간에 간섭이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
세포의 발열량을 측정하기 위한 장치 또는 기술은 크게 두가지로 요약된다. 이중 하나는 칼로리미터 원리를 이용한 방식과 다른 하나는 적외선 열영상을 통한 방식으로 이루어진다.
칼로리미터 원리를 이용한 방식의 경우, 기존의 마이크로 플레이트 대신에 센서와 반응 챔버가 일체화된 별도의 센서 플레이트를 사용하는 방식으로 정밀한 측정이 가능하나, 고가의 측정장비들이 소요되며, 응답속도가 느리다는 문제점이 존재한다. 또한, 개별적인 웰에 대한 측정은 가능하지만, 수 내지 수십개의 웰이 배열된 마이크로 플레이트의 동시 측정이 적용되기는 어렵다는 단점이 있으며, 오염에 민감한 바이오 실험의 특성상 한번 측정된 센서는 재사용이 어려우므로 고가의 센서를 매 측정시 교체하여야 하는 문제가 존재한다.
한편, 적외선 열영상을 통한 방식은 세포의 온도에 따라 방출되는 적외선을 직접적으로 측정하는 방식으로 적외선 이미지 센서 등을 이용하여 열영상을 얻는 다. 그러나, 이러한 적외선 열영상을 통한 방식은 측정대상보다 주벼환경에 의한 영향을 크게 받기 때문에 대상체의 정확한 온도측정이 어려우며, 이때, 사용되는 적외선 이미지 센서는 대개 감도가 떨어져 측정 데이터의 정확도가 떨어진다는 문제점이 존재한다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 세포 대사시 변화하는 pH, 산소 농도, 이산화탄소 농도를 광학식으로 측정하면서 각각의 웰에 부착된 온도계로 발열량을 동시에 측정할 수 있고, 제조공정이 간단한 세포 대사정보 측정 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 온도계가 각 웰마다 하나씩 일정한 위치에 고정되어 있기 때문에 일정하게 온도를 측정할 수 있는 세포 대사정보 측정 장치를 제공함에 다른 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 마이크로 플레이트에 차례로 배열되어 세포 또는 배양액이 주입되는 복수의 웰; 상기 웰의 외주면으로부터 상기 웰의 내부 방향으로 돌출되고, 돌출된 부분의 소정 영역에 삽입구가 형성된 돌출부; 상기 삽입구에 삽입되어 웰 내부로 고정되며 세포 또는 배양액에서 방출되는 열을 독립적으로 측정하는 온도계; 및 상기 마이크로 플레이트 하부에 위치하여 상기 웰 각각에 광을 조사하기 위한 광원 플레이트를 포함하는 세포 대사정보 측정 장치에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 돌출부는 상기 웰의 중심축까지 연장되어 형성됨이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 온도계는 써모커플 온도계임이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 광원 플레이트는 내부에 공동이 형성되어 있으며, 상기 마이크로 플레이트의 각 웰에 대응되는 영역에 형성된 복수의 통공을 포함함이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 광원 플레이트의 적어도 하나의 일측면에 부착된 광원을 더 포함함이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 광원은 냉음극관 램프, 열음극관 램프 및 복수의 발광 다이오드 어레이 중 선택된 어느 하나를 이용함이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 세포 대사정보 측정 장치는 세포 대사시 변화하는 pH, 산소 농도, 이산화탄소 농도를 광학식으로 측정하면서 각각의 웰에 부착된 온도계로 발열량을 동시에 측정할 수 있는 현저하고도 유리한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 세포 대사정보 측정 장치는 장치의 제조공정이 간단하며, 온도계가 각 웰마다 하나씩 일정한 위치에 고정되어 있기 때문에 일정하게 온도를 측정할 수 있는 현저하고도 유리한 효과가 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 세포 대사정보 측정 장치의 마이크로 플레이트를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 마이크로 플레이트(110)는 복수의 웰(120), 각각의 웰 내부에 부착된 온도계(130)를 포함한다.
마이크로 플레이트(110)에는 복수의 웰(120)이 차례로 배열되어 있으며, 각 웰(120)의 내부에는 측정 대상이 되는 세포와 세포를 배양하기 위한 배양액이 주입된다. 이와 같은 마이크로 플레이트(110)는 광투광성의 투명한 재질로 이루어지며, 웰 또한 투명한 생체 친화성 고분자로 형성하는 것이 바람직하다.
웰(120)의 바닥면은 광학 측정이 용이하도록 평평하게 형성됨이 바람직하다.
마이크로 플레이트(110)의 복수의 웰(120) 내부에는 배양액 또는 세포에서 방출되는 온도를 독립적으로 측정하는 온도계(130)가 부착되어 있다. 웰(120)의 바닥면은 광학 측정이 용이하도록 평평하게 형성됨이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도계가 장착된 웰을 확대해서 나태낸 도면으로 도 1의 A부분을 확대해서 나타낸 도면이다.
도 2에서와 같이, 웰(120)은 외주면으로부터 웰의 내부 방향으로 돌출된 돌출부(140)가 형성되고, 돌출부(140)의 가운데 부분에는 온도계를 삽입하여 웰 내부로 고정시키기 위한 삽입구(141)가 형성된다. 이때, 돌출부(140)는 웰(120) 상부면의 수평 방향으로 돌출되어 형성됨이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도계가 장착된 웰을 확대해서 나타낸 도면이다.
도 3에서와 같이, 웰(120)의 돌출부(140')는 웰(120)의 중심축까지 연장된 형태로 제작될 수도 있다. 이 때에도 돌출부(140')의 가운데 부분에는 온도계를 삽입하여 웰 내부로 고정시키기 위한 삽입구(141')가 형성된다.
온도계(130)는 웰(120)의 돌출부(140, 140')에 형성된 삽입구(141, 141')에 삽입되어 웰 내부로 고정되어 각각의 웰(120)에 하나씩 구비되어 있으며, 세포 또는 배양액에서 방출되는 열을 독립적으로 측정한다. 여기서 온도계(130)는 써모커플 온도계를 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명은 온도계(130)가 각 웰(120)마다 하나씩 일정한 위치에 고정되어 있기 때문에 일정하게 온도를 측정할 수 있다.
광원 플레이트(210)는 마이크로 플레이트(110) 하부에 위치하여 복수의 웰(120) 각각에 균일한 광을 조사하는 역할을 한다. 광원 플레이트(210)는 내부에 공동이 형성되어 있으며, 그 공동 내부에서 측부 광원으로부터 발생되는 광을 확산 및 산란시켜 광원 플레이트의 상부 면에 형성된 통공(220)을 통해 외부로 광을 발 산시킨다.
광원 플레이트(210)의 통공(220)은 마이크로 플레이트(110)의 각 웰(120)에 대응되는 위치에 각 웰의 크기에 대응되도록 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 캡(230)은 관의 형태로서 광원 플레이트의 통공과 결합된다. 캡(230)은 광원 플레이트(210) 내부 방향으로 넓어지는 구조로 형성될 수 있으며, 광원 플레이트(210) 내부 방향으로 넓어지는 구조에 통공(220)의 크기 그대로 광원 플레이트(210)의 외부로 확장되는 구조가 부가되도록 구성될 수도 있다.
통공(220)의 내부 방향으로 형성된 캡(230)의 구조는 측부 광원에서 직접 또는 충분히 산란 및 반사가 이루어지지 않은 광선이 통공을 통해 입사되는 것을 방지하여 광 균일성을 높이는 역할을 한다.
광원 플레이트(210)의 적어도 하나의 일측면에는 광원(240)이 부착된다. 광원(240)은 냉음극관 램프, 열음극관 램프 및 복수의 발광 다이오드 어레이 중 선택된 어느 하나를 이용할 수 있으나, 본 발명은 소형의 장치이므로 발광 다이오드 어레이를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
특히, 측부 광원(240)의 광 조사 방향은 광원 플레이트의 바닥면 방향 또는 측부 광원의 반대면의 아래부분으로 광을 조사하는 것이 광균일성을 높일 수 있어 바람직하다.
도 4는 본 발명에 따른 세포 대사정보 측정 장치의 사시도이다.
마이크로 플레이트(110)의 각 웰(120)에는 측정 대상인 시료가 담겨지고 각 웰에 담긴 시료의 세포가 대사하면서 변화되는 pH, 산소 농도, 이산화탄소 농도, 발열량 등을 효과적으로 측정할 수 있다.
마이크로 플레이트(110)의 하부에는 광원 플레이트(210)가 위치하며, 마이크로 플레이트(110)의 상부에는 이미지 센서(310)가 위치한다. 이미지 센서(310)는 통상의 CCD 또는 CMOS 이미지 센서가 사용될 수 있으며, 광원 플레이트(210)에서 조사되어 마이크로 플레이트(110)의 웰(130)을 통과한 광을 수광한다.
이미지 센서(310)에서 얻은 이미지 신호는 제어부(320)로 보내지고, 제어부(320)는 각 웰에 담긴 시료의 해당 pH, 산소 농도, 이산화탄소 농도, 발열량 등을 산출한다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 세포 대사정보 측정 장치의 마이크로 플레이트를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도계가 장착된 웰을 확대해서 나태낸 도면,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도계가 장착된 웰을 확대해서 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 세포 대사정보 측정 장치의 사시도를 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 마이크로 플레이트 120 : 웰
130 : 온도계 140 : 돌출부
141 : 삽입구 210 : 광원 플레이트
220 : 통공 230 : 캡
240 : 광원

Claims (6)

  1. 마이크로 플레이트에 차례로 배열되어 세포 또는 배양액이 주입되는 복수의 웰;
    상기 웰의 외주면으로부터 상기 웰의 내부 방향으로 돌출되고, 돌출된 부분의 소정 영역에 삽입구가 형성된 돌출부;
    상기 삽입구에 삽입되어 웰 내부로 고정되며 세포 또는 배양액에서 방출되는 열을 독립적으로 측정하는 온도계; 및
    상기 마이크로 플레이트 하부에 위치하여 상기 웰 각각에 광을 조사하기 위한 광원 플레이트를 포함하고,
    상기 광원 플레이트는,
    적어도 일측면에 부착된 광원;
    내부에 형성된 공동; 및
    상기 마이크로 플레이트의 각 웰에 대응되는 상부면에 형성된 복수의 통공을 포함하는 세포 대사정보 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 웰의 중심축까지 연장되어 형성된 세포 대사정보 측정 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 온도계는 써모커플 온도계인 세포 대사정보 측정 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 광원은 냉음극관 램프, 열음극관 램프 및 복수의 발광 다이오드 어레이 중 선택된 어느 하나를 이용하는 세포 대사정보 측정 장치.
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